一种悬挂式水轮低水头尾水发电系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种悬挂式水轮低水头尾水发电系统，包括支撑柱，支撑柱的顶部安装有钢桁架承载梁，钢桁架承载梁底部安装设备基板，设备基板安装发电机组，发电机组包括齿轮箱、发电机、固定悬臂和活动悬臂等，活动悬臂向下悬挂连接水轮总成，水轮总成迎水面前方安装浮动型导流水栅，活动悬臂朝向水流安装流量调节器，流量调节器包括上臂、下臂、上下活动拉杆和流量调节板。本实用新型专利技术采用悬挂式水轮设计，可适应大坝型水电站尾水渠环境或其它复杂的江河流河床环境，特别设计的新型水轮总成和水栅，可充分采集水能使之转化为机械能及电能，特别设计的转速机械自动调节与电动调节相结合方式，可有效控制尾水流速和流量，进而保证发电机的额定转速。

【技术实现步骤摘要】
一种悬挂式水轮低水头尾水发电系统
本技术涉及一种发电系统，尤其是一种悬挂式水轮低水头尾水发电系统，属于水力发电

技术介绍
我国自然地理为西高东低，江河在崇山峻岭中绵延数千里，落差极大，拥有极为丰富的水力资源。大力发展绿色、环保、可再生能源是国家高度重视、积极支持的能源战略。国家高度重视水电建设，近几十年来，修建了46700多座大小不同的大坝型水电站。然而，大坝型电站的负面效应是严重影响了原始自然生态环境。从客观上讲，目前可利用的大坝电站选址资源业已基本枯竭。因此，国家对新建大坝型电站严格控制。另外，由于大坝电站会严重影响自然生态环境，如何在不建大坝型电站的条件上发展低水头新型水电站，已成为新形势下开发水电的必然方向和重要趋势。据申请人了解，大坝型电站多采用高水头形式发电，而大坝型电站的副产品——发电后的大量尾水被直接排放，这样极其宝贵的水能资源被白白浪费。尾水同样蕴含巨大的、且永不枯竭的能量。而且，尾水具有水质单纯，水头低，流速流量稳定，流速快，流量大，尾水渠规整等突出的特点，极具再利用价值。此外，大坝型电站周边的交通和生活也十分方便。据统计，我国大、中型水电站有46758座，这些大坝型电站的装机容量为20664万千瓦，理论上讲，如果这些大坝型电站的尾水能量再被增加利用1%，就相当于新增206.64万千瓦装机容量，即每天可有4959.36万千瓦时，每年按200天满负荷发电，就有991872万千瓦时发电量，如果每万千瓦时折合标准煤3.45吨，则相当于342.2万吨标准煤，按每吨标准煤600元计算，为人民币20.53亿元。换言之，如果尾水能量利用率每提高1%，则可新增产值近20.53亿元/年。例如，广西龙滩水电站，投资282亿元（1998年价格），装机容量630万千瓦，年发电量187亿千瓦时，约合标准煤645万吨，发电价值38.7亿人民币，如果尾水发电能量年利用率达到1%，则可增产近3870万元。因此，无论从宏观或微观看，尾水发电站现实的经济价值和长久的经济价值不可估量。截至目前，尚未发现有专门用于尾水发电的水电站。其主要原因，一是囿于传统水电的开发思维，人们还没有充分认识到尾水开发的价值；二是人们对低水头尾水发电的研究较少，低水头尾水发电新技术尚未形成；三是缺少尾水发电站的新型专用设备；四是传统水轮叶片表面光滑，线型表征相对简单，难以满足低水头尾水水能采集的需要。
技术实现思路
本技术的目的在于：针对现有水电技术的空缺及存在的缺陷，提出一种适应大坝电站尾水流体特点且对水体流量可调的悬挂式水轮低水头尾水发电系统。为了达到以上目的，本技术提供了一种悬挂式水轮低水头尾水发电系统，旨在充分利用大坝电站尾水能量发电。该系统包括对称布置在尾水渠两侧的至少两根支撑柱，支撑柱的顶部安装有钢桁架承载梁，钢桁架承载梁上部内侧安装有起重行车，钢桁架承载梁底部安装有设备基板，设备基板安装有发电机组，发电机组包括安装在设备基板上的固定悬臂，固定悬臂设有可沿其上下移动的活动悬臂，活动悬臂悬挂连接有水轮总成，水轮总成包括水轮主轴以及与水轮主轴固定套接的叶片座，在叶片座的外圆面上周向均布有一组叶片，叶片沿叶片座轴向延伸，水轮主轴穿过安装在右活动悬臂上的轴承座与伞型传动齿轮组连接，伞型传动齿轮组与键齿型动力传递轴连接，键齿型动力传递轴与增速齿轮箱连接，键齿型动力传递轴可同步活动悬臂作上下运动，增速齿轮箱与发电机连接，活动悬臂朝向水流安装有流量调节器，流量调节器包括安装在固定悬臂上的上臂和安装在活动悬臂上的下臂，下臂与上下活动拉杆的下部连接，上臂制有通孔，上下活动拉杆的上部穿过通孔与上臂活动连接，上下活动拉杆的下端均在下臂端部通过联轴器与位于下臂下端迎水面的流量调节板连接。进一步的，固定悬臂的横截面为长方形，且内部中空，固定悬臂的中空腔体左、右两侧内壁上分别设有沿高度方向延伸的静态凹型导轨，活动悬臂的左、右外侧壁上分别设有与静态凹型导轨相配合的动态凸型导轨，活动悬臂的顶部安装有穿过固定悬臂中空腔体的上下行螺杆，上下行螺杆与安装在固定悬臂顶部的上下行减速齿轮箱的齿轮相啮合，上下行减速齿轮箱与上下行步进电机连接。由于尾水水平面或江河流水平面的水位高度是变化的，随着水平面的上下变化，水轮总成必须同步上下移动。本技术的水轮总成的上下移动是通过活动悬臂的上下运动实现的。活动悬臂嵌套于固定悬臂的中空内腔中，可相对于固定悬臂内壁上的静态凹形导轨做上下运动。这样，受上下行步进电机及上下行减速齿轮箱的驱动，左右活动悬臂可分别沿固定悬臂的中空内腔同步作上下运动。而上下行步进电机及上下行减速齿轮箱的工作受电站总控制器的指令控制。进一步的，叶片呈帆形，叶片沿叶片座轴向延伸，帆形叶片包括曲面形主板，曲面形主板具有正迎水面和负迎水面，正迎水面为向内弯曲的凹弧面，负迎水面为向外凸出的凸弧面，凸弧面上均匀设有一组径向延伸的加强筋，凹弧面上均匀设有一组由叶片根部至梢部径向延伸的导流翅片板；曲面形主板的外端具有梢钩，加强筋的内端具有叶片铰链孔，在叶片座上对应设有叶片座铰链孔，叶片铰链孔与叶片座铰链孔对应后采用螺栓固定连接；水轮主轴上位于叶片两端分别安装有同轴离心惯性匀速轮；在叶片座的外圆面上均匀设有数组叶片角限位块。上述结构中，凹弧面上均匀设有一组导流翅片板，自叶片根部径向延伸至叶片梢端的导流翅片板的作用是优化正迎水面流体的流向，兜住流体的正压力，并使流体导向叶片梢部，加大叶片梢部的力矩，同时，也强化叶片的整体钢性。叶片尾部具有梢钩，用于兜住正迎水面流体，使其充分做功，提高叶片采集水能的效率。叶片固定铰接于叶片座，便于拆装叶片，使叶片维修更换和运输方便。叶片角限位块设置于叶片的转动轨迹上并可与叶片负迎水面相抵触，用于确定叶片与水轮主轴径向的角度，并支撑叶片。另外，本技术的帆形叶片具有不同于大坝电站高压蜗壳内旋浆叶片的物理特性，叶片处于非密封的无压开放空间，不会产生气蚀现象；其次，来水流体方向垂直于水轮主轴及叶片，对叶片没有轴向的分力，流体的动力几乎全部成为使水轮主轴旋转的动量矩，由此采集尾水能量的效率极高。进一步的，流量调节板包括舵杆和固定嵌入舵杆下部的调节板，调节板的两侧分别设有若干加强筋，加强筋的横截面为楔形，舵杆通过导流板轴与联轴器连接。当流体流速、流量过大导致水轮转速增快时，流量调节板向内偏转，遮挡部分对水轮的来水流量；当流体流速、流量减小导致水轮转速减慢时，流量调节板向外偏转，增加部分对水轮的来水流量。这样，通过流量调节板偏转角度的变化进行量化调节，保证水轮转速在正常范围内。又进一步的，在流量电动调节方式（电调）中，上下活动拉杆为圆柱型结构，圆柱型上下活动拉杆的下部与下臂固定连接，且圆柱型上下活动拉杆的下端通过活动联轴器与流量调节板的导流板轴活动连接；导流板轴固定于舵杆上端，导流板轴上固定套接被动伞型齿轮，被动伞型齿轮与传动轴杆的下端伞型齿轮啮合，传动轴杆的上端齿轮与安装在下臂上的流量调节器减速齿轮箱的齿轮相啮合，流量调节器减速齿轮箱与安装在下臂上的流量调节器步进电机连接。上述结构中，流量调节器步进电机分别与电站总控制器的控制端相连，电站总控制器的信息采集端与水位传感器以及流量、流速传感器和发电机相连，水位传感器用于动态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种悬挂式水轮低水头尾水发电系统，其特征在于：包括支撑柱，所述支撑柱的顶部安装有钢桁架承载梁，所述钢桁架承载梁上部内侧安装有起重行车，所述钢桁架承载梁底部安装有设备基板，所述设备基板安装有发电机组，所述发电机组包括安装在设备基板上的固定悬臂，所述固定悬臂设有可沿其上下移动的活动悬臂；所述活动悬臂悬挂连接有水轮总成，所述水轮总成包括水轮主轴以及与水轮主轴固定套接的叶片座，在所述叶片座的外圆面上周向均布有一组叶片，所述叶片沿叶片座轴向延伸，所述水轮主轴穿过安装在活动悬臂上的轴承座与伞型传动齿轮组连接，所述伞型传动齿轮组与键齿型动力传递轴连接，所述键齿型动力传递轴与增速齿轮箱连接，所述增速齿轮箱与发电机连接；所述活动悬臂朝向水流安装有流量调节器，所述流量调节器包括安装在固定悬臂上的上臂和安装在活动悬臂上的下臂，所述下臂与上下活动拉杆的下部连接，所述上臂制有通孔，所述上下活动拉杆的上部穿过通孔与上臂活动连接，所述上下活动拉杆的下端通过联轴器与位于下臂下端迎水面的流量调节板连接。

【技术特征摘要】
1.一种悬挂式水轮低水头尾水发电系统，其特征在于：包括支撑柱，所述支撑柱的顶部安装有钢桁架承载梁，所述钢桁架承载梁上部内侧安装有起重行车，所述钢桁架承载梁底部安装有设备基板，所述设备基板安装有发电机组，所述发电机组包括安装在设备基板上的固定悬臂，所述固定悬臂设有可沿其上下移动的活动悬臂；所述活动悬臂悬挂连接有水轮总成，所述水轮总成包括水轮主轴以及与水轮主轴固定套接的叶片座，在所述叶片座的外圆面上周向均布有一组叶片，所述叶片沿叶片座轴向延伸，所述水轮主轴穿过安装在活动悬臂上的轴承座与伞型传动齿轮组连接，所述伞型传动齿轮组与键齿型动力传递轴连接，所述键齿型动力传递轴与增速齿轮箱连接，所述增速齿轮箱与发电机连接；所述活动悬臂朝向水流安装有流量调节器，所述流量调节器包括安装在固定悬臂上的上臂和安装在活动悬臂上的下臂，所述下臂与上下活动拉杆的下部连接，所述上臂制有通孔，所述上下活动拉杆的上部穿过通孔与上臂活动连接，所述上下活动拉杆的下端通过联轴器与位于下臂下端迎水面的流量调节板连接。2.根据权利要求1所述一种悬挂式水轮低水头尾水发电系统，其特征在于：所述固定悬臂的横截面为长方形，且内部中空，所述固定悬臂的中空腔体左、右两侧内壁上分别设有沿高度方向延伸的静态凹型导轨，所述活动悬臂的左、右外侧壁上分别设有与静态凹型导轨相配合的动态凸型导轨，所述活动悬臂的顶部安装有上下行螺杆，所述上下行螺杆与安装在固定悬臂顶部的上下行减速齿轮箱的齿轮相啮合，所述上下行减速齿轮箱与上下行步进电机连接。3.根据权利要求1所述一种悬挂式水轮低水头尾水发电系统，其特征在于：所述叶片呈帆形，所述帆形叶片包括曲面形主板，所述曲面形主板具有正迎水面和负迎水面，所述正迎水面为向内弯曲的凹弧面，所述负迎水面为向外凸出的凸弧面，所述凸弧面上均匀设有一组径向延伸的加强筋，所述凹弧面上均匀设有一组由叶片根部至梢部径向延伸的导流翅片板；所述曲面形主板的外端具有梢钩，所述加强筋的内端具有叶片铰链孔，在所述叶片座上对应设有叶片座铰链孔，所述叶片铰链孔与叶片座铰链孔对应后采用螺栓固定连接；所述水轮主轴上位于叶片两端分别安装有离心惯性匀速轮；在所述叶片座的外圆面上均匀设有数组叶片角限位块。4.根据权利要求1所述一种悬挂式水轮低水头尾水发电系统，其特征在于：所述流量调节板包括舵杆和固定嵌入舵杆下部的调节板，所述调节板的两侧分别设有若干加强筋，所述加强筋的横截面为楔形，所述舵杆通过导流板轴与联轴器连接。5.根据权利要求4所述一种悬挂式水轮低水头尾水发电系统，其特征在于：所述上下活动拉杆为圆柱型结构，圆柱型上下活动拉杆的下部与下臂固定连接，且所述圆柱型上下活动拉杆的下端通过活动联轴器与流量调节板的导流板轴活动连接；所述导流板轴固定于舵杆上端，所述导流板轴上固定套接被动伞型齿轮，所述被动伞型齿轮与传动轴杆的下端伞型齿轮啮合，所述传动轴杆的上端齿轮与安装在下臂上的流量调节器减速齿轮箱的齿轮相啮合，所述流量调节器减速齿轮箱与安装在下臂上的流量调节器步进电机连接。6.根据权利要求4所述一种悬挂式水轮低水头尾水发电系统，其特征在于：所述上下活动拉杆为键齿形上下活动拉杆，其上部为键齿形结构，中下部为具有不同直径的圆柱体结构，下端为螺杆结构，所述键齿形上下活动拉杆的下部与下臂活动连接，且所述键齿形上下活动拉杆的下端通过固定联轴器与流量调节板的导流板轴固定连接，所述键齿形上下活动拉杆的上部与伞型传动轴杆组的...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾坚毅，顾云骥，
申请(专利权)人：顾坚毅，顾云骥，
类型：新型
国别省市：江苏,32