專利名稱：梯形囤船水電站的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種能量轉化的裝置，其主要是利用自然 界水流的動力轉化為電能的裝置。
技術背景滔滔的江水，奔流不息，咆哮的波濤洶涌邀湃，奔瀉的流 水蘊藏著驚人的能量。河水暴漲，驚濤的洪水能毀壞房屋，沖 毀良田，破壞橋梁......。在江河某些彎道的河段， 一夜之間，洪水能搬走或者搬來幾百噸、幾千噸、甚至幾萬噸的沙、卵石。建水電站，壘圍堰搞截流時，急流的江水能沖走或者沖動10 噸、20噸的組合石頭。長江的江水每年就要把4億3000萬噸 的泥沙運輸?shù)胶涌诤秃＠锶ィ澜缟厦磕旯灿?60億立方米的 泥沙被江水帶入海中。但在人們的操控下，它也非常溫順聽話， 可以晝夜不停的沖動大型單機容量800mw的水輪發(fā)電機發(fā) 電，年發(fā)電量可達38.375億度，為人們作出無窮的貢獻。水能這驚人的動力，確是我們理想的巨大的再生的清潔能 源。我們偉大的祖國有較大的河流1500多條，世界第三大河 流的長江，水力的潛在能力就大約等于美國水力資源的9倍， 我國蘊藏的水力資源達6.8億千瓦，居世界之冠。當今社會， 人口眾多，能源缺乏，尋找新能源，實施節(jié)能減排，保護地球 生態(tài)平衡，凈化人類生存環(huán)境，造福人類，因此我們必須走創(chuàng) 新之路，科學、合理、巧妙地開發(fā)利用水能，這是我們每個公 民的重任。目前用常規(guī)的筑壩蓄水，人造落差的方法修建一座大、中型水電站，略談它淹沒大量的土地和良田，就是開始的基礎建 設，修道路、架橋梁、鑿隧道、修涵洞、移坡填谷、治理邊坡 防護工程、建住房、修水渠、修地下廠房引水發(fā)電系統(tǒng)、挖掘 引航道、沙石加工輸送系統(tǒng)、混凝土生產系統(tǒng)，然后壘圍堰， 筑提壩等等。這些復雜的，浩大的工程項目，耗時較長，耗資巨大，再說移民搬遷工作，這一世界性的難題，是黨和政府最 難做的一項極端艱巨的工作。.原來修建一座大、中型水電站，一般規(guī)劃在2 0年左右的時間，即是現(xiàn)在有比較先進的機械設 備，但至少也得要幾年或十幾年的時間，這樣的時間也實在是 太漫長了。在當今世界激烈的、爭分奪秒的竟爭年代，贏得時 間就是勝利，贏得時間就是財富，贏得了時間，就贏得了祖國 的強大、民族的威望、人民的安寧......為了充分利用我國豐富的水力資源來建設社會主義現(xiàn)代 化強國，根據(jù)水流有巨大的能量，用跨江鋼繩、斜拉線、錨桿、 橫拉線固定安裝有多組V形葉片沖動式水輪機的梯形囤船。 根據(jù)輪軸的原理，利用水流的沖擊動力，推動水輪機V形葉 片做功，這樣驅動輪就得到了大于水施加在葉片上的力，通過 傳動變速裝置，然后帶動一定千瓦的發(fā)電機發(fā)電，經(jīng)過升壓輸 送，降壓處理，最后得到供人們使用的電能。下面通過實驗測 量計算來說明。測量水每秒鐘的流速在江河邊選一段水流比較規(guī)則的水面，先用皮尺在江岸邊 量出一定的長度，然后把漂浮物甩在水面上，用秒表測出漂浮 物從起點到止點所需要的時間，這樣我們就能計算出每秒鐘的 流速。測量水流對微型水輪機V形葉片的沖擊壓力自制一個微型的沖動式水輪機，葉片做成V形(實驗時 只安裝一片葉片)。在輪軸支架上左邊做一個放彈簧秤的平板, 平板尾端做一個固定的鉤，輪軸左段的中間處做一個固定的 釘。測量時彈簧秤下端的鉤掛在平板尾端的固定鉤上，彈簧秤 上端提環(huán)用軟繩與軸左段固定的釘連接，當水流沖擊V形葉片時，水輪機軸的阻力臂和v形葉片的動力臂都繞支點旋轉, 這樣連接彈簧秤的軟繩繞在隨同旋轉的軸上，水流使V形葉片轉動的沖擊力，彈簧秤上的指針就指示出來了。根據(jù)輪軸的原理"輪半徑是軸半徑的幾倍，作用在輪上的力就是軸半徑 阻力的幾分之一"。通過計算我們就能得出水流對微型水輪機 一片V形葉片的沖擊壓力。計算水流對微型水輪機V形葉片的沖擊壓強例江水9秒鐘流了 10m長的距離。V形葉片長5cm、 寬12cm,"假設的輪半徑"8cm,軸半徑1.15cm。測量時彈簧 秤的指針點在3kg的刻度上，求水流對微型水輪機V形葉片 的沖擊壓強有多大？實驗用的微型水輪機，由于V形葉片是安裝在軸上兩端 的葉柱上，葉柱上的刻度，就是安裝葉片葉輪半徑大小的數(shù)字， 目的是為了做實驗時可以任意調節(jié)葉片與輪軸的距離，即可以 任意調節(jié)輪半徑與軸半徑的比值。測量時水流作用在整片葉片 面積上，這樣葉片長度的上下兩端離軸就有遠近兩點，為了計 算輪半徑是軸半徑的多少倍？這里的輪半徑就要以V形葉片 長度的中點為準，即V形葉片長度的1/2加上葉柱刻度數(shù)，葉 柱刻度數(shù)為5.5cm。這個輪半徑與安裝葉片葉輪的半徑是不同 的，為了不混淆，我們稱它為"假設的輪半徑"。假設的輪半徑5.5cm+5cm+2=8cm水的流速u=^-l.lllm/s假設的輪半徑是軸半徑的多少倍？ 8cm+1.15cm-6.956 l.llm/s的水流對V形葉片的沖擊壓力3kg+6.956-0.4312kg 已知F-0.4312kg '葉片長5cm 寬12cm 求P解S=5cmxl2cm=60cm2P=f=Ml^-o.0071kg/cm2答流速為1.111m/s的7乂，對微型水輪機V形葉片的沖 擊壓強為0.0071kg/cm2。用上面原始的土辦法計算水流的快慢，它對微型水輪機V 形葉片產生壓強的大小為水的流速對微型水輪機V形葉片產生的壓強0.370m/s-0.001 lkg/cm20.555m/s-0.0029kg/cm20.833m/s-0.0038kg/cm21.75m/s-0.0227kg/cm23.65m/s-0.0377kg/cm2求1組水輪機驅動輪獲得的動力例水的流速為l.lllm/s,對水輪機V形葉片的沖擊壓 強為0.0071kg/cm2,設水輪機的輪半徑100cm,輪軸上的驅動 輪半徑10cm (軸半徑)，1片V形葉片的面積150cmxl50cm, 1個水輪機14片葉片，囤船左右兩邊的兩個水輪機稱為1組 水輪機。1個水輪機做有效功葉片的面積大概是1個水輪機總 葉片面積的28.8%,求這組水輪機驅動輪獲得的總動力有多 大？假設的輪半徑100cm+150cm+2=a75cm假設的輪半徑是軸半徑的多少倍？ 175cm+10cm=17.5已知P-0.0071 kg/cm2l片葉片的面積150cmxl50cm=22500cm21個水輪機做有效功葉片的總面積.-S=150cmxl50cmxl4x28.8%=90720cm2求F解F=0.0071kg/cm2x90720cm2x2xl7.5=22543.9kg 答這組水輪機驅動輪獲得的總動力是22543.9kg 水流速的快慢，流量的大小，做有效功葉片面積的大小， 輪半徑與軸半徑倍數(shù)的大小，它們與驅動輪所獲得的動力成正 比。水輪機是安裝在梯形囤船船舷的兩邊，這樣V形葉片面 積的大小不受空間的限制，葉片的面積可以適當?shù)脑龃罂s小， 在驅動輪上我們就可以得到需要大小的動力。通過計算，在梯 形囤船上安裝V形葉片的沖動式水輪機能獲得很大的動力， 我們完全可以用它的動力來帶動發(fā)電機發(fā)電。 發(fā)明內容本實用新型的主要目的是提供 一 種梯形囤船水電站對祖 國豐富的水能資源加以開發(fā)利用。本實用新型提供一種梯形囤船水電站的技術方案是通過 兩端有固定樁的跨江鋼繩、船頭斜拉線、船頭船尾錨桿、橫拉 線固定梯形囤船。梯形囤船左右兩邊船舷安裝多組V形葉片 的沖動式水輪機。水輪機包括V形葉片、葉輪、鋼梁、內圏、 軸承、輪軸。每個水輪機的輪軸安裝在船舷和船內軸柱中間的 滑道里，每根軸柱上下部位有固定輪軸的閂釘孔和活動閂釘， 驅動輪與被動輪嚙合，傳動軸上的斜齒輪與傳動總軸的斜齒輪 嚙合，各個水輪機的動力通過傳動總軸的過輪傳給變速器帶動發(fā)電機發(fā)電。
本實用新型的有益效果在于將存在的自然現(xiàn)象加以利用， 使之能轉化為可供人們使用的清潔能源。
圖為梯形囤船與船上配套設備及其電站結構圖
在圖中，梯形囤船l,船頭橫拉線2，船頭橫拉線柱3， V 形葉片4，輪軸軸柱5，輪軸滑道6，頭艙江水裝卸口7，軸承 8,避雷桿避雷針9，滑道活動閂釘IO,發(fā)電機ll,升壓變壓 器12，底艙艙格13,電桿14，工人生活檢修工具房15,船尾 右艙江水裝卸口 16,電桿橫梁17,高壓輸電線18， l次高壓 變電所19, 2次高壓變電所20,工廠21,低壓變電所22， 一 般用電客戶23,小船小鋼繩24,小船25,船尾橫拉線26,船 尾右角錨桿27，梯子28,輪軸29，驅動輪30，門31,被動 輪32,傳動軸33,傳動軸斜齒輪34,傳動總軸斜齒輪35,船 尾左角錨桿36,傳動總軸37,葉輪38,船尾左艙江水裝卸口 39,變速器40,傳動總軸過輪41,傳動總軸軸柱42,葉輪內 圈43,萬向節(jié)44,船頭錨桿45,葉輪圏梁46,船頭斜拉線 47,跨江鋼繩48,跨江鋼繩輝卡49,跨江鋼繩固定樁50。
具體實施方式
設置在梯形囤船1左右兩邊船舷安裝多組V形葉片4的 沖動式水輪機，梯形囤船釆用兩端有固定樁50的跨江鋼繩48， 船頭斜拉線47,船頭錨桿45,船尾左角錨桿36,船尾右角錨 桿27,船頭橫拉線2，船尾橫拉線26固定梯形囤船。V形葉 片4安裝在葉輪38上，葉輪內有圈梁46,內圈43,軸承8, 輪軸29安裝在船舷和船內輪軸軸柱5中間的滑道6里，輪軸 上移或者下移到一定位置，就用活動閂釘IO插入閂釘孔里把輪軸固定在一定位置上。輪軸上的驅動輪30與傳動軸33上的 被動輪32嚙合，傳動軸上的斜齒輪34與傳動總軸37上的斜 齒輪35嚙合，各個水輪機的動力通過傳動總軸上的過輪41 傳給變速器40,變速器帶動發(fā)電機ll發(fā)電。 實施方式說明
釆用梯形囤船的主要目的，是為了前面的水輪機與后面的 水輪機錯位，不在一條直線上做功，從而達到更有效地利用水 流的沖擊動力，提高水輪機的功率。另外梯形囤船從船頭向船 尾逐漸增加寬度，幾乎成了一個等腰三角形的囤船，并船頭、 船尾共設有3處錨桿孔和錨桿，幾何學告訴我們"三腳能夠 支撐和穩(wěn)定物體"。這樣增強了囤船的穩(wěn)定性，減少了囤船在 急流中的顛簸。梯形囤船的底部設有頭艙、中艙、尾左艙、尾
右艙，除中艙外，它們都設有江水裝卸口，主要是用來調節(jié)囤 船的浮力和平衡，使囤船浮在要求的吃水線上，從而達到水輪
機葉片與江水很好的配合來做有效的功。水輪機輪軸上的兩個
軸承是嵌在方框盒里，方框盒是安裝在船舷和船內兩個軸柱中 間的滑道里，目的是使水輪機在頂層起重和吊裝設備的作用 下，使水輪機輪軸在滑道中上下移動到需要的位置，葉尖脫離 水面，在活動閂釘?shù)墓潭ㄏ拢@樣便于維修葉片或其它水輪機 部件。并且也能夠調節(jié)葉片與江水很好的配合來做有效的功D 如果葉尖不脫離水面，在水流中安裝或維修葉片及水輪機部件 這是非常困難的。葉片脫離水面也便于用機動船長途拖運梯形 囤船，可以象商品一樣銷售到各地有條件的地方去。如果有淺 灘、瀑布的江河，囤船無法拖運去的地方，工廠可把一切配套 的部件計劃制造好后，可用陸地的運輸工具運到目的地，然后
拼裝、組合、焊接安裝。葉片采用V形，這樣水流對葉片的
9沖擊集中不分散，還可以減少葉片做功后退時水對葉片的阻 力，從而減少能量的無益損耗，從力學的理論來講，V形葉片 增強了抗水的沖擊強度。為了防止藤渣對V形葉片的裹纏， 葉片上不需加其它加固件， 一般的藤渣葉片能夠甩掉，并且能
夠承受一般水流的沖擊。實驗告訴我們，v形葉片的背梁要與
葉輪的圓心垂直安裝在葉輪上，做功的效率最佳。囤船的頂層 設有工人生活、檢修工具房、起重吊裝設備、避雷桿、避雷針 等，如果是近距離的供電給用戶，"箱區(qū)變電站"都配置在囤船 的頂層上。為了加工、制造、運輸方便，傳動軸、傳動總軸等 長、大件都要制造成組合式的，各軸之間的連接處都要用"萬 向節(jié)"機件連接。傳動總軸上的過輪與變速器連接，變速器通 過齒輪或皮帶輪把動力傳給一定千瓦的發(fā)電機發(fā)電。在囤船內 經(jīng)升壓變壓器升壓后，用高壓輸電線配合絕緣器材直接拉到岸 上的電桿上，再安裝到變電所，把高電壓降低伏數(shù)，其中一部 份送往需要高電壓的工廠，.另一部份送到低壓變電所降到
220/380伏特送往用戶。
為了工人上下班方便，囤船尾部橫拉線的一端固定在囤船 尾部的樁上，另 一 端固定在岸上鋼柱的鋼環(huán)上(水漲水落鋼環(huán) 可在鋼柱上上下滑動)，連接小船小鋼繩的另 一端的小鋼環(huán)套 在船尾橫拉線上，這樣上下班的工人就可以直接拉動船尾橫拉 線，小船就可以往返移動，工人就可以上下囤船。
造一艘囤船，比船上一切機械設備的制造，耗時都長，耗 資都大，因此要盡可能的在囤船上多安裝一組水輪機，要盡可 能利用船內的一切空間。為了保護囤船和水輪機，延長它們的 使用壽命，水輪機要用不銹鋼或高強度的特殊塑料制造。為了 防止水對船舶的腐蝕作用，減少某些貝殼和蟲子附著在囤船上，最好在囤船的吃水線下面和水輪機上涂上有毒質的紅色氧 化鐵、氧化銅油漆。梯形囤船水電站的各部件，在設計、制造、 安裝等方面，要盡可能的簡單實用。 實驗
科學技術是認真嚴肅的， 一切都要通過實驗進行驗證。 首先在長方形微型囤船上(現(xiàn)在江河上一般的囤船形狀)，
安裝第1組v形葉片的沖動式水輪機(以船頭為第1組，船
尾為第4組，每個水輪機8片V形葉片)。在水流中單獨測量 第1組時，彈簧秤上的指針點為750g,然后把其佘3組都安 裝在微型囤船上，水流對第1組水輪機做功后，再對第2組水 輪機做功，然后對第3組水輪機做功，這樣水流由于受到l、 2、 3組水輪機V形葉片的阻力，水的流速減慢，單獨測量第 4組水輪機時，彈簧秤上的指針點為500g，比單獨測量第1 組水輪機少了 250g，把l、 2、 3、 4組水輪機的軟繩一齊掛在 彈簧秤上，當它們一齊轉動時，彈簧秤上的指針點為 1500g-1600g (彈簧秤指針擺的范圍)。
不增減任何材料，把該長方形的微型囤船改為梯形囤船， 在同 一 地點的水流中做實驗，由于梯形囤船上的水輪機前后錯 位，它們沒有在同一直線上轉動，這時水流直接對每l個水輪 機只做一次功，由于水流沒有受阻，流速未減，1、 2、 3、 4 組水輪機一齊轉動時，彈簧秤上的指針點為2000-2010g,比 長方形微型囤船上水輪機的總動力增加了 400多克。實驗告訴 我們，梯形囤船上的水輪機比長方形囤船上的水輪機做功的效 率高。
計算梯形囤船上水輪機的動力
我們設梯形囤船長80m,船頭寬3m,船尾寬50m,安裝15組V形葉片的水輪機，葉輪半徑100cm,驅動輪半徑10cm (軸半徑)，被動輪半徑10cm,傳動軸上的斜齒輪半徑10cm, 傳動總軸上的斜齒輪半徑.10cm,傳動總軸上的過輪半徑 10cm，每片V形葉片的面積150cmxl50cm,每個水輪機安裝 14片V形葉片，如果水的流速為0.833m/s,傳動總軸上的過 輪能獲得多大的動力？
1片V形葉片的面積150cmxl50cm=22500cm2
1組水輪機V形葉片的面積
22500cm2xl4x2=630000cm2
15組水輪機V形葉片的總面積
630000cm2 x 15=9450000cm2
15組水輪機V形葉片做有效功的面積
9450000cm2x 2 8.8 %=2721600cm2
假設的輪半徑100cm+150cm+2=175cm
假設的輪半徑是過輪半徑的多少倍？ 175cm x 10cm=17.5
這艘梯形囤船傳動總軸上的過輪獲得的動力 O扁8kgx2721600cm2xl7. 5=180986kg
如果水的流速為1.75m/s,這艘囤船上的傳動總軸的過輪
就能獲得1081155kg的動力'(但由于各部件的轉動摩擦耗能，
實際上傳動總軸上的過輪獲得的動力要少于這些數(shù)字)。獲得
了動力，就獲得了能源，就可以帶動一定千瓦的發(fā)電機發(fā)電。
權利要求1、本實用新型涉及一種梯形囤船水電站，其特征是設置在梯形囤船兩邊船舷安裝多組V形葉片的沖動式水輪機，梯形囤船船頭的斜拉線固定在兩端有固定樁的跨江鋼繩上，在船頭和船尾的左右角沒有錨桿孔和錨桿，船頭船尾設有橫位線；水輪機包括V形葉片、葉輪、圈梁、內圈、軸承、輪軸和驅動輪；V形葉片的背梁與葉輪圓心垂直安裝在葉輪上；輪軸安裝在船舷和船內軸柱中間的滑道里，軸桂上下部位設有閂釘孔和活動閂釘；輪軸上的驅動輪與傳動軸上的被動輪嚙合，傳動軸上的斜齒輪與傳動總軸上的斜齒輪嚙合，組合式的各軸連接處用萬向節(jié)機件連接，傳動總軸上的過輪與變速器連接，變速器通過齒輪或皮帶輪與發(fā)電機連接。
專利摘要本實用新型涉及一種梯形囤船水電站，主要是利用自然界水流形成的能量轉化為電能的裝置。本實用新型的主要技術特征在于通過兩端有固定樁的跨江鋼繩、船頭斜拉線、錨桿、橫拉線固定梯形囤船。梯形囤船兩邊船舷安裝多組V形葉片的沖動式水輪機。V形葉片安裝在葉輪上，葉輪內有鋼梁、內圈、軸承、輪軸組成。每個水輪機的輪軸安裝在船舷和船內軸柱中間的滑道里，軸柱上下部位有固定輪軸高低位置的閂釘孔和活動閂釘。驅動輪與被動輪嚙合，傳動軸上的斜齒輪與傳動總軸的斜齒輪嚙合。組合式的各軸連接處用萬向節(jié)機件連接。每個水輪機的動力通過輪軸、傳動軸、傳動總軸、過輪、傳給變速器帶動發(fā)電機發(fā)電。本實用新型的有益效果在于將存在的自然現(xiàn)象加以利用，使之能轉化為可供人們使用的清潔能源。
文檔編號F03B1/00GK201351569SQ200920002678
公開日2009年11月25日 申請日期2009年2月24日 優(yōu)先權日2009年2月24日
發(fā)明者藍開明 申請人:藍開明