一種自動(dòng)變槳的流水發(fā)電裝置及其變槳方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水力發(fā)電裝置，尤其涉及一種自動(dòng)變槳的流水發(fā)電裝置及其變槳方法，屬于水力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代社會(huì)能源短缺和環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，世界各國都在尋找新型可再生能源來代替煤和石油。目前以風(fēng)能、太陽能為代表的新能源已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段，但是由于他們單位面積能量密度低、投資大、獲取的電能不能與火電、水電價(jià)相競爭，使其推廣受到限制。
[0003]水能是一種綠色可再生能源，我國水利資源豐富，如果將水利資源利用起來將會(huì)產(chǎn)生巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。但是目前河流的水利發(fā)電都采用水壩式發(fā)電:即高位水壩蓄水，將水集中，然后在水壩的低位安裝水輪發(fā)電機(jī)，利用水流落差沖動(dòng)水輪機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。水壩式發(fā)電首先需要選址，盡管江河很多，但適合建壩的地段不多。再有筑壩一般都要截?cái)嗪恿鳎豢杀苊獾仄骗h(huán)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，而且成本也很大。另外對(duì)于平原地區(qū)的河流水能，由于攔河筑壩投資太大，影響面廣，幾乎無法開發(fā)，如水利資源豐富的珠江三角洲地區(qū)和長江三角洲地區(qū)就是如此。這樣白白浪費(fèi)水利資源。中國上千公里的南水北調(diào)調(diào)水線上也有不計(jì)其數(shù)的“低水頭大流量”跌水渠道，由于水頭低其水流能量也無法加以利用。
[0004]其次，現(xiàn)有的高壩水利發(fā)電廠蓄能抽水站，具有一定水位差的流水通過水輪機(jī)裝置后所排出的尾水還有相當(dāng)?shù)哪芰?，目前這種水流能量沒有再次得到利用，不僅白白浪費(fèi)而且對(duì)下游河床也帶來很大的危害。另外，占全國80%發(fā)電量的熱力發(fā)電廠在電力生產(chǎn)過程中需要大量電力冷卻水，冷卻過程結(jié)束后這種被稱為“溫排水”的水將直接排向大江河海，而百萬千瓦火電汽輪機(jī)“溫排水”的水量范圍大概為35-45立方米每秒，如果夠加以利用，進(jìn)行二次發(fā)電，將會(huì)進(jìn)一步提高發(fā)電效率和減少能源消耗。但是目前全國的熱力發(fā)電廠、核能發(fā)電廠年復(fù)一年排放的“溫排水”都處于白白浪費(fèi)狀態(tài)。除此之外，污水處理廠、大型化工企業(yè)和其它工業(yè)用水大戶同樣也存在這樣的水資源浪費(fèi)現(xiàn)象。如果能將這些水力資源二次利用發(fā)電，將會(huì)進(jìn)一步節(jié)約發(fā)電成本，提高資源利用率。
[0005]同時(shí)，我國海洋水流資源也很豐富，但目前的海水發(fā)電主要是利用潮汐能和波浪能發(fā)電，其中技術(shù)成熟的潮汐發(fā)電也需要筑壩攔潮、建發(fā)電站，又因潮起潮落、發(fā)電機(jī)組時(shí)開時(shí)停，電力輸出不穩(wěn)定，電站發(fā)電效率低。波浪能發(fā)電和潮流能發(fā)電目前還處于研宄之中，相對(duì)波浪能而言，潮流能變化平穩(wěn)，規(guī)律性強(qiáng)，且儲(chǔ)量豐富，僅我國沿海理論平均功率就高達(dá)13.9萬MW。目前，潮流能發(fā)電的障礙主要在于發(fā)電成本高，發(fā)電成本高源于造價(jià)和運(yùn)行成本高、發(fā)電量少造成的；造價(jià)高的原因是由于技術(shù)問題，目前沒有形成批量生產(chǎn)。
[0006]因此，為了充分利用江河的水流、海洋的潮流能水利資源，提高現(xiàn)有發(fā)電廠和水利發(fā)電站的發(fā)電效率以及提高排水量大的企業(yè)的資源利用率，循環(huán)利用好人類生活生產(chǎn)活動(dòng)中流水的能量，非常有必要研宄一種高效、技術(shù)可靠、成本低廉，能夠適用一切流體能量發(fā)電的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種自動(dòng)變槳的流水發(fā)電裝置，其具有結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)換效率高、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題:
一種自動(dòng)變槳的流水發(fā)電裝置，包括可漂浮于水面的浮動(dòng)平臺(tái)、設(shè)置于浮動(dòng)平臺(tái)上的發(fā)電機(jī)，以及用于固定所述浮動(dòng)平臺(tái)的錨固裝置；所述浮動(dòng)平臺(tái)下部設(shè)置有前后貫通的流水通道，在所述流水通道中設(shè)置有可沿流水通道的縱向旋轉(zhuǎn)的帶輪，所述帶輪的轉(zhuǎn)軸通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接；所述流水發(fā)電裝置還包括一組與所述帶輪的外圈活動(dòng)連接的槳片以及與各槳片一一對(duì)應(yīng)的一組限位機(jī)構(gòu)，所述限位機(jī)構(gòu)可使其所對(duì)應(yīng)的槳片在帶輪下方處于與水流方向成一夾角的工作狀態(tài)，而在帶輪上方處于與水流方向基本平行的非工作狀態(tài)；所述槳片包括長度可調(diào)的槳桿、設(shè)置于槳桿端部的槳葉，以及可對(duì)槳桿長度進(jìn)行調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)信號(hào)連接的節(jié)點(diǎn)控制單元；所述流水發(fā)電裝置還包括可對(duì)不同水深處的水流速度進(jìn)行檢測的傳感裝置，以及可與所述傳感裝置及各節(jié)點(diǎn)控制單元進(jìn)行信息交互的主控制單元。
[0009]上述技術(shù)方案中，水流推動(dòng)槳片使得帶輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，從而將水流能量轉(zhuǎn)換為電能，并且槳片進(jìn)入水中后，在重力和限位機(jī)構(gòu)的共同作用下，其處于打開的工作狀態(tài)，可有效進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換；而在離開水后，槳片處于與水流方向基本平行的非工作狀態(tài)，可有效減小氣流所產(chǎn)生的阻力，從而有效提高了能量轉(zhuǎn)換效率并減小了帶輪所需的安裝空間。江河水流的速度和海洋潮流的流速在不同深度處可能不同，為保證槳片在各類使用環(huán)境下均可獲得最大推力，從而提高能量轉(zhuǎn)換效率并擴(kuò)大適應(yīng)性，本發(fā)明的漿片長度可調(diào)，并根據(jù)不同水深處的水流速度對(duì)漿片長度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得漿片獲得盡可能大的推力。
[0010]一種上述流水發(fā)電裝置的變槳方法，包括以下步驟:
步驟1、主控制單元根據(jù)通過所述傳感裝置確定水流速度最大的水深范圍；
步驟2、主控制單元通過各節(jié)點(diǎn)控制單元對(duì)各槳片的槳桿長度進(jìn)行調(diào)整，使得各槳片位于帶輪下方時(shí)其槳葉處于水流速度最大的水深范圍內(nèi)。
[0011]進(jìn)一步地，主控制單元通過各節(jié)點(diǎn)控制單元對(duì)各槳片的槳桿長度進(jìn)行調(diào)整時(shí)，在使得各槳片位于帶輪下方時(shí)其槳葉處于水流速度最大的水深范圍內(nèi)的同時(shí)，還使得沿水流方向的任意兩個(gè)相鄰槳片的槳葉高度存在高度差。
[0012]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
1、本發(fā)明所提出的發(fā)電裝置，結(jié)構(gòu)簡單，且漿片具有多種自動(dòng)變漿功能，其一是能夠在水面之上閉合，槳片與水面基本平行；位于水面之下時(shí)，槳片受重力作用自動(dòng)展開，受限位機(jī)構(gòu)的作用，槳面與水面基本垂直，并可以進(jìn)一步調(diào)整漿桿長度使帶輪獲得最大推力運(yùn)轉(zhuǎn)，提高發(fā)電效率。這種槳桿水面下伸展水面上收縮的變槳方式可使得水面下能量轉(zhuǎn)化效率最大化而水面上占用空間最小，有利于水力發(fā)電裝置的大型化和大功率化。
[0013]2、本發(fā)明所提出的發(fā)電裝置，在槳片位于水面之下時(shí)，可以根據(jù)傳感器檢測的河流和海洋不同深度處的水流速度和水流方向，根據(jù)整個(gè)帶輪機(jī)構(gòu)受力最大的原則，自動(dòng)調(diào)整槳桿的長度，保證能量轉(zhuǎn)換效率最大。
[0014]3、本發(fā)明提出的發(fā)電裝置，除槳片外的所有設(shè)備都位于水面之上，提高了發(fā)電系統(tǒng)的可靠性和安全性，易于日常維護(hù)。
[0015]4、本發(fā)明所提出的發(fā)電裝置，不需要建造堤壩，安裝方便，便于移動(dòng)，適用面廣，可以利用河水流、工廠循環(huán)水和海洋水流進(jìn)行發(fā)電，并可基于現(xiàn)有水壩，進(jìn)行水利發(fā)電的二次發(fā)電。
【附圖說明】
[0016]圖1為【具體實(shí)施方式】中本發(fā)明發(fā)電裝置中帶輪的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，I為帶輪，2為槳桿，3為槳葉；
圖2A、圖2B分別為長度可調(diào)的槳片在收縮狀態(tài)、伸張狀態(tài)的一種具體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為【具體實(shí)施方式】中變槳控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
圖中各標(biāo)號(hào)含義如下:
I為帶輪，2為槳桿，3為槳葉，4為擋塊。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
本發(fā)明流水發(fā)電裝置，包括可漂浮于水面的浮動(dòng)平臺(tái)、設(shè)置于浮動(dòng)平臺(tái)上的發(fā)電機(jī)，以及用于固定所述浮動(dòng)平臺(tái)的錨固裝置；所述浮動(dòng)平臺(tái)下部設(shè)置有前后貫通的流水通道，在所述流水通道中設(shè)置有可沿流水通道的縱向旋轉(zhuǎn)的帶輪，所述帶輪的轉(zhuǎn)軸通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接；所述流水發(fā)電裝置還包括一組與所述帶輪的外圈活動(dòng)連接的槳片以及與各槳片一一對(duì)應(yīng)的一組限位機(jī)構(gòu)，所述限位機(jī)構(gòu)可使其所對(duì)應(yīng)的槳片在帶輪下方處于與水流方向成一夾角的工作狀態(tài)，而在帶輪上方處于與水流方向基本平行的非工作狀態(tài)。發(fā)電機(jī)位于浮動(dòng)平臺(tái)之上，每個(gè)浮動(dòng)平臺(tái)可以安裝一臺(tái)或多臺(tái)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)可以通過增速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與帶輪轉(zhuǎn)軸連接，也可以采用直驅(qū)式發(fā)電機(jī)與帶輪旋轉(zhuǎn)軸連接，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電可以經(jīng)過整流后給電能儲(chǔ)存裝置充電，也