模块化水流能发电设备.pdf

一种模块化水流能发电设备，属于电力设备领域。它由数量不等的模块单体相互拼装而成，每个模块单体由水轮机(轮轴四周均匀排列4个瓦状叶片)和小型发电机组成，各单体可单独运行利用水流能发电，并通过预置的电缆接口与其他模块单体或外接负载(蓄电池等)联接。整个模块化水流能发电设备浸没在水流中，通过螺钉固定在河道堤岸的壁面上，水体流过设备面时直接冲击各水轮机外露的瓦状叶片，推动叶轮运转并通过动力轴带动水轮机同轴两端的发电机运作，将机械能转换成电能。该设备结构简单，方便安装和后期检修，不需要筑坝，不破坏河流的自然环境，可充分利用我国广阔的内陆河流水力资源，做到24小时运行发电，市场应用前景广阔。

权利要求书一种模块化水流能发电设备，其特征在于：它是模块化设计，由数量不等的模块单体拼接组装而成。所谓的模块化设计，简单地说就是将产品的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列产品。模块是可组合、分解和更换的功能单元。
根据权利要求1所述的模块化水流能发电设备，其特征在于：它的每个模块单体中空，水轮机置于中空的水轮槽中，同轴两端分别配置一台小型水力发电机。
根据权利要求1所述的模块化水流能发电设备，其特征在于：同一个模块化水流能发电设备的每个模块单体间采用扣板式的连接方式，通过上下表面外延的扣接边镶嵌连接。
根据权利要求1所述的模块化水流能发电设备，其特征在于：同一个模块化水流能发电设备的每个模块单体间通过承插式的电缆接口联通电力传输。
根据权利要求1所述的模块化水流能发电设备，其特征在于：它的每个模块单体可各自独立运行，利用江河溪流的水流能推动水轮机动作并带动同轴两端的发电机将机械能转换成电能。
根据权利要求1所述的模块化水流能发电设备，其特征在于：每个模块单体水轮机叶片采用瓦状的叶片，且同一个模块化水流能发电设备中各个模块单体内的水轮叶片倾斜方向须一致，与水流方向相对。

说明书模块化水流能发电设备
技术领域
本发明涉及一种电力设备，尤其涉及一种适用于江河溪流，可将河流溪水的水流能转换成电能的模块化水流能发电设备，属于电力设备领域。
背景技术
现有的水力发电设备一般都是利用大中型的涡轮式涡轮机将水能转换成电能，在使用时需要高水位的落差形成高水压冲力才能发电，由此导致发电成本高昂，而且它不能安装在普通的的江河溪流中，利用水流动能进行发电，无法实现对普通溪流河水的综合利用。且公知的水力发电厂大多需要修筑水坝，拦截河流抬高水位，以便形成高低水位落差，这不但需要投入大量的人力物力，还常会破坏当地原生态的自然环境，严重时引发局部地区气候变化。另外，现有的发电设备趋向于一体化成型设计，使得发电设备整体结构复杂，体积过大，外销运输不方便，而且安装调试和后期维修甚是麻烦。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题而提供一种可利用江河溪流等水力资源进行发电的模块化水流能发电设备。该设备可因地制宜，根据不同流域地点的环境特性而设计相应的模块单体，能在不破坏环境的前提下，最大限度地开发利用我国广阔的内陆河流水力资源，做到节能环保。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：模块化水流能发电设备由数量不等的模块单体相互拼接组装而成，其具体的尺寸大小及模块单体数量根据客户需求而定。各模块单体由水轮机(轮轴四周均匀排列有4片瓦状叶片)和小型发电机(电机尺寸根据模块单体容积配套)组成，可单独运行利用水流动能发电并通过预置的电缆接口与其他模块单体或外接负载(如蓄电池等)接通。整个模块化水流能发电设备浸没在水流中，通过螺钉固定在河道堤岸的壁面上，水体流过设备面时，水流直接冲击各水轮机外露的瓦状叶片，推动叶轮运转并通过动力轴带动水轮机同轴两端的小型发电机组运作，将机械能转换成电能。
所谓的模块化设计，简单地说就是将产品的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列产品。模块是可组合、分解和更换的功能单元。
所述的模块单体即表示整个模块化水流能发电设备的基本组成单元，并不规定只能包含一个水轮机组，它完全可按客户要求设计生产。每个单体壳为一个中心是空槽的矩形体，由两个空腔矩形体相连而成。各模块单体之间采用扣板式扣接边镶嵌连接。单体的具体工业结构取决于各单体在该水流能发电设备中的模块位置：普通的设备组成模块各侧面上下表面分别外延一部分预置扣接边，与相邻的另一个模块单体通过扣接边紧紧相连，且平行于水轮轴的两个侧面中部各预置一个承插式的电力接口，承插联接，以便设备内部各个模块电力的传输。设备边界部分的模块结构则有相应的变化，这些单体底面在外侧面方向需外延一定的距离作为固定边，并预留一定尺寸的孔洞，用于安装螺钉以固定整个模块化水流能发电设备。相应地，其上表面则无需外延设置扣接边。另外，左右两端位置的模块单体还要在相应侧面分别截断水轮槽口，以防止水流直接贯串水轮槽恶化水轮机处的水力条件。
所述的水轮机置于模块单体中央，即空槽位置。这样整个设备组装成型后，相当于水轮半外置，一半的水轮叶片工作面直接与水流接触，以充分利用水流的冲刷力。如果一个模块单体包含多个水轮机，则各水轮瓦状叶片的倾斜方向必须保持一致，且与水流流向相对，以便使水流能直接冲击叶片推动水轮机动作；设备组装时，模块单体的拼装也应按照上述叶片方向一致性的原则。
所述的发电机采用带变速箱和调节器的励磁式小型交流发电机，交流发电机与直流发电机相比，具有体积小、重量轻、结构简单、低速发电性能好等优点，尤其是对周围无线电设备的干扰要比直流发电机小得多，它的型号大小根据实际模块单体尺寸而定。
由于采用上述技术方案，本发明提供的壁式模块化水流发电设备具有如下优点：
1.本发电设备无需高水位势能，不需要筑坝，不破坏河流的自然环境，建造周期短，低碳、环保又节能；
2.可以保证全天24小时运行发电，节约了燃料和资金，同时无环境污染，经济效益和社会效益十分显著；
3.因地制宜，可根据不同河流水域设计不同容量的发电机组，实现对普通江河溪流水的综合利用；
4.适合那些远离电网，而有河流，沟渠水道或临海的偏僻地区、孤立海岛，有利于解决市政电力难题；
5.产业化之后，投资少，结构简单，方便运输、安装和后期检修，市场应用前景广阔；
附图说明
图1为模块化水流能发电设备俯视图
图2为模块化水流能发电设备侧视图
图3为模块化水流能发电设备中部侧视图
图4为左上边界模块单体透视图
图5为右上边界模块单体俯视图
图6为左边界模块单体剖视图
图7为右边界模块单体剖视图
(1)固定边；(2)固定孔；(3)水轮槽；(4)水轮叶片；(5)动力轴；(6)模块结合部；(7)电缆联接口；(8)扣接边；(9)交流发电机。
具体实施方式
图1‑5所示的是一种类型的模块化水流能发电设备，它主要由4个模块单体拼接组成，每个模块单体在水轮槽(3)中配置三组水轮机，在水轮机动力轴(5)两端分别置办一台带变速箱和调节器的励磁式小型交流发电机(9)，各电机间通过电缆联接口(7)互通，四个模块通过相互间的扣接边(8)组装拼接成一台完整的模块化水流能发电设备。
整个设备浸没在水体中，通过四周预置的固定边(1)上的固定孔(2)安装螺钉，固定在相应的江河溪流堤岸的壁面上。当水流流经该模块化水流能发电设备时，水体冲刷水轮叶片(4)，水轮机在叶片(4)的推动下运转工作并带动与动力轴(5)相连的发电机(9)旋转，在励磁电流的作用下，旋转的转子带动励磁磁场旋转，发电机的定子绕组切割励磁磁力线产生感应电动势输出电能实现能量的转换。设备所产生的电能最终通过设备两端的电缆联接口(7)与外接负载相连。