基本信息
- 項目名稱：
- 豎葉水車發(fā)電裝置及應用該裝置的水力發(fā)電方法
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品是利用零散溪流水動能和分散低潮汐能進行發(fā)電的一個能源轉(zhuǎn)換裝置。本作品的核心關鍵技術是其豎葉水車結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)基于古老傳統(tǒng)的水車，通過改變其放射狀葉片結(jié)構(gòu)，采用由曲柄連接的內(nèi)架輪和外架輪組成平行四邊形機構(gòu)。相對傳統(tǒng)放射狀結(jié)構(gòu)，它使水車葉片在入水和出水狀態(tài)下都能始終保持垂直，克服了葉片入水和出水的阻力，保證中心軸以下葉片能接受水流的沖擊力，具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，能在低水頭流水中發(fā)揮作用。
- 詳細介紹：
- 當前，開發(fā)清潔可再生能源是人類發(fā)展需求的必然趨勢。水能是綠色可再生資源，將其開發(fā)利用具有重大意義。目前開發(fā)水能的方式一般是建設水電站，利用高效率的水輪機來轉(zhuǎn)換水能，但它對選址有一定的要求，例如一些零散低水頭的溪流就無法利用。如果在零散的溪流上建設水壩提高水頭，則經(jīng)濟性較差（建設水壩存在破壞環(huán)境、投資成本較大、建設工期較長等缺點）。如何利用這些零散溪流的流水動能，是我們的作品的一個設計出發(fā)點。同樣，對于低水頭的潮汐能利用，目前的方法也是采用建設水壩及高效率的水輪機，對選址也存在較大潮差的要求。而對一些分散的較低潮差的地址，其建設潮汐能電站的經(jīng)濟性就更差，如何經(jīng)濟性地利用這些分散的低潮差的潮汐能，也是我們的作品在實際應用領域中的一個重要考慮。本作品的核心關鍵技術是其豎葉水車結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)基于古老傳統(tǒng)的水車，通過改變其放射狀葉片結(jié)構(gòu)，采用由曲柄連接的內(nèi)架輪和外架輪組成平行四邊形機構(gòu)。相對傳統(tǒng)放射狀結(jié)構(gòu)，它使水車葉片在入水和出水狀態(tài)下都能始終保持垂直，克服了葉片入水和出水的阻力，保證中心軸以下葉片能全部接受水流的沖擊力，具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，能在低水頭流水中發(fā)揮作用。當流水正面沖擊水車葉片時，葉片經(jīng)架輪產(chǎn)生力矩，力矩使中心軸轉(zhuǎn)動，中心軸旋轉(zhuǎn)帶動變速齒輪箱工作，變速齒輪輸出一個適應發(fā)電機范圍的轉(zhuǎn)速，由發(fā)電機產(chǎn)生特征電壓，特征電壓經(jīng)調(diào)控器識別后，對負載或電瓶做出調(diào)整策略，最后輸出一個穩(wěn)定的電壓和電流。開發(fā)本裝置的每千瓦投資成本為4 000元至5 000元，運營成本為0.03元至0.07元，工程建設期為6至12個月，其投資成本回收期預計為3年至5年。本作品符合國家產(chǎn)業(yè)政策和能源政策，市場潛力巨大，產(chǎn)業(yè)化前景較好。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 水能是綠色可再生資源，將其開發(fā)利用具有重大意義。目前開發(fā)水能的方式一般是建設水電站，利用高效率的水輪機來轉(zhuǎn)換水能，但它對選址有一定的要求，例如一些零散低水頭的溪流就無法利用。如果在零散的溪流上建設水壩提高水頭，則經(jīng)濟性較差（建設水壩存在破壞環(huán)境、投資成本較大、建設工期較長等缺點）。如何利用這些零散溪流的流水動能，是我們作品的一個設計出發(fā)點。同樣，對于低水頭的潮汐能利用，目前的方法也是采用建設水壩及高效率的水輪機，對選址也存在較大潮差的要求。而對一些分散的較低潮差的地址，其建設潮汐能電站的經(jīng)濟性就更差，如何經(jīng)濟性地利用這些分散的低潮差的潮汐能，也是我們的作品在實際應用領域中的一個重要考慮。本作品的核心關鍵技術是其豎葉水車結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)基于古老傳統(tǒng)的水車，通過改變其放射狀葉片結(jié)構(gòu)，采用由曲柄連接的內(nèi)架輪和外架輪組成平行四邊形機構(gòu)。相對傳統(tǒng)放射狀結(jié)構(gòu)，它使水車葉片在入水和出水狀態(tài)下都能始終保持垂直，克服了葉片入水和出水的阻力，保證中心軸以下葉片能全部接受水流的沖擊力，具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，能在低水頭流水中發(fā)揮作用。當流水正面沖擊水車葉片時，葉片經(jīng)架輪產(chǎn)生力矩，力矩使中心軸轉(zhuǎn)動，中心軸旋轉(zhuǎn)帶動變速齒輪箱工作，變速齒輪輸出一個適應發(fā)電機范圍的轉(zhuǎn)速，由發(fā)電機產(chǎn)生特征電壓，特征電壓經(jīng)調(diào)控器識別后，對負載或電瓶做出調(diào)整策略，最后輸出一個穩(wěn)定的電壓和電流。本裝置應用的流速范圍：2m/s～8m/s，潮差范圍：0.5m～2m，功率范圍：1KW～60KW，轉(zhuǎn)換效率：45%～58%。
科學性、先進性
- 如附圖所示，內(nèi)架輪作為固定水車葉片的加固軸的正架，外架輪作為輔助架，內(nèi)架輪以中心軸的軸線為旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，外架輪以圓環(huán)軌的中心軸線為旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)。外架輪的旋轉(zhuǎn)中心軸線位于內(nèi)架輪的旋轉(zhuǎn)中心軸線之下且彼此平行地位于同一豎直平面內(nèi)。外架輪的多邊形頂點處安裝有曲柄，曲柄的垂直邊長度與內(nèi)架輪和外架輪的旋轉(zhuǎn)中心之間的垂向間距相同，且與外架輪、內(nèi)架輪的各構(gòu)件共同構(gòu)成了平面平行四邊形機構(gòu)，以保證各葉片始終同向圍繞中心軸線轉(zhuǎn)動垂直如一。外架輪的圓環(huán)軌位于中心軸上方，該圓環(huán)軌與中心軸之間有間隙，以免水車轉(zhuǎn)動時干擾。能夠?qū)崿F(xiàn)保持葉片豎直向下接受水流沖擊的關鍵技術是對平面四邊形機構(gòu)的合理應用，以及連接葉片曲柄的葉片軸頭、葉片脫水結(jié)構(gòu)的合理設計。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2010年，《豎葉水車發(fā)電裝置的研究及改進》獲得省級大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目立項；2010年，《豎葉水車發(fā)電裝置》獲得科技部中國21世紀議程管理中心與沃爾瑪（中國）投資有限公司聯(lián)合主辦的“青年科技創(chuàng)新競賽”產(chǎn)品類優(yōu)秀獎。2011年，本作品獲得省級“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽一等獎。
作品所處階段
- 中試階段
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 專利實施許可
作品可展示的形式
- 模型、圖片、錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本作品的水車結(jié)構(gòu)基于古老傳統(tǒng)的水車，通過改變其放射狀葉片結(jié)構(gòu)，采用由曲柄連接的內(nèi)架輪和外架輪組成平行四邊形機構(gòu)。相對傳統(tǒng)放射狀結(jié)構(gòu)，它使水車葉片在入水和出水狀態(tài)下都能始終保持垂直，克服了葉片入水和出水的阻力，保證中心軸以下葉片能全部接受水流的沖擊力，具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，能在低水頭流水中發(fā)揮作用。它無需水工建筑，不破壞自然環(huán)境，單位功率開發(fā)成本較低，是一款性價比較優(yōu)的可再生能源水能開發(fā)利用的水力發(fā)電設備，屬原創(chuàng)型技術創(chuàng)新產(chǎn)品。可根據(jù)不同流域（溪、河、江、海）設計出適用于溪流、普通江河、江河入?？?、海水潮汐流四種類型的水車裝置應用發(fā)電。本裝置投資小，運作簡單，適合以村落甚至家庭為單位進行建設，而采用產(chǎn)品堆疊的方式，也可以建成相對較大規(guī)模的電站。開發(fā)本裝置的每千瓦投資成本為4 000元至5 000元，運營成本為0.03元至0.07元，工程建設期為6至12個月，其投資成本回收期預計為3年至5年。本作品符合國家產(chǎn)業(yè)政策和能源政策，市場潛力巨大，產(chǎn)業(yè)化前景較好。
同類課題研究水平概述
- 國內(nèi)外有關利用水流動力的微型水力發(fā)電裝置的研究與應用已有較多的文獻報道。水車通常被認為是一種低效率的水能轉(zhuǎn)換設備，由于水輪機比水車的效率高，因此接替了水車的水能轉(zhuǎn)換裝置的作用，并在生活中得到了廣泛的應用。但實際上用在低水頭微型水電站中，水車還是具有有效和成本低的特點。國內(nèi)有關水車式水力發(fā)電裝置的研究與應用只有少量的文獻報道。例如，廣東省肇慶市鄧純粹申請了“一種水車發(fā)電機”實用新型專利，主要由水輪、主軸、輪轂、主軸承、螺桿、軸承座、聯(lián)軸器及發(fā)電機組成適合于在小流差、小流量及低速水流上運行。山東省淄博市張永軍申請了“水車式水力發(fā)電裝置”實用新型專利，其特征在于增設一水車輪，水車輪通過傳動元件與發(fā)電機相連。水利水電科學研究院趙維等人介紹了水車式水流發(fā)電站的構(gòu)造和工作原理。此外，有關水車的開發(fā)與應用也有文獻報道，水車結(jié)構(gòu)和葉片形狀各有不同。國外有關水車式水力發(fā)電裝置的研究與應用可以Zuppinger水車為代表，它是典型的下?lián)羰剿嚒?/dd>
