阅读说明：本技术 一种重力水轮发电设备 (Gravity hydraulic turbine power generation equipment ) 是由 成明军 于 2020-04-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及了一种重力水轮发电设备,包括供水水路、重力水轮、加速器和发电设备；重力水轮包括水轮以及设在水轮两侧的挡水板；挡水板的外侧或外圆周上一体连接有驱动齿轮；加速器具有慢速输入齿轮和快速输出齿轮；发电设备的输入轴上设有从动齿轮；驱动齿轮与慢速输入齿轮啮合,快速输出齿轮与从动齿轮啮合；重力水轮下方设有储水池；供水水路包括水泵、供水口；水泵进水端通过管路与储水池连通、出水端通过管路与供水口；供水口位于重力水轮进水侧上方。本发明的一种重力水轮发电设备,重力水轮存水重力在工作时不消耗能量,循环经过存水区更换存水的流水重力为做为驱动,带动加速器,加速器提高发电机的转速,带动发电机实施发电。(The invention relates to a gravity water wheel power generation device, which comprises a water supply waterway, a gravity water wheel, an accelerator and a power generation device; the gravity water wheel comprises a water wheel and water baffle plates arranged on two sides of the water wheel; the outer side or the outer circumference of the water baffle is integrally connected with a driving gear; the accelerator has a slow input gear and a fast output gear; a driven gear is arranged on an input shaft of the power generation equipment; the driving gear is meshed with the slow input gear, and the fast output gear is meshed with the driven gear; a water storage tank is arranged below the gravity water wheel; the water supply waterway comprises a water pump and a water supply port; the water inlet end of the water pump is communicated with the water storage tank through a pipeline, and the water outlet end of the water pump is communicated with the water supply port through a pipeline; the water supply port is positioned above the water inlet side of the gravity water wheel. According to the gravity water wheel power generation equipment, the gravity of the water stored in the gravity water wheel does not consume energy when in work, the gravity of the water stored in the water storage area is replaced by circulating the water through the water storage area as a drive, an accelerator is driven, the rotation speed of a generator is increased by the accelerator, and the generator is driven to generate power.)

一种重力水轮发电设备

技术领域

本发明涉及流体重力发电领域，特别是涉及一种重力水轮发电设备。

背景技术

随着社会的快速发展，能源也越来越紧缺，原有热能源成本高，还污染环境；而清洁能源成本高，工艺复杂，施工难度高，不但成本高，还远远不能满足人们对节约能源的需求。现有的立式水车，采用水流冲击的方式推动水车旋转做功，而此种立式水车在不改变水流环境条件下，速度可以提高，但加速系统的阻力会消耗能量，就会降低做功效果；而水流环境与轮轴杠杆加力性能的限制，立式水车的直径越大转速越低，加速消耗能量很大，因此，做功立式水车直径不能做大。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种重力水轮发电设备，重力水轮的存水重力在工作时不消耗能量，永久做功，配合循环经过存水区更换存水且不影响存水重力的流水重力作为驱动，通过挡水板外周或外侧一体的驱动齿轮带动加速器，加速器将扭力传递给发电机，并提高发电机的转速，共同推动重力水轮转动，带动发电机实施发电。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种重力水轮发电设备，包括重力水轮、加速器和发电设备；所述重力水轮包括水轮以及设置在水轮两侧的挡水板；至少一个所述挡水板的外侧或外圆周上一体连接有驱动齿轮；所述加速器具有慢速输入齿轮和快速输出齿轮；所述发电设备的输入轴上设置有从动齿轮；所述驱动齿轮与慢速输入齿轮啮合，快速输出齿轮与从动齿轮啮合，用于所述重力水轮的驱动齿轮通过加速器的慢速输入齿轮和快速输出齿轮向发电设备的从动齿轮输出扭矩；所述重力水轮的下方还设置有储水池，用于接收重力水轮的出水侧的落水；所述储水池还连接有供水水路；所述供水水路包括水泵、供水口；所述水泵的进水端通过管路与储水池连通、出水端通过管路与供水口；所述供水口位于重力水轮的进水侧的上方。

进一步的，所述水泵与供水口间的管路上还设置有减压水箱，所述减压水箱的出水端还设置有水量调节阀。

进一步的，所述重力水轮的水轮上设置有若干水斗；所述重力水轮的顶侧为进水侧；重力水轮的旋转方向为顺时针时，其右下方为出水侧；下方以及左半侧为空载侧；重力水轮的旋转方向为逆时针时，其左下方为出水侧，下方以及右半侧为空载侧；所述重力水轮在出水侧的上方形成存水区，并依靠存水区的存水重力驱动重力水轮转动。

进一步的，所述水轮由滚筒和均匀设置有滚筒上的轮叶片构成；相邻的两个轮叶片与滚筒和两侧挡水板共同围成所述水斗。

进一步的，所述轮叶片由第一弧形部、长直部、和弯折部一体构成；重力水轮的旋转方向进一步的，为逆时针时，轮叶片向顺时针方向倾斜；重力水轮的旋转方向为顺时针时，轮叶片向逆时针方向倾斜。

进一步的，所述重力水轮的两侧的挡水板位于中心的位置还设置有支撑轴；所述重力水轮还包括支撑架；所述支撑轴架设在支撑架上。

进一步的，所述支撑架上设置有轴承组件；所述支撑轴通过轴承组件与支撑架装配。

进一步的，所述固定支撑结构为地面或支撑架；所述固定支撑结构为地面时，地面上设置有地槽，用于容置重力水轮；所述储水池设置在地槽的底部。

本发明的优点：本发明的一种重力水轮发电设备，利用存水重力平衡发电时带来的扭矩，使水轮存水区存水重力存水产生的能量与重力水轮发电设备运转阻力消耗的能量达到能量守恒，配合循环更换重力存水进行驱动进而进行发电，替代传统水车利用水的动能和势能进行水流冲击的方式，效率高，成本低，满足需求；重力水轮的存水重力在工作时不消耗能量，永久做功，配合循环经过存水区更换存水，不影响存水重力的流水重力做为驱动，通过挡水板外周或外侧一体的驱动齿轮带动加速器，加速器将扭力传递给发电机，并提高发电机的转速，共同推动重力水轮转动，带动发电机实施发电；通过水斗的设计，重力水轮形成存水区，利用存水区的存水重力克服发电设备传递过来的阻力，存水区的水的重力通过重力水轮的轴心做支点，把垂直向下的重力改变成旋转的动力，进而驱动得力水轮旋转；通过增加重力水轮的半径增加水轮周长、轮叶片个数，增加重力存水能力，通过增加水轮半径增加以水轮半径为杠杆的加力效果进而提高重力水轮的做功能力；由于重力水轮转动缓慢，加大驱动齿轮半径，减小以水轮为半径的杠杆加力效果，使实际存水量增加来提高加速器的输入转速，稳定重力水轮发电设备转速，进而进而满足发电机对转速的需求；由于重力水轮转动时，会对轴心处的轮轴产生很大的扭矩，需要轮轴具有很高的强度，而采用在挡水板外侧或外周上固定驱动齿轮的方式，可很好的解决这样的问题。

附图说明

图1为实施例一的一种重力水轮发电设备的示意图；

图2为实施例一的一种重力水轮发电设备的重力水轮的立体示意图；

图3为实施例一的一种重力水轮发电设备的重力水轮的主视示意图；

图4为图3的A-A的截面示意图；

图5为实施例二的一种重力水轮发电设备的重力水轮的立体示意图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

实施例一

如图1至图4所示，本实施例提供了一种重力水轮发电设备，包括重力水轮、加速器6和发电设备7；所述重力水轮包括水轮1以及设置在水轮两侧的挡水板2；至少一个所述挡水板2的外侧或外圆周上一体连接有驱动齿轮201；所述加速器6具有慢速输入齿轮601和快速输出齿轮602；所述发电设备7的输入轴上设置有从动齿轮；所述驱动齿轮201与慢速输入齿轮601啮合，快速输出齿轮602与从动齿轮啮合，用于所述重力水轮的驱动齿轮通过加速器的慢速输入齿轮601和快速输出齿轮602向发电设备的从动齿轮输出扭矩；所述重力水轮的下方还设置有储水池8，用于接收重力水轮的出水侧的落水；所述储水池8还连接有供水水路；所述供水水路包括水泵10、供水口12；所述水泵10的进水端通过管路与储水池8连通、出水端通过管路与供水口12；所述供水口12位于重力水轮的进水侧的上方；所述水泵10与供水口12间的管路上还设置有减压水箱9，所述减压水箱9的出水端还设置有水量调节阀11；用于供水口12出水的开关和流量的调节。

本实施例的一种重力水轮发电设备中，所述重力水轮的水轮1上设置有若干水斗105；所述重力水轮的顶侧为进水侧；重力水轮的旋转方向为顺时针时，其右下方为出水侧；下方以及左半侧为空载侧；重力水轮的旋转方向为逆时针时，其左下方为出水侧，下方以及右半侧为空载侧；所述重力水轮在出水侧的上方形成存水区，并依靠存水区的存水重力驱动重力水轮转动。

本实施例的一种重力水轮发电设备中，所述水轮1由滚筒101和均匀设置有滚筒上的轮叶片构成；相邻的两个轮叶片与滚筒和两侧挡水板2共同围成所述水斗105。

本实施例的一种重力水轮发电设备中，所述轮叶片由第一弧形部102、长直部103、和弯折部104一体构成；重力水轮的旋转方向为逆时针时，轮叶片向顺时针方向倾斜；重力水轮的旋转方向为顺时针时，轮叶片向逆时针方向倾斜。

本实施例的一种重力水轮发电设备中，所述重力水轮的两侧的挡水板2位于中心的位置还设置有支撑轴3；所述重力水轮还包括支撑架5；所述支撑轴3架设在支撑架5上。

本实施例的一种重力水轮发电设备中，所述支撑架5上设置有轴承组件4；所述支撑轴3通过轴承组件4与支撑架5装配。

本实施例的一种重力水轮发电设备中，发电设备用运转时所能产生的阻力通过水泵循环供水使重力水轮存水功能存入平衡水量，平衡阻力存水的重力通过重力水轮的半径用轮轴做支点，把垂直向下的重力改变成旋转的动力传递给发电设备，使存水重力产生的能量与发电设备阻力消耗能量守恒，正常发电时存水重力不消耗能量永久做功与注入水轮顶端的水流循环经过重力水轮的存水区，不影响存水重力共同推动重力水轮发电，达到重力做功目的后从水轮底部源源不断流出。

本实施例提供了一种重力水轮发电设备中，根据平衡阻力存水量与水斗绕水轮圆周移动速度计算所需注水流量，通过配备相应的水泵来实现注水流量的控制，存水重力平衡发电系统所有阻力，配合循环经过存水区的流水重力进行发电。

本实施例提供了一种重力水轮发电设备中，设置的减压水箱9可降低水流压力，减小水流对水轮的冲击力，避免水流冲击力所造成的水花飞溅，减压后通过水量调节阀控制进水流量。

实施例二

如图5所示，本实施例提供了一种重力水轮发电设备，所述挡水板2的外圆周上一体连接有驱动齿轮201。

上述实施例的一种重力水轮发电设备中，重力水轮的半径被大型驱动齿轮划分为单纯杠杆加力区与加速减力区，加速减力以杠杆反特性增加速度，减小推动力度；水轮半径大于驱动齿轮半径的部分，存水重力在杠杆加力区，没有加速效果；水轮半径不大于驱动齿轮半径的部分存水重力在加速减力区；根据每个水斗存水重力作用在重力水轮半径上受力点位置的不同有不同分工。

上述实施例的一种重力水轮发电设备中，重力水轮发电首先决定于水斗绕水轮圆周移动的速度，使重力存水保持对水轮转动的最佳力；发电系统阻力的大小决定发电能力的多少，根据发电系统阻力所需存水与水斗绕水轮圆周移动的速度配备水轮、驱动齿轮、加速器与发电机设备，没有阻力重力水轮就不会存水；随着水进入重力水轮顶端，经过存水区更换重力存水，不影响存水重力存在，并配合存水重力带动重力水轮，发电时配备大型驱动齿轮传动，减少加速环节与杠杆加力，通过增加实际重力存水量，使发电设备转速更稳定。

上述实施例的一种重力水轮发电设备中，加速阻力消耗能量使重力水轮降低转速；增加阻力就会加大重力存水，同时会增加传动的扭矩。

上述实施例的一种重力水轮发电设备中，加速阻力降低重力水轮转速的倍数与存水量增加的倍数相等；与水轮每转一周延长注水时间的倍数相等，与传动力度增加的倍数也相等，但传给发电机的转速不变，同一重力水轮不改变给水流量，增加加速系统时，加功不加速；加速器的阻力消耗会被增加的存水重力平衡。重力水轮的直径越大存水距离越长，更方便存水，由于驱动齿轮超大，大型的驱动齿轮作用是增加实际存水量，保持推动力，提高输出转速，不会影响发电机转速，会更节能，效率更高。

上述实施例的一种重力水轮发电设备中，大型的重力水轮的工作效率很高，转速过低对传动轴产生的扭矩也会很高，也很难找到高强度传动轴，而这样的问题，可通过在挡水板的侧面安装超大的驱动齿轮来解决；而轮轴(支撑轴)起到承载支撑的作用，工作的扭矩由滚桶分担，可降低重力水轮与超大的驱动齿轮的制做成本。

上述实施例的重力水轮的能量产生的计算过程非常复杂，用10m半径的重力水轮来配置发电设备，在水轮挡水板的圆周上安装大型驱动齿轮进行传动，驱动齿轮与加速器的慢速输入齿轮啮合，用加速器高速输出齿轮啮合发电设备的从动齿轮来实施发电；以简化方式计算产生能量。

重力水轮有效存水距离约占水轮周长的35％，即为22m；轮叶片的距离轴心最远端的间隔为0.2m，即共计存水110斗；水轮滚筒半径为0.1m；平衡发电系统阻力存水110t；按水轮周长计算，平均每米存水5t；平均每个水斗存水1t，即1000kg；

(一)当水流经过进水侧，首先存足平衡发电设备阻力的存水，正常发电时，进入重力水轮进水侧的水流重力配合存水重力带动重力水轮发电设备直接发电；进入进水侧的水流按外周周长来计算，每更换1m存水，水斗就会在水轮外周上转动1m，推动重力水轮发电设备产生电能，根据竖直向下的重力方向粗略计算：

(1)进水侧的第一斗水的重心在轮叶片所在的滚筒处产生加力能量：

W＝Gh＝mgh＝1×1000kg×9.8N×0.1m＝980J

(2)存水重心点在水轮10m半径处单斗存水产生的加力能量：

W＝Gh＝mgh＝1×1000kg×9.8N/kg×10m＝98000J

(3)根据(1)与(2)产生能量计算该斗重力存水，存水产生的加力能量差比：

98000J/980J＝100

(4)简单的说：把22m重力存水的重心点以水轮圆周至水轮轴心水平距离折中至5m处计算重力水轮绕圆周转动一米产生的加力能量：

W＝Gh＝mgh＝110×1000kg×5m×9.8N/kg＝5390000J

(5)计算平均每米存水用水泵升至入水口(20m高)消耗的能量

W＝Gh＝mgh＝5×1000kg×9.8N/kg×20m＝980000J

(6)通过(4)与(5)计算水轮转动1m存水重力产生的加力能量，与水泵供1m存水至入水口消耗能量超出的倍数：

5390000J/980000J＝5.5

(7)人们通常简单的用水轮半边实际存水重力，计算水轮绕圆周转动一米产生平衡重力水轮发电设备阻力的能量：

W＝Gh＝mgh＝110×1000Kg×9.8N/kg×1m＝1078000J

与(5)980000J对比虽已超能，但通过(1)980J与(2)98000J对比实现(3)的倍率，证明计算方式错误；应根据平均每斗存水重力重心点距水轮轴心的水平距离计算单个水斗存水的加力能量，然后把110斗存水加力能量相加才是重力水轮半边存水产生的加力能量。

(二)据能量守恒定律，能量不会随便产生，也不会随便消失的原理来推断，算式(1)中重力水轮发电设备使用1t存水，下降一米产生能量的1％为加力能量，剩余99％的能量则为重力水轮发电设备加速服务；十米半径重力水轮发电设备，在挡水圈圆周上安装大型的驱动齿轮，重力存水重心点都在重力水轮的加力又加速区，计算完加力能量后，再根据每个水斗存水的重心至水轮轴心的水平距离计算水轮加速的能量。

(三)大型的驱动齿轮降低了轮轴杠杆加力效果，与加速器加速产生的阻力，使水轮转速降低，进入进水侧的流水在稳定注入，随着着水轮转速的降低，延长了水轮每转一圈的注水时间与注水量，并增加实际存水量，也产生一定倍数的加力能量。

(四)配合重力存水推动重力水轮发电设备发电时，循环更换重力存水的流水重力在水轮轮轴之上，基本没有加力的能量，而是加速能量。

(五)根据以上数据与平衡重力水轮发电设备阻力存水重力永久做功，不消耗能量的方式，结合轮轴杠杆加力效果分析，重力水轮的直径越小，轮轴杠杆加力越少，实际平衡重力水轮发电设备阻力的存水越多，超能倍率越低；水轮直径太小，不会存在超能效果，由于水的密度小，体积大，水轮存水区也不能融入。水轮的直径越长，轮轴杠杆加力效果越明显，重力水轮存水区存水能力越强，重力水轮发电设备正常发电时存水重力在永久作功，且不消耗能量，因此，重力水轮的直径越长，超能的倍率就越高；十米半径的重力水轮，累计产生能量在消耗能量的百倍之上。

上述实施例中，重力水斗利用二力平衡的逆反特性进行设计，使用时先确定水斗绕水轮圆周转动速度能产生最大重力效果，配备大型的驱动齿轮、加速器与发电机，以预设重力水轮发电设备，发电时将要产生的阻力设置重力水轮大小，使重力水轮存水区能满足推动重力水轮发电设备运转的存水需求。因为没有重力水轮发电设备运行阻力限制，重力水轮存水区就不会产生正常发电时，不消耗任何能源的重力存水；只有达到平衡重力水轮发电设备发电产生的所有阻力消耗能量与重力存水产生的推动能量保持平衡时，水泵以很小的供水流量推动重力水轮发电设备正常发电，使发出的电能远远大于水泵供水消耗的电能。

上述实施例中，用重力水轮底部储水池存水，水泵循环供水至水轮顶部减压水箱，减压水箱进水设存水量限制阀与用于调节供水量的水量调节阀，水从减压水箱出来后导出至供水口，并进入水轮的进水侧，水轮循环落水由底部储水池回收。

上述实施例中，利用杠杆加力减速的逆反特性，通过重力水轮的大型驱动齿轮把水轮轮轴扭矩，转移至滚筒与挡水板；并且使推动重力水轮发电设备发电的推动力减力加速，增加实际重力存水，稳定发电机转速；提高重力水轮半径来增加杠杆加力大小；增加水轮周长来增加存水距离；利用水泵提供的循环流水来更换重力存水(有重力水轮发电设备运转阻力限制，不会影响存水重力)，水流更换重力存水产生的重力配合重力存水推动重力水轮发电设备发电；加速器调节发电机转速，并能增加重力存水重力与更换存水的水流重力，进而增加产生的能量。

上述实施例不应以任何方式限制本发明，凡采用等同替换或等效转换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。