一种灌溉水补偿式发电装置及发电方法与流程

本发明属于水力发电，具体涉及一种灌溉水补偿式发电装置及发电方法。

背景技术：

1、灌溉水是水力发电的一种潜在能源，灌溉水发电仅利用水流中的能量，发电过程中不涉及水的化学变化，不消耗水量，发电后的尾水直接用于灌溉，不会对灌溉水有任何影响，因此灌溉水的水资源可综合利用，可提高水资源的利用率，但是灌溉水的水头低，水力条件不足，采用现有的水轮机难以进行发电，因此，目前灌溉水发电的主要难题是发电设备的缺乏，迄今灌溉水仍未充分利用以进行发电。

2、由于目前我国的灌区在渠道上用灌溉水进行发电尚未实现，另外灌区一般面积较大，用电存在困难，进而影响灌区的正常运转和效益发挥，灌区存在的问题归纳为以下两点：(1)灌溉水往往靠自流无法送达灌区内的山地、丘陵地区、高田或高地中，又无电力协助，因此灌区内的山地、丘陵地区、高田或高地无法自流灌溉，进而影响灌区内的山地、丘陵地区、高田或高地中植物的生长；(2)自流灌溉通常适用于漫灌，而灌区内的部分农作物不适宜漫灌，漫灌会导致减产并浪费水资源，而目前的灌区在没有电力的地方，灌溉只能漫灌，无法进行需要电力的喷灌或滴灌。

3、综上，一方面存在流动的灌溉水没有被充分利用的问题，另一方面，又存在灌区中的部分地区无法自流灌溉的问题。因此，如何利用低水头的灌溉水就地发电并就地使用，亟需技术创新。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的缺陷，本发明提供一种灌溉水补偿式发电装置及发电方法，能利用低水头的灌溉水进行发电，以提高灌溉水的水资源利用率。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种灌溉水补偿式发电装置，包括补偿式水轮机，所述补偿式水轮机包括通过轮毂相连接的中心转轴和转轮，所述中心转轴横跨灌区内的渠道并架设于渠道的两侧岸边，所述转轮部分浸没于渠道内的灌溉水中，所述渠道的一侧岸边设置发电机，所述中心转轴的相应侧端部与发电机的转轴固定连接，所述转轮的外圆面上固定有多个叶片和多个注有配重液体的补偿箱体，所述补偿箱体的一端尺寸小且另一端尺寸大，所述补偿箱体的小尺寸端紧邻转轮的外圆面并固定于转轮外圆面的相应位置处，所述补偿箱体的大尺寸端远离转轮的外圆面，多个所述叶片在灌溉水的水流作用下用于推动转轮旋转，多个所述补偿箱体配合用于补偿并增大转轮的旋转力矩，使所述转轮加速旋转。

4、进一步地，所述中心转轴沿左右方向水平布置且轴线方向与渠道的延伸方向垂直，所述转轮呈两端开口的圆筒形状，所述轮毂为多个，每个所述轮毂包括内轮圈和外轮圈，所述内轮圈与外轮圈之间固定有多个轮辐，多个所述轮毂沿转轮的轴向间隔分布，相邻两个所述轮毂之间通过联系梁固定连接，所述中心转轴从左到右依次穿过各内轮圈内且与各内轮圈固定连接，所述转轮套设于各外轮圈外且与各外轮圈固定连接，处于所述转轮两端处的轮毂外盖设有端板，使所述转轮内腔形成封闭的空腔。

5、进一步地，所述转轮的外圆面上沿轴向间隔分布有多组叶片单元，每组所述叶片单元包括若干个沿转轮外圆面的周向间隔分布的叶片，相邻两组所述叶片单元中的叶片交叉分布；所述转轮的外圆面上沿轴向还间隔分布有多组补偿箱体单元，每相邻两组所述叶片单元之间的位置处布置一组补偿箱体单元，每组所述补偿箱体单元包括若干个沿转轮外圆面的周向间隔分布的补偿箱体，相邻两组所述补偿箱体单元中的补偿箱体位置一一对应。

6、进一步地，每组所述补偿箱体单元中的补偿箱体的个数为偶数，且各所述补偿箱体的结构、尺寸完全相同并沿转轮外圆面的周向均匀间隔分布，每组所述补偿箱体单元中的其中一个补偿箱体的大尺寸端与另一个相邻补偿箱体的小尺寸端紧邻，每个所述补偿箱体沿垂直于中心转轴轴线方向的截面呈直角梯形状，所述补偿箱体包括两个正方形面、两个长方形面和两个直角梯形面，处于所述补偿箱体小尺寸端处的正方形面称为第一正方形面，处于所述补偿箱体大尺寸端处的正方形面称为第二正方形面，与所述第一正方形面和第二正方形面均垂直的长方形面称为第一长方形面，剩余一个长方形面称为第二长方形面，所述中心转轴的轴线处于第一正方形面所在的平面上且与第一长方形面平行，所述第二长方形面与转轮外圆面紧贴；且所述第一长方形面上设有注水口，通过所述注水口用于向补偿箱体内注入配重水，并且每个所述补偿箱体内注入的配重水体积相同。

7、进一步地，每组所述叶片单元中各叶片的结构、尺寸完全相同且沿转轮外圆面的周向均匀间隔分布，所述叶片为长方形板，所述叶片的高度方向沿转轮的径向布置，所述叶片的长度方向沿转轮的轴向布置。

8、进一步地，所述叶片的高度与转轮半径相等，所述叶片的长度为叶片高度的2倍，相邻两组所述叶片单元之间的水平间距大于转轮半径的1/3，所述叶片单元与相邻补偿箱体单元之间的水平间距大于10mm。

9、进一步地，所述补偿箱体的小尺寸端处套设固定有卡箍，所述卡箍与转轮外圆面处套设固定的定位圆环固定连接。

10、进一步地，所述中心转轴的一端架设于渠道一侧岸边的轴承支座上，另一端架设于渠道另一侧岸边的轴承支座上，所述中心转轴的相应侧端部通过联轴器与发电机的转轴固定连接。

11、进一步地，所述轮毂的每个轮辐中靠近转轮的一端与相邻轮毂的相应轮辐中靠近转轮的一端之间通过沿前后方向水平布置的第一联系梁固定连接，所述轮毂的每个轮辐另一端与相邻轮毂的相应轮辐另一端之间通过沿前后方向水平布置的第二联系梁固定连接。

12、一种灌溉水补偿式发电方法，采用以上所述的灌溉水补偿式发电装置进行发电，具体为：多个所述叶片在灌溉水的水流作用下推动转轮旋转，多个所述补偿箱体中部分所述补偿箱体对转轮产生的旋转力矩之和大于其余补偿箱体对转轮产生的抵抗旋转力矩之和，补偿并增大所述转轮的旋转力矩，使所述转轮加速旋转，且所述转轮带动中心转轴旋转，所述中心转轴带动发电机的转轴旋转发电。

13、相对于现有技术，本发明的有益效果为：

14、本发明中的灌溉水补偿式发电装置，包括补偿式水轮机，补偿式水轮机包括通过轮毂相连接的中心转轴和转轮，中心转轴横跨灌区内的渠道并架设于渠道的两侧岸边，转轮部分浸没于渠道内的灌溉水中，渠道的一侧岸边设置有发电机，中心转轴的相应侧端部与发电机的转轴固定连接，转轮的外圆面上固定有多个叶片和多个注有配重液体的补偿箱体，补偿箱体的一端尺寸小且另一端尺寸大，补偿箱体的小尺寸端紧邻转轮的外圆面并固定于转轮外圆面的相应位置处，补偿箱体的大尺寸端远离转轮的外圆面；这样多个叶片在灌溉水的水流作用下推动转轮旋转，多个补偿箱体中部分补偿箱体对转轮产生的旋转力矩之和大于其余补偿箱体对转轮产生的抵抗旋转力矩之和，从而补偿并增大转轮的旋转力矩，使转轮加速旋转，且转轮带动中心转轴旋转，中心转轴带动发电机的转轴旋转发电。因此，本发明中的灌溉水补偿式发电装置能利用低水头的灌溉水进行发电，以提高灌溉水的水资源利用率。

15、本发明中，处于转轮两端处的轮毂外盖设有端板，使转轮内腔形成封闭的空腔；这样转轮的内腔中不会进入灌溉水，进而转轮旋转的阻力相对较小。

16、本发明中，转轮的外圆面上沿轴向还间隔分布有多组补偿箱体单元，每相邻两组叶片单元之间的位置处布置一组补偿箱体单元，每组补偿箱体单元包括若干个沿转轮外圆面的周向间隔分布的补偿箱体，相邻两组补偿箱体单元中的补偿箱体位置一一对应；每组补偿箱体单元中的补偿箱体的个数为偶数，且各补偿箱体的结构、尺寸完全相同并沿转轮外圆面的周向均匀间隔分布，每组补偿箱体单元中的其中一个补偿箱体的大尺寸端与另一个相邻补偿箱体的小尺寸端紧邻，每个补偿箱体沿垂直于中心转轴轴线方向的截面呈直角梯形状，补偿箱体包括两个正方形面、两个长方形面和两个直角梯形面，处于补偿箱体小尺寸端处的正方形面称为第一正方形面，处于补偿箱体大尺寸端处的正方形面称为第二正方形面，与第一正方形面和第二正方形面均垂直的长方形面称为第一长方形面，剩余一个长方形面称为第二长方形面，中心转轴的轴线处于第一正方形面所在的平面上且与第一长方形面平行，第二长方形面与转轮外圆面紧贴；且第一长方形面上设有注水口，通过注水口用于向补偿箱体内注入配重水，并且每个补偿箱体内注入的配重水体积相同。这样转轮在旋转过程中，每组补偿箱体单元中的各补偿箱体随同转轮旋转，且在旋转过程中各补偿箱体内部配重水的重心位置一直在发生变化，以中心转轴的竖向轴线为界限，其中处于中心转轴轴线一侧的各补偿箱体内的配重水涌向相应补偿箱体的大尺寸端，处于中心转轴轴线另一侧的各补偿箱体内的配重水涌向相应补偿箱体的小尺寸端，其中处于中心转轴轴线一侧的补偿箱体个数与处于中心转轴轴线另一侧的补偿箱体个数相等，而由于补偿箱体的小尺寸端紧邻转轮的外圆面且大尺寸端远离转轮的外圆面，则处于中心转轴轴线一侧的各补偿箱体相对中心转轴轴线的旋转力臂之和大于处于中心转轴轴线另一侧的各补偿箱体相对中心转轴轴线的抵抗旋转力臂之和，而由于每个补偿箱体内注入的配重水体积相同，则处于中心转轴轴线一侧的各补偿箱体对转轮产生的旋转力矩之和大于处于中心转轴轴线另一侧的各补偿箱体对转轮产生的抵抗旋转力矩之和，进而能补偿并增大转轮的旋转力矩，使转轮加速旋转，以便于利用低水头的灌溉水进行发电。