一种野外风力驱动的全自动平原河流持续改善水动力系统

1.本发明涉及改善河流水动力技术领域，具体是一种野外风力驱动的全自动平原河流持续改善水动力系统


背景技术：

2.平原河网地区地势平缓、土壤肥沃，河网交错、水系纵横，具有复杂的枝状与交叉或环状河网，往往位于地理位置优越、人口密集、经济发达地区。地区水资源总量丰富但受人口总量大、工农产业高速发展、经济活动频繁的影响，水资源遭到过度开发与利用，供需矛盾突出。与此同时，高度开发导致南方平原河网地区河流的生态失衡，出现干枯断流、水质污染、生物多样性锐减等水环境问题，亟需对该地区开展生态需水研宄与保护。
3.平原河网地区河流坡降较缓、流速较小、水流挟沙能力较弱导致该地区河床有一定程度的淤积现象。多沙河流在两岸堤防的挟持下，由于河床不断淤高，形成所谓的地上“悬河”。
4.现有平原河网生态改善方案中改变流速的方案主要以调水“引清冲污”为主，甚少以日常河流流速为考虑目标，不能长期控制河流流速在一个较合适的范围，导致河流在治理过后存在水质在保持一段时间后再次变差的现象频频发生。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术，为了进一步完善并维持治理平原河网的流动情况，本发明提出一种野外风力驱动的全自动平原河流持续改善水动力系统，能够实现平原河网地区风力能源的利用以及河流流态的改善，整体方案利用巧妙的物理原理，结构简单，造价低廉，性能稳定，使用方便。
6.本发明提供的一种野外风力驱动的全自动平原河流持续改善水动力系统，包括：风力供水系统；所述风力供水系统包括第一水平壳体，所述第一水平壳体设有可转动部，所述可转动部的外壁设有若干扇叶，所述第一水平壳体的内部设有第一水平转轴，所述第一水平转轴与所述可转动部通过棘轮传动连接；所述第一水平壳体的下端设有第一垂直壳体，所述第一垂直壳体的内部设有垂直转轴，所述垂直转轴与所述第一水平转轴通过齿轮传动连接；所述第一垂直壳体的侧端设有第二水平壳体，所述第二水平壳体的内部设有第二水平转轴，所述第二水平转轴的一端与所述垂直转轴通过齿轮传动连接；所述第二水平壳体侧端设有第二垂直壳体，所述第二垂直壳体上设有上滑轮和下滑轮，所述下滑轮与所述第二水平转轴的另一端相连接，所述上滑轮与所述下滑轮通过履带相连接，所述履带上设有若干可转动的取水盒，所述取水盒上设有凹陷部，所述第二垂直壳体的侧端设有排水管，所述排水管上设有与所述凹陷部相配合的凸起部，且所述凸起部与所述凹陷部卡合时，所述取水盒向所述排水管的方向转动；冲水系统；所述冲水系统包括设于所述排水管下方的冲水槽，所述冲水槽的下方设有下泄导流渠道。
7.优选地，所述水平壳体远离所述可转动部的一端设有尾翼部。
8.优选地，所述垂直转轴的下端设有套管，所述套管的上端通过轴承与上水平齿轮相连接，所述上水平齿轮通过外垂直齿轮与所述第二水平转轴相连接，所述套管的下端通过轴承与下水平齿轮相连接，所述下水平齿轮通过内垂直齿轮与所述第二水平转轴相连接，所述下水平齿轮与内垂直齿轮的转动齿比大于所述上水平齿轮与外垂直齿轮的转动齿比；所述套管的外壁沿其中周部设有若干可上下转动的转杆，所述转杆的外端设有上转动轮齿和下转动轮齿。
9.优选地，所述套管的上部与所述转杆之间设有限位弹簧。
10.优选地，所述垂直转轴上套有第一限位管，所述第一限位管的外壁与所述第一垂直壳体相连接。
11.优选地，所述第二水平转轴上套有第二限位管，所述第二限位管的外壁与所述第二水平壳体相连接。
12.优选地，所述冲水槽的两侧均设有支架，所述冲水槽与所述支架通过转轴可转动连接；所述转轴上设有水平横杆，所述水平横杆上设有垂直弹簧，所述冲水槽的两侧壁均设有限位块，所述限位块与所述垂直弹簧位于以所述转轴为圆心的同一圆弧上。
13.优选地，所述冲水槽的前底端设有平直延伸部。
14.优选地，所述冲水槽的后底端设置为椭圆形缓冲部。
15.相对于现有技术，本发明的有益效果为：1、本发明可实施的客观条件较易达成，造价低廉，系统运作不需要人为操作，可灵活部署在任何条件适合的平坦河岸上，且充分利用平原地区的风力资源，完成了风力驱动改善平原河网小流量河流的水动力改善模式。
16.2、本发明充分利用齿轮传动结构和滑轮传动结构，整体构造简单，不涉及电子元件，不易损坏。
17.3、本发明达成的小流量河流水动力改善效果更加频繁，可以持续改善河流运动及生态情况，更加适合需要长期改善水动力情况的流域。
18.4、本发明中的风力取水系统可以充分利用正向来风，使系统对于自然风力的利用尽可能最大化，更加经济环保。
19.5、本发明中的风力取水系统可以根据风速自动转换档位，以控制取水装置运作速率在安全范围内，保护装置，延长装置使用寿命。
20.6、本发明中的风车系统仅利用逆时针的转动情况，可避免利用风能时装置转动方向的突然改变导致的损坏情况。
21.7、本发明中的风力取水系统中的取水盒随着履带的转动完成取水—泄水过程，整体结构不需要人工操作。且取水盒在通过排水口附近时可完成自动倾倒和回正的动作，整体结构简单可靠。
22.8、本明中的冲水系统可实现蓄水—泄水的自动化过程，且可通过装置结构防止过度倾覆并回正，结构可靠。
23.9、本发明中的冲水系统可实现每次泄水量尽可能的接近，使每次泄水后水动力改善情况较为客观并统一，符合河流水动力情况改善的较优条件。
附图说明
24.图1为本发明实施例中风力供水系统的结构示意图。
25.图2、3为本发明实施例的局部结构示意图。
26.图4为本发明实施例中冲水系统的结构示意图。
27.图中：1、第一水平壳体；2、扇叶；3、第一水平转轴；4、棘轮；5、棘轮齿；6、第一垂直壳体；7、垂直转轴；8、第二水平壳体；9、第二水平转轴；10、套管；11、上水平齿轮；12、外垂直齿轮；13、下水平齿轮；14、内垂直齿轮；15、转杆；16、上转动轮齿；17、下转动轮齿；18、限位弹簧；19、第二垂直壳体；20、铁架；21、上滑轮；22、下滑轮；23、履带；24、取水盒；25、排水管；26、凹陷部；27、凸起部；28、冲水槽；29、支架；30、水平横杆；31、垂直弹簧；32、限位块；33、下泄导流渠道；34、平直延伸部；35、椭圆形缓冲部；36、尾翼部；37、第一限位管；38、第二限位管。
具体实施方式
28.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例
29.一种野外风力驱动的全自动平原河流持续改善水动力系统，如图1-4所示，包括：风力供水系统和冲水系统。
30.其中，如图1所示，所述风力供水系统包括第一水平壳体1，第一水平壳体1设有可转动部，所述可转动部的外壁固定有三个扇叶2，第一水平壳体1的内部通过轴承安装有第一水平转轴3。如图2所示，第一水平转轴3的一端固定有棘轮4，且棘轮4的轮齿方向为顺时针方向，所述可转动部的内壁设有六个棘轮齿5，棘轮齿5与棘轮4齿合连接，如此，可仅将扇叶2逆时针转动时的风力传动至整个风力供水系统。此外，第一水平壳体1远离所述可转动部的一端设有尾翼部36，用于平衡上部分风车结构的重心以及导风，使上部分运行更加稳定。
31.进一步，如图1所示，第一水平壳体1的下端设有第一垂直壳体6，第一垂直壳体6的内部通过轴承安装有垂直转轴7，垂直转轴7的顶端固定有水平齿轮，第一水平转轴3的中部固定有垂直齿轮，所述垂直齿轮与所述水平齿轮相互齿合，两者垂直传动连接，进而可通过风力带动垂直转轴7转动。垂直转轴7的中部套有第一限位管37，第一限位管37的外壁通过支杆与第一垂直壳体6相连接，使垂直转轴7转动更加稳定不易发生偏移。
32.进一步，如图1所示，第一垂直壳体6的下侧端设有第二水平壳体8，第二水平壳体8的内部设有第二水平转轴9，垂直转轴7的下端固定有套管10，套管10的上端通过轴承与上水平齿轮11相连接，第二水平转轴9的一端外侧固定有外垂直齿轮12，外垂直齿轮12与上水平齿轮11相互齿合，两者垂直传动连接；套管10的下端通过轴承与下水平齿轮13相连接，第二水平转轴9的一端内侧固定有内垂直齿轮14，内垂直齿轮14与下水平齿轮13相互齿合，两者垂直传动连接。下水平齿轮13与内垂直齿轮14的转动齿比大于上水平齿轮11与外垂直齿轮12的转动齿比。如图3所示，套管10的外壁沿其中周部均匀设有四个可上下转动的转杆15，转杆15的外端设有上转动轮齿16和下转动轮齿17，且套管10的上部与转杆15之间设有
限位弹簧18。第二水平转轴9的中部套有第二限位管38，第二限位管38的外壁通过支杆与第二水平壳体8相连接，使第二水平转轴9转动更加稳定不易发生偏移。
33.如此，当风速较小时，转杆15在重力作用下向下转动，此时下转动轮齿17与下水平齿轮13相互齿合，带动下水平齿轮13转动，进而通过转动齿比较大的下方咬合齿轮组带动第二水平转轴9转动，达到更好的转动效果。而当风速较大时，转杆15在离心力的作用下向上转动，压缩限位弹簧18，此时上转动轮齿16与上水平齿轮11相互齿合，进而通过转动齿比较小的上方咬合齿轮组带动第二水平转轴9转动，在转速较大的情况下保证装置安全运行。
34.进一步，如图1、4所示，第二水平壳体8侧端设有第二垂直壳体19，第二垂直壳体19的下部开口，通过铁架20固定在地面上。第二垂直壳体19上设有上滑轮21和下滑轮22，下滑轮22与第二水平转轴9的另一端固定连接，通过第二水平转轴9带动转动，上滑轮21与下滑轮22通过履带23相连接，履带23上均匀设有四个铝质长方体取水盒24，取水盒24上部开口，通过金属连接杆和转轴与履带23可转动连接，第二垂直壳体19的一侧端设有排水管25，取水盒24靠近排水管25的一侧上口设有半圆形的凹陷部26，排水管25靠近取水盒24的一端下侧设有与凹陷部26相配合的凸起部27，且凸起部27与凹陷部26卡合时，取水盒24向排水管25的方向转动。在取水盒24经过排水管25时，凹陷部26与凸起部27咬合并导致取水盒24沿转轴发生转动，使其在通过排水管口时自动倾倒，将取水盒24中的水排至排水管25中，取水盒24的重心设置在转轴下方，保证其在自由转动的同时可以实现转动倾覆后自动回正的过程。
35.其中，如图4所示，所述冲水系统包括设于排水管25下方的冲水槽28，冲水槽28的前端开口，后端封闭，冲水槽28装满水后的重心位于其后端，冲水槽28的两侧均设有三角形的支架29，支架29固定在地面上，冲水槽28与支架29通过转轴可转动连接。为了保证冲水槽28在泄水过程中的稳定和自动回正过程的触发，所述转轴上设有水平横杆30，水平横杆30与所述转轴直接相连并紧密贴近冲水槽28的槽壁，水平横杆30的末端设有垂直弹簧31，冲水槽28的两侧壁均设有限位块32，限位块32与垂直弹簧31位于以所述转轴为圆心的同一圆弧上，且限位块32与垂直弹簧31的夹角为60度，在倾倒过程中，限位块32与垂直弹簧31接触并使垂直弹簧31压缩，产生的弹力在槽内的水倾倒完成后能使冲水槽28回正。冲水槽28的下方设有下泄导流渠道33，下泄的水会流入下泄导流渠道33中，并顺着渠道流至河流中，下泄导流渠道33为一明渠，其顶部略低于地面，底部略深于河流水平面，河道冲水方向与河流流向夹角较小，能尽可能使冲出的水流对河流流动产生较好的促进效果，使系统的每次冲水效益更好。
36.进一步，冲水槽28的前底端设有平直延伸部34，使其在装满水后受到水流冲击时产生较大的转动倾向，以完成自动倾覆的功能，从而达到自动冲水的目的。冲水槽28的后下方设有缓冲地面，冲水槽28的后底端设置为椭圆形缓冲部35，与缓冲地面接触时能够以减小冲水回正过程的冲击力。
37.本发明包括河岸边的冲水系统，和为之供水的风力供水系统。风力供水系统由利用风力提供机械能的风车传动结构与垂直河面的两固定滑轮提供的履带传动循环取水结构组成，通过风能将水转移至冲水槽内储存。冲水系统包括冲水槽28和下泄导流渠道33，冲水槽28为侧向放置并在水槽内水位到达临界值时通过一次冲水的动能达到出水目的，冲水槽28冲出的水会进入下泄导流渠道33，使冲出的水流向与河流流向的夹角较小，达到较好
的流速改良效果。本发明实现了平原河网地区风能资源的利用，并在一定程度上解决了平原河网地区支流流速慢、流动性差的问题，系统整体能源环保，成本低廉，使用和维护简单方便。
38.以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。

技术特征：
1.一种野外风力驱动的全自动平原河流持续改善水动力系统，其特征在于，包括：风力供水系统；所述风力供水系统包括第一水平壳体，所述第一水平壳体设有可转动部，所述可转动部的外壁设有若干扇叶，所述第一水平壳体的内部设有第一水平转轴，所述第一水平转轴与所述可转动部通过棘轮传动连接；所述第一水平壳体的下端设有第一垂直壳体，所述第一垂直壳体的内部设有垂直转轴，所述垂直转轴与所述第一水平转轴通过齿轮传动连接；所述第一垂直壳体的侧端设有第二水平壳体，所述第二水平壳体的内部设有第二水平转轴，所述第二水平转轴的一端与所述垂直转轴通过齿轮传动连接；所述第二水平壳体侧端设有第二垂直壳体，所述第二垂直壳体上设有上滑轮和下滑轮，所述下滑轮与所述第二水平转轴的另一端相连接，所述上滑轮与所述下滑轮通过履带相连接，所述履带上设有若干可转动的取水盒，所述取水盒上设有凹陷部，所述第二垂直壳体的侧端设有排水管，所述排水管上设有与所述凹陷部相配合的凸起部，且所述凸起部与所述凹陷部卡合时，所述取水盒向所述排水管的方向转动；冲水系统；所述冲水系统包括设于所述排水管下方的冲水槽，所述冲水槽的下方设有下泄导流渠道。2.如权利要求1所述的野外风力驱动的全自动平原河流持续改善水动力系统，其特征在于，所述水平壳体远离所述可转动部的一端设有尾翼部。3.如权利要求1或2所述的野外风力驱动的全自动平原河流持续改善水动力系统，其特征在于，所述垂直转轴的下端设有套管，所述套管的上端通过轴承与上水平齿轮相连接，所述上水平齿轮通过外垂直齿轮与所述第二水平转轴相连接，所述套管的下端通过轴承与下水平齿轮相连接，所述下水平齿轮通过内垂直齿轮与所述第二水平转轴相连接，所述下水平齿轮与内垂直齿轮的转动齿比大于所述上水平齿轮与外垂直齿轮的转动齿比；所述套管的外壁沿其中周部设有若干可上下转动的转杆，所述转杆的外端设有上转动轮齿和下转动轮齿。4.如权利要求3所述的野外风力驱动的全自动平原河流持续改善水动力系统，其特征在于，所述套管的上部与所述转杆之间设有限位弹簧。5.如权利要求1或2所述的野外风力驱动的全自动平原河流持续改善水动力系统，其特征在于，所述垂直转轴上套有第一限位管，所述第一限位管的外壁与所述第一垂直壳体相连接。6.如权利要求1或2所述的野外风力驱动的全自动平原河流持续改善水动力系统，其特征在于，所述第二水平转轴上套有第二限位管，所述第二限位管的外壁与所述第二水平壳体相连接。7.如权利要求1或2所述的野外风力驱动的全自动平原河流持续改善水动力系统，其特征在于，所述冲水槽的两侧均设有支架，所述冲水槽与所述支架通过转轴可转动连接；所述转轴上设有水平横杆，所述水平横杆上设有垂直弹簧，所述冲水槽的两侧壁均设有限位块，所述限位块与所述垂直弹簧位于以所述转轴为圆心的同一圆弧上。8.如权利要求7所述的野外风力驱动的全自动平原河流持续改善水动力系统，其特征在于，所述冲水槽的前底端设有平直延伸部。9.如权利要求7所述的野外风力驱动的全自动平原河流持续改善水动力系统，其特征在于，所述冲水槽的后底端设置为椭圆形缓冲部。

技术总结
本发明提供一种野外风力驱动的全自动平原河流持续改善水动力系统，包括河岸边的冲水系统，和为之供水的风力供水系统。风力供水系统由利用风力提供机械能的风车传动结构与垂直河面的两固定滑轮提供的履带传动循环取水结构组成，通过风能将水转移至冲水槽内储存。冲水系统包括冲水槽和导流渠道，冲水槽为侧向放置并在水槽内水位到达临界值时通过一次冲水的动能达到出水目的，冲水槽冲出的水会进入导流渠道，使冲出的水流向与河流流向的夹角较小，达到较好的流速改良效果。本发明实现了平原河网地区风能资源的利用，并在一定程度上解决了平原河网地区支流流速慢、流动性差的问题，系统整体能源环保，成本低廉，使用和维护简单方便。单方便。单方便。


技术研发人员：陈致远 金光球 唐洪武 邹宇灏 陈鹤翔
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2023.02.20
技术公布日：2023/5/23