專利名稱：無壩水電站及其設(shè)備設(shè)施的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出的無壩水電站及其設(shè)備設(shè)施技術(shù)方案可在不建設(shè)水壩的條件下進(jìn)行水力發(fā)電，可使水能水電獲得更廣泛高效的開發(fā)利用，屬于水力發(fā)電全新方法與設(shè)備設(shè)施種類開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域。
水力發(fā)電是可再生能源開發(fā)的重要組成部分，中國是世界第一水能大國，因此大力拓展水電的可開發(fā)、建設(shè)與利用領(lǐng)域，對(duì)于緩解能源壓力、減少煤炭資源消耗和環(huán)境污染均具有重大意義。依現(xiàn)有技術(shù)要進(jìn)行水電開發(fā)需要建設(shè)電站水壩，建設(shè)水壩投資巨大，在有些地區(qū)建設(shè)水壩或是廣泛建設(shè)水壩還會(huì)帶來地質(zhì)、環(huán)境、景觀、生態(tài)、移民安置等諸多問題的發(fā)生；另外在自然界有許多河流在局部地段有諸多個(gè)“一小段流段”有地理坡度，有長期穩(wěn)定的中高速水流產(chǎn)生，但是在多數(shù)情況下其并不具備建設(shè)水壩型水電站的地貌條件或是經(jīng)濟(jì)性要求，致使大量有效水能流失，無法開發(fā)利用。
此外，現(xiàn)有形式的水輪機(jī)設(shè)備在低水頭發(fā)電時(shí)的出力效率不高，建設(shè)單個(gè)或少數(shù)機(jī)組形成的過流能力極低，與多數(shù)河流具有的水能與流量不適應(yīng)，使大量水能流失，這些均需要一種全新的水力發(fā)電方法和設(shè)備設(shè)施來解決。
本發(fā)明的目的就是提供一種可滿足上述各方面需求的、全新種類的水力發(fā)電方法和設(shè)備設(shè)施——無壩水電站及其設(shè)備設(shè)施，其可在不建水壩的條件下進(jìn)行水電開發(fā)，并且可實(shí)現(xiàn)各種功率和出力能力的方便調(diào)控變化，還可實(shí)現(xiàn)投資小、見效快、出力效率高、過流能力強(qiáng)，建設(shè)適用條件廣泛、建設(shè)方式靈活多樣，對(duì)自然河流與水流無實(shí)質(zhì)性影響與改變，并可將長段水能全部開發(fā)利用等諸多優(yōu)勢(shì)功效的集合。
本發(fā)明提出的無壩水電站及其設(shè)備設(shè)施是由板鏈輪式水輪機(jī)部分、水輪機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施部分和發(fā)電與調(diào)控設(shè)備設(shè)施三大功能部分組成。
板鏈輪式水輪機(jī)是將水能有效轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的主要機(jī)械部件，主要是由串聯(lián)的水力板、水力板鏈條、傳動(dòng)輪與定位導(dǎo)軌等主要功能部件構(gòu)成，由水流推動(dòng)的“往去”設(shè)備部分設(shè)置在水平面下，逆水流運(yùn)動(dòng)的“復(fù)來”部分設(shè)置在水面之上，具體描述是①多個(gè)或眾多個(gè)串聯(lián)的水力板水力板可為平板形狀，但其更多的是采用C、L、E、F、∑等更加有利于使其集中水力、同時(shí)有利于其自身強(qiáng)度加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)組合。在一個(gè)板鏈輪式水輪機(jī)組上設(shè)置的水力板的數(shù)量、規(guī)格、排列密度、設(shè)計(jì)強(qiáng)度、選擇材料等可依該水電站的水流強(qiáng)度、水能流程和其它具體的實(shí)際要求設(shè)計(jì)。
水力板一般采用玻璃鋼為主體材料，其上還可設(shè)置與定位導(dǎo)軌配合的滑輪或滑塊；水力板在加工時(shí)還可在其內(nèi)部設(shè)置可使其自身產(chǎn)生浮力的封閉空間，即通過其作用可使水力板在入水后自動(dòng)產(chǎn)生浮力，其浮力大小設(shè)計(jì)可正好抵消其自身重量和與其配合的鏈條重量為佳，該設(shè)計(jì)可使水力板在水下運(yùn)動(dòng)過程中無(少)非水力因素對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的阻力與影響。
水力板與水力板鏈條的配合方式主要有 形方式或 形方式， 形方式更可方便水力板保持水力作用平衡(見示意圖3的舉例)，但是 形方式的水力板下部(在水下即為上部)在與傳動(dòng)輪進(jìn)行回轉(zhuǎn)配合時(shí)會(huì)(必須留出)形成水力板傳動(dòng)輪缺口，從中可導(dǎo)致部分水流流失，因此與 形方式水力板配合的定位導(dǎo)軌的下部一般設(shè)計(jì)為整體板式導(dǎo)軌形式，即其導(dǎo)軌圍繞的中下部面積為整體板式(見示意圖4)，這樣在水力板在水下的前進(jìn)運(yùn)行中，水力板缺口就可由整體板式導(dǎo)軌完全填補(bǔ)，從而可消除從其處導(dǎo)致的水力流失；水力板的定位平衡還可借助定位導(dǎo)軌上設(shè)置的定位溝槽或滑輪與水力板上設(shè)置的滑輪與滑塊滑軌配合共同輔助實(shí)現(xiàn)。
②水力板鏈條水力板鏈條(或采用鋼絲繩代替鏈條，以下不重復(fù)說明“或采用鋼絲繩”)可將各個(gè)排列的水力板進(jìn)行串聯(lián)連接與位置方向的輔助平衡固定，其鏈條可采用防銹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，水力板鏈條的設(shè)計(jì)強(qiáng)度與水能與出力條件要求對(duì)應(yīng)。
③傳動(dòng)輪與定位導(dǎo)軌傳動(dòng)輪與定位導(dǎo)軌與水力板鏈條配合可使水力板鏈條進(jìn)行來回、往復(fù)的上下循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)；傳動(dòng)輪的直徑可依需要設(shè)計(jì)變化，小型的板鏈輪式水輪機(jī)或是非內(nèi)外綜合形式的板鏈輪式水輪機(jī)可用前后各一個(gè)傳動(dòng)輪(即共由兩個(gè)傳動(dòng)輪完成傳動(dòng))，大型及內(nèi)外綜合形式的板鏈輪式水輪機(jī)一般采用四輪傳動(dòng)，或?yàn)閮奢喤c四輪的結(jié)合型，在北方冬季其還可在冰層下運(yùn)行；其定位導(dǎo)軌的作用是引導(dǎo)、支撐、定位水力板鏈條和各個(gè)串聯(lián)的水力板，定位導(dǎo)軌還可與水力板或水力板鏈條上設(shè)置滑輪或滑塊等進(jìn)行反配合。
在一個(gè)機(jī)組平面上可設(shè)置一套或設(shè)置多套鏈條形成板鏈輪式水輪機(jī)機(jī)組形式。即對(duì)于應(yīng)用在吃水較深的或是吃水很深的板鏈輪式水輪機(jī)，可設(shè)計(jì)為在同一個(gè)側(cè)視平面內(nèi)從內(nèi)到外設(shè)置一套以上的板鏈輪式水輪機(jī)，形成“內(nèi)外組合形態(tài)的板鏈輪式水輪機(jī)機(jī)組”(見示意

圖1)；對(duì)于應(yīng)用在水面較寬或很寬的板鏈輪式水輪機(jī)，可在同一個(gè)俯視平面內(nèi)排列設(shè)置多套板鏈輪式水輪機(jī)，從而形成“排列組合形態(tài)的板鏈輪式水輪機(jī)機(jī)組”(見示意圖2)；排列機(jī)組與內(nèi)外機(jī)組的相互結(jié)合與綜合設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)板鏈輪式水輪機(jī)更強(qiáng)的出力能力、形成板鏈輪式水輪機(jī)適應(yīng)情況更廣泛的能力。在一個(gè)無壩水電站內(nèi)可依需要設(shè)置多組上述各種形式的板鏈輪式水輪機(jī)、機(jī)組并單獨(dú)運(yùn)行。
板鏈輪式水輪機(jī)、機(jī)組的設(shè)計(jì)長度與規(guī)格可依不同的實(shí)際需要進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，也可形成標(biāo)準(zhǔn)化的系列規(guī)格，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)能力要求。
板鏈輪式水輪機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施功能部分的主要作用是實(shí)現(xiàn)規(guī)范設(shè)置安裝板鏈輪式水輪機(jī)的河道與控制其水流，使水流有效、可控制地作用于板鏈輪式水輪機(jī)的水力板上；因此對(duì)于部分河流水平面季節(jié)升降變化幅度很大的河流，其還可設(shè)置使板鏈輪式水輪機(jī)升降的裝置與設(shè)備，實(shí)現(xiàn)板鏈輪式水輪機(jī)整體操作，以適合季節(jié)水平面的變化要求，其還可建設(shè)分流水道與控制閘門，在河流水流量變化的情況下進(jìn)行分流減少與堵截增加的水流分流調(diào)控，實(shí)現(xiàn)通過板鏈輪式水輪機(jī)水流量的及時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)變化；其主要功能結(jié)構(gòu)包括①板鏈輪式水輪機(jī)安裝基礎(chǔ)與安裝機(jī)架、機(jī)座；②實(shí)現(xiàn)板鏈輪式水輪機(jī)升降的升降機(jī)或是建設(shè)水流分流水道與閘門和溢出，及其共同設(shè)置與配合控制；③電力與調(diào)控設(shè)備的安裝基礎(chǔ)與綜合布置，其可根據(jù)不同建設(shè)條件和要求進(jìn)行具體設(shè)計(jì)；無壩水電站的板鏈輪式水輪機(jī)和水輪機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施部分為本發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)部分，設(shè)備原理并不復(fù)雜，且可根據(jù)具體情況在基本功能原理不變的基礎(chǔ)上進(jìn)行多樣化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此在此不進(jìn)行更加細(xì)致的描述。
無壩水電站發(fā)電與調(diào)控設(shè)備設(shè)施無壩水電站發(fā)電與調(diào)控設(shè)備設(shè)施雖然也屬于本發(fā)明產(chǎn)品的功能組成部分，通過其共同實(shí)現(xiàn)無壩水電站的全部設(shè)計(jì)目的，但是其均為一般商品型產(chǎn)品和通用技術(shù)，包括發(fā)電機(jī)、自動(dòng)或手動(dòng)的調(diào)控設(shè)備及其它電站需要的設(shè)備設(shè)施等，其調(diào)控設(shè)備可采用現(xiàn)有水輪機(jī)相同原理的調(diào)控裝置與控制系統(tǒng)完成，其技術(shù)內(nèi)容描述復(fù)雜也非本發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新部分和權(quán)利要求所在，且一般技工即可完成，因此在此不進(jìn)行更加細(xì)致的描述。
本發(fā)明對(duì)于無壩水電站及其設(shè)備設(shè)施運(yùn)行方法的描述是可在一切有坡度或有較強(qiáng)水流條件的河流上建設(shè)無壩水電站，并依水流地理情況設(shè)計(jì)成為并列型與內(nèi)外型等多種機(jī)組形成，通過水輪機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，可將全部或主要水流可調(diào)節(jié)控制地作用于板鏈輪式水輪機(jī)的串聯(lián)水力板上，并且可形成泄流通道方便進(jìn)行水流流量的調(diào)控或形成可上下升降移動(dòng)的形式(用人工調(diào)節(jié)或用電力機(jī)械調(diào)節(jié))；將板鏈輪式水輪機(jī)的上部分設(shè)置在水面之上，下部分設(shè)置在水面之下，通過面對(duì)水流的、具有一定面積的各個(gè)水力板的出力作用形成串聯(lián)水力板的整體出力移動(dòng)，共同帶動(dòng)水力板鏈條的循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過水力板鏈條帶動(dòng)與其配合的傳動(dòng)輪和與其連接的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)形成發(fā)電能力；相當(dāng)設(shè)計(jì)長度的板鏈輪式水輪機(jī)可將其安裝流程內(nèi)的全部水能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；對(duì)于板鏈輪式水輪機(jī)出力能力的調(diào)節(jié)方法可采用①整體提升水輪機(jī)機(jī)組，使內(nèi)外組合形態(tài)的板鏈輪式水輪機(jī)機(jī)組減少出力能力，或使排列組合形態(tài)的板鏈輪式水輪機(jī)機(jī)組減少出力能力，(反之則增加出力能力)；②主動(dòng)增加電力系統(tǒng)負(fù)荷；③通過水輪機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施的分流將多余水流分流，減少過流水力水量④上述三種方式的結(jié)合。
本發(fā)明采用的板鏈輪式水輪機(jī)具有強(qiáng)大的過流能力，并可形成串聯(lián)與排列形式，因此可將其設(shè)計(jì)長度內(nèi)所處坡段形成的水能全部形成出力利用；其機(jī)組的多設(shè)計(jì)形態(tài)可適合多種不同的復(fù)雜情況需求；其發(fā)明出現(xiàn)將開拓水力發(fā)電全新的、更廣泛的(目前難于或無法開發(fā)的)水能，并可實(shí)現(xiàn)水電站建設(shè)投資小、見效快、出力效率高，建設(shè)適用條件廣泛、建設(shè)方式靈活多樣，對(duì)自然河流與水流無實(shí)質(zhì)性影響與改變等諸多優(yōu)勢(shì)功效集合的設(shè)計(jì)目的。
下面結(jié)合示意圖說明無壩水電站及其設(shè)備設(shè)施的主要功能結(jié)構(gòu)。
圖l為內(nèi)外組合形式的板鏈輪式水輪機(jī)的側(cè)視原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為兩輪板鏈輪式水輪機(jī)側(cè)視和與其對(duì)應(yīng)的俯視原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為水力板與水力板鏈條的 形方式配合可方便水力板保持水力平衡作用。
圖4為與 形方式水力板配合的定位導(dǎo)軌中下部面積為整體板式示意圖。
圖5為并聯(lián)式板鏈輪式水輪機(jī)機(jī)組縱向側(cè)視原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖l中1．水力板 2．水力板鏈條 3．水平面 4．水流方向 5．水輪機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施圖2中6．傳動(dòng)輪 7．水力板 8．傳動(dòng)軸 9．水輪機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施 10．發(fā)電機(jī)圖3中11．水流向 12． 形水力板 13．水平面 14．水力板鏈條 15．水輪機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施。
圖4中16．傳動(dòng)軸 17．鏈條運(yùn)動(dòng)方向 18．水力板鏈條 19．整體板式導(dǎo)軌 20．水平面 21．水力板 22．傳動(dòng)輪圖5中23．水力板[復(fù)來] 24．發(fā)電機(jī) 25．水力板[往去] 26．傳動(dòng)軸27．水平面
權(quán)利要求
1.一種無壩水電站及其設(shè)備設(shè)施，其是由板鏈輪式水輪機(jī)部分、水輪機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施部分和發(fā)電與調(diào)控設(shè)備設(shè)施三大功能部分組成，其特征在于①多個(gè)或眾多個(gè)串聯(lián)的水力板水力板可為平板形狀，但其更多的是采用C、L、E、F、∑等更加有利于使其集中水力、同時(shí)有利于其自身強(qiáng)度加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)組合；在一個(gè)板鏈輪式水輪機(jī)組上設(shè)置的水力板的數(shù)量、規(guī)格、排列密度、設(shè)計(jì)強(qiáng)度、選擇材料等可依該水電站的水流強(qiáng)度、設(shè)計(jì)流程和其它具體的實(shí)際要求設(shè)計(jì)；水力板一般采用玻璃鋼為主體材料，其上還可設(shè)置與定位導(dǎo)軌配合的滑輪或滑塊；水力板在加工時(shí)還可在其內(nèi)部設(shè)置可使其自身產(chǎn)生浮力的封閉空間，即通過其作用可使水力板在入水后會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生浮力，其浮力大小設(shè)計(jì)可正好抵消其自身重量和與其配合的鏈條重量；水力板與水力板鏈條的配合方式主要有 形方式或 形方式， 形方式更可方便水力板保持水力作用平衡，與 形方式水力板配合的定位導(dǎo)軌下部一般設(shè)計(jì)為整體板式導(dǎo)軌形式；水力板的定位平衡還可借助定位導(dǎo)軌上設(shè)置的定位溝槽或滑輪與水力板上設(shè)置的滑輪與滑塊滑軌配合共同輔助實(shí)現(xiàn)；②水力板鏈條水力板鏈條(或采用鋼絲繩，以下不重復(fù)說明“或采用鋼絲繩”)可將各個(gè)排列的水力板進(jìn)行串聯(lián)連接與位置方向的平衡固定，其鏈條可采用防銹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，水力板鏈條的設(shè)計(jì)強(qiáng)度與水能與出力條件要求對(duì)應(yīng)；③傳動(dòng)輪與定位導(dǎo)軌傳動(dòng)輪與定位導(dǎo)軌與水力板鏈條配合可使水力板鏈條進(jìn)行來回往復(fù)的上下循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)；傳動(dòng)輪的直徑可依需要設(shè)計(jì)變化，小型的板鏈輪式水輪機(jī)或是非內(nèi)外綜合形式的板鏈輪式水輪機(jī)可用前后各一個(gè)傳動(dòng)輪，大型及內(nèi)外綜合形式的板鏈輪式水輪機(jī)一般采用四輪傳動(dòng)，或?yàn)閮奢喤c四輪的結(jié)合型；其定位導(dǎo)軌的作用是引導(dǎo)、支撐、定位水力板鏈條和各個(gè)串聯(lián)的水力板，還可與水力板或水力板鏈條上設(shè)置滑輪或滑塊等進(jìn)行反配合；在一個(gè)機(jī)組平面上可設(shè)置一套或設(shè)置多套鏈條形成板鏈輪式水輪機(jī)機(jī)組形式；即形成“內(nèi)外組合形態(tài)的板鏈輪式水輪機(jī)機(jī)組”或形成“排列組合形態(tài)的板鏈輪式水輪機(jī)機(jī)組”；在一個(gè)無壩水電站內(nèi)可依需要設(shè)置多組上述各種形式的板鏈輪式水輪機(jī)、機(jī)組并單獨(dú)運(yùn)行；板鏈輪式水輪機(jī)、機(jī)組的設(shè)計(jì)長度與規(guī)格可依不同的實(shí)際需要進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，也可形成標(biāo)準(zhǔn)化的系列規(guī)格，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)能力要求；板鏈輪式水輪機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施功能部分的主要作用是實(shí)現(xiàn)規(guī)范安裝板鏈輪式水輪機(jī)的河道與控制其水流，使水流有效、可控制地作用于板鏈輪式水輪機(jī)的水力板上；其主要功能結(jié)構(gòu)包括①板鏈輪式水輪機(jī)安裝基礎(chǔ)與安裝機(jī)架、機(jī)座；②實(shí)現(xiàn)板鏈輪式水輪機(jī)升降的升降機(jī)或是建設(shè)水流分流水道與閘門和溢出，及其共同設(shè)置與配合控制；③電力與調(diào)控設(shè)備的安裝基礎(chǔ)與綜合布置，其可根據(jù)不同建設(shè)條件和要求進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。
2.一種無壩水電站及其設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行方法，其特征在于可依水流地理情況設(shè)計(jì)成為并列型與內(nèi)外型等多種機(jī)組形成，通過水輪機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，可將全部或主要水流可調(diào)節(jié)控制地作用于板鏈輪式水輪機(jī)的串聯(lián)水力板上，并且可形成泄流通道方便進(jìn)行水流流量的調(diào)控或形成可上下升降移動(dòng)的形式；將板鏈輪式水輪機(jī)的上部分設(shè)置在水面之上，下部分設(shè)置在水面之下，通過面對(duì)水流的、具有一定面積的各個(gè)水力板的出力作用形成串聯(lián)水力板的整體移動(dòng)，共同帶動(dòng)水力板鏈條的循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過水力板鏈條帶動(dòng)與其配合的傳動(dòng)輪和與其連接的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)形成發(fā)電能力；具有相當(dāng)長度的板鏈輪式水輪機(jī)可將其安裝流程內(nèi)的水能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；對(duì)于板鏈輪式水輪機(jī)出力能力的調(diào)節(jié)方法可采用①整體提升水輪機(jī)機(jī)組，使內(nèi)外組合形態(tài)的板鏈輪式水輪機(jī)機(jī)組減少出力能力，或使排列組合形態(tài)的板鏈輪式水輪機(jī)機(jī)組減少出力能力，(反之則增加出力能力)；②主動(dòng)增加電力系統(tǒng)負(fù)荷；③通過水輪機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施的分流將多余水流分流，減少過流水力水量；④上述三種方式的結(jié)合與配合及其它有效方式。
全文摘要
一種無壩水電站及其設(shè)備設(shè)施，其可在不建設(shè)水壩的條件下進(jìn)行水力發(fā)電，其是由板鏈輪式水輪機(jī)、水輪機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施和發(fā)電與調(diào)控設(shè)備設(shè)施組成。通過面對(duì)水流的各個(gè)串聯(lián)水力板的出力帶動(dòng)水力板鏈條的循環(huán)往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)傳動(dòng)輪和與其連接的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)形成發(fā)電能力；具有相當(dāng)長度的板鏈輪式水輪機(jī)可將其安裝流程內(nèi)的水能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并且可實(shí)現(xiàn)各種功率要求和出力能力的方便調(diào)控變化；其出現(xiàn)可使水能水電獲得更廣泛高效的開發(fā)利用，并可實(shí)現(xiàn)投資小、見效快、出力效率高、過流能力強(qiáng)，建設(shè)適用條件廣泛、建設(shè)方式靈活多樣，對(duì)自然河流與水流無實(shí)質(zhì)性影響與改變等諸多優(yōu)勢(shì)功效的集合。
文檔編號(hào)E02B9/00GK1687531SQ20051005930
公開日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2005年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月28日
發(fā)明者陳曉通 申請(qǐng)人:陳曉通