多級脈衝式水擊發電技術的製作方法

2023-10-25 07:25:52 2

專利名稱：多級脈衝式水擊發電技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種多級水力發電技術，特別是多級脈衝式水擊發電技術，是一種兼 具多級、脈衝、水擊三種特徵的水力發電技術。
背景技術：
現有的利用水力進行發電的技術，特別是多級水力發電技術，大都是利用第一級做功後，餘下的能量給下一級做功。現有的利用脈衝發電的技術，大都僅限於電磁的領域，如中國專利文獻公開號 CN1063384，公開了一種串級補償脈衝發電機，其特徵是通過將兩臺補償式脈衝發電機在機 械上同軸、在電氣上並聯，從而提高了這種強脈衝電源系統的功率增益和能量增益。現有的利用水錘(水擊現象)的發電技術，如中國專利文獻CN1293300C公開了一 種水力水錘發電裝置，其主要特徵是通過突然關閉閥門，產生水錘，並將水錘產生的壓能輸 送至穩壓罐，穩壓器內的空氣被壓縮，對水流產生反作用力，從而可以提高水力資源的利用 效能。以上三種現有的發電方法，局部上可能有助於提高發電效率，但尚不能從根本上 大幅提高發電效率。

發明內容
本發明針對以上三種現有發電方法技術上的不足，提出一種兼具以上多級、脈衝、 水擊三種特徵的水力發電技術。通過人為製造水流的脈衝式(間歇性重複)水擊(波)，反 復間歇恢復水流做功後的被減弱的壓強，和間歇恢復上下遊水流之間的連慣性，同時利用 水擊現象產生的向上遊的反作用力給雙向發電的水輪機或反作用力水輪機做功，或者，利 用水擊發生管的脈衝式水擊，增益相鄰管道的壓強和流速，使同一水頭的輸水管道中安裝 更多的水輪發電機，實現多級高效發電成為可能。首先我們要了解一下什麼是水擊現象(參考文獻《工程流體學》，中國建築工業 出版社出版)在有壓管道中運動著的液體，由於某種原因(如閥門突然啟閉，換向閥突然 變換工位，水泵機組突然停車等)，使得液體流速和動量發生突然變化，同時引起液體壓強 大幅波動的現象，稱為水擊。水擊所產生的增壓波和減壓波交替進行的頻率很高，由水擊引 起的瞬時壓強稱為水擊壓強，可達管道正常工作壓強的幾十倍至數百倍。水擊以波的形式傳播，稱為水擊波。第一階段，增壓波從閥門向管道的進口傳播。水擊波傳到管道進口，全管壓強均為 PO+Δ P，處於增壓狀態。第二階段，減壓波從管道進口向閥門傳播。減壓波傳至閥門，全管壓強恢復為PO。第三階段，減壓波從閥門向管道進口傳播。減壓波傳至管道進口，全管壓強為 PO-Δ P。第四階段，增壓波從管道進口向閥門傳播。增壓波傳至閥門，全管壓強恢復為PO。
因此，反覆間歇瞬間開啟、關閉流體的閥門，就可以人為製造流體的脈衝式水擊， 同時為管道內的多級流體機械間歇或持續做功。本發明是這樣實現的在水擊發生管末端的出口處，設一水擊閥門，通過間歇性控 制閥門的開啟和關閉，人為製造脈衝式水擊現象，並利用導波工具，將水擊波導入裝有多級 水輪機的輸水管，補充和增益裝有多級水輪機的輸水管的壓強和流速，使之實現多級高效 發電。或者，在裝有多級水輪機的輸水管末端的出口處，設一水擊閥門，使水擊功能和發 電功能集於同一管道上，通過間歇性控制閥門的開啟和關閉，人為製造脈衝式水擊現象，利 用脈衝式水擊的反作用力給輸水管中的反作用力水輪機或可雙向發電的水輪機做功，或 者，利用脈衝式水擊，反覆間歇性恢復上遊水流的能量，實現多級水輪機間歇性或持續性高 效做功發電。其工作過程是關閉水擊發生管的水擊閥門，使水流瞬時停止流動，並產生水擊現 象，水擊波向上遊方向運動，當水擊波到達水擊發生管的入口處時，水擊波被導波板導入導 波長管中，再經導波短管分散進入裝有多級水輪機的輸水管中，補充和增益裝有多級水輪 機的輸水管的壓強和流速，使之實現多級高效發電。或者(水擊閥門與水輪機在同一管道)，打開水擊閥門，輸水管內的水快速流動並 同時給多級水輪發電機做功，當經上級水輪機做功後的水流到下一級水輪發電機時，動能 已被減弱，這時要閉合輸水管的出口，使水流瞬時停止流動，並產生水擊現象，水擊波向上 遊方向運動，一方面使得之前經機械做功後能量減弱的水流壓強迅速恢復和增強，另一方 面，水擊波產生的強大的向上遊的反作用力給輸水管內的反作用力水輪機或雙向發電的水 輪機做功，然後再打開閥門，水流重新快速流動並同時給多級水輪發電機做功。或者，部分閉合洩流管的出口，使輸水管內的水流瞬時減少流量及降低流速，使經 機械做功後能量減弱的水流迅速部分恢復能量，然後再全部打開閥門，水流重新快速流動 並產生流速差，從而可以持續給多級水輪發電機做功發電。如此反覆間歇循環操作，達到多級高效做功，多級發電的目的。人造水流的脈衝式水擊的發生有兩種方式間歇全開全閉式反覆間歇全部開啟、全部關閉閥門，間歇恢復水流做功後被減弱 的壓強，間歇恢復上下遊水流之間的連慣性，水流給水輪機間歇性或持續做功，或者，補充 和增益裝有水輪機的輸水管的能量和流速。間歇部分閉合式反覆間歇全開啟、部分關閉閥門，人為製造流速差，間歇部分恢 復水流做功後被減弱的壓強，間歇部分恢復上下遊水流之間的連慣性，水流給水輪機持續 做功。有三種模式的脈衝式水擊(a)單管單向式水擊，其水擊波在單管內傳遞；(b)雙 管雙向式水擊，其水擊波在水擊發生管傳播的同時，也向另一條管道傳播；(C)多管三向式 水擊，其水擊波在水擊發生管傳播的同時，還向兩側的管道傳播。導波方式有四種(a)藉助導波工具導波，導波工具包括導波長管、導波短管、導波板等；(b)止逆閥導波，止逆閥設在水擊發生管的入口處，阻止水擊波向水頭傳遞，迫使 水擊波折返水擊發生管或改道進入其它管道；(c)水擊發生管的入口與裝有多級水輪機的 輸水管的入口相對而設，口對口導波；(d)水擊發生管或裝有多級水輪機的輸水管的入口為彎道，彎道導波。水擊波可直接給水輪機做功，也可以間接給水輪機做功(a)水輪機裝在水擊發 生管中，則水擊波產生的反作用力可直接給雙向發電的水輪機或反作用力水輪機做功；(b) 水擊發生管與裝有水輪機的輸水管分開，通過導波板和/或導波管或止逆閥，將水擊波導 入裝有水輪機的輸水管中，通過補充和增益裝有水輪機的輸水管的能量和流速間接做功。同一輸水管道內的多級水輪機主要有兩種設置方式(a)部分擋水做功，部分繞 開水輪機直接流過當水輪機為貫流式水輪機時，其在管道內的擋水做功的面積小於管道 過流截面的1/2，兩水輪機之間間隔一定的距離，以保持管道內的水流暢通；(b)全部經水 輪機流過當水輪機為反作用力圓盤水輪機時，水流全部從圓盤內的噴管流過。閥門開啟和閥合的時間要控制得恰到好處，才可以發揮最大 的功效。要在水擊波 的第四階段結束前開啟閥門。因為水擊波的周期時間受管長和流速、壓強等因素影響，因此 要根據實際狀況去測定水擊波的周期時間。本發明若應用於本人申請號為200910037131. 6的「以空間距離換動能的水力發 電技術」及本人申請號為200910037385.8的「多級噴射式反作用力圓盤發電系統」中，更會
相得益彰，發電效果更加理想。


圖1為本發明第一實施例結構示意圖。圖2為本發明第二實施例結構示意圖。圖3為本發明第三實施例結構示意圖。圖4為本發明第四實施例結構示意圖。圖5為本發明第五實施例結構示意圖。圖6為本發明第六實施例結構示意圖。圖7為本發明第七實施例結構示意圖。圖8為本發明第八實施例結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述。第一實施例參見圖1，一種多級脈衝式水擊發電技術，包括輸水管(3)、若干數量的雙向發電 的水輪機(2.1)、水擊閥門(1)、水頭(4)、導波板(5)、下遊(7)。其工作過程是打開出口 處的水擊閥門，輸水管內的水快速流動並同時給多級水輪發電機做功，當經上級水輪機做 功後的水流到下一級水輪發電機時，動能已被減弱，這時要閉合輸水管的出口，使水流瞬時 停止流動，並產生水擊現象，水擊波向上遊方向運動，水擊波產生的強大的向上遊的反作用 力給輸水管內的雙向發電的水輪機做功，當水擊波到達輸水管的入口時，遇導波板的阻擋， 部分能量折回輸水管，此時，之前經機械做功後能量減弱的水流壓強得到恢復和增強，然後 再打開閥門，水流重新快速流動並同時給多級水輪發電機做功。如此反覆間歇循環操作，達 到多級高效做功，多級發電的目的。第二實施例
參見圖2，一種多級脈衝式水擊發電技術，包括輸水管(3)、水擊發生管(3.1)、導 波長管(6. 2)、導波短管(6. 1)、若干數量的水輪機(2)、水擊閥門(1)、導波管閥門(1. 1)、弧 線形導波板(5)、水頭(4)、下遊(7)。水擊發生管與設置有若干數量水輪機的輸水管並列從 水頭延伸至下遊；導波管設在輸水管和水擊發生管之間；水擊發生管入口處有一弧線形導 波板，將水頭水流進入水擊發生管的入口與水擊發生管通往導波管的導波口隔開；若干數 量的導波短管之間間隔一定的距離，設在輸水管和導波長管之間，且三者互聯互通。其工作 過程是打開導波管閥門的同時，關閉水擊發生管出口的閥門，產生水擊現象，水擊波從閥 門開始，向水頭方向運動，當水擊波到達水擊發生管的進口時，遇導波板，水擊波大部分的 能量被導入導波管，小部分繼續向水頭方向運動。水擊波進入導波管後，從若干數量的導波 短管分散進入輸水管，從而補充和增益輸水管的壓強和流速。如此反覆開啟和關閉水擊發 生閥門和導波閥門，使輸水管中的水輪機不斷可以獲得新的動力，從而可以持續多級高效 發電。第三實施例參見圖3，表示水擊波直接從水擊發生管經導波板進入輸水管。其餘未述部分同第 一和第二實施例，不再重複。第四實施例參見圖4，表示兩條並列的輸水管中都設有若干雙向發電的水輪機，兩條管的出口 處都設有水擊發生閥門，兩條管道中的閥門交替開啟或關閉。其餘未述部分同第一和第二 實施例，不再重複。第五實施例參見圖5，中間一條為水擊發生管，兩條輸水管分列在水擊發生管的兩側，表示一 條水擊發生管同時為兩條輸水管輸送水擊波的能量。其餘未述部分同第一和第二實施例，
不再重複。第六實施例參見圖6，圖中輸水管中的水輪機為反作用力圓盤水輪機(2. 2)，水流全部經圓盤 流過。其餘未述部分同第一和第二實施例，不再重複。第七實施例參見圖7，圖中表示多條輸水管共用一出口閥門的情形，水輪機為單向發電的水輪 機，閥門的控制採用間歇部分閉合的模式反覆間歇全開啟、部分關閉閥門，人為製造流速 差，間歇部分恢復水流做功後被減弱的壓強，間歇部分恢復上下遊水流之間的連慣性，水流 給水輪機持續做功。其餘未述部分同第一和第二實施例，不再重複。第八實施例參見圖8，本例是在第二實施例的基礎上，拿掉導波管閥門，將導波板改為止逆閥 (8)，當水擊發生時，水擊波向上遊運動，迫使止逆閥關閉，水擊波全部進入導波管。同樣的 道理，本發明說明書附圖中的圖1、圖3、圖4、圖7所述的導波板都可以拿掉，改裝止逆閥在 水擊發生管的入口處，圖5的水擊發生管也可以加裝止逆閥。其餘未述部分同第一和第二 實施例，不再重複。
權利要求
一種多級脈衝式水擊發電技術，主要包括水擊發生管(3.1)、水擊閥門(1)、導波設施和裝有多級水輪機(2)的輸水管(3)。其特徵是在水擊發生管末端的出口處，設一水擊閥門，通過間歇性控制閥門的開啟和關閉，人為製造脈衝式水擊現象，並利用導波設施，將水擊波導入裝有多級水輪機的輸水管，補充和增益裝有多級水輪機的輸水管的壓強和流速，使之實現多級高效發電。或者，在裝有多級水輪機的輸水管末端的出口處，設一水擊閥門，使水擊功能和發電功能集於同一管道上，通過間歇性控制閥門的開啟和關閉，人為製造脈衝式水擊現象，利用脈衝式水擊的反作用力給輸水管中的反作用力水輪機(2.2)或可雙向發電的水輪機(2.1)做功，或者，利用脈衝式水擊，反覆間歇性恢復上遊水流的能量，實現多級水輪機間歇性或持續性高效做功發電。
2.根據權利要求1所述多級脈衝式水擊發電技術，其特徵是水擊的發生有兩種方式 閥門全開啟、全閉合，水輪機間歇或持續做功；閥門全開啟、部分閉合，水輪機持續做功。
3.根據權利要求1和2所述多級脈衝式水擊發電技術，其特徵是有三種模式的水擊 單管單向式水擊，其水擊波在單管內傳遞；雙管雙向式水擊，其水擊波在水擊發生管傳播的 同時，也向另一條管道傳播；多管三向式水擊，其水擊波在水擊發生管傳播的同時，還向兩 側的管道傳播。
4.根據權利要求1至3任一權利要求所述多級脈衝式水擊發電技術，其特徵是水擊波 直接或間接給水輪機做功水輪機裝在水擊發生管中，則水擊波直接給水輪機做功；水擊 發生管與裝有水輪機的輸水管分開，通過導波設施將水擊波導入裝有水輪機的輸水管中， 補充和增益裝有水輪機的輸水管的壓強和流速。
5.根據權利要求1至4任一權利要求所述多級脈衝式水擊發電技術，其特徵是導波方 式有四種藉助導波工具導波，導波工具包括導波長管(6. 2)、導波短管(6. 1)、導波板(5) 等；止逆閥(8)導波，止逆閥設在水擊發生管的入口處，阻止水擊波向水頭傳遞，迫使水擊 波折返水擊發生管或改道進入其它管道；水擊發生管的入口與裝有多級水輪機的輸水管的 入口相對而設，口對口導波；水擊發生管或裝有多級水輪機的輸水管的入口為彎道，彎道導 波。
6.根據權利要求1至5任一權利要求多級脈衝式水擊發電技術，其特徵是閥門由電 腦自動控制或半自動控制或由人工控制，根據實際情況設定交替開啟或關閉閥門的時間間隔。
全文摘要
本發明涉及一種多級水力發電技術，特別是多級脈衝式水擊發電技術，該技術兼具多級、脈衝、水擊三種特徵。其特點是通過人為製造水流脈衝式水擊現象，反覆間歇恢復水流做功後的被減弱的壓強，和間歇恢復上下遊水流之間的連慣性，同時利用水擊現象產生的向上遊的反作用力給雙向發電的水輪機或反作用力水輪機做功，或者，利用水擊發生管的脈衝式水擊，增益相鄰管道的壓強和流速，使之適合多級做功、多級發電。
文檔編號F03B15/02GK101832211SQ20091003770
公開日2010年9月15日 申請日期2009年3月9日 優先權日2009年3月9日
發明者李貴祥 申請人:李貴祥