無壩水電站及其設備設施的製作方法

2023-05-02 13:27:06 1

專利名稱：無壩水電站及其設備設施的製作方法
技術領域：
本發明提出的無壩水電站及其設備設施技術方案可在不建設水壩的條件下進行水力發電，可使水能水電獲得更廣泛高效的開發利用，屬於水力發電全新方法與設備設施種類開發技術領域。
水力發電是可再生能源開發的重要組成部分，中國是世界第一水能大國，因此大力拓展水電的可開發、建設與利用領域，對於緩解能源壓力、減少煤炭資源消耗和環境汙染均具有重大意義。依現有技術要進行水電開發需要建設電站水壩，建設水壩投資巨大，在有些地區建設水壩或是廣泛建設水壩還會帶來地質、環境、景觀、生態、移民安置等諸多問題的發生；另外在自然界有許多河流在局部地段有諸多個「一小段流段」有地理坡度，有長期穩定的中高速水流產生，但是在多數情況下其並不具備建設水壩型水電站的地貌條件或是經濟性要求，致使大量有效水能流失，無法開發利用。
此外，現有形式的水輪機設備在低水頭髮電時的出力效率不高，建設單個或少數機組形成的過流能力極低，與多數河流具有的水能與流量不適應，使大量水能流失，這些均需要一種全新的水力發電方法和設備設施來解決。
本發明的目的就是提供一種可滿足上述各方面需求的、全新種類的水力發電方法和設備設施——無壩水電站及其設備設施，其可在不建水壩的條件下進行水電開發，並且可實現各種功率和出力能力的方便調控變化，還可實現投資小、見效快、出力效率高、過流能力強，建設適用條件廣泛、建設方式靈活多樣，對自然河流與水流無實質性影響與改變，並可將長段水能全部開發利用等諸多優勢功效的集合。
本發明提出的無壩水電站及其設備設施是由板鏈輪式水輪機部分、水輪機基礎設施部分和發電與調控設備設施三大功能部分組成。
板鏈輪式水輪機是將水能有效轉化為機械能的主要機械部件，主要是由串聯的水力板、水力板鏈條、傳動輪與定位導軌等主要功能部件構成，由水流推動的「往去」設備部分設置在水平面下，逆水流運動的「復來」部分設置在水面之上，具體描述是①多個或眾多個串聯的水力板水力板可為平板形狀，但其更多的是採用C、L、E、F、∑等更加有利於使其集中水力、同時有利於其自身強度加強的結構或結構組合。在一個板鏈輪式水輪機組上設置的水力板的數量、規格、排列密度、設計強度、選擇材料等可依該水電站的水流強度、水能流程和其它具體的實際要求設計。
水力板一般採用玻璃鋼為主體材料，其上還可設置與定位導軌配合的滑輪或滑塊；水力板在加工時還可在其內部設置可使其自身產生浮力的封閉空間，即通過其作用可使水力板在入水後自動產生浮力，其浮力大小設計可正好抵消其自身重量和與其配合的鏈條重量為佳，該設計可使水力板在水下運動過程中無(少)非水力因素對設備產生的阻力與影響。
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)在與傳動輪進行迴轉配合時會(必須留出)形成水力板傳動輪缺口，從中可導致部分水流流失，因此與 形方式水力板配合的定位導軌的下部一般設計為整體板式導軌形式，即其導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運行中，水力板缺口就可由整體板式導軌完全填補，從而可消除從其處導致的水力流失；水力板的定位平衡還可藉助定位導軌上設置的定位溝槽或滑輪與水力板上設置的滑輪與滑塊滑軌配合共同輔助實現。
②水力板鏈條水力板鏈條(或採用鋼絲繩代替鏈條，以下不重複說明「或採用鋼絲繩」)可將各個排列的水力板進行串聯連接與位置方向的輔助平衡固定，其鏈條可採用防鏽結構設計，水力板鏈條的設計強度與水能與出力條件要求對應。
③傳動輪與定位導軌傳動輪與定位導軌與水力板鏈條配合可使水力板鏈條進行來回、往復的上下循環轉動迴轉；傳動輪的直徑可依需要設計變化，小型的板鏈輪式水輪機或是非內外綜合形式的板鏈輪式水輪機可用前後各一個傳動輪(即共由兩個傳動輪完成傳動)，大型及內外綜合形式的板鏈輪式水輪機一般採用四輪傳動，或為兩輪與四輪的結合型，在北方冬季其還可在冰層下運行；其定位導軌的作用是引導、支撐、定位水力板鏈條和各個串聯的水力板，定位導軌還可與水力板或水力板鏈條上設置滑輪或滑塊等進行反配合。
在一個機組平面上可設置一套或設置多套鏈條形成板鏈輪式水輪機機組形式。即對於應用在吃水較深的或是吃水很深的板鏈輪式水輪機，可設計為在同一個側視平面內從內到外設置一套以上的板鏈輪式水輪機，形成「內外組合形態的板鏈輪式水輪機機組」(見示意

圖1)；對於應用在水面較寬或很寬的板鏈輪式水輪機，可在同一個俯視平面內排列設置多套板鏈輪式水輪機，從而形成「排列組合形態的板鏈輪式水輪機機組」(見示意圖2)；排列機組與內外機組的相互結合與綜合設計可實現板鏈輪式水輪機更強的出力能力、形成板鏈輪式水輪機適應情況更廣泛的能力。在一個無壩水電站內可依需要設置多組上述各種形式的板鏈輪式水輪機、機組並單獨運行。
板鏈輪式水輪機、機組的設計長度與規格可依不同的實際需要進行具體設計，也可形成標準化的系列規格，並進行標準化的生產與設計能力要求。
板鏈輪式水輪機基礎設施功能部分的主要作用是實現規範設置安裝板鏈輪式水輪機的河道與控制其水流，使水流有效、可控制地作用於板鏈輪式水輪機的水力板上；因此對於部分河流水平面季節升降變化幅度很大的河流，其還可設置使板鏈輪式水輪機升降的裝置與設備，實現板鏈輪式水輪機整體操作，以適合季節水平面的變化要求，其還可建設分流水道與控制閘門，在河流水流量變化的情況下進行分流減少與堵截增加的水流分流調控，實現通過板鏈輪式水輪機水流量的及時自動調節變化；其主要功能結構包括①板鏈輪式水輪機安裝基礎與安裝機架、機座；②實現板鏈輪式水輪機升降的升降機或是建設水流分流水道與閘門和溢出，及其共同設置與配合控制；③電力與調控設備的安裝基礎與綜合布置，其可根據不同建設條件和要求進行具體設計；無壩水電站的板鏈輪式水輪機和水輪機基礎設施部分為本發明的主要創新設計部分，設備原理並不複雜，且可根據具體情況在基本功能原理不變的基礎上進行多樣化的結構設計，因此在此不進行更加細緻的描述。
無壩水電站發電與調控設備設施無壩水電站發電與調控設備設施雖然也屬於本發明產品的功能組成部分，通過其共同實現無壩水電站的全部設計目的，但是其均為一般商品型產品和通用技術，包括發電機、自動或手動的調控設備及其它電站需要的設備設施等，其調控設備可採用現有水輪機相同原理的調控裝置與控制系統完成，其技術內容描述複雜也非本發明的主要創新部分和權利要求所在，且一般技工即可完成，因此在此不進行更加細緻的描述。
本發明對於無壩水電站及其設備設施運行方法的描述是可在一切有坡度或有較強水流條件的河流上建設無壩水電站，並依水流地理情況設計成為並列型與內外型等多種機組形成，通過水輪機基礎設施的建設，可將全部或主要水流可調節控制地作用於板鏈輪式水輪機的串聯水力板上，並且可形成洩流通道方便進行水流流量的調控或形成可上下升降移動的形式(用人工調節或用電力機械調節)；將板鏈輪式水輪機的上部分設置在水面之上，下部分設置在水面之下，通過面對水流的、具有一定面積的各個水力板的出力作用形成串聯水力板的整體出力移動，共同帶動水力板鏈條的循環轉動，並通過水力板鏈條帶動與其配合的傳動輪和與其連接的發電機轉動形成發電能力；相當設計長度的板鏈輪式水輪機可將其安裝流程內的全部水能轉化為機械能；對於板鏈輪式水輪機出力能力的調節方法可採用①整體提升水輪機機組，使內外組合形態的板鏈輪式水輪機機組減少出力能力，或使排列組合形態的板鏈輪式水輪機機組減少出力能力，(反之則增加出力能力)；②主動增加電力系統負荷；③通過水輪機基礎設施的分流將多餘水流分流，減少過流水力水量④上述三種方式的結合。
本發明採用的板鏈輪式水輪機具有強大的過流能力，並可形成串聯與排列形式，因此可將其設計長度內所處坡段形成的水能全部形成出力利用；其機組的多設計形態可適合多種不同的複雜情況需求；其發明出現將開拓水力發電全新的、更廣泛的(目前難於或無法開發的)水能，並可實現水電站建設投資小、見效快、出力效率高，建設適用條件廣泛、建設方式靈活多樣，對自然河流與水流無實質性影響與改變等諸多優勢功效集合的設計目的。
下面結合示意圖說明無壩水電站及其設備設施的主要功能結構。
圖l為內外組合形式的板鏈輪式水輪機的側視原理結構示意圖。
圖2為兩輪板鏈輪式水輪機側視和與其對應的俯視原理結構示意圖。
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軌中下部面積為整體板式示意圖。
圖5為並聯式板鏈輪式水輪機機組縱向側視原理結構示意圖。
圖l中1．水力板 2．水力板鏈條 3．水平面 4．水流方向 5．水輪機基礎設施圖2中6．傳動輪 7．水力板 8．傳動軸 9．水輪機基礎設施 10．發電機圖3中11．水流向 12． 形水力板 13．水平面 14．水力板鏈條 15．水輪機基礎設施。
圖4中16．傳動軸 17．鏈條運動方向 18．水力板鏈條 19．整體板式導軌 20．水平面 21．水力板 22．傳動輪圖5中23．水力板[復來] 24．發電機 25．水力板[往去] 26．傳動軸27．水平面
權利要求
1.一種無壩水電站及其設備設施，其是由板鏈輪式水輪機部分、水輪機基礎設施部分和發電與調控設備設施三大功能部分組成，其特徵在於①多個或眾多個串聯的水力板水力板可為平板形狀，但其更多的是採用C、L、E、F、∑等更加有利於使其集中水力、同時有利於其自身強度加強的結構或結構組合；在一個板鏈輪式水輪機組上設置的水力板的數量、規格、排列密度、設計強度、選擇材料等可依該水電站的水流強度、設計流程和其它具體的實際要求設計；水力板一般採用玻璃鋼為主體材料，其上還可設置與定位導軌配合的滑輪或滑塊；水力板在加工時還可在其內部設置可使其自身產生浮力的封閉空間，即通過其作用可使水力板在入水後會自動產生浮力，其浮力大小設計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軌下部一般設計為整體板式導軌形式；水力板的定位平衡還可藉助定位導軌上設置的定位溝槽或滑輪與水力板上設置的滑輪與滑塊滑軌配合共同輔助實現；②水力板鏈條水力板鏈條(或採用鋼絲繩，以下不重複說明「或採用鋼絲繩」)可將各個排列的水力板進行串聯連接與位置方向的平衡固定，其鏈條可採用防鏽結構設計，水力板鏈條的設計強度與水能與出力條件要求對應；③傳動輪與定位導軌傳動輪與定位導軌與水力板鏈條配合可使水力板鏈條進行來回往復的上下循環轉動；傳動輪的直徑可依需要設計變化，小型的板鏈輪式水輪機或是非內外綜合形式的板鏈輪式水輪機可用前後各一個傳動輪，大型及內外綜合形式的板鏈輪式水輪機一般採用四輪傳動，或為兩輪與四輪的結合型；其定位導軌的作用是引導、支撐、定位水力板鏈條和各個串聯的水力板，還可與水力板或水力板鏈條上設置滑輪或滑塊等進行反配合；在一個機組平面上可設置一套或設置多套鏈條形成板鏈輪式水輪機機組形式；即形成「內外組合形態的板鏈輪式水輪機機組」或形成「排列組合形態的板鏈輪式水輪機機組」；在一個無壩水電站內可依需要設置多組上述各種形式的板鏈輪式水輪機、機組並單獨運行；板鏈輪式水輪機、機組的設計長度與規格可依不同的實際需要進行具體設計，也可形成標準化的系列規格，並進行標準化的生產與設計能力要求；板鏈輪式水輪機基礎設施功能部分的主要作用是實現規範安裝板鏈輪式水輪機的河道與控制其水流，使水流有效、可控制地作用於板鏈輪式水輪機的水力板上；其主要功能結構包括①板鏈輪式水輪機安裝基礎與安裝機架、機座；②實現板鏈輪式水輪機升降的升降機或是建設水流分流水道與閘門和溢出，及其共同設置與配合控制；③電力與調控設備的安裝基礎與綜合布置，其可根據不同建設條件和要求進行具體設計。
2.一種無壩水電站及其設備設施的運行方法，其特徵在於可依水流地理情況設計成為並列型與內外型等多種機組形成，通過水輪機基礎設施的建設，可將全部或主要水流可調節控制地作用於板鏈輪式水輪機的串聯水力板上，並且可形成洩流通道方便進行水流流量的調控或形成可上下升降移動的形式；將板鏈輪式水輪機的上部分設置在水面之上，下部分設置在水面之下，通過面對水流的、具有一定面積的各個水力板的出力作用形成串聯水力板的整體移動，共同帶動水力板鏈條的循環轉動，並通過水力板鏈條帶動與其配合的傳動輪和與其連接的發電機轉動形成發電能力；具有相當長度的板鏈輪式水輪機可將其安裝流程內的水能全部轉化為機械能；對於板鏈輪式水輪機出力能力的調節方法可採用①整體提升水輪機機組，使內外組合形態的板鏈輪式水輪機機組減少出力能力，或使排列組合形態的板鏈輪式水輪機機組減少出力能力，(反之則增加出力能力)；②主動增加電力系統負荷；③通過水輪機基礎設施的分流將多餘水流分流，減少過流水力水量；④上述三種方式的結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備設施，其可在不建設水壩的條件下進行水力發電，其是由板鏈輪式水輪機、水輪機基礎設施和發電與調控設備設施組成。通過面對水流的各個串聯水力板的出力帶動水力板鏈條的循環往復轉動，帶動傳動輪和與其連接的發電機轉動形成發電能力；具有相當長度的板鏈輪式水輪機可將其安裝流程內的水能全部轉化為機械能，並且可實現各種功率要求和出力能力的方便調控變化；其出現可使水能水電獲得更廣泛高效的開發利用，並可實現投資小、見效快、出力效率高、過流能力強，建設適用條件廣泛、建設方式靈活多樣，對自然河流與水流無實質性影響與改變等諸多優勢功效的集合。
文檔編號E02B9/00GK1687531SQ20051005930
公開日2005年10月26日 申請日期2005年3月28日 優先權日2005年3月28日
發明者陳曉通 申請人:陳曉通