CN101560941B - 用于扩大水力发电产量的设备 - Google Patents

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Abstract

传统的水力发电坝发电站在将河流作为紊乱的尾水排出之前,仅利用一次河流,尾水不能够用来转动涡轮机。本发明使用渐缩的水道来将紊乱的尾水限制和收缩成层流,该层流能够驱动在水中的和可漂浮的涡轮机,上述两种类型的涡轮机同时利用相同的水流三次来重新发电。水道的起点与导流管出口相邻,在下游方向上收缩来产生细颈,其中,由于没有碎屑、增加了速度并且由层流发电,因此,涡轮机/发电机产生有益的效果。水力发电使用零燃料,产生零浪费,并且二氧化碳零排放。结构并不复杂,建筑物在工程边界内,对环境的影响最小化,并且工程在线进展速度快。通过现有的大坝安全设施保护了新的设备。水力发电取代了不可靠的再生能源系统。

Description

用于扩大水力发电产量的设备
背景技术
申请人/发明人作为设计师已有22年,作为Walla区美国军队工程师公司的工程经济学人员(以下称VEO)已有9年。在那段时期内,在哥伦比亚、Snake、博伊西、克利尔沃特河建了8座新的水电坝。申请人/发明人参与了其中几项建设,并作为VEO,主持了许多研究,直到1982年退休,并作为国际顾问在工程经济学(以下称VE)继续他的职业。其中包括对大坝的应时VE研究,如在尼泊尔的五项临时工程和在美国的好几项工程。
在哥伦比亚河的McNary大坝是申请人/发明人在该公司的第一项工程。1340英尺长的发电站具有14座发电机。该发电站的,总额定容量是1120000千瓦。在McNary大坝,一座水力涡轮机发的电相当于211座660KW的风轮机。此外,McNary的水电不依靠也不受风、日光或海洋条件的影响。
申请人/发明人主持了用于McNary大坝的已计划的第二座发电站的研究。该座发电站与现有发电站相邻,并沿哥伦比亚河在俄勒冈州的一侧延伸,其将是现有发电站的两倍。然而该座发电站的复杂使得所有的努力都白费了,该座发电站从未建起来,最后也没有获得批准。主持该项研究使得申请人/发明人产生兴趣,希望创造性地增加水力发电坝的发电量。
发明内容
通常,水利发电坝的发电站仅使用一次河流。根据本发明,同一个河流额外使用两次来发电,但不会对现有发电能力产生消极影响,同时在诸如米德湖(Lake Mead)的储水池内留下了宝贵的水。
从导流管排出的水没有碎片,但是动荡翻腾,这使得水没有能力转动涡轮机。根据本发明,限制并收缩湍流,以将其加速并向对发电有用的层流转变。向层流的转变使得水更快地从导流管出口排出,因此,消除了尾水位从新增加的水处上涨。无论如何,重新发出的电必需超过现有产量的任何损失,以获得有利的净增益。
根据本发明,渐缩的隔舱或水道从导流管出口延伸到尾水内,并从河底延伸到正好在最大尾水位之上的地方,该隔舱或水道由两个结构壁的一个或多个段形成。所述隔舱或水道以并排的方式设置,并且每个隔舱或水道包含三个侧部,但是如果水利模型显示还有潜在的利益,那么该隔舱或水道能够被遮盖住以形成完全的封闭。每个隔舱或水道从上游或导流管出口附近的最上面的起点沿一个方向朝向最窄的下游水道部分会聚,该水道部分可以是简单的开口,或者在该水道内,水道壁在一定长度(孔颈)内变成平行的,然后分叉以产生加速层流的文丘里效应,来驱动一个或多个在水中的或漂浮类型的、部分或完全设置位于该孔颈内的涡轮机/发电机。在任何可能的时候,水流应进一步分层,并由截头圆锥形的水流加速管加速,每个加速管围绕着每个涡轮机/发电机单元。
所述涡轮机/发电机单元包括在水中的和可漂浮的类型,涡轮机/发电机单元通过性能参数有区别、有比较地进行选择,该参数与特定大坝的水电和下游条件相匹配,本发明扩大了该特定大坝的水力发电的产量。海湾保持结构(sound support structures),包括适当的鱼类保护,与每个涡轮机/发电机单元相适应。当涡轮机/发电机类型的各种结合加上在水中的及可漂浮的单元的垂直和水平定位被用于判断单元最有效的结合和布置,从而以最低的经济周期成本将电产量最大化时,结构及其支承单元变成为一个单件。将可没入水中的和可漂浮的涡轮机/发电机单元相联合,是本发明的一个基础。在水中的和可漂浮的涡轮机/发电机单元之间分布的层流最有效的利用取决于:尾水的深度;水道设计和结构在产生和保持层流方面的效率;在水中的涡轮机/发电机单元的类型、尺寸、形状和布置,这些能够从次要到主要进行改变,其中,在水中的涡轮机/发电机单元对上部层流的影响被可漂浮的发电机/涡轮机单元所利用。在所选的设计程序中,以及涡轮机/发电机单元的布置和关系中,浅的尾水收紧余地,而深的尾水流扩大了余地。所述在水中的涡轮机/发电机单元设置在尽可能在远低于最大尾水位的地方,以利用最下层的层流,因为本发明结合了具有驳船安装发电单元的涡轮机/发电机单元,该涡轮机/发电机单元是利用最上层表面的层流。所述驳船安装发电单元是,如由水的动能驱动的下射水轮,该下射水轮正好在紧靠水中的涡轮机/发电机单元的下游,该水中的涡轮机/发电机单元其自身扰动了下部层流,然而,在该小的扰动下,导致了上表面层流处在相对较高的尾水深度状况下。
在该方式下,一旦从导流管排出的不合适的湍流转变为层流,那么,通过将在水中的涡轮机/发电机单元对可漂浮的涡轮机/发电机单元的影响最小化,在工程特定流速下,将驱动在水中的以及可漂浮的发电机单元,发出最多的电。
支承发电机单元的驳船与每个水道的中心线对准,由于隔舱或水道以及涡轮机/发电机单元都与其连接,该驳船延伸了发电站的整个长度。驳船优选地锚固在下游的桩基上,这些桩基的一部分限定了每个水道或隔舱,每个驳船能够单独地移动到水道出口的直接附近,以获得最佳的水力面流条件。每个驳船可根据需要安置在水道出口处,从而不会妨碍到最下面的在水中的涡轮机/发电机单元的通道,其中该涡轮机/发电机单元位于每个汇聚水道/隔舱内。
不同于单独和散绕的风、潮汐、波浪和其它可再生能源系统具有被暗中破坏和蓄意破坏的风险,本发明目的在于在尾水内受保护的、用警戒线围住的区域,该区域限定了入口以保护员工。所述区域在发电站附近,并且由合适的国际安全系统所覆盖。本发明不使用燃料,不产生浪费,也不会往大气排放二氧化碳。建筑仅出现在工程的边界内,并且简单,对环境只有有限的影响。其环境评价应是很受关注,并比以往更令人满意的。
建筑物主要出现在相对的浅水区;仅需要有限的挖掘;水道/隔舱的组件是很少的;支承件、梁和有关的钢铁或混凝土部件既容易获取,也能够在就地预先制成;或者采用卡车、火车和驳船容易迁移的区域内的混凝土浇铸设备;水道/隔舱能够同时装配,并在可容易再定位的牢固平台上工作,如具有定位桩的钻探船。因此,本发明使其本身能够快速构建,在现有水力发电坝上,这大量并快速地推进可再生发电的生产。
考虑中的上述及其它目的将在下面变得清楚,通过参考下面几个在附图中示出的观点、详细的描述以及附属的权利要求,本发明的特性将会被更加容易理解。
附图说明
图1是传统水电坝的纵截面视图,该图示出了:在导流管下游的部分地限定了几个并排水道中的一个的壁,其中该水道将紊流的尾水流转变为层流;从最下层水流得益的在最下层水中的涡轮机/发电机单元;涡轮机/发电机单元下游的驳船,驳船支承着发电单元,每个该发电单元由各自河底的和上表面的层流有效地驱动。
图2是图1的部分顶视图,该图示出了:四个会聚的隔舱/水道;两个在水中的、在每个水道下游出口内的涡轮机/发电机单元;和两个漂浮的驳船,每个驳船装载着发电单元,该发电单元利用与会聚水道出口对准的下射水轮来使用最上层表面的水流发电。
图3是类似图2的部分顶视图,该图示出了具有纵槽的支承件、柱子或支柱的放大细节,板能够在该纵槽内下降以构建相邻的会聚隔舱/水道。
图4是沿图3的线4-4向上游看的部分截面视图,该图示出了几对支承在每个隔舱/水道的会聚出口端内的在水中的涡轮机/发电机单元,板横跨过在下游柱子处的相邻隔舱/水道的相邻壁并将其封闭。
图5是沿图3的线5-5的端部正视图,该图示出了驳船装载下射水轮的方式,驱动涡轮机/发电机的该下射水轮每一个都与相关联的隔舱/水道对准,以获得最佳的上部水力表面层流条件。
图6是透视图,该图示出了板在支承件、立柱、支柱或柱子的纵槽内下降以形成相邻的并排隔舱/水道的方式,该隔舱/水道在下游方向上朝向所述在水中的和漂浮地支承着的发电单元会聚。
图7是放大的部分侧面正视图,部分为截面视图,该图示出了截头圆锥形水流加速管,该管围绕着在水中的自支承的涡轮机/发电机单元,以加速层流速度,以更容易地驱动该涡轮机。
图8是类似图3的部分顶视图,该图示出了:几个文丘里隔舱/文丘里水道中的一个,所述隔舱/水道将紊流的尾水流转变为层流;以及在该文丘里水道的平行水道部内的发电涡轮机。
图9-12是图8中的细节的部分放大视图,各个环绕着的连接件使用H形桩以获得在板的边缘之间的滑动连接处的光滑连续的表面,所述板向下滑入相连的H形桩/端支承件的纵槽内。
具体实施方式
传统的水电坝10(图1)通过利用水库R的水位差来发电。该水电坝10及其相关联的发电站15包含用于每个涡轮机一个到多个水湾。每个水湾包含以下不同数量和结构的元件:拦污栅11,护鱼筛网(未示出),闸门入口12,水渠14,上述元件一起控制并将水流传送通过涡轮机13来产生扭矩,该扭矩传送到发电机16,该发电机16的电通过电力线17传递到电力系统18,并通过电力线20从电力系统18传递到用电源。许多大坝使用多个入口12和导流管出口21,以用于每个涡轮机13,涡轮机13传递从该导流管出口21出来的水,该水没有碎屑,但是其动荡和扰动的情况致使其不适合作为涡轮机驱动能源。因此,利用从导流管出口21排出的尾水流来驱动水电坝的涡轮机的一个主要的挑战是,将从导流管出口21排出的紊流的尾水流转变为层流。
利用现有的水电坝的位置来产生或得到新的电能的另一个实质问题是特定的利益努力,其对抗河床式水电站项目的最重要的“武器”是溯河鱼(生活在海水中,在淡水中产卵,如大磷大麻哈鱼和大西洋鲑,短吻鲟和美洲西鲱)和/或降海产卵性鱼(生活在淡水中,在海水中产卵,如鳗鱼)的存在。从诸如发电站15的传统发电站流出的水由拦污栅11过滤,护鱼筛网加上大量努力以及加上可动的泄洪道鱼梁来将鱼的受伤减到最小,以及减小在泄洪道处过饱和的氮。因此,任何现有水电坝的利用都必需保护没有绕路的回游鱼。
成熟鲑鱼向上游回游来产卵,并直觉地避免游入强大水流内,沿着最小阻力的路线而游。在大坝处,这些鱼寻找到鱼道和类似地形的水道,但现有导流管的水扰动、起漩涡并往上翻腾,回游鱼并没有明确的路线。鱼能够在几天内乱转,浪费宝贵的精力来寻找到鱼道入口和类似地形的入口。层流可加大鱼的水道。
幼鲑在下游游动时,在它们的旅途中具有几项援助来绕开或减轻通过涡轮机的冲击。然而,在下游游动的、进入大型涡轮机13并在涡轮机内存活下来的幼鲑从导流管出口21以约每秒6-8英尺(1.83-2.44m)的相对较低的流速退出,该流速与具有护鱼筛网的新的旋转较慢的旋转涡轮机结合使用,使伤害鱼的可能性很小,其中,所述大型涡轮机在其附近具有高达每秒中间两位数(mid-doubledigits)的流速。
为了完成前述内容,本发明提供了相结合的三个相互合作、相互作用的机构,即:装置30(图1-3),该装置30用于将从导流管出口21排出的紊乱的尾水流转变为层流;第一装置50,用于从接近河底的最下层层流发电;以及在该第一发电装置50下游的第二装置70,用于从最上层层流发电。
用于将从导流管出口21排出的紊乱尾水流转变为层流的装置30包括多个水道或隔舱30a-30d(图2和3),每个水道或隔舱沿流动方向朝向第一发电装置50和第二发电装置70会聚。该水道或隔舱30c的以下描述将应用到水道30a,30b,30d以及其它类似结构的沿着发电站15(图2)的长度设置的水道上。
所述水道30c由四对支承件、柱子、立柱31,31;32,32;33,33;和34,34形成(图3)。上游或最上面的那对垂直支承件31,31相互间隔得最远,下游出口的那对垂直支承件34,34相互距离最近。该对垂直支承件31,31包括两个纵槽35,36(图3)。下游紧接着的那对垂直支承件32,32每个都包括两对相对的槽37,37和38,38。下游紧接着的那对垂直支承件33,33每个都包括相对的几对纵槽39,39和40,40。最下游的那对垂直支承件34,34每个都包括纵槽41,42,其中纵槽42,42相互间是相对的关系。所述垂直支承件31,32,33和34的纵槽35,37;37,39和39,41相互间对齐,各垂直支承件31,32,33和34的纵槽36,38;38,40和40,41也是如此。
在各垂直支承件31-34的相对的纵槽35,37;37,39;39,41之间,混凝土板43-45(图1,3和6)连续下降。在各垂直支承件31,32,33,34的槽36,38;38,40;40,41内,类似的板43-45连续下降。在相邻对的垂直支承件的相对槽42,42之间,较短的板43a,44a和45a(图3,4和6)连续下降,以关闭上述支承件之间的开口。板43a的下半部和板44a的上半部应包括低于最低水平面的筛孔(未示出),以平衡尾水、水道和三角形封闭区或“V”形段49之间的水压。筛孔必须足够的浅,以利用杆/刷子设备来清洗,并避免使用潜水员。因此,堆叠的板43-45(图1)限定了会聚壁46,47(图3),该会聚壁从间隔最远的那对垂直支承件31,31朝向间隔最近的支承件34,34会聚,从而限定了水道的隔舱30c的相应的上游或最上部或下游或最下部,每个所述隔舱30a,30b和30d保持相同的构造。由于每个水道30a-30d会聚的特性,因此离开导流管出口21的动荡和扰动的水被逐步限制和收缩在所述水道30a-30d的会聚壁45,46之间,从而既将水流加速,又将该水流转变为层流,该层流对于通过相应的第一和第二发电装置50,70在远低于水表面水平处和在其附近处进行发电是有利的,正如下面将更详细描述的。
然而,参考图1,图1示出了设置在水中并离河底RB很近的发电装置50,该发电装置基本上在水道30c的下游端部(图3)内,而第二发电装置70为由驳船72承载的下射水轮71的方式,其由非常靠近最大尾水位TE处水的动能驱动。由于该第二发电装置70设置在远高于第一发电装置50之上,因此邻近河底RB的由第一发电装置50产生的任何紊流处于高尾水深度的状况下,其基本上不能扰动邻近尾水位TE的上部水表面中的层流。
所述第一发电装置50是多个涡轮机/发电机单元,它们通常支承在靠近河底RB处,位于每个水道30a-30d的下游端部内,特别是图2示出的水道30a-30d以及图3示出的30c和30d。尽管涡轮机/发电机单元50成对设置在水道30a-30d最下游的会聚部分内,但是能够使用多于两个或少于两个的涡轮机/发电机单元50。该涡轮机/发电机单元50通过电力线51(图1)连接到电力系统18上。优选的,每个涡轮机/发电机单元50都设置有装置55(图7),该装置55用于进一步加速层流,以便更容易驱动该涡轮机/发电机单元50。加速装置55是围绕着每个涡轮机/发电机单元50的基本上截头圆锥形水流加速管。然而,参考附图1,图1示出了第一发电装置50RB和第二发电装置70,该第一发电装置50RB设置在水中,并且非常靠近河底RB,且基本上在水道30c的下游端部内(图3),该第二发电装置70包括由驳船72承载的下射水轮71,其由非常接近最大尾水位TE的水的动能驱动。
所述第二发电装置70的每个驳船72包括浮力舱(未示出),该浮力舱能够用来将下射水轮71定位在尾水位TE之下的最有效的深度,因此,所发的电由电力线73(图1)传送到发电站18。驳船72在其相对端处通过U形支承件75相连接,该U形支承件可滑动地环绕着垂直支承件34中的选定支承件,并且能够相对所述垂直支承件垂直地上、下滑动,以适应尾水位TE的变化。所述U形支承件75,尤其是每个支承件的一对平行的腿76能够利用机械装置,以使驳船72朝向垂直支承件34移动或离开垂直支承件34,这取决于尾水位TE附近的上部层流情况。水轮71也沿中心线CL(图5)定中心,从而将不同的水道30a-30d平分开,以获得最理想的性能。因此,通过将该水轮71设置在远高于水中的涡轮机50,以及结合其相对于所有水道30a-30d的中心线CL的方向,该水轮71的上表面位置获得上部层流的表面速度,而不会影响在水中的涡轮机单元50的层流。
应该了解的是,会聚水道或隔舱30a-30d、涡轮机/发电机单元50和驳船72以及与驳船相连的水轮70在发电站15的整个上长度延伸,它们的尺寸和数量,以及水道30a-30d的长度和高度,都取决于大坝10,该大坝10可以是与本发明相关的。所述水道30a-30d的不同高度和长度、入口端和排出端、以及第一和第二发电装置50、70,应分别有比较地选择使用与特定水电坝10的水利条件相匹配的性能因素。然而,更重要的是,河底RB附近的有效驱动涡轮机/发电机单元50的层流并没有降低或减小水轮71的效率,该水轮经受尾水位TE附近的、表面速度最快的层流。
因此,如上所述,包括图1-7所有细节的本发明对于许多工程来说都是足够的;然而,在水道30c、30d(图3)突然打开的出口产生了漩涡,该漩涡能够阻碍涡轮机/发电机单元71或者其它由稳定平台72支承或悬挂在该稳定平台72上的涡轮机/发电机单元(未示出)(图3)的生产,其中,所述涡轮机/发电机单元71装载在由稳定平台72支承的漂浮段(未示出)上。本发明图8-12的实施例消除了漩涡成形的情形。首先参看附图中的图8,该图中,包括第一装置50’和位于该第一装置下游的第二装置70’,该第一装置用来从河底RB处的层流发电,该第二装置用于从层流上表面进一步发电。所述第一和第二发电装置50’,70’分别与此前图1-7中所描述的相同,但是在图1-7中,构造成连续会聚水道的紊乱的尾水流转变装置30被构造成文丘里水道30’,以消除在出口处的漩涡。与此前图1-7所描述的相当/等效的结构相对应的结构是最好的,诸如文丘里水道或隔舱30c’(图8),该水道或隔舱只是许多并行的、与沿着发电站15(图2和3)和15’(图8)的整个长度设置的水道或隔舱30a-30d相对应的文丘里水道中的一个。
在水道30c的情况下,文丘里水道30c’由四对垂直支承件、H形桩、杆、立柱或支柱31’,31’(图8和9);32’,32’和33’,33’(图8和10);34’,34’(图8和11)和80,80(图8和12)形成。上游或最上面的那对垂直支承件31’,31’相互间隔最远,而紧接着的两对垂直支承件32’,32’和33’,33’相互比较接近。垂直支承件33’,33’和34’,34’是相互平行的,在该对支承件下游,该对垂直支承件80,80以结构端立柱34,34(未示出)为中点并在下游的支承件80,80的一半距离处相间隔开。
所述文丘里水道30c’还包括多个与混凝土板43-45相对应的混凝土板43’-45’,该混凝土板43’-45’在垂直支承件31’,32’和32’,33’的相对纵槽之间连续降低,所述相对纵槽共同限定出文丘里水道30c’的会聚水道部86,该会聚水道部86过渡到更下游的由平行间隔开的板43’-45’限定的平行水道部87,所述板支承在几对H形桩33’,34’之间(图8)。
发散的水道部88(图8)由两对板43a’-45a’,43a’-45a’限定,所述板滑动地装配在最后两对H形桩垂直支承件34’,80;34’,80之间(图8和12)。
尤其需要说明的是,第一发电装置50’(图8)位于文丘里水道30c’的平行层流水道部87内。因此,除了在水流通过会聚水道部86时产生的层流外,由文丘里水道30c’产生的文丘里效应使该层流的速度/动能被进一步增大/增加,并且在发散水道部88处通过发散出口释放,而没有漩涡,因此,更增加了第一发电装置/涡轮机50’的发电效率。
如图3与图8-12之间的比较显而易见的,垂直支承件31-34是圆形的,并且上述支承件的部分突出到各个水道30c,30d内,这例如易于产生诸如小漩涡的流动扰动。板43’-45’以及相关的水道或垂直支承件31’-34’和80的结构和组件消除或减少了该不希望的结果。
如图9-12最清楚示出的,所有的板43’-45’具有阶梯垂直边缘,当上述板在各个槽35’,36’;37’,39’;38’,40’等中向下降低时,将相对的板43’-45’的板表面Ps放置于基本上与水道最内侧的表面Vs相同的垂面内,所述板43’-45’以该表面Vs相连。由于所有表面Vs,Ps光滑并连续地合并在会聚水道部86,尤其是在平行水道部87内,因此在其内产生的、流动的层流不会受到流动变化的不利影响,如此前所述的,该流动变化是由于水道30a-30d的圆形垂直支承件31,32;32,33等所导致的。在该方式下,在文丘里水道30c’以及类似的并排设置的文丘里水道的会聚水道部86和平行水道部87内,基本上无接缝的、共生的表面Vs,Ps优化了涡轮机50’的发电。
尽管已经特别地示出了本发明的优选实施例并在此对其进行了描述,应该了解的是,在不脱离本发明精神和范围的情况下,可以改变本发明的设备,如附属权利要求所限定的。
例如,为了与本发明一致,设计师和承造者将使用新的理解和创新来适应本发明,以生产能从现有尾水流中最大限度发电的设备为目的,来设置具体的参数。该技术方案必须不会减少现有发电量,除非新的增加产生足够的附加功率,以在投资上有利的回报来弥补差别。
需要说明的是,壁可以以几种方式形成,包括铸造成完整的加强混凝土单体单元的“V”段(49,图3和49’,图8),其设置在合适的地方并顺次连接。
水道30a-30d的会聚壁45,46是光滑的,但河底RB却不是(图1,6,7)。表面的不规则超过一定程度将减少产生层流的作用力,因此应将上述不规则消除。这在包含水中的涡轮机/发电机50(图2,3)的下游河段内,以及平行的墙壁似的文丘里水道87(图8)内尤其真实。
具有定位桩或类似结构的钻探船在永久桩支承情况下,变成稳定平台和波浪效应,该稳定平台远高于高水位,该波浪效应包含和控制用于涡轮机/发电机的矩形可漂浮段。每个矩形段通过与水位上升一起的漂浮垂直移动,并通过沿水道中心线CL来回控制而水平移动。平台连接到下游桩基(图8)来保持可漂浮段与水道的关系。平台能够间歇地(图2)跨过两个或多个水道,或者连续地(图8)像桥墩一样作为海岸通道,用于建设和将来的操作以及保养。在两种情况下,它们延伸发电站15和其导流管出口21的整个长度。平台这样布置,以确保可漂浮段直接面对下游水道开口的宽度最窄之处并与之匹配,这样可漂浮的涡轮机/发电单元能够延伸到开口内,以及利用最有利的水流条件,并在需要时从缩回以通向在水中的单元。需要对可漂浮的单元71(图1,3,5和8)进行特殊的改变,如用于单个矩形水道的角状入口,该水道的两侧及底部被封住。
当幼鲑自身从通路中重新定向通过涡轮机时,包含漂浮段的稳定平台与涡轮机/发电机一起可以作为幼鲑的掩护物,以抵抗天线和其它食肉动物。
多个水中涡轮机/发电机单元50,50’可占用每个下水道的出口区,这取决于涡轮机/发电机单元的类型、尺寸、间距、支承结构和水压对最上层层流的影响,可漂浮的涡轮机/发电机单元79(图1和3)依靠该最上层层流。多个可漂浮的涡轮机/发电机单元70也依靠类型、尺寸、间隔和水压相互之间的影响。可没入水中的涡轮机/发电机单元50,50’使用层流,并能够影响最上层水流。因此,对水中的和可漂浮的涡轮机/发电机单元的相关使用必须同时进行,以获得该两种类型的最高效的发电。

Claims (26)

1.一种用于水力发电的大坝,该大坝利用通过至少一个闸门控制的入口到水渠的水位差来驱动主涡轮机,该主涡轮机又驱动发电机,然后,该水位差经过该主涡轮机通过至少一个导流管退出,该导流管将水排入尾水池;改进之处包括:用于将从至少一个下游的导流管排出的紊乱的尾水流转变为层流的紊乱的尾水流转变装置;用于由层流的最下面的部分发电的第一发电装置;以及在该第一发电装置下游的用于由层流的最上面的表面部分进一步发电的第二发电装置。
2.如权利要求1所述的大坝,其中,所述紊乱的尾水流转变装置是沿流动方向朝向所述第一发电装置会聚的水道。
3.如权利要求1所述的大坝,其中,所述紊乱的尾水流转变装置是沿流动方向朝向所述第二发电装置会聚的水道。
4.如权利要求1所述的大坝,该大坝包括用于漂浮地支承所述第二发电装置的装置。
5.如权利要求1所述的大坝,该大坝包括用于将所述第二发电装置漂浮地支承在所述第一发电装置上方的装置。
6.如权利要求1所述的大坝,该大坝包括用于将所述第二发电装置漂浮地支承在所述第一发电装置上方并在第一发电装置下游的装置。
7.如权利要求1所述的大坝,其中,所述紊乱的尾水流转变装置是水道,所述水道至少部分地由一对相邻壁限定,所述相邻壁朝向所述第一发电装置会聚。
8.如权利要求1所述的大坝,其中,所述紊乱的尾水流转变装置是沿着流动方向从上游的水道部向下游的水道部会聚的水道,所述第一发电装置是设置在所述下游的水道部内的涡轮机,该第一发电装置由层流驱动,用于加速层流的装置有利于驱动所述涡轮机。
9.如权利要求1所述的大坝,其中,所述紊乱的尾水流转变装置是沿着流动方向从上游的水道部向下游的水道部会聚的水道,所述第一发电装置是设置在该下游的水道部内的涡轮机,该第一发电装置由层流驱动,用于加速层流的装置有利于驱动所述涡轮机,所述用于加速层流的装置是截头圆锥形的水流加速管,该水流加速管构造并布置为通过文丘里效应增加层流速度,从而有利于驱动所述涡轮机,由此增加涡轮机的效率。
10.如权利要求1所述的大坝,其中,所述紊乱的尾水流转变装置是沿着流动方向从上游的水道部向下游的水道部会聚的水道,所述第一发电装置是设置在所述下游的水道部内的涡轮机,该第一发电装置由层流驱动,用于加速层流的装置有利于驱动所述涡轮机,所述用于加速层流的装置是截头圆锥形的水流加速管,该水流加速管构造并布置为通过文丘里效应增加层流速度,从而有利于驱动所述涡轮机,由此增加涡轮机的效率,所述截头圆锥形的水流加速管布置为在外部环绕所述涡轮机。
11.如权利要求1所述的大坝,其中,所述紊乱的尾水流转变装置、第一发电装置和第二发电装置设置为在尾水流/层流的方向上成基本上线性对准的连续关系。
12.如权利要求1所述的大坝,其中,所述紊乱的尾水流转变装置是水道,所述水道至少部分地由下面的元件限定:一对相邻壁,该一对相邻壁朝向所述第一发电装置会聚;至少两对竖直支承件,上游的第一对所述支承件相互之间的间隔距离大于下游的第二对所述支承件的间隔距离;用于在相应的所述上游的第一对支承件和下游的第二对支承件的第一支承件和第二支承件之间连接所述一对相邻壁中的第一个壁的装置;以及用于在相应的所述上游的第一对支承件和下游的第二对支承件的另外的第一支承件和另外的第二支承件之间连接所述一对相邻壁中的第二个壁的装置。
13.如权利要求1所述的大坝,其中,所述紊乱的尾水流转变装置是水道,所述水道至少部分地由下面的元件限定:一对相邻壁,该一对相邻壁朝向所述第一发电装置会聚;至少两对竖直支承件,上游的第一对所述支承件相互之间的间隔距离大于下游的第二对所述支承件间隔距离;用于在相应的所述上游的第一对支承件和下游的第二对支承件的第一支承件和第二支承件之间滑动地连接所述一对相邻壁中的第一个壁的装置;以及用于在相应的所述上游的第一对支承件和下游的第二对支承件的另外的第一支承件和另外的第二支承件之间滑动地连接所述一对相邻壁中的第二个壁的装置。
14.如权利要求3所述的大坝,该大坝包括用于漂浮地支承所述第二发电装置的装置。
15.如权利要求3所述的大坝,其中,所述紊乱的尾水流转变装置是水道,所述水道至少部分地由一对相邻壁限定,该一对相邻壁朝向所述第一发电装置会聚。
16.如权利要求3所述的大坝,其中,所述紊乱的尾水流转变装置是沿着流动方向从上游的水道部向下游的水道部会聚的水道,所述第一发电装置是设置在所述下游的水道部内的涡轮机,该第一发电装置由层流驱动,用于加速层流的装置有利于驱动所述涡轮机。
17.如权利要求3所述的大坝,其中,所述紊乱的尾水流转变装置是沿着流动方向从上游的水道部向下游的水道部会聚的水道,所述第一发电装置是设置在该下游的水道部内的涡轮机,该第一发电装置由层流驱动,用于加速层流的装置有利于驱动所述涡轮机,所述用于加速层流的装置是截头圆锥形的水流加速管,该水流加速管构造并布置为通过文丘里效应增加层流速度,从而有利于驱动所述涡轮机,由此增加涡轮机的效率。
18.如权利要求12所述的大坝,该大坝包括用于漂浮地支承所述第二发电装置的装置。
19.如权利要求12所述的大坝,其中,所述紊乱的尾水流转变装置、第一发电装置和第二发电装置设置为在尾水流/层流的方向上成基本上线性对准的连续关系。
20.如权利要求12所述的大坝,该大坝包括用于将所述第二发电装置漂浮地支承在所述第一发电装置上方并在第一发电装置下游的装置。
21.一种用于水力发电的大坝,该大坝利用通过至少一个闸门控制的入口到水道的水位差来驱动主涡轮机,该主涡轮机又驱动发电机,然后,该水位差经过该主涡轮机通过至少一个导流管退出,该导流管将水排入尾水池;改进之处包括:用于将从至少一个下游的导流管排出的紊乱的尾水流转变为层流的紊乱的尾水流转变装置,所述紊乱的尾水流转变装置是由上游水道部限定的文丘里水道,该上游水道部在尾水的流动方向上从至少一个导流管会聚,具有中间的平行水道部,该中间的平行水道部开口在下游的发散水道部中;在所述中间的平行水道部中的第一发电装置,该第一发电装置用于由层流的最下面的部分发电;以及与发散水道部相邻的第二发电装置,该第二发电装置用于由层流的最上面的表面部分进一步发电。
22.如权利要求21所述的大坝,其中,所述第一发电装置和所述第二发电装置布置为在尾水流/层流方向上成基本上线性对准的关系。
23.如权利要求21所述的大坝,该大坝包括用于漂浮地支承所述第二发电装置的装置。
24.如权利要求21所述的大坝,该大坝包括用于将所述第二发电装置漂浮地支承在所述第一发电装置上方并在第一发电装置下游的装置。
25.如权利要求21所述的大坝,其中,所述第一发电装置是涡轮机,在所述中间的平行水道部内的用于进一步加速层流的装置有利于驱动所述涡轮机。
26.如权利要求25所述的大坝,其中,所述用于进一步加速层流的装置是截头圆锥形的水流加速管,该水流加速管构造并布置为通过文丘里效应增加层流速度,从而有利于驱动所述涡轮机,由此增加涡轮机的效率,所述截头圆锥形水流加速管布置为在外部环绕所述涡轮机。
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