CN102251907A

CN102251907A - 一种水落差发电设备

Info

Publication number: CN102251907A
Application number: CN2011101563274A
Authority: CN
Inventors: 卢国林; 何志勇; 李自光
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2011-11-23

Abstract

本发明公开了一种水落差发电设备，高效能量转换器(2)上端连接有引水导水管(1)，高效能量转换器(2)的下端连接有排水管(3)，高效能量转换器(2)通过第一传动轴(4)与增速器(5)传动连接，增速器(5)通过第二传动轴(6)与发电机组(7)传动连接。工作原理是引水导水管将具有一定能量的水输送到高效能量转换器并带动第一传动轴(4)低速转动，水的能量被绝大部分转换为机械能，之后以极低的流速从排水管中流出，具有低转速高扭矩特征的第一传动轴(4)经增速器增速后，达到发电机组的额度转速，然后通过第二传动轴(6)输出带动发电机组发电。充分利用了水的动能和势能，能量利用效率要高1倍以上，最大限度利用了水资源，大大提高发电能力，使用范围广，大中小电站都可采用。

Description

一种水落差发电设备

技术领域

本发明涉及一种发电设备，特别是涉及一种水落差发电设备，该设备通过一种高效能量转换装置，能将水的能量(动能加势能)大部分转化为电能输出，极大利用了水的效能。

背景技术

水电是一种可再生利用的绿色环保能量，水电站的建设具有多重功能，因此受到世界各国的重视。水力发电就是以具有一定势能或动能的水冲击水轮机，水轮机即开始转动，若将发电机连接到水轮机，则发电机即可开始发电。如果将水位提高来冲水轮机，可发现水轮机转速增加，因此可知水位差愈大则水轮机所得动能愈大，可转换之电能愈高，这就是的水力发电的基本原理。

水力发电的能量转化过程是：上游水的重力势能转化为水流的动能，水流通过水轮机时将动能传递给水轮机，水轮机带动发电机转动将动能转化为电能。因此是水的动能转化为机械能后再转化为电能的过程。

由于水电站自然条件的不同，水轮发电机组正常运转的水流不是很充足，此外，水轮机对水能量的利用率很低，通常约20％左右，水轮机做功后的水的动能还很大，还没有一种装置能将其充分利用起来。

另外，国内外对于水势能充分利用的研究也很多：如一种利用水落差发电的装置提出将发电装置安装于落差较大的出水口的前下方，这样水流的下落首先落入水斗中，由于重力的作用，水斗带动链条及齿轮运转，齿轮运转带动发电机组运转，这样水斗不停的运转，当转到链条的最底端时，水斗内的水倒出，上面的水斗继续向下运转，逐渐形成一个循环，水斗不停的运转，齿轮带动发电机组不停的做功，从而实现了将水流的势能转化为电能的功效。其二如一种落差发电设备，进水管与一个过滤器连接，进水管向下与落差管连接，落差管的另一端与水轮机连接，水轮机与泄水连通管连接，水轮机输出轴端安装着连轴器，连轴器另一端与发电机相连，发电机外部为水轮机泄水连通管，泄水连通管与泄水总管连通。此专利有两个优点：1、不太高的人工坝加天然落差就能进行发电，比较经济实用，2、建造工期短，见效快，投资较低。其三如建筑物落差发电系统，该系统在沿建筑物设置的竖管内插入安装有多个隔板的螺线形等形状的水轮机且受到流水冲击，并且通过齿轮使上述水轮机旋转而由发电机将旋转动力转换成电输出，使用蓄电部蓄存所获得的电，从而可以通过建筑物内部的电控制部进行控制的同时在该建筑物内有效地利用电能。

但这些研究发明对水的能量利用都不充分，经能量转换后水的动能还很大，因此必需改变原有能量转换模式，为水能高效发电提供全新的思路。

根据能量守恒定理，水能发电的公式应为：

\frac{1}{2} {mv}_{0}^{2} + mgh = \frac{1}{2} {mv}_{1}^{2} = W_{z} + W_{s} + \frac{1}{2} {mv}_{2}^{2}

式中：

为水的原有动能，

mgh为水的势能，

为水的总能量，

W_z为被转换的能量，

W_s为被摩擦损失的能量，

为经能量转换后流出水的动能。

当一个水电站建成后，

可以基本认定为一个定值，W_s也可以认定为一个定值，因此只要减小

的值，就可以增加W_z值即能量利用的值。

而在实际的水电站中，v₂≈(0.85～0.9)v₁，因此能量转换很低，如果能使v₂≈(0.5～0.6)v₁甚至更低，则能量的利用率将达到50％甚至更高。因此，本发明就是基于这一思路的一种高效的水落差发电设备，为水的能量高效利用提供了实用技术手段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对目前的水力发电过程中水的能量未能充分利用，水的余动能还很充足，能量利用效率低等缺点，提供一种具有高效能量转换装置的利用水落差发电的水落差发电设备。

为了解决上述技术问题，本发明提供的水落差发电设备，高效能量转换器上端连接有引水导水管，所述的高效能量转换器的下端连接有排水管，所述的高效能量转换器通过第一传动轴与增速器传动连接，所述的增速器通过第二传动轴与发电机组传动连接。

所述的高效能量转换器为一齿轮马达结构，齿轮马达结构的齿轮的齿间间隙容积n(n远大于1)倍于引水导水管横断面容积。

采用上述技术方案的水落差发电设备，高效能量转换器能将从引水导水管中流入的具有高动能即高速流动的水进行能量转换后已极低的速度从排水管中排出，也代表着水的大部分动能被高效能量转换器转换成机械能由第一传动轴输出，由于第一传动轴输出的是大扭矩、低转速，达不到发电机组工作的额定转速，所述增速器能对第一传动轴进行增速，最后通过第二传动轴对发电机组进行驱动，达到发电的目的。

采用上述技术方案的一种高效的水落差发电设备，由于高效能量转换器能将高速流入的水转变为低速流出，使水的绝大部分动能转化为机械能输出，提高了水的能量转换效率，从而达到同等自然情况下水能能高效转化为电能，提高了水电站的发电量能，降低水电的自然成本。

由以上可知，本发明为一种高效的水落差发电设备，能够将水的动能绝大部分转化为电能，达到水资源的高效利用，提高水能利用率的目的，能量利用效率比目前的水电站要高1倍以上，最大限度利用了水资源，大大提高发电能力，使用范围广，大中小电站都可采用。

附图说明

图1是本发明一种整体结构示意图；

图2是本发明高效能量转换器一种具体结构实现形式示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

参见图1和图2，高效能量转换器2为一齿轮马达结构，齿轮马达结构的齿轮8的齿间间隙容积n(n≥2)倍于引水导水管1横断面容积，高效能量转换器2上端连接有引水导水管1，高效能量转换器2的下端连接有排水管3，高效能量转换器2通过第一传动轴4与增速器5传动连接，增速器5通过第二传动轴6与发电机组7传动连接。

参见图1，引水导水管1可以将具有一定能量(动能加势能)的水聚集起来导入高效能量转换器2中，经能量转换后的水从排水管3中流出。高效能量转换器2将水能转化为机械能经第一传动轴4低速高扭输出，为达到发电机组7工作的额定转速，通过增速器5对第一传动轴4的输出转速增速后，再通过第二传动轴6对发电机组7进行驱动，从而实现水能到机械能到电能的转化过程。

高效能量转换器2可以为一齿轮马达结构，也可以为叶片马达结构或者是内燃机式结构。参见图2，其齿轮马达结构包括具有相同结构参数且相互啮合的齿轮8、输出轴9及定位轴10。其结构特点是，齿轮8的齿间间隙容积n(n≥2)倍于引水导水管1横断面容积，因此在一定时间内，从P口流入和从T口流出高效能量转换器2的水的流量是相同的，但水的流出速度只为流入速度的1/n；假定n＝2，根据前面计算结果，即则

意味水的流量有75％被转化为电能和摩擦能输出，如果n＝3或4，则代表能量转换效率越高，与目前水电站20％能量转换效率相比，无疑是一很大的进步。因此只要合理设计高效能量转换器2的结构参数，保证设备的正常运转，就能大大提高水电站的生产效率，对我国能源发展的贡献将是巨大的。

Claims

1.一种水落差发电设备，其特征是：高效能量转换器(2)上端连接有引水导水管(1)，所述的高效能量转换器(2)的下端连接有排水管(3)，所述的高效能量转换器(2)通过第一传动轴(4)与增速器(5)传动连接，所述的增速器(5)通过第二传动轴(6)与发电机组(7)传动连接。

2.根据权利要求1所述的水落差发电设备，其特征是：所述的高效能量转换器(2)为一齿轮马达结构，所述的齿轮马达结构的齿轮(8)的齿间间隙容积n(n远大于1)倍于所述的引水导水管(1)横断面容积。