CN105422400A - 利用摆锤与储能器及球体材料为动力能源的发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种利用摆锤与储能器及球体材料为动力能源的发电方法，涉及一种发电动力能源领域。能够进一步的满足供电需求，缓解能源危机，缓解有害气体、温室气体、粉尘、对大气及环境的污染。其特征：利用球体材料为动力能源的发电方法，由扬锤车扬起能量转换机的摆锤，由摆锤产生的动能，经能量转换机传递到储能器中储存。由储能器机组带动增速箱与输送机，输送球体材料至球滚槽内，滚落到叶轮机中做功，由叶轮机带动增速箱、大飞轮、发电机发电。利用储能器机组为动力能源的发电方法，由储能器机组带动增速箱、大飞轮、发电机发电。本发明发电的动力的能源属于清洁可再生能源，不受气候与昼夜影响，择址灵活布厂方便，具有持续供能和可控性。

Description

利用摆锤与储能器及球体材料为动力能源的发电方法

所属技术领域

本发明涉及一种发电动力能源领域，尤其是一种利用摆锤与储能器及球体材料为动力能源的发电方法。

背景技术

众所周知的发电技术有很多种方法，但现有的发电方法主要有：燃煤发电、水力发电、风力发电、核能发电、太阳能发电、柴油发电、燃气发电、振动发电。

燃煤发电：

燃煤发电是利用煤炭燃烧放热，加热锅炉，使锅炉中的水，形成高温高压蒸汽，驱动汽轮机旋转，带动发电机转子(电磁场)旋转，定子线圈切割磁力线发出电能。

优点：

1、煤炭能够得到利用。

2、选址灵活、布厂方便、可有效降低电网输配电耗损。

3、初投资费用低，占地面积小，建造周期短。

4、运行平稳，可靠。

5、机组受环境、气候等不利因素较小。

缺点：

1、煤炭是一次性能源，资源利用率低，机组运行成本高，能源浪费严重。

2、环境污染严重，燃烧排出二氧化碳和硫的氧化物会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。

3、起动和停止，由于热应力的限制，需较长时间。

4、运转与维修较难。

5、输出变化速度，因锅炉有燃烧不安，汽轮机热应力的限制，所以变化极慢。

水力发电：

水力发电是利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流，经过压力隧道、压力钢管等水路设施送至电厂，当机组需要运转发电时，打开主阀后开启导翼，使水冲击水轮机，水轮机转动后带动发电机旋转产生电能。

优点：

1、水能是一种取之不尽、用之不竭、可再生的清洁能源。

2、水力发电效率高，发电成本低，机组启动快，调节容易。

缺点：

1、工程投资大，建设周期长。

2、受自然条件的影响较大，水力资源会受限的，而受季节的影响。

3、建厂后不易增加容量。

4、生态破坏，对动植物有影响。

5、要淹没大量土地。

6、对水的质量也有影响。

7、大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。

风力发电：

风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。

优点：

1、清洁，环境效益好。

2、可再生，永不枯竭。

3、基建周期短。

4、装机规模灵活。

缺点：

1、噪声、视觉污染。

2、占用大片土地。

3、不稳定，不可控。

4、成本高。

5、影响鸟类。

核能发电：

核能发电利用铀燃料，以核反应堆及蒸汽发生器，进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压蒸汽，推动汽轮机运转，汽轮机带动发电机发电。

优点：

1、核能得到利用，容量大，技术含量高。

2、不会造成空气污染。

3、不会加重地球温室效应的二氧化碳。

4、运输及储存方便。

5、成本较低。

缺点：

1、为核裂变链式反应提供必要的条件，使之得以进行。

2、链式反应必须能由人通过一定装置进行控制。失去控制的裂变，不仅不能用于发电，还会造成灾害。

3、裂变反应产生的能量要从反应堆中安全取出。

4、裂变反应中产生的中子和放射性物质对人体危害很大，必须设法避免它们对核电站工作人员和附近眉民的伤害。

5、核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过的核燃料，虽然所占体积不大，但是具有放射线，故必须慎重处理。

6、核能发电厂热效率较低，废热排放多，对环境热污染较严重。

7、核能电厂投资成本太大。

8、核能电厂较不适宜做尖峰，高峰随载运转。

9、核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。

10、核能发电所用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。

太阳能发电：

太阳能发电可分为太阳热发电和太阳光发电。

聚光太阳热发电，是使用抛物镜将光线聚集到充有合成油的吸热管上，再加热到约400摄氏度的合成油输送到热交换器里，将热量通过此加热循环水，将水加热产生水蒸汽，推动涡轮转动使汽轮机运转，带动发电机发电。

太阳光发电，通过太阳电池，使太阳能电池板，进行光电变换，将太阳能直接转化为电能。

优点：

1、太阳能是取之不尽，用之不竭的能源。

2、绝对干净无公害。

3、不受资源分布地域的限制。

4、可在用电处就近发电。

5、能源质量高。

6、获取能源花费的时间短。

7、没有噪音、稳定性好。

8、维护保养简单，维护费用低。

缺点：

1、照射的能量分布密度小，转换效率低。

2、占用面积大。

3、受季节、昼夜及阴晴等气象条件限制。

柴油发电：

柴油发电是由内燃机和同步发电机组合而成的。以内燃机作动力，驱动同步交流发电机发电，是将燃油的能量转化为电能。

优点：

1、单机容量等级多。

2、配套设备结构紧凑、安装地点灵活、工作可靠、耐久。

3、热效率高，燃油消耗低，使用范围广。

4、起动迅速，并能很快达到全功率，停机过程短，可以频繁起停。

5、维修操作简单，人少，备用期间保养容易。

6、柴油发电机组的建设与发电的综合成本低。

7、防火安全性好。

缺点：

1、对燃料要求较高。

2、会产生大量高温的废气和烟雾，污染环境。

3、噪声很大。

4、温度极低时，启动困难。

5、独立的小型发电设备。

燃气发电：

燃气发电机组主要分为两种，一种是联合循环燃气轮机，一种是燃气内燃机。

燃气轮机联合循环发电机组是燃气轮机、发电机与余热锅炉、蒸汽轮机(凝汽式)或供热式蒸汽轮机(抽汽式或背压式)共同组成的循环系统，它是将燃气直接在涡轮中燃烧做功后，排出的高温烟气，通过余热锅炉回收转换为蒸汽，送入蒸汽轮机发电。

常见形式有燃气轮机，蒸汽机同轴推动一台发电机的单轴联合循环。也有燃气轮机，蒸汽轮机分别与发电机组合的多轴联合循环。

燃气内燃发电机，发动机与发电机同轴连接，并置于整机底盘上，再将消声器和调速器连接在发动机上。由燃气源通入发动机内的燃气通道，连接在发动机上，带拉绳的反冲起动器以及连接在发电机输出端的电压调节器。

优点：

1、发电效率高。

2、环境保护好。

3、运行方式灵活。

4、消耗水量少。

5、占地面积少。

6、建设周期短。

缺点：

1、燃气燃烧过程中，所产生的氮化物，一氧化碳对空气有污染。

2、所产生的悬浮微粒污染空气。

3、排放的二氧化硫会对产生酸雨有影响。

4、产生的二氧化碳温室气体，可导致地球温室效应。

振动发电：

振动发电机是利用电磁感应原理，把振动机械能转变为电能。电磁感应则是通过将线圈放置在一个变化的磁场中产生。

优点：

1、不受资源分布地域的限制。

2、可在用电处就近发电。

3、可根据不同应用场合选择合适的结构。

缺点：

1、漏磁大、功率、功率密度、效率都比较低。

以上的几种动力能源的发电方法，给人类创造了巨大的经济效益，改善了人们的生产和生活，促进了社会的发展，但是它们也还是都存在有不同的不足。

发明内容

为了克服现有主要发电方法的不足，本发明“利用摆锤与储能器及球体材料为动力能源的发电方法”，解决其技术问题所采用的技术方案是：

技术方案的主要组成部分：

技术方案的主要组成部分是由电动双筒慢速卷扬机(以下简称为卷扬机)、扬锤滑轮车(以下简称为扬锤车)、摆锤式能量转换机(以下简称为能量转换机)、接触型平面涡卷弹簧储能器(以下简称为储能器)、储能器螺旋伞齿轮传动机组(以下简称为储能器机组)、增速齿轮箱(以下简称为增速箱)、链斗式输送机(以下简称为输送机)、球体材料动力能源(以下简称为球体材料)、低合金钢板球滚槽(以下简称为球滚槽)、轴滚式斜孤槽叶轮机(以下简称为叶轮机)、大飞轮、三相同步发电机(以下简称为发电机)等组成。

由摆锤的重力势能转换为动能及弹性势能的工作原理：

由摆锤的重力势能转换为动能及弹性势能的工作原理是由卷扬机的电动机带动卷扬机的卷筒旋转，由电能转换为机械能。由卷扬机的钢丝绳拉动扬锤车(可以向前拉，也可以向后拉)，扬锤车将摆锤扬起后，由机械能转换为重力势能。依靠摆锤的垂直自由转动惯量，所产生的动能(由重力势能转换为动能)，驱动摆锤转轴往复扭动，由动能转换为机械能。摆锤转轴的后端与活塞式复摆曲柄(以下简称为复摆曲柄)的上端相连接，带动复摆曲柄往复摆动，复摆曲柄的下端两侧各设有绞接式孤形内斜棘齿齿条摇杆(以下简称为摇杆)，摇杆驱动两侧的圆柱形斜齿式传能棘轮(以下简称为传能棘轮)，做单向间歇式的顺时针与逆时针转动，两侧的传能棘轮中心转轴的输出端，与两侧的手动斜齿离合器(以下简称为离合器)的前端相连接，两侧离合器的后端与两侧的储能器芯轴输入端相连接。由摆锤所产生的动能，转换为机械能，带动储能器的芯轴，按顺时针与逆时针旋转，将储能器中自由状态下的弹簧钢片缠紧在芯轴上，达到弹簧设计的有效圈数后，将储能器拆装后备用。也就是将摆锤摆动所产生的动能，转换为机械能，机械能转换为弹性势能。

利用储能器机组为动力能源输送球体材料的工作原理：

在上坡段的各梯级发电站所需的球体材料，均由输送机与球滚槽输送。其工作原理是将储能器机组主轴的输出端与离合器前端相连接，离合器后端与增速箱输入端轴相连接，由储能器机组(由储能器机组代替电动机)经离合器驱动增速箱运转。增速箱的输出端与输送机的动力驱动链轮组(以下简称为链轮组)的主轴相连接，带动输送机运转。即由弹性势能转换为机械能。将球体材料输送到各级梯级发电站的球滚槽内(坡度应为5‰左右为宜)，由球体材料自由平稳的滚落到所需的叶轮机中做功。

利用球体材料为动力能源的发电工作原理：

利用球体材料为动力能源的发电工作原理是：利用山体的自然坡度为优势，根据山的形势，发电站按梯级设置，同时分上坡段与下坡段设置，上坡段的设置路线以直线为宜，要以下坡段为主要设置路线，在下坡段的设置路线以螺旋形路线、环形路线、折线路线为宜。

在山体上坡段的发电站，第一梯级发电站的球体材料，应从球体材料储备库，直接经球滚槽(坡度应为5‰左右为宜)有控制的滚落到第一级发电站发电机组的叶轮机中的叶片上做功，形成作用力矩，驱动叶轮机旋转。叶轮机转轴的输出端与离合器相连接，离合器与增速箱(经增速箱提速，达到发电机所需的转数)的输入端的轴相连接，在增速箱输出端的轴与大飞轮(产生飞轮力矩)相连接，大飞轮与发电机转子轴相连接。由叶轮机经离合器带动增速箱运转，增速箱带动大飞轮与发电机旋转发电。由重力势能转换为机械能，机械能转化为电能。

在第一梯级发电站发电机组做功后的球体材料，经由叶轮机下部的球滚槽，滚落到输送机下部的球体材料控制槽内，由输送机输送到下一梯级上坡段的梯级发电站发电机组的球滚槽内，经球滚槽滚落到叶轮机中做功。

在上坡段的各级梯级发电站发电机组的发电工作原理，都按同样方法运行。

在下坡段的发电站发电机组的工作原理是，待上坡段的最后一级的发电站发电机组所需的球体材料做功后，经叶轮机下部的球滚槽，滚落到下坡段的第一梯级发电站发电机组的球体材料球滚槽内(坡度应为5‰左右为宜)，滚落到叶轮机中做功，驱动叶轮机旋转。叶轮机转轴的输出端与离合器相连接，离合器与增速箱的输入端相连接，增速箱的输出端与大飞轮相连接，大飞轮与发电机的转子轴相连接，由叶轮机经离合器带动增速箱与大飞轮及发电机旋转发电。即由重力势能转换为机械能，机械能转化为电能。

在下坡段的各级发电站发电机组均是如此运转。

但在下坡段的最后一级的发电站发电机组所需的球体材料做功后，要经球滚槽，滚落到上坡段的第一梯级发电站发电机组的叶轮机中重新做功，使球体材料周而复始的循环利用。

利用储能器机组为动力能源的发电工作原理：

以储能器机组为动力能源的发电工作原理是：由储能器机组主轴的输出端与斜齿离合器前端相连接，斜齿离合器后端与增速箱的输入端相连接，增速箱的输出端与大飞轮转轴前端相连接，大飞轮转轴后端与发电机转子轴相连接，由储能器机组为动力源，经斜齿离合器，驱动增速箱运转，增速箱带动大飞轮及发电机转子旋转发电。即由弹性势能转换为机械能，机械能转化为电能。

本发明的有益效果是：

1、增添了一项新的动力能源。

2、是一种取之不尽，用之不歇的可再生的动力能源。

3、资源利用率高，是一种循环利用的能源。

4、本发电方法发电效率高，成本低，效益高。

5、本发电方法不会产生有害气体与温室气体。

6、是一种清洁性能源，不会产生粉尘污染。

7、不受气候与昼夜影响。

8、择址灵活，布厂方便。

9、装机规模灵活，产生规模效应。

10、具有持续供能和可控性。

11、起动和停机迅速，调节容易。

12、本动力能源还可以用于其他机械的动力能源。

附图说明

图1为本发明方法的扬锤车正侧视构造示意图。

图2为本发明能量转换机平面布置俯视示意图。

图3为本发明方法的复摆曲柄正侧视构造示意图。

图4为本发明方法的储能器平面布置俯视示意图。

图5为图4的1-1剖面图(储能器横断面内部构造示意图)。

图6为本发明方法的储能器机组平面布置俯视示意图。

图7为本发明方法的发电站球滚槽活动挡板平面布置俯视示意图。

图8为本发明方法的球滚槽钢梳形活动挡板正侧视示意图。

图9为本发明方法的叶轮机平面布置俯视示意图。

图10为图9的1-1剖面图(叶轮机横断面内部构造示意图)。

图11为图9的2-2剖面图(叶轮机纵向内部构造示意图)。

其中：

1-V型槽轮、2-轴承重、3-牵引环、4-定滑轮、5-预埋螺栓、6-滑轮支架、7-上T型轮、8-下T型轮、9-工字型轨道、10-钢筋砼轨道基础、11-U型摆锤、12-摆锤杆、13-摆锤支架、14-轴承座、15-摆锤转轴、16-轴承座、17-支撑架、18-复摆曲柄支撑架、19-传能棘轮、20-摇杆、21-套管轴承座、22-储能器、23-外包块式制动器、24-棘轮式制动器、25-斜齿离合器、26-套管轴承座支座、27-复摆曲柄、28-重型铰链、29-芯轴、30-摆锤转轴、31-上摇臂、32-重型铰链、33-活塞管、34-活塞套管、35-支撑轴、36-压簧片、37-摇杆38-传能棘轮转轴、39-重型铰链、40-传能棘轮、41-机壳、42-外包块式制动器、43-棘轮制动器、44-芯轴、45-轴承座、46-芯筒、47-接触型平面涡卷弹簧、48-螺旋伞齿轮传动箱、49-离合器、50-储能器、51-球滚槽、52-钢管固定柱、53-分流球滚槽、54-钢活动挡板、55-钢梳形活动挡板、56-钢梳齿、57-钢套管、58-球滚槽、59-砼垫层、60-机体护罩61-轴承座、62-转轴、63-漏斗、64-包块式制动器、65-离合器

具体实施方式

为了实施“利用摆锤与储能器及球体材料为动力能源的发电方法”，其具体的实施技术方案分为扬锤车、能量转换机、储能器、储能器机组、增速箱、离合器、链斗式输送机、球滚槽、叶轮机、大飞轮、发电机等。

扬锤车的实施技术方案

扬锤车的主要组成部分：

扬锤车主要由卷扬机、钢丝绳、钢丝绳定滑轮(以下简称为定滑轮)、工字型轨道、的复摆V型槽滑轮(以下简称为的托摆滑轮)、滑轮支架、悬臂T型轮(以下简称为T型轮)等组成。

扬锤车的工作原理：

扬锤车的工作原理是将卷扬机的钢丝绳两端用U型卡，紧固在扬锤车底盘两端的牵引环上，由卷扬机拉动扬锤车，沿工字型轨道方向前后运动。依靠扬锤车的托摆滑轮，将摆锤扬起，待扬锤车滑过后，摆锤依靠自身的重力势能，沿摆锤转轴的垂直方向自由摆动产生动能。

卷扬机的设置：

卷扬机应设置在多组能量转换机的一侧，基本上与多台能量转换机的摆锤成一条直线。卷扬机的吨位选择，应根据摆锤的重量确定。

钢丝绳与定滑轮的设置：

钢丝绳是拉动扬锤车的绳锁，以摆锤的设置路线和定滑轮的设置路线布设，钢丝绳由定滑轮托起，确保扬锤车的往复运行。钢丝绳与定滑轮的型号确定，应根据扬锤车及摆锤的重量确定。

工字型轨道：

工字型轨道是实现扬锤车功能及安全运行的可靠保证。

工字型轨道由锰钢板焊接制做而成。

腹板的高度、厚度、上下翼缘的宽度、厚度等尺寸，应根据扬锤车底盘及载荷状况，T型轮的尺寸等，需经设计计算确定。

工字型轨道下翼缘应用预埋螺栓与钢筋砼轨道基础紧固。

工字型轨道升序应根据能量转换机的台数确定。要求平直、牢固、光滑，确保扬锤车运行平稳灵活。

托摆滑轮总成

托摆滑轮总成主要构成：

托摆滑轮主要由V型槽轮盘、轴杆、轴承、轴承座等构成。

V型槽轮盘，轴杆的尺寸，以摆锤的重量及尺寸确定。

轴承与轴承座

轴承选用滚动轴承，轴承及轴承座型号应根据摆锤的重量及轴杆尺寸等确定。

滑轮支架

滑轮支架是支撑托摆滑轮的支撑体，滑轮支架正面与侧面均按梯型设置，见扬锤车正面侧视构造示意图(图1)，均上窄下宽。其各杆件尺寸应根据摆锤的重量、尺寸和托摆滑轮、轴杆、轴承座与T型轮的设置等尺寸，经设计计算确定。要确保有足够的整体刚度与强度。

T型轮总成

T型轮总成的主要构成：

T型轮主要由T型轮、轴承、轴杆、压盖等构成。

T型轮

T型轮安置在工字型轨道的上翼缘两侧相对位置设置，既每侧上翼缘上部两个，下部两个，每轮一轴，分别设置在滑轮支架底部的四个角的位置，与滑轮支架成为整体，既承受抗压和抗拉荷载，又要掌控导向。其T型轮的尺寸应根据轴杆、摆锤和滑轮支架等因素经设计计算确定。

轴杆

轴杆的尺寸确定，应根据摆锤的重量、支架的重量等因素综合考虑确定。

轴承

轴承选用滚动轴承，可根据载荷情况选用单或双。轴承型号应与轴杆直径相匹配。

扬锤车系统的制作与安装

焊接部分：

焊接部分按《电弧焊焊接工艺规程》(GB/T19867.1-2005)；《焊接工艺评定规程》(DL/T868-2004)等有关部分实施。

安装部分：

安装部分应按《机械设备安装工程施工及验收通用规范》(GB50231-2009)等有关部分实施及验收。

能量转换机实施技术方案

能量转换机的主要组成部分：

能量转换机主要由摆锤总成、机架、摆锤转轴总成、复摆曲柄总成、传能棘轮总成、离合器等部分组成。见能量转换机平面布置俯视示意图(图2)

摆锤总成

摆锤总成的构成：

摆锤总成主要由摆锤、摆锤杆、摆锤转轴等构成。

摆锤

摆锤的构造：

摆锤由U型耐磨钢板棱形角边(以下简称为耐磨角边)、纯铜条块叠加U字型铜芯(以下简称为铜芯)、竖向紧固螺栓、槽钢横梁(以下简称为横梁)等构成。

摆锤体成U字型，横向截面为扁椭圆形，宽厚比为5∶1，摆锤外缘由耐磨钢板包围棱角边成U字型，顶端横梁两侧用螺栓与耐磨角边上端紧固。

铜芯由多条横向钢条块叠加组成U字型铜芯，边缘卡在耐磨触点边槽内，竖向由螺栓与耐磨角边底部焊接牢固，稳固铜芯，螺栓顶端与横梁紧固。

摆锤的重量应根据储能器所需的外转矩以及摆锤转轴、复摆曲柄、传能棘轮等因素的影响所确定。但必须确保摆锤能够自由的摆动，满足储能器所需的外转矩的要求。

摆锤的扬起高度，应保持摆锤杆中心线不大于90度角为宜。

摆锤杆

为了确保摆锤的最佳有效的转动惯量功能，摆杆的横截面设计为扁椭圆状，摆锤杆长度(摆锤重心点在摆锤转轴中心点)，即为：摆锤重量/33＝L；L-为摆锤杆长度。

实际尺寸要经计算确定，要有足够的刚度与强度。摆锤杆上端与摆锤转轴相交处，应成正方孔与摆锤转轴相嵌固，并用螺母紧固。

摆锤杆的下端与摆锤的上端横梁相交处，采用焊接方式，摆锤杆的两侧用钢板成45度角焊接牢固。

摆锤转轴

摆锤转轴的主要构成：

摆锤转轴主要构成是由轴杆、轴承、轴承座等构成。

转轴的尺寸应根据摆锤的重量，选择悬臂梁式或简支梁式挂摆形式，经设计计算确定。

摆锤转轴安装在能量转换机机架顶端，采用滚动轴承，轴承及轴承座型号，应根据摆锤的重量，转轴的尺寸，机架的构造等情况确定。

摆锤转轴的前端与摆锤杆上端相交处及摆锤转轴的后端与复摆曲柄的上端相交处均为正方孔相交，并采用螺母紧固。

能量转换机机架

能量转换机机架是支撑摆锤总成和复摆曲柄的重要组成部分。

机架应设计为上部窄，底部宽的梯形框架，机架的高度应根据扬锤车、摆锤与摆锤杆总高度确定。各杆件应根据储能器的外转矩要求，以及摆锤的重量和工作状态，复摆曲柄的重量，机架自身杆件的重量等因素，经设计计算确定。要求要有足够的刚度与强度。

机架底部与钢筋砼基座的固定形式，采用预埋螺栓紧固。

摆锤的悬挂方式为悬臂梁式时，应有采用单框架，为简支梁式时，采用两端框架式。

复摆曲柄总成

复摆曲柄总成的组成：

复摆曲柄由上摇臂、重型铰链总成，活塞式下摇臂(以下简称为下摇臂)总成、支撑座总成等组成。见复摆曲柄正侧视构造示意图图3)

上摇臂

上摇臂是复摆曲柄的重要组成部分，是由它带动活塞杆部分往复运转，上摇臂上端成正方孔与摆锤转轴后端相嵌固，并用螺母紧固。下端固定座与重型铰链上铰座相连接紧固。上摇臂摆动的角度与摆锤摆动的角度相同。

上摇臂的臂长采用费力杠杆原理(即摇臂短)，下摇臂(重型铰链至摇杆相连接处)采用省力杠杆原理(即摇臂长)。

上摇臂的尺寸，应根据下摇臂、传能棘轮和储能器的外转矩等因素，经设计计算确定。

重型铰链

重型铰链的构造：

重型铰链分为上铰座、下铰座、铰链轴，摆动角度应达到180度角为宜。

上铰座用螺栓与上摇臂下端固定座相连接紧固，下铰座用螺栓与下摇臂活塞管顶端固定座相连接紧固。铰链轴两端应用螺母紧固铰链的尺寸应根据上摇臂与活塞管的尺寸与载荷状况，经设计计算确定。要求坚固、实用灵活。

下摇臂

下摇臂的组成：

下摇臂由活塞管、活塞套管、支撑座总成等组成。

活塞管

活塞管由活塞管与活塞管座构成。

活塞管的顶端与活塞管座焊接牢固。活塞管座用螺栓与重型铰链下铰座相连接紧固。

活塞管的长度，应根据上摇臂的长度及摆动高度确定，活塞管在活塞套管外的活动长度应是整个活塞管长度的1/3。活塞管的长度、直径、壁厚，应根据储能器的外转矩、传能棘轮及载荷状况，经设计计算确定。

活塞套管

活塞套管是与活塞管配合使用的，活塞套管的长度应根据机架的高度与储能器的高度及传能棘轮的高度等因素确定。直径与臂厚应根据储能器的外转矩，传能棘轮等因素经设计计算确定。活塞套管与支撑座转轴相交处，应成正方形孔相嵌固，并焊有足够强度的方钢套，方钢套与支撑座的转轴的配合间隙应较紧密。活塞套管下端至支撑转轴的中心距的距离，应根据储能器的外转矩及储能棘轮的位置等因素，经设计计算确定。

支撑座总成

支撑座是支撑和稳固复摆曲柄，而确保稳定运转的重要组成部分。

支撑座总成由支撑转轴、滚动轴承、轴承座、支架等构成。

支撑转轴的尺寸，应根据储能器的外转矩、传能棘轮的高度、复摆曲柄的尺寸等因素，经设计计算确定。

支撑转轴与钢套管相交处，应成正方体，配合间隙应较紧密，并在外缘两侧用螺母紧固，将活塞套管定位。支撑转轴的两端为圆形与两端的滚动轴承及轴承座相嵌固。

滚动轴承与轴承座

滚动轴承与轴承座的型号应与支撑转轴的直径尺寸相匹配。

支撑架

轴承座安装在支撑架上部的两侧，支撑架的高度、宽度及各杆件的尺寸，应根据支撑转轴的高度、复摆曲柄、传能棘轮总成的位置高度和储能器的高度与外转矩等因素，经设计计算确定。

支架底部为钢筋砼基础，与机架基础为一个整体，采用预埋螺栓与基础连接紧固。

传能棘轮总成

传能棘轮总成的构成：

传能棘轮总成由摇杆支座、重型铰链、摇杆、压簧片、传能棘轮、转轴、滚动轴承、轴承套管座、支架、离合器等构成。

传能棘轮总成的工作原理

传能棘轮总成的工作原理是：复摆曲柄下端与摇杆支座焊接牢固，摇杆支座与摇杆上铰链相连接，摇杆下铰链与摇杆相连接，由复摆曲柄下端带动摇杆，摇杆驱动棘轮转动。

摇杆支座

摇杆支座的前端与复摆曲柄的末端焊接牢固，后端的座板用螺栓与重型铰链的上铰链相连接。摇杆支座成T字型，其尺寸应根据储能器的外转矩及复摆曲柄的传动力等因素，经设计计算确定，要有足够的刚度与强度。

重型铰链

重型铰链是连接复摆曲柄下端与摇杆上端的连接构件，上铰座与摇杆支座用螺栓紧固，下铰座与摇杆上端面板用螺栓相连接。

重型铰链的尺寸应根据复摆曲柄的载荷状况，经设计计算确定，要求坚固、实用灵活。

摇杆

摇杆的形状为弧形内斜棘齿齿形，与斜齿棘轮啮合的齿数应≥2个。摇杆齿形与棘轮齿形相匹配啮合。

摇杆的尺寸应根据复摆曲柄F端摆动的距离、力矩、传能棘轮的直径，两侧棘轮的轴距、传能效率等因素，要全面权衡，经设计计算确定。要求有足够的刚度、强度、有效传能效率。

传能棘轮

传能棘轮由摇杆驱动做单向间歇式的转动，一侧做顺时针转动，另一侧做逆时针转动。

传能棘轮应采用费力杠杆原理，在确保摇杆能够驱动旋转的趋向内，尽量采用小直径，确保合理的传能效率。传能棘轮的齿向要分别设为顺时针与逆时针齿向，与摇杆棘齿啮合。啮合的齿数应≥2个。传能棘轮的中心孔为矩形内花键槽，传能棘轮两端用螺母紧固定位。传能棘轮的尺寸，应根据储能器所需的外转矩经设计计算确定。

转轴

转轴的尺寸应根据传能棘轮的外力矩，储能器的设置、轴承、轴承座、离合器等因素经设计计算确定。与储能棘轮相交处，应设为矩形外花键。

轴承与轴承套管座

轴承应选用滚动轴承与匹配的轴承套管座，应根据转轴的直径及长度等因素，选择国家标准型号的轴承与轴承套管座。

离合器

离合器是连接转轴与储能器芯轴的传动装置。

离合器采用手动斜齿离合器，离合器的规格、型号应与转轴、储能器输入端芯轴相匹配。

要求确保足够的强度、刚度与灵活的使用要求。

能量转换机的制作与安装

焊接部分：

焊接部分应按《电弧焊焊接工艺规程》(GB/T19867.1-2005)；《焊接工艺评定规程》(DL/T868-2004)等有关部分实施。

安装部分：

安装部分应按《机械设备安装工程施工及验收通用规范》(GB50231-2009)等有关部分实施及验收。

储能器

储能器的主要组成部分：

储能器主要由接触型平面涡卷弹簧、芯轴、芯筒、机壳、底座、机架、轴承、轴承座、棘轮式制动器(以下简称为棘轮制动器)，外包块式制动器(以下简称为包块式制动器)等部分组成。见储能器平面布置俯视示意图(图4)，图4的1-1剖面图(图5)，(储能器横断面构造示意图)。

储能器的工作原理：

储能器是将摆锤所产生的能量储存起来，用于其他设备的动力能源。

为了充分利用储能器的储备能源，采用自由释放法，将储能器按转矩的大小，设计为不同规格的型号。要求储能器的释放时间≥360小时。

为了满足各种动力设备的需要，储能器可根据设备所需动力能源的要求，将设计为多种型号的储能器(即多种等级的输出转矩)配合利用，以满足设备的需求。

接触型平面涡卷弹簧

接触型平面涡卷弹簧是储能器最主要的构件，因此钢带的质量是最关键的。

钢带的强度级别≥III级，或根据市场情况及实际需求，选择优质实用型号的钢带。

储能用接触型平面涡卷弹簧的设计应根据实际需要设计，或参考《中华人民共和国机械行业标准》(JB/T7366-1994)经试验确定。

弹簧的固定形式

弹簧的内端，参照表8.1；弹簧的外端参照表9.2。弹簧的有效工作转数，根据材质及规格的不同，尽可能的选择最多的工作转数。

疲劳寿命要≥30万次。弹簧的层数可选择1-3层。机壳里面的排数可选择两排。

芯轴与芯筒

芯轴与芯筒要根据所需要的最大输出转矩、机壳和弹簧的设计层数及排数等因素确定。可设计为实心芯轴或筒式芯轴。尺寸应根据最大输出及输入转矩、弹簧的排列和制动器、离合器的设置等因素，经设计计算确定。

机壳

机壳要根据弹簧的宽度，排列形式、层数、弹簧的厚度、弹簧自由状态下的最大半径等因素确定。如若弹簧设计为双排，两排中间应设计有挡隔板。要确保机壳的刚度与强度。

底座

储能器的机壳、机架、芯轴、轴承与轴承座、棘轮制动器、包块式制动器等都要与底座形成一个刚性整体，确保运行的功能、安全、安装和运输等功能。各杆件的尺寸应根据储能器各部件的设置状况，经设计计算确定。

机架

机架是将机壳、芯轴、轴承座、棘轮制动器、包块式制动器等，按设计的位置及高度合理固定，确保储能器的理想运用功能及刚度与强度。机架的构造，各杆件的尺寸要根据储能器设计的实际需要确定。

轴承与轴承座

轴承与轴承座应根据储能器设计所需要的芯轴直径和具体要求确定。轴承应选用滚动轴承与轴承重匹配。

棘轮制动器

为防止储能器在储能期间的能量损失，需在芯轴上设置一棘轮制动器，确保能量的损失和运行中的安全。

棘轮制动器的构成：

棘轮制动器是由棘轮、制动棘爪总成等构成。

棘轮的棘齿根据两侧设置的部位，按顺时针与逆时针设计，要与储能器的转向相匹配。棘轮的齿距应密一点为宜。棘轮的中心孔应为矩形花键槽，与储能器的芯轴相嵌固，并用螺母紧固。

制动棘爪总成

制动棘爪总成的构成：

制动棘爪总成主要由制动棘爪、棘爪轴杆、弹簧压片、方形滑块、开槽螺母、侧导槽、螺杆、螺母固定座、手动摇柄、防松多孔销座、防松销杆等构成。制动棘爪总成的工作原理：

待传能棘轮带动芯轴旋转时，为控制芯轴的回转，由制动棘爪卡住棘轮，使芯轴只有作间歇的按设置的方向旋转。

待储能器达到设计工作圈数要求后，拆卸后备用。为防止芯轴及弹簧钢片的回转，造成能源的损失，故设计制动棘爪，阻止棘轮回转。在释放能量时，将包块式制动器紧固，确保芯轴不得回转，然后用手动摇柄扭动螺杆旋转，带动棘爪后退离开棘轮，然后用摇柄松动块式制动器螺杆，使制动块松开，使储能器自由的释放能量。如停止释放能量时，首先用摇柄摇动包块式制动器螺杆，使制动块握裹牢固，不得制动轮滑动。为了安全可靠，再将棘爪，用摇柄扭动螺杆，推进棘爪前移使棘爪插入棘轮的齿内至啮合，然后将摇柄用防松制动销，固定在多孔防松销座上，并用小螺母固定制动销，确保制动销不能松动。

棘爪

棘爪铰接在方形滑块的侧面，用来卡住棘轮逆向锁死的构件，要有足够的刚度与强度。前端要与棘轮棘齿啮合，后端用轴杆与方形滑块连接，并与轴杆间保持灵活。

弹簧压片

弹簧压片是压在棘爪上部的，确保棘爪严密的压附于棘轮齿间。

棘爪轴杆

棘爪轴杆是支撑棘爪与定位的构件，焊接在方形滑块上面，尺寸应与棘爪匹配，要根据储能器的转矩，经设计计算确定。

方形滑块

方形滑块安装在螺杆的前端光轴部位，并用开槽螺母定位，在螺杆扭动时，可托动棘爪前后移动，并将棘爪固牢。方形滑块要与螺杆匹配，并经设计计算确定。

侧导槽

侧导槽是供方形滑块运行的导向槽，可使滑块在槽内前后运动，又确保滑块不翻转。尺寸要根据滑块的尺寸及运动的距离确定。

螺杆

螺杆是控制棘爪的主要杆件，螺杆的外形最前端是三角螺纹，用开槽螺母固定方形滑块。方形滑块部位为光轴，中间部位为矩形螺纹，与螺母固定座相匹配使用。尾部为正方形，与摇柄匹配使用。实际尺寸要根据储能器外转矩、棘爪、开槽螺母、方形滑块、螺母固定座、摇柄等因素经设计计算确定。

螺母固定座

螺母固定座是控制螺杆的稳固及旋转导向的构件，螺母为矩形螺纹与螺杆相匹配。实际尺寸和固定部位要根据储能器转矩及螺杆的尺寸机架的设置等因素经设计计算确定，可设在一处或两处，需确保螺杆的稳定性及使用功能。

防松销杆

防松销杆为圆柱形，前端为小三角螺纹，后端为六角帽，待穿过摇臂孔与多孔防松销座相对孔后用螺母紧固，以防螺杆滑脱。

手动摇柄

手动摇柄是扭动螺杆旋转，经方形滑块而带动棘爪移动，右旋为前移，左旋为后移。与螺杆尾部相交处为正方孔，其尺寸应根据螺杆的转动力矩，经设计计算确定。

多孔防松销座

多孔防松销座，设置在螺杆的尾部。多孔防松销座是，待摇柄将棘爪调整到所需位置后，为防止其他因素造成螺杆松动使得棘爪位移，造成能量的损失及安全事故等，所要采取的措施。待用摇柄将棘爪移动到所需位置后，为防止螺杆松动，用防松销杆将摇臂销孔和防松固定销座相对的孔位销紧锁固。

开槽螺母

开槽螺母是将方形滑块定位的螺母，应根据螺杆的设计尺寸，按国家标准选用。

手动包块式制动器

主要组成构件：瓦块、制动轮、螺纹拉杆、固定轴、制动臂、底座、数显扭力摇柄、活动轴方块螺母、活动轴圆孔方块等组成。

工作原理：

手动外包块式制动器是由瓦块和制动轮间的摩擦力来制动的。活动轴方块螺母固定在前制动臂上端，活动轴圆孔方块固定在后端制动臂上端。当需要制动时，用数显扭力摇柄按顺时针方向扭动后端带有翼缘的螺纹拉杆旋转，由前制动臂上的活动轴方块螺母带动前后制动臂向内摆动收拢，使瓦块抱紧制动轮，实现制动。当需要松闸时，用数显扭力摇柄按逆时针方向扭动螺纹拉杆旋转，由固定在制动臂上的活动轴方块螺母带动前后制动臂向外摆动，使瓦块离开制动轮。

要求：

手动外包块式制动器的构件，要根据储能器的最大输出转矩及高度与宽度等情况，经设计计算确定。

储能器的制作与安装

焊接部分：

焊接部分应按《电弧焊焊接工艺规程》(GB/T19867.1-2005)；《焊接工艺评定规程》(DL/T868-2004)等有关部分实施。

安装部分：

安装部分应按《机械设备安装工程施工及验收通用规范》(GB50231-2009)等有关部分实施及验收。

储能器机组

储能器机组的组成：

储能器机组主要由机座、储能器、手动斜齿离合器、螺栓伞齿轮传动箱等组成。

储能器机组的工作原理：

储能器机组是将各不同输出转矩的储能器相互调配使用，以满足设备所需动力能源的需要。各储能器与各斜齿离合器相连接，各个斜齿离合器分别与螺旋伞齿轮传动箱的横轴和纵轴相连接。螺旋伞齿轮传动箱(或拼接传动齿轮箱)纵轴的输出端与斜齿离合器相连接，斜齿离合器再与增速齿轮箱输入端轴相连接。

储能器释放能量时，将储能器的棘轮制动器和包块式制动器松开，使储能器有调配的释放能量，驱动增速箱旋转。见储能器机组平面布置示意图(图6).

机座

机座是将储能器、斜齿离合器、螺旋伞齿轮传动箱等整合成一个刚性整体。根据设备及设置状况确定机座的构件尺寸。机座材料选用型钢。

机架

机架是根据设备的平面布置状况及空间位置情况确定尺寸，选择型刚为各杆件。要确保结构的刚度、强度和设施的灵活运转。

储能器

储能器的安装：

因储能器机组是由多台规格不同，转矩不同的储能器调配使用的动力能源，所以它们的体积与高度都有所不同，但都要保证储能器的输出端轴与斜齿离合器方便的相连接。储能器机架与储能器机组的机座连接，采用螺栓紧固，确保稳定、牢固、安全、灵活运行。

手动斜齿离合器

手动斜齿离合器的工作原理：

手动斜齿离合器其一是连接储能器的输出端轴与螺旋伞齿轮传动箱输入端轴，供正常运转及调整时使用。其二是将储能器机组输出端轴与增速箱输入端轴相连接。离合器的型号规格应根据轴的直径尺寸等确定。

螺旋伞齿轮传动箱

螺旋伞齿轮传动箱的工作原理：

螺旋伞齿轮传动箱是储能器的能量传动中心，通过它来发挥储能器的调配综合能量。是通过各个离合器连接各个储能器，将各个储能器的能量通过调配，经纵轴的输出端轴，传递到增速箱，驱动增速箱运转。

螺旋伞齿轮传动箱的箱体应采用铸造箱体，技术参数及横轴距离，应根据储能器的规格及所占空间确定。储能器的调配应根据输送机的主要技术参数选择确定。要确保输送机所需的输送效率。

储能器机组的制作与安装

焊接部分：

焊接部分应按《电弧焊焊接工艺规程》(GB/T19867.1-2005)；《焊接工艺评定规程》(DL/T868-2004)等有关部分实施。

安装部分：

安装部分应按《机械设备安装工程施工及验收通用规范》(GB50231-2009)等有关部分实施及验收。

链斗式输送机

链斗式输送机的主要组成：

链斗式输送机主要由储能器机组、斜齿离合器、增速齿轮箱、链斗机、动力驱动链轮组等组成。

链斗式输送机的工作原理：

链斗式输送机以储能器机组为动力能源，储能器机组纵轴的输出端轴与斜齿离合器相连接，斜齿离合器又与增速箱的输入端轴相连接，经过提速，达到输送机所需的转数。增速箱的输出端轴用凸缘联轴器与动力驱动链轮组的主轴相连接，带动输送机运转，输送球体材料。

输送机技术参数的选择：

输送机技术参数的选择，应根据球体材料的直径与输送量及输送速度等因素选择确定。

储能器机组的设置：

储能器机组，可根据输送机的输送量及输送速度尽可能的设置一组为宜；如若一组满足不了输送机的能量需求，可在输送机的两侧，根据链轮组的设置，可设置多组。

输送机的制作与安装

焊接部分：

焊接部分应按《电弧焊焊接工艺规程》(GB/T19867.1-2005；《焊接工艺评定规程》(DL/T868-2004)等有关部分实施。

安装部分：

安装部分应按《机械设备安装工程施工及验收通用规范》(GB50231-2009)等有关部分施工及验收。

利用球体材料为动力能源的发电的方法

利用球体材料为动力能源的发电的方法是：利用山体的自然优势，根据山的形势，发电站按梯级设置，同时分上坡段与下坡段设置。

发电站的设置路线，在上坡段以直线设置为宜。在下坡段以螺旋线路环形线路或折线线路设置为宜。

利用球体材料为动力能源的发电方法主要组成部分：

主要组成部分由输送机、球体材料、球滚槽、发电站、发电机组等部分组成。

利用球体材料为动力能源发电方法的设施安装工艺。

输送机的设置与安装工艺：

输送机是输送上坡段的，发电站所需球体材料的输送设备。

输送机的设置与安装

输送机的选型：

输送机的型号选择，要根据球体材料的直径、梯级发电站的高度、球滚槽的高度、球体材料的输送量等因素，确定输送机的长度与倾角，确定适宜的型号。

输送机的动力设置：

输送机的动力装置，由储能器机组根据球体材料的输送量，设置一组或多组。要设置主输送机、辅助机和备用机。

输送机的土建部分：

安装输送机基础部分，设计为钢筋砼。输送机的机体、储能器机组、增速箱等，均由预埋螺栓固定。

输送机的安装：

输送机的安装应按图纸设计要求和《机械设备安装工程施工及验收通用规范》(GB50231-2009)进行施工及验收。

球体材料

球体材料是驱动叶轮机旋转的动力能源，因此对于球体材料的质量有着较严格的要求。在应用球体材料时，应用其中一种为宜，不应混用。

球体材料的种类及规格

球体材料的种类及规格是：￠150mm低合金热轧钢球，低合金热轧钢球表面应平整、光滑；钢球不得有破裂、中空、裂纹、折叠；不得有结疤、重皮、凹坑、环沟和环凸缘等现象。

尺寸外形对理论直径的允许偏差(mm)+1.5，-3；不圆度≤3。

其中试验数量、试验方法、检验规则，按《轧制钢球》(GB8649-88)有关方面实施。

￠300mm低合金钢壳内填普通C10砼圆球，低合金钢壳采用16Mn低合金冲压球体壳，壳厚不低于6mm，球体接缝处采购用焊接。

焊接按《钢结构焊接规范》(GB50661-2011)；《钢结构施工技术验收规范》(GB50205-2001)施工与评定。

要求焊接无裂纹、咬边、焊瘤、夹渣、增高、凹坑、气孔、破裂、折叠、褶皱，球体表面应平整光滑。内部砼应密实、不得有中空、孔洞等。

尺寸、外形，对理论直径的允许偏差(mm)+1.5，-3；不圆度≤3。

其中试验数量、试验方法、检验规则，参照《轧制钢球》(GB8649-88)有关方面实施。

￠300mm环氧树脂聚丙烯短纤维砼圆球，要求具有强度高、韧性好、抗冲击强度大，有良好的耐磨、耐水和抗冻性能。

球体表面要求光滑、平整；不得有裂缝、破裂、中空、凹凸和环沟、环凸缘等现象。

尺寸、外形对理论直径的允许偏差(mm)+1.5，-3；不圆度≤3。

其中试验数量、试验方法、检验规则，参照《轧制钢球》(GB8649-88)有关方面实施。

￠300mm环氧玻璃钢壳普通C50砼圆球，环氧玻璃钢涂膜厚度应≥8mm。玻璃布与玻璃布之间无假性粘结，不得出现空鼓、固化不完全现象，不得出现白点、白面、整个玻璃钢表面应光滑平整，色泽一致。表面不得有褶皱、折叠凹凸现象。内部砼球应用对滚机成形，应密实，不得有破裂、裂纹、中空、孔洞等现象。

尺寸、外形对理论直径的允许偏差(mm)+1.5，-3；不圆度≤3。

其中试验数量、试验方法、检验规则，参照《轧制钢球》(GB8649-88)有关方面实施。

球滚槽

球滚槽是输送球体材料的主要输送通道，在上坡段，每级梯级发电站所需的球体材料，均由输送机输送到所设计的高度后，由球滚槽输送到梯级发电站，所需球体材料的发电机组的叶轮机中做功。在下坡段，在由上一级梯级发电站的，发电机组的叶轮机中做功后的球体材料，通过下坡段的球滚槽，自由的平稳的滚落到下一级梯级发电站，所需球体材料的发电机组的叶轮机中做功。

球滚槽的主要组成部分：

球滚槽主要由球滚槽、分流球滚槽、钢活动分流档板、钢管固定柱、钢梳形活动挡板、缓冲橡胶板等组成。

球滚槽的主要材料

球滚槽主要材料，选用普通低合金16Mn钢板。

球滚槽的设置

球滚槽的主要，根据球体材料的输送量，设有主球滚槽与辅助球滚槽。主球滚槽可设置单槽或双槽，主要用于输送供发电站正常发电时所需的球体材料。辅助球滚槽可做高峰发电时用，或球滚槽维修时备用。

球滚槽的尺寸规格

球滚槽的断面尺寸，可根据球体材料的输送量确定。球体材料在球滚槽输送时，按单层考虑，其中球滚槽的占有率按70％，底板与槽壁的板材厚度，应根据球体材料的直径等实际情况，经设计计算确定。

球滚槽的坡度

球滚槽的设计坡度以5‰为宜。

活动分流档板

活动分流档板是设在主球滚槽与各发电机组的球滚槽的交界处，当发电机组需要球体材料时，将挡在发电机组的球滚槽处的活动分流挡板拨到主球滚槽的另一侧的侧壁，将球体材料档在发电机组的球滚槽内，球体材料延球滚槽滚落到叶轮机中做功。

见发电站球滚槽活动挡板平面布置俯视示意图(图7)

钢梳形活动挡板

钢梳形活动挡板是在停用，设备维修或发生故障时，用钢梳形活动挡板将各段的球体材料挡存在球滚槽内待用。

钢梳形活动挡板的构成：

由钢管固定柱、套钢管、钢梳形活动挡板、钢梳齿等构成。

钢梳形活动板挡的尺寸及间隔距离，应根据球滚槽的横断面尺寸确定，梳齿齿距不要过密，能够确保球体材料不能滚过去便可。钢梳形活动挡板的间隔距离，要根据球体材料的输送量，经设计计算确定。要确保梳形活动挡板的钢度与强度和升降功能。

见球滚槽钢梳形活动挡板示正视示意图(图8)

缓冲橡胶板

球体材料在球滚槽内的输送是平稳滚动的，缓冲橡胶板是在球体材料输送时，防止球体材料快速滚动，造成严重的碰撞而设置的。

缓冲橡胶板，选用普通橡胶板，胶板代号为1250。厚度为10mm，或根据实际情况经试验确定。

缓冲橡胶板的规格尺寸与间距

缓冲橡胶板的宽度，应根据球滚槽的横断面尺寸确定，长度及间距根据实际情况，经试验确定。以满足球体材料的稳定滚动为宜。

球滚槽的土建部分

球滚槽应安装在掩蔽的通道内。球滚槽底部选用强度等级C30混凝土垫层，垫层厚度为20cm，或根据实际情况经设计计算确定。垫层表面应平整。在球滚槽跨越沟槽时，应采购用C40钢筋混凝土板及框架，可根据具体情况经设计计算确定施工。

球滚槽的制作与安装

球滚槽的制作焊接部分：

球滚槽的焊接应按《电弧焊焊接工艺规程》(GB/T19867.1-2005)施工，按《焊接工艺评定规程》(DL/T868-2004)评定。

球滚槽的安装部分

球滚槽的安装应按《机械设备安装工程施工及验收通用规范》(GB50231-2009)施工及验收。球滚槽的底部，应用水泥砂浆填塞密实及调整好坡度。

发电站

发电站的设置应根据山的形势走向，按梯级设置，在每级梯级发电站处，应根据不同的条件、维修等因素，可设置1-2组或多组发电机组。

发电机组

发电机组的构成：

发电机组主要由叶轮机、增速箱、大飞轮、发电机等构成。

发电机组的工作原理

发电机组的工作原理是：由各级梯级发电站的发电机组所需设置的球滚槽，将球体材料输送到叶轮机的叶片中做功，驱动叶轮机按顺时针转向旋转。叶轮机的输出轴端用离合器与增速箱的输入端轴相连接，带动增速箱运转。增速箱的输出端轴用凸缘联轴器与大飞轮转轴的前端相连接，大飞轮转轴的后端用凸缘联轴器与发电机的转子轴输入端相连接，带动发电机按额定转数旋转发电。

叶轮机

叶轮机的工作原理：

叶轮机是由球体材料从球滚槽滚落下来后经进料漏斗落入斜弧槽叶片中做功。球体材料由斜弧槽叶片的前端(靠近增速箱的一侧)落入，延轴的斜向方向向后端滚动，叶轮机的旋转转向按顺时针旋转。

叶轮机的主要组成部分：

叶轮机主要由进料漏斗、机架、机体护罩、斜弧槽叶片、叶轮鼓筒、转轴、轴承与轴承座、外包块式制动器、离合器等组成，见叶轮机平面布置俯视示意图(图9)，图9的1-1剖面图图10(叶轮机横断面内部构造示意图)，图9的2-2剖面图图11(叶轮机纵向内部构造示意图)

进料漏斗

进料漏斗，是将由球滚槽输送来的球体材料，由控制闸板，有序的滚落到叶轮机的斜弧槽叶片中。进料漏斗的位置，应设在叶轮机的上部，靠近增速箱的一侧，距叶轮机中心转轴至叶轮鼓筒外缘顺时针旋转方向的1/3处，使球体材料的重力势能，对转轴形成力矩。尺寸宽度应≥3倍球体直径的方口漏斗或根据实际情况确定。长度可根据球体材料的输送量确定，漏斗的输送率按70％考虑。漏斗下端与叶片的间距，应确保在运行中不塞卡、不堆积、不外溢灵活运行。

机架

机架是支撑与固定叶轮机的框架。选用型钢，其尺寸与构造应根据叶轮的机罩、叶轮鼓筒、斜弧槽叶片、转轴及轴承座、球体材料的输送量等情况，经设计计算确定。

机体护罩

机罩是保护斜弧槽叶片与球体材料外溢及运行安全所设。

其尺寸应根据转轴，叶轮和球体材料在机体内滚动时所占的空间等因素确定。

斜弧槽叶片

斜弧槽叶片是接落球体材料的叶片，由强度高耐磨性好的耐磨钢板制做而成。尺寸应满足球体材料的输送量，经设计计算确定。要确保斜弧槽叶片的强度与钢度，有足够的几何尺寸，满足球体材料的容量和滚动的空间。斜弧槽叶片的间距要根据球体材料的直径确定，叶片数量应根据叶轮鼓筒直径确定。斜弧槽叶片的长度，在能满足球体材料在斜弧槽叶片内由输入端向输出端滚动的条件下，尽可能的延长斜弧槽叶片的长度，尽可能充分发挥球体材料的重力势能之功能。在斜弧槽叶片漏斗端应设高端挡板，以防球体材料外溢。

叶轮鼓筒

叶轮鼓筒是焊接斜弧槽叶片的筒体，叶轮鼓筒的材料，应采用耐磨钢板制作。尺寸应根据增速箱与发电机所需的转速，转轴和斜弧槽叶片的长度等因素综合考虑确定。

叶轮鼓筒两端设端板，端板要与转轴焊接，筒内应设支撑杆件。

叶轮鼓筒直径在能满足球体材料重力势能，能够驱动叶轮机旋转的能量时，要尽量保持小直径，已便更合理的运用球体能源。

转轴

转轴要承载自重、叶轮鼓筒、斜弧槽叶片、球体材料的重量等载荷。

转轴的尺寸应根据以上的各种因素及斜弧槽叶片的长度，经设计计算确定。要求有足够的钢度与强度。

轴承与轴承座

轴承选用滚动轴承。轴承与轴承座应相互匹配，型号要同转轴的直径相匹配。包块式制动器与离合器

包块式制动器与离全合器应根据叶轮机的转距、转轴直径等选择匹配的型号。

叶轮机的制作焊接部分：

叶轮机的制作焊接部分，应按《电弧焊焊接工艺规程》(GB/T19867.1-2005)施工，按应按《焊接工艺评定规程》(DL/T868-2004)评定。

增速箱

增速箱是合理利用能源的重要设备，增速箱是18转速缓慢的叶轮机的转速，提速满足发电机的发电转速。增速箱采用卧式，高合金钢材增速箱。要选用速比高的，能耐久使用的增速箱。

发电机

发电机选择卧式发电机，选择三相50HZ，凸极式同步发电机，转速应≥375r/min，选择单机容量较大的发电机或适宜的发电机。采用发电机的并列运行。发电机冷却方式采用空气冷却方式。

发电机组的安装

发电机组的安装，应按《机械设备安装工程施工及验收通用规范》(GB50231-2009)施工及验收等有关部分实施。

利用球体材料为动力能源发电方法的运行程序

运行程序是：在第一梯级发电站的球体材料输送，由球体材料储备库的控制漏斗，延球滚槽平稳的滚落到，第一级梯级发电站所需的发电机组的，叶轮机中做功。做功后的球体材料，滚落在叶轮机的后端下部的球滚槽内，由球滚槽输入到输送机的控制漏斗内，由输送机输送到下一级上坡段的发电站的球滚槽内。球体材料延球滚槽平稳的滚动，滚落到所需的叶轮机中做功。做功后的球体材料，滚落在叶轮机的后端下部的球滚槽内，由球滚槽输入到输送机的控制漏斗内，由输送机输送到下一级上坡段的发电站的球滚槽内。在上坡段的各梯级发电站的运行程序同此方法。

在山体的最顶端的发电站，发电机组的叶轮机做功后的球体材料滚落到叶轮机后端下部的球滚槽内。球体材料延下坡段的球滚槽，平稳的滚落到下坡段的第一级梯级发电站所需球体材料的发电机组的叶轮机中做功。

在下坡段的第一级梯级发电站，发电机组在叶轮机中做功后的球体材料，滚落到叶轮机后端的下部球滚槽内，由球滚槽平衡的输送到下一级梯级发电站，所需发电机组的叶轮机中做功。在下坡段的各梯级发电站，发电机组所需的球体材料的输送方法同此运行程序。

在下坡段的最后一级梯级发电站，发电机组做功后的球体材料，要通过球滚槽，输送到上坡段的第一级梯级发电站，发电机组的叶轮机中做功。

如此，使球体材料能源，周而复始的循环利用。

利用储能器机组为动力能源的发电方法

利用储能器机组为动力能源的发电方法的组成部分：

利用储能器机组为动力能源，发电方法的组成部分由，储能器机组、增速箱、大飞轮、发电机等部分组成。

利用储能器机组为动力能源发电的运行程序

利用储能器机组为动力能源发电的运行程序是：由储能器机组，以缓慢的自由释放能量的形式，以顺时针旋转的转向旋转，驱动增速机运转，增速机(以大比速的提速，充分发挥储能器弹性势能的能量)带动大飞轮与发电机旋转发电。利用储能器机组为动力能源发电机组设置与安装

设置部分：储能器机组主转轴的输出端，用凸缘联轴器与增速箱输入端的轴相连接。增速箱输出端轴用凸缘联轴器与大飞轮转轴的前端相连接。大飞轮转轴的后端用凸缘联轴器与发机的转子轴相连接。

安装部分：

安装应按《机械设备安装工程施工及验收通用规范》(GB50231-2009)有关部分施工及验收。

电气系统

电气系统的设计：

电气系统的设计应参照《小型水力发电站设计规范》(GB50071-2014)电气部分设计。

发电机采用多台发电机并列运行的大电网方式。

电气系统施工及验收：

电气系统施工及验收应参照《水利水电建设工程验收规程》(SL223-2008)；《水利水电电站建设工程验收规程》(SL168-2012)；《水利水电工程单元工程施工质量验收评定标准发电电气设备安装工程》(SL638-2013)施工及验收。

发电厂的选址要求：

地形地貌要求选择较平缓，能够将发电站布置于其中的一种螺旋线路、环形线路、折线线路的山体地貌。

可修建交通道路，便于材料的运输和电厂的管理，具备布置发电站及发电机组厂房和变电输送场地，具备发电站的施工和安装场地，运转要求。

要邻近主电网，便于并入主电网。

Claims (23)

1.一种利用摆锤与储能器及球体材料为动力能源的发电方法，包括：利用球体材料为动力能源的发电方法，利用储能器机组为动力能源的发电方法，其特征是：扬锤车、能量转换机、储能器、储能器机组、链斗式输送机、球滚槽、球体材料、发电站、发电机组。

2.根据权利要求1所述的扬锤车，其特征是：卷扬机、钢丝绳、丝绳定滑轮、工字型轨道、托摆V型槽滑轮、滑轮支架、悬臂T型轮。

3.根据权利要求1所述的能量转换机，其特征是：摆锤总成、机架、摆锤转轴总成、复摆曲柄总成、传能棘轮总成、手动斜齿离合器。

4.根据权利要求1所述的储能器，其特征是：接触型平面涡卷弹簧、芯轴、芯筒、机壳、底座、机架、轴承、轴承座、棘轮式制动器、手动外包块式制动器。

5.根据权利要求1所述的储能器机组，其特征是：机座、储能器、手动斜齿离合器、螺旋伞齿轮传动箱。

6.根据权利要求1所述的链斗输送机，其特征是：储能器机组、手动斜齿离合器、增速齿轮箱、链斗机、动力驱动链轮组。

7.根据权利要求1所述的球滚槽，其特征是：分流球滚槽、钢活动分流挡板、钢管固定柱、钢梳形活动档板，缓冲橡胶板。

8.根据权利要求1所述的球体材料，其特征是：￠150mm低合金热轧钢球、￠300mm低合金钢壳内填普通C10砼圆球、￠300mm环氧树脂聚丙烯短纤维砼圆球、￠300mm环氧玻璃钢壳普通C50砼圆球。

9.根据权利要求1所述的发电站，其特征是：分为梯级设置、设置路线为螺旋形路线、环形路线、折线形路线、设置多组发电机组。

10.根据权利要求1所述的发电机组，其特征是：叶轮机、增速箱、大飞轮、发电机。

11.根据权利要求3所述的摆锤总成，其特征是：摆锤、摆锤杆、摆锤转轴总成。

12.根据权利要求3所述的复摆曲柄总成，其特征是：上摇臂、重型铰链总成、活塞式下摇臂、支撑座总成。

13.根据权利要求3所述的传能棘轮总成，其特征是：摆杆支座、重型铰链、摇杆、压簧片、传能棘轮、转轴、滚动轴承、轴承套管座、支架、手动斜齿离全器。

14.根据权利要求4所述的传能棘轮式制动器，其特征是：棘轮、制动棘爪总成。

15.根据权利要求4所述的手动外包块式制动器，其特征是：瓦块、制动轮、螺纹拉杆、固定轴、制动臂、底座、数显扭力摇柄、活动轴方块螺母、活动轴方块螺母、活动轴圆孔方块。

16.根据权利要求7所述的钢梳形活动挡板，其特征是：钢管固定柱、钢套管、钢梳齿。

17.根据权利要求10所述的叶轮机，其特征是：进料漏斗、机架、机体护罩、斜弧槽叶片、叶轮鼓筒、转轴、轴承与轴承座、手动外包块式制动器、手动斜齿离合器。

18.根据权利要求11所述的摆锤，其特征是：耐磨钢板角边、铜芯、竖向紧固螺栓、横梁。

19.根据权利要求11所述的摆锤转轴总成，其特征是：轴杆、轴承、轴承座。

20.根据权利要求12所述的活塞式下摇臂，其特征是：活塞管、活塞套管。

21.根据权利要求12所述的重型铰链总成，其特征是：上铰座、下铰座、铰链轴。

22.根据权利要求12所述的支撑座总成，其特征是：转轴、滚动轴承、轴承座、支架。

23.根据权利要求14所述的制动棘爪总成，其特征是：制动棘爪、棘爪轴杆、弹簧压片、方形滑块、开槽螺母、侧导槽、螺杆、螺母固定座、手动摇柄、防松多孔销座、防松销杆。