CN107701354A - 一种群组式无坝发电系统及设备 - Google Patents

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赵盛烨
代启靖
王盛锐
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Abstract

本发明公开了一种群组式无坝发电系统及设备，包括水下固定塔台、水平固定单元、垂直固定单元、分布式水力发电单元组成；其特征在于：所述水下固定塔台包括浮漂灯、绳缆、支架、混凝土底座、地基组成；所述水平固定单元包括防水钢丝电缆、不锈钢缆绳组成；所述垂直固定单元包括气囊、不锈钢缆绳、配重块组成；所述分布式水力发电单元包括防护网、支撑板、自流水进水加速圈、保护壳、叶片、低速传动轴、变速器、支撑柱、高速传动轴、发电机、监控模块、自流水排水加速圈、固定拉环组成。

Description

一种群组式无坝发电系统及设备
技术领域
本发明涉及水力发电领域，特别涉及一种利用水能，实现群组式无坝发电的系统及设备。
背景技术
水力发电是我国除石化能源发电系统以外最大的电力来源，但现有水力发电站建设普遍采用筑坝式、引水式或坝－引水混合式方式建立，依靠水面落差、利用水的势能进行发电，以上几种水力发电类型普遍对地质要求较高，工程建设期长，生态破坏较大，工程成本造价极高。因此克服目前修建水电站造价高、建设周期长等缺点，开发一种环保无污染，建设周期短的发电系统及设备显得尤为重要。
发明内容
为了充分利用我国丰富的水力资源，克服目前修建水电站造价高、建设周期长等缺点，本发明提供一种环保无污染，建设周期短的群组式无坝发电系统及设备。
本发明的技术方案是：一种群组式无坝发电系统及设备，包括水下固定塔台、水平固定单元、垂直固定单元、分布式水力发电单元组成；其特征在于：所述水下固定塔台包括浮漂灯、绳缆、支架、混凝土底座、地基组成；所述水平固定单元包括防水钢丝电缆、不锈钢缆绳组成；所述垂直固定单元包括气囊、不锈钢缆绳、配重块组成；所述分布式水力发电单元包括防护网、支撑板、自流水进水加速圈、保护壳、叶片、低速传动轴、变速器、支撑柱、高速传动轴、发电机、监控模块、自流水排水加速圈、固定拉环组成。
所述水下固定塔台通过在河床下地基、混凝土底座将支架固定在水面下，并在塔台顶部通过绳缆将浮灯置于水面。
所述水平固定单元通过防水钢丝电缆、不锈钢缆绳将垂直固定单元、分布式水力发电单元与水下固定塔台相连接，将多组分布式水力发电单元连接到群组式无坝发电的系统中，通过防水钢丝电缆传输布式水力发电单元产生的电能。
所述垂直固定单元，气囊在水中受到向上的浮力，通过不锈钢缆绳连接分布式水力发电单元提供向上的拉力，配重块通过不锈钢缆绳连接分布式水力发电单元提供向下的拉力，从而使分布式水力发电单元悬浮于水中。
所述分布式水力发电单元，包括防护网、支撑板、自流水进水加速圈、保护壳、叶片、低速传动轴、变速器、支撑柱、高速传动轴、发电机、监控模块、自流水排水加速圈、固定拉环组成；所述防护网安置在水力发电机的进水口最外侧，与自流水进水加速圈外侧连接；所述自流水进水加速圈为一组呈喇叭形状的套管状集流罩，一端与防护网相连接，另一端处于同一个切面上，呈同心圆状与保护壳相连；所述自流水进水加速圈之间通过支撑板进行支撑固定，支撑板呈螺旋式多边形；所述支撑板在自流水进水加速圈中呈螺旋式放置，进水口一侧的支撑板边缘与进水加速圈进水口一侧的边缘相连；所述支撑板，具有引流的作用。所述分布式水力发电单元，其叶片通过低速传动轴与变速器相连，变速器通过高速传动轴带动发电机工作产生电能；所述叶片呈弧形结构，具有两片以上单叶；所述一种具有进水加速与排水加速的水力发电机，其自流水排水加速圈为喇叭形机构；所述一种具有进水加速与排水加速的水力发电机，其固定拉环分别位于自流水进水加速圈外壁与保护壳外壁，用于水下固定。所述一种具有进水加速与排水加速的水力发电机，其监控模块具备水温传感器、水流速传感器、发电机转速传感器及主板，并具有将传感数据传输至外部的功能。
所述一种群组式无坝发电系统及设备，工作原理为：系统及设备顺水流阵列式部署在江河流域中，水流经过分布式水力发电单元产生电能，每一个发电单元产生的电能通过防水钢丝电缆传输至水下固定塔台，多个水下固定塔台的电能汇集后传输到附近的变电站；水流在每一个分布式发电单元产生电能，具体为流水经过自流水进水加速圈，因自流水进水加速圈呈喇叭状，水流因管道收缩和势能作用，产生湍流，增大了水流速度。多层加速圈套管用于分散湍流中的涡流，将能量大的涡流打散为数量多、能量小的涡流，从而减小了进水阻力，使水流速度更快。湍流由支撑板进行引流，转变为同一方向旋转的水流，增大了水流对叶片冲击的夹角，进而加速了叶片的旋转速度。自流水排水加速圈呈喇叭形状，让流过分布式发电单元的水流呈放射状流向，从而降低了出水口附近的压强，使通过发电机的水流速度更大。
所述一种群组式无坝发电系统及设备，水平固定单元中连接多组垂直固定单元、多组分布式水力发电单元连进行分布式发电工作。
所述一种群组式无坝发电系统及设备，可以由多组垂直固定单元、多组分布式水力发电单元连接到水平固定单元中，进行分布式发电工作；所述一种群组式无坝发电系统及设备，可以由多组水平固定单元组成，由多组水平固定单元接入多组垂直固定单元、多组分布式水力发电单元进行分布式发电工作。
所述一种群组式无坝发电系统及设备，在浅水流域垂直固定单元可以由混凝土底座及固定支架组成，通过混凝土底座将支架固定在河床上，由固定支架将分布式水力发电单元安装在水面下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种群组式无坝发电系统及设备的主视图。
图2为图1的4处的局部放大立体结构示意图。
图3为图1的4处局部放大图的剖面图。
图4为图1的4处局部放大图的左视图。
图5为图4的支撑板结构示意图。
图6为一种群组式无坝发电系统及设备的多群组应用示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然、所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例，如图1所示，一种群组式无坝发电系统及设备，包括水下固定塔台1、水平固定单元2、垂直固定单元3、分布式水力发电单元4组成；水下固定塔台1包括浮漂灯1－1、绳缆1-2、支架1-3、混凝土底座1-4、地基组成1-5；所述水平固定单元包括防水钢丝电缆2－1、不锈钢缆绳组成2-2；垂直固定单元3包括气囊3-1、不锈钢缆绳3-2-1、配重块组成3-3。
如图2所示，水力发电单元4包括防护网4-1，支撑板4-2，自流水进水加速圈4-3，保护壳4-4，叶片4-5，低速传动轴4-6，变速器4-7，支撑柱4-8，高速传动轴4-9，发电机4-10，监控模块4-11，自流水排水加速圈4-12，固定拉环4-13。防护网4-1安置在水力发电机的进水口最外侧，与自流水进水加速圈4-3-1外侧连接；自流水进水加速圈（4-3-1，4-3-2，4-3-3）为一组呈喇叭形状的套管状集流罩，一端与防护网相4-1连接，另一端处于同一个切面上，呈同心圆状与保护壳4-4相连；自流水进水加速圈4-3之间通过支撑板4-2进行支撑固定，支撑板4-2呈螺旋式多边形；支撑板4-2在自流水进水加速圈（4-3-1，4-3-2，4-3-3）中呈螺旋式放置，进水口一侧的支撑板边缘4-2-11与自流水进水加速圈4-3-1边缘相连；支撑板4-2，具有引流的作用。叶片4-5通过低速传动轴4-6与变速器4-7相连，变速器通4-7过高速传动轴4-9带动发电机4-10工作产生电能；所述叶片4-5呈弧形结构，具有两片以上单叶；自流水进水加速圈4-3-1，4-3-2，4-3-3，4-3-4为喇叭形结构。固定拉环4-13－1位于自流水进水加速圈4-3-1外壁上方，固定拉环4-13－3位于自流水进水加速圈4-3-1外壁下方，固定拉环4-13－2位于保护壳4-4外壁上方，固定拉环4-13－4位于保护壳4-4外壁下方，固定拉环4-13－1、4-13-2用于向上方向的拉力固定，固定拉环4-13－3、4-13-4用于向下方向的拉力固定。监控模块4-11具备水温传感器、水流速传感器、发电机转速传感器及主板，并具有将传感数据传输至外部的功能。排水圈4-12为喇叭形型结构，具有排水加速功能。
如图5所示，支撑板4-2为多边形，呈螺旋形与自流水进水加速圈4-3-1，4-3-2，4-3-3，4-3-4相连接。
如图4所示，支撑板2呈螺旋式与自流水进水加速圈4-3-1，4-3-2，4-3-3，4-3-4连接，支撑板4-2边缘4-2-11与自流水加速圈4-3-1内壁相连，呈弧线形由进水口边缘连接点4-2-3延伸至出水口边缘连接点4-2-10，支撑板4-2边缘4-2-12与自流水加速圈4-3-1内壁相连，呈弧线形由进水口边缘连接点4-2-7延伸至出水口边缘连接点4-2-8，支撑板4-2的曲面部分与加速圈4-3-2，4-3-3，4-3-4自然相交并固定。支撑板4-2的进水侧边线中心点4-2-6与出水侧边线中线点4-2-9处于同一水平线。

Claims (9)

1.一种群组式无坝发电系统及设备，其特征在于：包括水下固定塔台、水平固定单元、垂直固定单元、分布式水力发电单元组成；所述水下固定塔台包括浮漂灯、绳缆、支架、混凝土底座、地基组成；所述水平固定单元包括防水钢丝电缆、不锈钢缆绳组成；垂直固定单元包括气囊、不锈钢缆绳、配重块组成；所述分布式水力发电单元包括防护网、支撑板、自流水进水加速圈、保护壳、叶片、低速传动轴、变速器、支撑柱、高速传动轴、发电机、监控模块、自流水排水加速圈、固定拉环组成。
2.根据权利要求1所述：一种群组式无坝发电系统及设备，其特征在于：水下固定塔台通过在河床下地基、混凝土底座将支架固定在水面下，并在塔台顶部通过绳缆将浮灯置于水面。
3.根据权利要求1所述：一种群组式无坝发电系统及设备，其特征在于：水平固定单元通过防水钢丝电缆、不锈钢缆绳将垂直固定单元、分布式水力发电单元与水下固定塔台相连接，将多组分布式水力发电单元连接到群组式无坝发电的系统中，通过防水钢丝电缆传输布式水力发电单元产生的电能。
4.根据权利要求1所述：一种群组式无坝发电系统及设备，其特征在于：垂直固定单元，气囊在水中受到向上的浮力，通过不锈钢缆绳连接分布式水力发电单元提供向上的拉力，配重块通过不锈钢缆绳连接分布式水力发电单元提供向下的拉力，从而使分布式水力发电单元悬浮于水中。
5.根据权利要求1所述：一种群组式无坝发电系统及设备，其特征在于：分布式水力发电单元，包括防护网、支撑板、自流水进水加速圈、保护壳、叶片、低速传动轴、变速器、支撑柱、高速传动轴、发电机、监控模块、自流水排水加速圈、固定拉环组成。
6.根据权利要求5所述：分布式水力发电单元，其特征在于：防护网安置在水力发电机的进水口最外侧，与自流水进水加速圈外侧连接；自流水进水加速圈为一组呈喇叭形状的套管状集流罩，一端与防护网相连接，另一端处于同一个切面上，呈同心圆状与保护壳相连；自流水进水加速圈之间通过支撑板进行支撑固定，支撑板呈螺旋式多边形；支撑板在自流水进水加速圈中呈螺旋式放置，进水口一侧的支撑板边缘与进水加速圈进水口一侧的边缘相连；所述支撑板，具有引流的作用。
7.根据权利要求5所述：分布式水力发电单元，其特征在于：叶片通过低速传动轴与变速器相连，变速器通过高速传动轴带动发电机工作产生电能；叶片呈弧形结构，具有两片以上单叶；自流水排水加速圈为喇叭形机构；固定拉环分别位于自流水进水加速圈外壁与保护壳外壁，用于水下固定。
8.根据权利要求5所述：分布式水力发电单元，其特征在于：监控模块具备水温传感器、水流速传感器、发电机转速传感器及主板，并具有将传感数据传输至外部的功能。
9.根据权利要求1所述：一种群组式无坝发电系统及设备，其特征在于：水平固定单元中连接多组垂直固定单元、多组分布式水力发电单元连进行分布式发电工作。
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