CN113187651A - 水力发电站发电效率提高装置 - Google Patents

Abstract

水力发电站发电效率提高装置是一种提高水力发电站发电效率的装置，装置把水的动能转换成浮体的浮力能，通过在浮体的下面增加平衡仓的设计，通过控制液体容器和浮体之间的空隙大小的设计，加上多处提高体浮力利用效率的设计，使装置可以最大化利用浮体的浮力，使水能转换成浮体的浮力能的利用率最高时可达99%，然后将浮体的浮力能转换成电能。装置可以作为一个发电模块接在现有水力发电站的下游，从而使现有水力发电站在正常发电的同时，能够再利用装置利用浮力再次发电，使安装了装置的水力发电站水能利用率最高可提高一倍。

Description

水力发电站发电效率提高装置

水力发电站发电效率提高装置是一种提高水力发电站发电效率的装置，装置依据阿基米德原理，依据连通器原理，通过把水的动能转换成浮力能，通过在浮体的下面增加平衡仓的设计，通过控制液体容器和浮体之间的空隙大小的设计，加上其它多项提高浮体浮力利用效率的设计，使装置可以最大化利用浮体的浮力，使水能转换成浮体的浮力能的利用率最高可达99%，再将获得最大化浮体的浮力能转换成电能。使得装置利用水能的效率大大提高，装置的水能利用率绝对是在现有水能发电设备的第一梯队里，装置水能利用率最高可达99%，这样的水能利用率比现有任何水力发电系统都高。装置可以做为一个发电模块接在现有水力发电站的下游，从面使现有水力发电站在正常发电的同时，能够再利用装置利用浮体的浮力再次发电，而且装置的发电模块的发电效率，比现有绝大多数水力发电站的发电效率更高。装置由液体容器、浮体、平衡仓、进水阀门、出水阀门，这多方面合理配合工作而成。装置主要用于水力发电站，装置节构简单，在经过科学的设计和在合适的条件下，都可以在现有的水力发电站上加装上这样一个装置，使得增加此装置利用浮力二次发电的水力发电站的发电效率大大提高，使水能利用率最高可提高一倍。装置的出现将改变人类水力发电站的现有结构，现有水电站接上本装置的这样的发电模块，将会成为未来水力发电站的基本标配，将大大提升水能绿色能源的使用比例，使人类能更快的进入绿色能源时代向前迈了一大步。因为装置发电模块的发电效率，优于传统水力发电站水轮机发电站，当水力发电站是新建时，以装置利用浮体浮力发电为主，以现有水力发电为辅也是很好的选择。

图1是装置水力发电站发电放水前，A组发电模块进水阀门关闭，排水阀门打开时，浮体整体是浮在液体容器的液体底部位置；

图2是装置水力发电站发电放水后，A组发电模块进水阀门打开，排水阀门关闭时，浮体整体在浮力的作用下浮到液体容器的液体顶部位置；

图3是装置水力发电站发电放水时，B组发电模块进水阀门关闭，排水阀门打开时，浮体整体是浮在液体容器的液体底部位置；

图4是装置水力发电站发电放水时，B组发电模块进水阀门打开，排水阀门关闭时，浮体整体在浮力的作用下浮到液体容器的液体顶部位置；

对装置部件的详细说明：

1、水力发电站：水力发电站部分不是装置重要部分，只是因为装置是安装在水力发电站的下游，不能不存在说明书中；

2、连通管道：连通管道和各组的液体容器连接，水力发电站发电排水要通过连通管道将水输送到各组的液体容器中，这样才能使装置再次利用水力发电站发完电后排出的水，通过装置获得的浮体浮力带动发电机再次发电；

3、液体容器：液体容器是一个用来装液体的容器，液体容器里一定要有足够体积的液体来保证装置的正常工作。液体容器的作用就是用来装液体的，有了足够的水后才能利用水对浮体产生的浮力来带发电机发。液体容器要和水力发电站的排水口相连接，使水力发电站、连通管道、液体容器连成一个整体，形成连通器。现在附图上的液体容器的进水口是在液体容器下方，当然不同的水力发电站安装浮装置时，也可以把液体容器的进水口设计在液体容器的上面，把液体容器设计成一个杯子的模样，只是杯子下有排水通道和排水阀门。最终装置使用怎样节构的液体容器，取决于装置是连接在那种类型的水力发电站上；

4、浮体：在本装置中浮体是一个决对密封中空长方体、圆柱体，或是浮体顶面与底面是形状一样，面积大小一样的对称立方体，浮体的位置在液体容器内。浮体的作用是把水的重力势能转化成浮体的浮力能，装置再利用浮体的浮力能转换成电能。浮体包括了平衡仓，平衡仓附于浮体的一部分；

5、平衡仓：平衡仓是永远保持在水面下用来支撑浮体，使装置在运行前浮体位置保持在水面以上的另一个浮体。作用是抵消或控制浮体和平衡仓自身在水中的总重量。因为在本装置中浮体最大高度是有限的，在不用平衡仓时，可用于发电的浮体浮力是相等浮体体积向上浮的浮力，减去浮体、发电机工作中产生的一部分阻力和平衡仓自身的总重量，这样就减小了装置的工作效率。装置在使用平衡仓后，液体容器中的浮体才能完全利用浮体体积的浮力。平衡仓和浮体是相连接的，平衡仓在保证浮体可以正常上下垂直运动的情况下，平衡仓的位置是在浮体的下面或是可以完全抵消浮体所有部件的重量的位置上。在本装置中如浮体、发电机组工作中产生的一部分阻力和平衡仓总重量是两吨，那平衡仓体积的大小就是两立方米。平衡仓体积大小是可以控制浮体和浮体上所有其它部件，还有平衡仓自身在水中的总重量的。平衡仓的用途很广泛，只要做好连接平衡仓的相关设计，合理调整平衡仓体积的大小，使用平衡仓去控制或抵消相关设备的重量、阻力、消耗的能量都是没问题的。把各组的进水阀门和排水阀门，设计成用机械能来控制它们开关，只要设计好进水阀门和排水阀门和平衡仓的相关连接，平衡仓都可以完全抵消进水阀门和排水阀门开关所消耗的能量。平衡仓附于浮体的一部分。装置要使用体积多大的平衡仓取决于装置生产设计的最终需求；

6、进水阀门：位置是安装置在连通管道上，在其中一组液体容器流入的水满时，该组的进水阀门就关闭，另一组的进水阀门打开，使水流入另一组的液体容器里。作用是控制水力发电站水坝的水合理高效的流入到各组的液体容器中，使装置能完全利用到水力发电站发电后流出的水进行二次再利用发电。在图纸中进水阀门关闭时，显示为有个方块挡在连通管道中，进水阀门打开时，以方块消失来表示进水阀门已打开；

7、排水阀门：排水阀门作用是控制水力发电站通过连通管道流入液体容器的水位。当排水阀门关闭时，水力发电站的水流向液体容器顶部，就可以使浮体向液体容器浮动，才能使浮体带动发电机发电。当排水阀门打开时，液体容器的水流出，使浮体回到液体容器底部的位置上。在图纸中排水阀门关闭时，显示为有个方块挡在排水通道中，进水阀门打开时，以块消失来表示排水阀门已打开；

8、排水通道：作用是当水位以到液体容器顶部时排水阀门打开，使液体容器的水通过排水通道流出，这样水位又会回到以平衡仓和排水阀门分界线相平的位置上，浮体也回到液体容器底部的位置上；

装置的设计要点：

1、 水力发电站的最高水位一定要和液体容器的顶部在一个水平面上，这样才能使水力发电站、连通管道、液体容器形成一组连通器，才能最有效的利用连通器原理，提高装置的发电效率，利用水力发电站发完电后排出的水再次带用装置发电；

2、 装置的平衡仓和浮体的交界线处要和排水阀门打开后的水在同一水平线上，这条上下部分的分界线，以下叫平衡仓和排水阀门分界线，在排水阀门打开后水的水位以上的部分，也就是平衡仓以上的浮体部分，液体容器和浮体之间的空隙越小，在水力发电站发完电排出来的水进入液体容器时，使浮体达到最大排水量所用的水就越少，这样的设计就能在利用最少的水资源，使浮体达到最大排水量，达到最大排水量的浮体向上浮动的浮力带动发电机发机，这样就提高了装置发电的效率；

3、 液体容器上的四周各有多条高出液体容器表面1点点和水平面垂直，耐磨和抗摩擦的小轨道，作用是保证浮体可以正常上下垂直运动同时，不要和浮体有过多磨擦，因为图不大，所以浮体上的防摩擦的小轨道没有在图上面画出来；

4、 连通管道要对不同的水力发电站的环境地理情况做出不同的设计，为了不对现有的水力发电站和河道产影响，在必要时可以把连通管道设计得长一点，把水引到河道边上，建在河道的岸边上的液体容器。连通管道整体要设计在比平衡仓和排水阀门分界线以下的位置，这样把装置在开始发电前，把连通管道和液体容器在平衡仓和排水阀门分界线以下的部分，在装置发电之前先装满水，这些体积的水就会永远保存在，连通管道和液体容器的平衡仓和排水阀门分界线以下的部分里，就不须要额外消耗水力发电站排出的水，这样就能提高装置的水能利用率，而且通管道的长度是不会影响装置工作效率的；

5、 装置中相互作用配合工作的液体容器、浮体、进水阀门、排水阀门、排水管道是一组发电模块，装置最少要有两组或两组以上这样的发电模块。在水力发电站发完电后的水流入液体容器里，把液体容器装满，浮体在浮力作用下浮到液体容器的顶部的位置，装置利用浮体的这些浮力发完电后，就要打开排水阀门把填满液体容器里的水排出空，水排空是须要时间的，如装置只有一组发电模块，那只能等水排空再开始向同一组发电模块中的液体容器放水工作，就浪费了很多水力发电站发完电后流出的水。当然只要有最少两组或两组以上的发电模块就能避免这样的浪费，也就是说装置要完全利用水力发电站发完电后排出的水，就要两组或两组以上的发电模块交替配合工作完成。本申请只以装置有两组发电模块进行说明；

6、 液体容器的大小也是装置利用水力发电站发完电后排出的水获得的能量的关键要素，如液体容器太小水流入液体容器在很短时间内就会满，这样就须要打开排水阀门把水排出去，频繁开关排水阀门会消耗过多的能量，从而使装置的发电效率下降。液体容器的容积越大，填满液体容器的时间就越久，须要开关进水阀门和排水阀门的频繁就会越少，减少开关进水阀门和排水阀门的频繁，进水阀门和排水阀门消耗的能量就会减少，装置的发电效率就会提高。所以要把装置的液体容器的大小，设计在一个以能高效利用水能的合理大小的范围内；

7、 液体容器在液体容器在平衡仓和排水阀门分界线以下的部分的空间要设计相对要大一些，这样可以使水力发电站的水通过连通管道流入液体容器时水流不会变慢，连通管道要偏离浮体的主体的设计，避免水力发电站发电后排出的水直接冲在浮体上，使浮体受到外力作用后产生不必要的阻力，影响浮体正常的垂直向上浮动；

8、 装置一定要设计使用以相等浮体体积得到的浮力相匹配的发电机组，只有在浮体吃满水后，浮体达到最大排水量时，浮体才能带动发电机组转动发电，这样才能提高装置的发电效率，才能完全的利用浮体的浮力来发电；

9、 在每个排水管道上有安装上一套小型的水力发电设备，把流入液体容器的水，在液体容器发完电后排出，再次利用小型的水力发电设备再发电，把这些电尽量用于抵消开关组排水阀门和进水阀门消耗的能量，这样可以再次提高装置的水能使用效率，整体提高装置的发电效率。

装置的工作原理：

水力发电站开始发电，把以发完电的水排出，这时B组的进水阀门是关闭的，A组排水阀门是关闭的，A组进水阀门打开水力发电站排出的水就会流入A组液体容器，A组液体容器的水位上升，水位上升浮体也在浮力的作用下向上移动，当A组液体容器里水位和A组浮体都上升到A组液体容器顶部，利用浮体向上浮动得到最大排水量的浮体浮力来带动发电机发电。当装置A组发电模块发完电后，这时A组进水阀门关闭，A组排水阀门打开，把A组液体容器里的水排出，同时B组的进水阀门打开，B组的排水阀门关闭，水力发电站排出的水就会流入B组液体容器里，B组液体容器的水位上升，B组液体容器的水位上升B组浮体也在浮力的作用下向上移动，当B组液体容器的水位和B组浮体都上升到B组液体容器顶部，利用浮体向上浮动得到最大排水量的浮体浮力来带动发电机发电。当装置B组发电模块发完电后，这时B组组进水阀门关闭，B组排水阀门打开，把B组液体容器里的水排出，同时A组排水阀门是关闭，A组进水阀门打开，水力发电站排出的水就会流入A组液体容器里。装置的A组和B组发电模块，就是这样不断的循环交替工作，就可以不断的利用水力发电站发完电后排出的水，不断的进行二次利用来再次发电，就形成了水力发电站发电效率提高装置；

装置以数学结果来进行表示的解释说明：

依据阿基米德原理和连通器原理，装置设计有平衡仓，有利用最少的水资源使浮体达到最大排水量的设计，加上其它多处使装置提高水能利用率和发电效率的设计，使装置在理论上利用水能来发电的水能利用率高于现有的水力发电站，但这样只通过文字说明可能会让一些人不好理解，那我结合一些物理学和数学计算得到的数据结果，来展示装置超高的水能利用率，使人能更直观的看到装置的发电效率。以图1为例，设计水力发电站的水位落差是11米，设浮体为高10米，底面积是1平方米的长方体，浮体体积10立方米，浮体设计为向上垂直移动1米，浮体与液体容器之间空隙是2.5毫米，计算下来0.0025立方米*10米*4面=0.1立方米，在这样的设计条件下，装置利用水力发电机排出1.1立方米，就可以得到10吨的浮力向上垂直移动1米，也就是说在这样的设计条件下，装置的水能利用是1/1.1=90.9%。当装置的其它设计参数不变，只有浮体与液体容器之间空隙变成1毫米时，0.001立方米*10米*4面=0.04立方米，在这样的设计条件下，装置利用水力发电机排出1.04立方米，装置的水能利用是1/1.04=96.1%。当装置的其它设计参数不变，只有浮体与液体容器之间空隙变成0.25毫米时，0.00025立方米*10米*4面=0.01立方米，在这样的设计条件下，装置利用水力发电机排出1.01立方米，装置的水能利用是1/1.01=99%。

Claims (10)

1.水力发电站发电效率提高装置中，浮体是一个决对密封中空长方体、圆柱体，浮体顶面与底面是形状一样，面积大小一样的对称立方体，液体容器的顶面与底面和浮体顶面与底面的形状是一样，液体容器也是一个对称的内空立方体，液体容器底面面积比浮体底面面积要大一些，才能保证浮体能在液体容器内进行正常上下垂直运动，浮体在有和液体容器有多余的磨擦的防摩擦设计下，浮体底面面积与液体容器底面面积越接近越好，浮体高度越高越好，这样就能提高浮体浮力的利用率。

2.水力发电站发电效率提高装置中，平衡仓和浮体的交界线处要和排水阀门打开后的水面在同一水平线上，这条上下部分的分界线，以下叫平衡仓和排水阀门分界线，在排水阀门打开后水的水位以上的部分，也就是平衡仓以上的浮体部分，液体容器和浮体之间的空隙越小，在水力发电站发完电排出来的水进入液体容器时，使浮体达到最大排水量所用的水就越少，这样的设计就能在利用最少的水资源，使提高浮体浮力利用率的浮体向上浮动的浮力来带动发电机发机。

3.水力发电站发电效率提高装置中，平衡仓是永远保持在水面下用来支撑浮体，使装置在运行前浮体位置保持在水面以上的另一个浮体，装置中以变化调整平衡仓的体积大小，来抵消或控制浮体、平衡仓自身在水中的总重量，使浮体、平衡仓在水中的总重量抵消为0，还可以抵消水面以上发电机组发电过程中产生的阻力，从而达到不再消耗多余的水资源，就能使装置在使液体容器中的浮体达到最大排水量，从而提高浮体浮力的利用率，平衡仓的用途很广泛，只要做好连接平衡仓的相关设计，合理调整平衡仓体积的大小，使用平衡仓去控制或抵消相关设备的重量、阻力、消耗的能量都是没问题的，把各组的进水阀门和排水阀门，设计成用机械能来控制它们开关，只要设计好进水阀门和排水阀门和平衡仓的相关连接，平衡仓都可以完全抵消进水阀门和排水阀门开关所消耗的能量。

4.水力发电站发电效率提高装置中，一定要使用以相等浮体体积得到的浮力相匹配的发电机组，只有在浮体吃满水达到最大排水量后，得到最大的浮力时，浮体才上浮能带动发电机组转动发电，这样才能完全利用浮体的浮力，从而提升装置的发电效率。

5.在每个排水阀门上有安装上一套小型的水力发电设备，把流入液体容器的水，在装液体容器发完电后排出，再次利用小型的水力发电设备再发电，把这样电用于排水阀门和进水阀门，这样可以再次提高装置的水能使用效率，整体提高装置的发电效率。

6.水力发电站发电效率提高装置中，液体容器在打开排水阀门后，平衡仓和排水阀门分界线以下的部位液体容器的空间要设计得更大，更大的这部分和连通管道一样大，这样可以使水力发电站水坝的水，通过连通管道流入液体容器时水流不会变慢，在平衡仓和排水阀门分界线以上的部分的液体容器设计不变，这样平衡仓和排水阀门分界线以上液体容器和浮体之间的空隙也是不变的;液体容器在排水阀门以下的要设计更大进水部位，要偏离浮体的主体，避免水力发电站发电后排出的水直接冲在浮体上，使浮体受到外力作用后产生不必要的阻力，影响浮体正常的垂直向上浮动;液体容器的容积设计得越大，水填满液体容器的时间就越久，须要开关进水阀门和排水阀门的频繁就会越少，装置的发电效率就越高。

7.水力发电站发电效率提高装置中液体容器、浮体、进水阀门、排水阀门为一组的浮力发电模块，装置最少须要两组或两组以上的浮力发电模块，在水力发电站发完电后的水流入液体容器，把液体容器装满，浮体在浮力作用下，浮到液体容器的顶部的位置，装置利用浮体的这些浮力发完电后，就要打开排水阀门把满载液体容器里的水排空，水排空是须要时间的，如装置只有一组浮力发电模块，那只能等水排空再开始向同一个液体容器放水工作，就浪费了很多水力发电站发完电后流出的水能资源，当然要有最少须要两组或两组以上的浮力发电模块，发电机是在两组或两组以上的浮力发电模块中交替配合工作完成的，这样才能完全利用水力发电站发完电后流出的所有水用于装置的二次发电，才能提高装置的发电效率。

8.进水阀门：是在连通管道之间，在其中一组中的液体容器流入的水满时，进水阀门关闭，另一组浮力发电模块的进水阀门打来，作用是控制水力发电站水坝的水合理高效的分配到各组浮力发电模块的液体容器中，使装置能全部利用到水力发电站发电后流出的水进行二次再利用发电，才能提高装置的发电效率。

9.装置是一种提高水力发电站发电效率的装置，装置利用阿基米德原理，利用连通器原理，利用水力发电站发完电排出的水，通过连通管道把水引入液体容器，使液体容器中的浮体上浮，利用浮体上浮的浮力来带动发电机发电，形成一种连接安装在水力发电站排水口，利用水力发电站发完电排出的水二次发电的装置。

10.装置的工作原理：水力发电站开始发电，把以发完电的水排出，这时A组排水阀门是关闭的，A组进水阀门打开水力发电站排出的水流入A组液体容器，A组液体容器的水位上升，水位上升浮体也在浮力的作用下向上移动，当水位和A组浮体都上升到A组液体容器顶部，在这一过程中利用浮体向上浮动，得到最大排水量的浮体浮力来带动发电机发电，当装置A组设备发完电后，这时A组进水阀门关闭，A组排水阀门打开，把A组液体容器里的水排出，同时B组的进水阀门打开，B组的排水阀门关闭，水力发电站排出的水流入B组液体容器，B组液体容器的水位上升，水位上升B组浮体也在浮力的作用下向上移动，当水位和B组浮体都上升到B组液体容器顶部，在这一过程中利用浮体向上浮动，得到最大化浮体浮力来带动发电机发电，当装置B组设备发完电后，这时B组组进水阀门关闭，B组排水阀门打开，把B组液体容器里的水排出，同时A组排水阀门是关闭，A组进水阀门打开，水力发电站排出的水流入A组液体容器，装置的A组和B组浮力发电模块，就是这样不断的循环交替工作，就可以不断的利用水力发电站发完电后排出的水，不断的进行二次利用来再次发电，就形成了水力发电站发电效率提高装置。

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