CN1492143A - 桨轮机发电法及桨轮机法电站 - Google Patents

Abstract

一种桨轮机发电法及桨轮机法电站，其双桨轮机是由两个相同并联连动的、表面均匀分布有许多横向排列的轮桨板、并可使转动到轴连线位置的桨板的桨端在动态中不断形成对接并合与分离的辊轮，通过压力输水管和压水机壳将高压水引到双轮的中间并直接压迫在已对接和将要对接部位的轮桨板上，迫使双轮向内相向转动形成旋转机械能发电，其还有单桨轮机机型。新法电站将全部水能垂直压在桨轮的最大力矩处以轮切向出力，机内水流与轮桨板同方向运动，无剧烈的冲击摩擦与搅动，无旋涡、间隙脱流等负压区生成条件，从原理上消除了水轮机汽蚀、磨蚀、振动、漏损、效率区、效率低难题的根源，其设施均在地上，工程价低，适合各种水头和泥沙量高的电站广泛采用。

Description

桨轮机发电法及桨轮机法电站

本发明涉及的桨轮机发电法及桨轮机法电站属于水利发电技术方法及其设备、设施技术领域。

用现有形态的水轮机作为将水能转换成旋转机械能发电的方法自诞生到现在的普遍应用已有了近百年的历史，但不能否认，现有形态的水轮机及其作用方法在实际应用中还存在着诸多难于解决的固有难题和多方面的性能不足，如；采用以高压水流水力推动水轮机叶片上的扭曲斜面产生出与水流方向垂直的横向推力的水轮机的出力方式和作用方式决定了现有水轮机叶片的出力方向和运动方向必须与机内的高压水流的流动方向相互垂直，或同时使高压水流在水轮机叶片间的流动过程中发生垂直方向的急转(如：混流式水轮机等的作用方式)，水轮机叶轮、叶片与水流方向因垂直旋转产生的旋转牵连运动使水轮机叶片与高压水流之间形成了剧烈的、冲击性极其强烈的摩擦与搅动，从而产生出沿程摩擦、旋涡、脱流等水力损失，也易使水轮机的叶轮在局部位置形成负压区，导致叶片的汽蚀(空蚀)；

水轮机叶片上的固定扭曲斜面因设计的倾斜角度的不同与固定也决定了现有水轮机具有设计工况适宜区的限制，尤其体现在应用最广泛的混流式水轮机，使其高效区的范围较小，使设计工况固定的水轮机在电站负荷、水头等经常变化的情况下常常偏离最优工况运行，而在偏离设计最优工况下运行会造成水力不平衡，更易产生汽蚀、振动、效率下降、水能损失等系列问题的发生或使本已存在的上述系列问题发展、加剧。

此外，在高压水流的推动下完成的横向旋转牵连运动会在水轮机旋转体与固定体之间易形成漏损，其漏损间隙的发生处也易产生汽蚀，上述情况下也易使水轮机在含泥沙量高的河流中建设、或在含泥沙量高的季节使用的过程中形成磨蚀损耗，如汽蚀、磨蚀联合作用更会促使水轮机的损耗速度加剧，上述情况发生的结果均促使现有形式的水轮机的漏损程度加剧，使水能损失进一步加大，使出力系数大幅度下降，同时也使水轮机的使用及维护成本提高，如经常停机维修会给稳定供电带来影响。

因必须的安装高程的限制，水轮机电站的水工工程，尤其是地下工程量大且相对复杂，工程的建设成本很高；此外，由于建设电站的地点和情况的不同，有些水轮机电站会因水坝长度的不足，但绝大部分是因建设成本的原因使水轮机电站的发电能力设置受到限制，使每年夏季缺电高峰季节与多数水轮机电站大量弃水季节同时到来，同时并存，使宝贵水能无法充分利用。

此外，由于多种原因造成现有形态的中小型水轮机电站的出力系数普遍较低，这些问题的解决均需要开发一种全新的水力发电方法及全新类型的水力发电站来实现。

本发明的目的就是针对现有形态的水轮机发电设备及其发电方法所固有的诸多固有难题提出的一种全新的水力发电方法及全新的水力发电站及其该电站的设备、设施，即——桨轮机发电法及桨轮机法电站，与现有的水轮机发电方法比较，其可使水力发电站的水能利用效率和出力效率大幅度提高，可使水力发电站的建设和使用与维护的成本大幅度降低，更可使水力发电站的水能动力转换机械的运行保持持久稳定，且对于水头高度及其变化，电站大小及其形式的适用性广泛。

本发明提出的桨轮机发电方法采用的水利转换动力机械是单桨轮机和双桨轮机，其是通过单桨轮或是双桨轮和与其紧密配合的压水机壳、及与压水机壳上下紧密配合的压力输水管和其安装平台四个功能结构部分的结合与配合所构成的桨轮机及桨轮机组实现将水能转换为旋转机械能发电目的的，其具体结构包括：

①桨轮部分：如上所述，本发明所述的桨轮机可分为单桨轮机和双桨轮机，其中单桨轮机较适合投资较小或规模较小的水电站采用，其是由一个单一的桨轮构成的机型，其作用原理及作用方式与双桨轮机大致相同，并比双桨轮机简单，因此可在对双桨轮机的详细介绍中就可对单桨轮机的功能结构及作用原理和方法作出较全面的了解，因而本文只对单桨轮的功能结构和作用方式做较简单的描述；

大中型桨轮机法电站采用最多的是双桨轮机，因而以下对桨轮机发电方法及其桨轮机法电站的详细表述内容主要是指双桨轮机型。

双桨轮机上的桨轮是由两个完全相同的，并联在一起的、在其表面均匀分布有许多与桨轮的轮直径线平行的或是与轮直径线形成一定角度的、横向排列的轮桨板，同时其还可使两个桨轮上的轮桨板的外端部在双桨轮的相向同速转动中、在双轮的轴连线的位置上(或是在轴连线的附近)形成相互对接并合及对接并合后立刻分离运动形态的辊筒状桨轮；

在双桨轮的一端、或是在其两端设有咬合齿轮，通过其可实现双桨轮以相向相同转动速度连动，同时通过其也可使一个桨轮上产生的水能转换动力、通过咬合齿轮的传动传递到另一个桨轮上，设置的咬合齿轮可以是与双桨轮的轮外径相当的两个大齿轮组合构成，也可由几个小的齿轮形成的齿轮组构成，在其外可设置封闭保护壳；

桨轮上的轮桨板的固定底面是圆柱体形的辊筒，即：其是在圆柱体形的辊筒的表面上固定设置均匀分布的轮桨板后即形成桨轮；轮桨板设置的角度、轮桨板的形状与规格、轮桨板的排列密度、轮桨板的材料强度与厚度等相关参数因不同电站的出力大小、桨轮的设计转动速度、设计的表面压强值等不同分别确定，依不同需要，还可将横向排列的轮桨板的外端部设计成为L形或T形等结构形态；

在轮桨板与轮桨板之间设置有与其相互垂直状态(即纵向)排列的分隔支撑板，其可起到固定支撑横向排列的轮桨板的作用，其还可发挥稳定水流的作用，分隔支撑板的设置数量及密度依需求确定；在压水机壳与桨轮的两端的接触处设置梳齿形或其它多种结构形式的止漏环，双桨轮可通过安装平台上设置的轮轴座将其固定。

②压力输水管部分：压力输水管是可将电站水库中的压力水输送到双桨轮的上中部，并与下述的压水机壳紧密连接为一体的输水管，在压力输水管上一般设置调节控制水流流量及流速的调控阀门、和防止与消除桨轮飞逸发生及发展的泻水口或泻水口自动调控阀门或装置等，一个压力输水管可同时分别为多个由双桨轮机串联或并联形成的双桨轮机组内分别供水；

③压水机壳部分：将压力输水管与双桨轮(或单桨轮)实现紧密配合的机械结构及功能部分即是压水机壳，在压水机壳的内部上部的两侧(及在单桨轮的内部)有与桨轮轮桨板的外端部旋转圆弧线造型相当且相互紧密配合的挡水结构，其可使从压力输水管引入的高压水流以确定的、固定的位置及固定的面积直接压迫在双桨轮的中上部已对接和即将对接的轮桨板部位上，(或是垂直切向压迫在单桨轮的轮桨板上)，

压水机壳可与压力输水管构成一体化的结构形式，压水机壳与桨轮在两端的接触处设置有与桨轮上的梳齿形止漏环配合的结构，在压水机壳的下部有与下述的安装平台固定连接的结构；

④安装平台部分：与双桨轮、单桨轮压水机壳等配合建设设置的、可固定配合安装双桨轮或单桨轮压水机壳和桨轮轴座的平台设施是安装平台，安装平台的高度可与坝后常见水头为依据设计确定，在安装平台的侧部或底部设有漏水口，通过桨轮换能后的尾水由安装平台的漏水口排出进入下游河道；

为了使电站水头充分利用及运行平稳的需要，安装平台一般建设在坝后水平面之下，压水机壳的下部结构与双(单)桨轮机或机组的轴座与安装平台紧固或紧密连接；在运行时，因压水机壳与安装平台一般在坝后水面之下，所以压水机壳内部的桨轮一般是在全部充满水的情况下运行，其可使桨轮运行平稳，也可使电站的水头全部充分利用(在低水头情况下也可在水面上)；

将上述四部分结合形成的双桨轮机可使双桨轮向内相向转动产生旋转机械能发电，而单桨轮机可形成与水流方式一致的切向推动旋转转动产生旋转机械能发电，并可通过调控输水管的流量调控阀门或装置改变其出力能力的大小。

本发明提出的桨轮机法电站中所指的双桨轮机组或是单桨轮机组是由若干个同轴串联(或是并联)的双桨轮机或是单桨轮机通过联合构成的动力联合体，其可将多个单个的双桨轮机或是单桨轮机上形成的水能转换动力集中传递到一个发电机上发电，最简单和最常用的机组形式是在一个长型的一体化的压水机壳和安装平台内设置由机组分隔固定板形成的一体化的机组形式。

本发明提出的桨轮机法电站是通过将桨轮机发电法所涉及的桨轮机或桨轮机组和适合于桨轮机组安装及其功能发挥所需要建设的辅助设施、桨轮机法电站适合的电力设备及电力设备的安装平台、适合于桨轮机法的水坝及其它水工工程设施，和适合于桨轮机发电法及其电站需要的调控设备、发电设备相结合构成的全新类型的水力发电站实现的。

本发明提出的桨轮机发电方法中对双桨轮机发电方法的描述是：由压力输水管从电站水坝引水到双桨轮机的上中部，通过与其配合连接的压水机壳将高压水直接压迫在双桨轮中上部通过压水机壳内部结构挡水确定的固定范围内的已对接和将要对接位置的轮桨板上，通过高压水的压迫迫使双桨轮向内相向转动，并通过双桨轮上设置的咬合齿轮使双桨轮的转动速度相一致，同时通过咬合齿轮将一个桨轮上产生的动力传递到另一个桨轮上形成合力，由其中的一个桨轮轮辊的轴将动力输出，将输出动力轴与发电机连接实现将水能转化为旋转机械能发电的目的；

其双桨轮机组可由串联(或是并联的)多个单独的双桨轮机产生的动力通过不同形式的传动形成合力集中传递到一个发电机上发电，可通过调控机组上的一个或多个分支压力输水管的流量的方式或是通过连接与分离双桨轮机组的传动结构的方式改变调节控制双桨轮机组的出力情况。

其还可通过开启在压力输水管上设置的泻水口，关闭压力输水管或关闭分支的压力输水管的阀门或是通过分离机组连接结构等方式或采用多种方式的配合实现防止和消除双桨轮机飞逸的产生与发展的目的。

本发明提出的桨轮机发电法单桨轮机电站中的单桨轮机由一个桨轮和与其配合的压水机壳、压力输水管和安装平台构成，其上不设置联动咬合齿轮，价格低，但其在压水机壳与桨轮轮桨板的接触空隙间较容易产生与现有的水轮机叶片与转室之间相似的间隙漏损，(但其可使桨轮轮桨板在转动中立刻“逃离”可能产生汽蚀的漏损间隙)在桨轮机的压力输水管内设有可同时起到支撑、连接、稳定水流功效的分隔板；为了减小压水机壳与桨轮间在非高压区产生的水力旋转牵连能量损失，可将压水机壳设计为渐开线结构形式(双桨轮机也可将压水机壳设计为渐开线的结构形式。)

本发明提出的桨轮机发电方法中对单桨轮机发电方法的描述是：由压力输水管从电站水坝引水到单桨轮机的一侧，通过与其配合连接的压水机壳将高压水直接以轮切向方向压迫在单桨轮机的轮桨板上，迫使桨轮上的轮桨板沿与压力水流方向相一致的方向转动，使水流的出力和运动方向与轮桨板的旋转运动方向相一致，将单桨轮机的动力输出轴与发电机连接，从而实现将水能转化为旋转机械能发电目的，其调节控制方式和结构、机组方式等与双桨轮机大致相似，可参见上面相同内容；

依“利用水能的方法是以势能形式为主，动能形式为辅，水轮机转轮叶片(桨轮机方法则应该是其轮桨板)给水流一个阻力，水流给叶片(轮桨板)一个反作用力，靠作用力与反作用力原理而工作的各种水轮机都归属于反击型水轮机”的水轮机分类定义标准，桨轮机发电法的单桨轮机和双桨轮机也都应该属于反击型水轮机的大类型，因而也可将桨轮机称为桨轮式水轮机，即？？单桨轮式水轮机和双桨轮式水轮机，使之成为水轮机机型家族中的新成员。

桨轮机发电法法电站是将全部水能垂直压在桨轮的最大力矩处，水能全部均以轮切向出力，机内水流与轮桨板的运动方向完全相同，无水流急转弯，可将双桨轮机形象直观地看成是由两个具有十分粗大直径轮轴的，在轮轴的外部带有多重与轮轴同圆心的“米”字形的“小门扇”(“小门扇”即是指桨轮上的轮桨板)形成的并联设置的旋转门(单桨轮机是单个设置的旋转门)，且该旋转门可在相同转动速度、相向表面线速度的旋转转动过程中不断实现将两个门轴连线上的“小门扇”形成动态的对接并联与对接并联后的立刻分离；发电机的电磁力使“小门扇”闭合，而高压水在压开前一个闭合“门扇”的同时又使随后跟进的另一个“门扇”立刻闭合，在不断的压开与闭合的循环往复过程中水流推动旋转门(双桨轮和单桨轮)转动，从而完成水能向旋转机械能转化的目标。

上述描述的新型桨轮机水能转化方法所带来的诸多优势还可从与现有形式的水轮机的水能转化方法多方面的比较中得到进一步的认识。

一、桨轮机发电法及桨轮机法电站可使水能损失大量减少，使出力效率有效提高，且无水轮机所具有的效率区的限制问题。

桨轮机发电法是通过水流以轮切向直接压迫在并列的两桨轮的中部的已对合连接和将要对接并合的轮桨板上(或是直接压迫在单桨轮轮切方向的轮桨板上)，同运动方向的水压使轮桨板随水流同时向下运动完成水能的转换过程的，压力输水管从电站引来的高压水全部集中直接压迫在双轮的最大力矩处并以轮切向出力，在作用过程中，水流与轮桨板同向同步运动，因而无水轮机具有的横向旋转牵连运动的产生，也不会产生沿程摩擦、旋涡、脱流、漏损等水力损失；

如前所述，桨轮机发电法是通过轮桨板间形成的相互紧密对接并合与受压后的分离泻水过程完成了水能向旋转机械能的转换，通过轮桨板转动形似“开门”泻出的水已完全消能，而现有的多数水轮机的尾水水能能量仍然十分巨大，尤其是在低负荷区运行就更为明显，可造成尾水管的汽蚀、振动等，从中可见，新型桨轮机法的水能转化利用效率将大大提高。

此外，其直压“开门泻水式”的水能机械转换结构及动力作用原理决定了桨轮机发电法无现有水轮机发电法因承压叶片斜度不同与固定设计所产生的效率区限问题，“开门泻水式”的水能机械转换结构无高效率区与非高效率区的问题。显见，桨轮机发电法在水能推动机械设备产生动力的方式上更直接、更简单、更合理、也更有效，因而其出力方式也稳定，效率也更高，

二、桨轮机发电法彻底消除了水轮机汽蚀、磨蚀难题生成的根源。

桨轮机发电法使水流与水力机械的接触过程温和平稳，过程中高压水没有或极少与桨轮轮桨板的表面产生强烈的、冲击对流性质的摩擦接触，也无水轮机因机械搅动形成的负压区，更无水流方向的急转改变；

可通过设计桨轮桨板的不同排列密度、不同形状等可使双桨轮在相向转动中形成的紧密对接并合的间隙漏损极小，可使对接的时间相对延长；在总体设计桨轮机时，还可通过提高桨轮的转速，增加桨轮机的表面积(即增加桨轮的直径或增加其辊筒的长度)等方法，减小水流对桨轮表面的过高压强；因为桨轮机发电法的转轮基本上无振动与摆动产生(见第三条说明)，所以，在压水机壳与桨轮的两端处设置的梳齿形止漏环的精密程度与配合的紧密程度可大大提高，(与水轮机上采用的止漏环比)，还可通过增加其结构的复杂程度，大大增加渗经距离，有效消解与消除在压水机壳内部与桨轮紧密接触位置可能形成的间隙漏损及可能出现的间隙汽蚀产生的条件。

如果在桨板上设定的某点位置上可能形成汽蚀产生的条件，其也只是在桨轮旋转接触的瞬间产生，并在转动的瞬间立即“逃离”因接触形成的间隙区，使汽蚀发生的机会立刻消失，所以桨轮机发电法可从结构和原理的层面上彻底消除汽蚀、磨蚀现象生出、生存和发展的条件；

三、桨轮机发电法消除了水轮机振动难题生成的根源。

因桨轮机发电法消除了水轮机设计工况区的限制，因在桨轮机的两边均有轴座固定，所以其不会产生如同水轮机转轮摆动形式产生的振动；其“推门泻水”式的水能与机械的接触方式和作用原理使桨轮机发电法的水能利用完全彻底，出力适宜范围广泛，不会发生水轮机因转轮偏离设计工况下运行所引起的水力不平衡形成的振动产生条件，无空腔汽蚀振动和尾水管内涡带引起的振动；也无水轮机因导叶开口不均匀形成的振动与摆动等问题，从而消除了水轮机产生水力振动和机械振动的形成条件和存在的条件。

四、桨轮机发电法消除了水轮机出力效率区难题生成的根源，其对电站水头及负荷的变化的适应能力很强。

前面已述，因现有形式的水轮机的作用方式使固定结构设计的水轮机在遇到如电站水头、负荷变化时，都将使水轮机偏离最优工况，从而引起水轮机的效率或出力下降；而桨轮机发电法是通过水能直接压迫在桨轮轮桨板上产生的直接压力形成的推力形成的出力，机内高压水流区的水流与轮桨板的运动方向完全相同，因而不存在水轮机因叶片设计的不同倾斜角度产生的效率区域的问题，其还可方便地通过水流调控装置进行增减水流及压力、调整改变对桨轮表面的压强，或是通过增强或改变桨轮的强度、面积、直径、角度、转动速度等相关参数，方便地适应各种电站和各种水头高度及其水头高度季节变化的幅度；有效地调节桨轮机的启动、增力、增速、减力、减速、停止等与电网负荷需求配合运行的操作，

五、桨轮机防飞逸方式简单有效。

其除采用关闭压力输水管阀门等现有水轮机所采用的常规方法外，其还可方便地在空气中暴露的压力输水管上设置放水口，当飞逸产生时可立刻自动开启放水口，可有效地克服飞逸现象的产生与发展。

六、桨轮机发电法使电站工程简单，造价大幅度降低。

因为安装高程的限制，现有形式的水轮机电站的水工工程，尤其是地下工程量大且相对复杂，工程的建设成本很高；而桨轮机发电法电站难于出现汽蚀问题，自然也无安装高程的问题，设备设施全部在地面之上或下挖很少；桨轮机发电法电站不需要蜗壳、无需设置尾水管，且其适用的发电机一般为卧式机型，更可使工程简单，造价大大降低，且方便安装与维护。

七、桨轮机发电法可方便、充分、价廉地增加电站发电能力的设置，可在现有水轮机水电站的坝后配合复建桨轮机法电站，增加现有水轮机电站的重复容量，减弃增发。

由于建设地点、状况的不同，有些水轮机电站会因水坝的长度不足或因建设成本等原因使水轮机电站的发电能力设置受到限制，使每年夏季用电高峰季节与水轮机电站产生大量弃水的季节同时到来，使电站水能无法充分利用；

而桨轮机法电站可通过将其压力输水管沿河道方向无限延伸的方式方便、充分、价廉地增加桨轮机电站的发电能力设置。因这一特殊性能优势的出现，可方便地将桨轮机法电站与现有的水轮机水电站配合建设，即在现有的每年弃水量较大，年弃水时间较长的水电站的坝后配合复建桨轮机法电站，增加现有水轮机电站的重复容量，减弃增发，补充电网夏季缺电高峰时间的电力缺口；在现有水轮机电站的坝后复建桨轮机法电站的建设费用要比新建电站或新建抽水蓄能电站的投资会成数倍、十数倍地降低，

其实，在真正了解了桨轮机法电站的诸多优势后就会清楚地看到，在现有的水轮机电站的坝后复建桨轮机法电站还不仅仅是在夏季利用几个弃水，其在每天都会出现的电站运行的低负荷时区、在水流中泥沙含量大的季节充分利用复建的桨轮机法电站发电都会产生多重的积极效益和益处，当然将水电站直接设计成为桨轮机法电站的效益更明显。

八、桨轮机发电法电站的机械组成件适合于标准化、自动化、系列化、规模化方式生产，设备的运输、安装、维修、保养、更换操作方便，可保证长期无故障，运行成本极低。

“九五”国家重点图书《中国水利发电工程》<机电卷)在评价转轮的综合性能时有这样的描述：“一个好的转轮应该是比转速高，空化系数不仅小而且变化规律合理，效率不仅高而且高效率范围广，水力稳定性能好，稳定范围广，特别是高水头部分符合时的稳定性要好，飞逸转速要低，允许使用的水头要高。要全面达到上述要求是困难的，……”但从上述八个方面对桨轮机发电法的性能的综合分析与论证过程中我们不难发现，桨轮机发电法采用的转轮(即：桨轮式水轮机，桨轮)的性能不仅完全实现了对上述理想转轮性能目标的描述，而且其绝大部分性能指标还都大大超过了书中描述的理想转轮的性能水平。

下面结合示意图说明桨轮机发电法的作用方法及桨轮机法电站的功能结构。

图1是桨轮机发电法中双桨轮机的功能结构示意图。(注：在图中双桨轮上的咬合传动齿轮在图中未示出，其可设置在机壳外的水中，但最好设置在机壳侧面为其单独设置的齿轮封闭机壳内。)

图2是桨轮机发电法中单桨轮机型的功能结构示意图。

图3是某一设计形式的桨轮机法电站建成后的部分效果图示。

图1中：1、压力输水管2、压水机壳3、桨轮4、动力输出轴5、非动力输出轴6、安装平台

从图1图示可看出：双桨轮机型是由压力输水管、压水机壳、双桨轮和安装平台四部分构成，其压力输水管与压水机壳可为一体化结构，也可以分别设置后连接，其压水机壳的结构可有多种造型及结构，其作用方法是：通过压力输水管从电站水库引水，集中压在双桨轮轮桨板的最大力矩处，使桨轮向内相向转动形成动力，通过动力输出轴输出与发电机连接发电。

图2中：7、压水机壳8、桨轮9、动力输出轴10、分隔板11、与桨轮配合部分的压力输水管(或称为桨轮配合板)。

从图2图示可看出：单桨轮机是由压力输水管、压水机壳、桨轮和安装平台(注：在图中安装平台未示出，其上设置有可安装单桨轮机的轴座等。)四部分构成；单桨轮机可更为方便地设置为立式机型或卧式机型(图示的是卧式机型，其立式机型是将压力输水管上下垂直设置)，通过压力输水管将电站压力水引入压水机壳内，推动单桨轮转动，由动力输出轴输出并与发电机连接发电。在单桨轮机内设有可同时起到支撑、连接、稳定水流功效的分隔板；

图3中：12、电站水坝13、压力输水管14、坝后具有一定深度的河水15、发电机安装池16、发电机。

从图3图示中可看出：桨轮机法电站的桨轮机可设置在坝后水面之下，可将电站水头全部利用，其压力输水管可为桨轮机组上串联的每个桨轮机分别输水(图中见到的是由三个压力输水管分别向三组由两个桨轮机串联形成的桨轮机组内分别输水)，其发电机的安装方式及防水形式可有多种选择。

从图示中可看出：桨轮机法电站可通过其压力输水管沿河道方向的无限延伸建设，可以无限地，简单地、廉价地扩大其电站的发电容量，不会出现因设置地点不足或设置建设投资增加巨大等原因形成的水电站季节大量弃水问题。

从图示中还可看出：桨轮机法电站可与现有的水轮机水电站配合建设，即利用现在已有的水轮机水电站的水坝，在坝后空闲的地上复建桨轮机法电站，增加年弃水量较大，年弃水时间较长的现有水电站的重复容量，减弃增发，采用该方式大量建设可有效补充电网每年夏季缺电高峰时期的电力巨大缺口，复建桨轮机法电站的建设费用比新建抽水蓄能电站的投资会成高倍数地降低，且对原有水电站不会产生任何不良影响；

与现有的水轮机电站配合复建的桨轮机法电站还可在每年河流泥沙含量的高峰期、在水轮机的维修期和在电站每天的低负荷时间区利用复建的桨轮机法电站发电，这可大大减少水轮机的汽蚀、磨蚀的产生，补充维修期间的电力缺口，减少汽蚀及水能损失，经济、社会效益巨大。

Claims (5)

1、一种双桨轮机发电方法，其特征在于：其是由压力输水管从电站水坝引水到双桨轮机的上中部，通过与其配合连接的压水机壳将高压水直接压迫在双桨轮中上部通过压水机壳内部结构挡水确定的固定范围内的已对接和将要对接位置的轮桨板上，通过高压水的压迫迫使双桨轮向内相向转动，并通过双桨轮上设置的咬合齿轮使双桨轮的转动速度相一致，同时通过咬合齿轮将一个桨轮上产生的动力传递到另一个桨轮上形成合力，由其中的一个桨轮轮辊轴将动力输出，将输出动力轴与发电机连接实现将水能转化为旋转机械能发电的目的；

其双桨轮机组可由串联(或是并联的)多个双桨轮机产生的动力通过不同形式的传动形成合力集中传递到一个发电机上发电，可通过调控机组上的一个或多个分支压力输水管的流量的方式或是通过连接与分离双桨轮机组的传动结构的方式改变、调节、控制双桨轮机组的出力情况变化。

其还可通过开启在压力输水管上设置的泻水口，关闭压力输水管或关闭分支的压力输水管的阀门或采用多种方式的配合实现防止和消除桨轮机飞逸的产生与发展的目的。

2、一种单桨轮机发电方法，其特征在于：其是由压力输水管从电站水坝引水到单桨轮机的一侧，通过与其配合连接的压水机壳将高压水直接以轮切向方向压迫在单桨轮机的轮桨板上，迫使桨轮上的轮桨板沿与压力水流方向相一致的方向转动，使水流的出力与运动方向和轮桨板的旋转运动方向相一致，将单桨轮机的动力输出轴与发电机连接，从而实现将水能转化为旋转机械能发电目的，其调节控制方式和结构、机组连接方式等与双桨轮机大致相似；

3、一种桨轮机发电方法采用的单桨轮机和双桨轮机，其特征在于：其是通过单桨轮或是双桨轮和与其紧密配合的压水机壳及与压水机壳紧密配合的压力输水管和其安装平台四个功能结构部分的结合与配合所构成的桨轮机及桨轮机组实现将水能转换为旋转机械能发电目的的，其具体结构包括：

①桨轮部分：桨轮机可分为单桨轮机和双桨轮机，双桨轮机上的桨轮是由两个完全相同的，并联在一起的、在其表面均匀分布有许多与桨轮的轮直径线平行的或是与轮直径线形成一定角度的、横向排列的轮桨板，同时其还可使两个桨轮上的轮桨板的外端部在双桨轮的相向同速转动中、在双轮的轴连线的位置上(或是在轴连线的附近)形成相互对接并合及对接并合后立刻分离运动形态的辊筒状的桨轮；

在双桨轮的一端、或是在其两端设有咬合齿轮，设置的咬合齿轮可以是与双桨轮的轮外径相当的两个大齿轮组合构成，也可由几个小的齿轮形成的齿轮组构成，在其外可设置封闭保护壳；

桨轮上的轮桨板的固定底面是圆柱体形的辊筒，即：其主体结构是在圆柱体形的辊筒的表面上固定设置均匀分布的轮桨板后即形成桨轮；轮桨板设置的角度、轮桨板的形状与规格、轮桨板的排列密度、轮桨板的材料强度与厚度等相关参数因不同电站的出力大小、桨轮的设计转动速度、设计的表面压强值等不同分别确定，依不同需要，还可将横向排列的轮桨板的外端部设计成为L形或T形等结构形态；

在轮桨板与轮桨板之间设置有与其相互垂直状态(即纵向)排列的分隔支撑板，分隔支撑板的设置数量及密度依需求确定；在压水机壳与桨轮的两端的接触处设置梳齿形或其它多种结构形式的止漏环，双桨轮可通过安装平台上设置的轮轴座将其固定。

②压力输水管部分：压力输水管是可将电站水库中的压力水输送到双桨轮的上中部，并与下述的压水机壳紧密连接为一体的输水管，在压力输水管上一般设置调节控制水流流量及流速的调控阀门、和防止与消除桨轮飞逸发生及发展的泻水口或泻水口自动调控阀门或其装置等，一个压力输水管可同时分别为多个串联或并联形成的桨轮机组内分别供水；

③压水机壳部分：压力输水管是与双桨轮或是单桨轮实现紧密配合的机械结构及功能部分，在压水机壳的内部上部的两侧(及在单桨轮的内部)有与桨轮轮桨板的外端部旋转圆弧线造型相当且相互紧密配合的挡水结构；其可将从压力输水管引入其内的高压水流以确定的、固定的位置及其固定的面积直接压迫在双桨轮的中上部已对接和即将对接上部位的轮桨板上，或是垂直切向压迫在单桨轮的轮桨板上，

压水机壳可与压力输水管构成一体化的结构形式，压水机壳与桨轮在两端的接触处设置有与桨轮上的梳齿形止漏环配合的结构，在压水机壳的下部有与下述的安装平台固定连接的结构；

④安装平台部分：与双桨轮、单桨轮压水机壳等配合建设设置的、可固定配合安装双桨轮或单桨轮压水机壳和桨轮轴座的平台设施是安装平台，安装平台的高度可与坝后常见水头为依据设计确定，在安装平台的侧部或底部设有漏水口；

将上述四部分结合形成的双桨轮机可使双桨轮向内相向转动产生旋转机械能发电，而单桨轮机可形成与水流方式一致的切向推动旋转转动产生旋转机械能发电，并可通过调控输水管的流量调控阀门或装置改变其出力能力的大小。

4、一种双桨轮机组和单桨轮机组，其特征在于：其是由若干个同轴串联(或是并联)的双桨轮机或是单桨轮机联合构成的动力联合体，其可将多个单个的双桨轮机或是单桨轮机上形成的水能转换动力集中传递到一个发电机上发电，最简单和最常用的机组形式是在一个长型的一体化的压水机壳和安装平台内设置由机组分隔固定板形成的一体化的机组形式。

5、一种桨轮机法电站，其特征在于：其是通过将单、双桨轮机发电法所涉及的桨轮机或桨轮机组与适合于桨轮机、机组安装及其功能发挥所需要建设的电站辅助设施、桨轮机法电站适合的电力设备及其安装位置、适合于桨轮机法的水坝及其它水工工程设施，和适合于桨轮机发电法及其电站需要的调控设备、发电设备相结合构成的全新类型的水力发电站实现的。

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