CN1687531A

CN1687531A - 无坝水电站及其设备设施

Info

Publication number: CN1687531A
Application number: CNA2005100593050A
Authority: CN
Inventors: 陈晓通
Original assignee: Individual
Current assignee: Chen Zhiqiang
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2005-10-26

Abstract

一种无坝水电站及其设备设施，其可在不建设水坝的条件下进行水力发电，其是由板链轮式水轮机、水轮机基础设施和发电与调控设备设施组成。通过面对水流的各个串联水力板的出力带动水力板链条的循环往复转动，带动传动轮和与其连接的发电机转动形成发电能力；具有相当长度的板链轮式水轮机可将其安装流程内的水能全部转化为机械能，并且可实现各种功率要求和出力能力的方便调控变化；其出现可使水能水电获得更广泛高效的开发利用，并可实现投资小、见效快、出力效率高、过流能力强，建设适用条件广泛、建设方式灵活多样，对自然河流与水流无实质性影响与改变等诸多优势功效的集合。

Description

无坝水电站及其设备设施

本发明提出的无坝水电站及其设备设施技术方案可在不建设水坝的条件下进行水力发电，可使水能水电获得更广泛高效的开发利用，属于水力发电全新方法与设备设施种类开发技术领域。

水力发电是可再生能源开发的重要组成部分，中国是世界第一水能大国，因此大力拓展水电的可开发、建设与利用领域，对于缓解能源压力、减少煤炭资源消耗和环境污染均具有重大意义。依现有技术要进行水电开发需要建设电站水坝，建设水坝投资巨大，在有些地区建设水坝或是广泛建设水坝还会带来地质、环境、景观、生态、移民安置等诸多问题的发生；

另外在自然界有许多河流在局部地段有诸多个“一小段流段”有地理坡度，有长期稳定的中高速水流产生，但是在多数情况下其并不具备建设水坝型水电站的地貌条件或是经济性要求，致使大量有效水能流失，无法开发利用。

此外，现有形式的水轮机设备在低水头发电时的出力效率不高，建设单个或少数机组形成的过流能力极低，与多数河流具有的水能与流量不适应，使大量水能流失，这些均需要一种全新的水力发电方法和设备设施来解决。

本发明的目的就是提供一种可满足上述各方面需求的、全新种类的水力发电方法和设备设施——无坝水电站及其设备设施，其可在不建水坝的条件下进行水电开发，并且可实现各种功率和出力能力的方便调控变化，还可实现投资小、见效快、出力效率高、过流能力强，建设适用条件广泛、建设方式灵活多样，对自然河流与水流无实质性影响与改变，并可将长段水能全部开发利用等诸多优势功效的集合。

本发明提出的无坝水电站及其设备设施是由板链轮式水轮机部分、水轮机基础设施部分和发电与调控设备设施三大功能部分组成。

板链轮式水轮机是将水能有效转化为机械能的主要机械部件，主要是由串联的水力板、水力板链条、传动轮与定位导轨等主要功能部件构成，由水流推动的“往去”设备部分设置在水平面下，逆水流运动的“复来”部分设置在水面之上，具体描述是：

①多个或众多个串联的水力板：水力板可为平板形状，但其更多的是采用C、L、E、F、∑等更加有利于使其集中水力、同时有利于其自身强度加强的结构或结构组合。在一个板链轮式水轮机组上设置的水力板的数量、规格、排列密度、设计强度、选择材料等可依该水电站的水流强度、水能流程和其它具体的实际要求设计。

水力板一般采用玻璃钢为主体材料，其上还可设置与定位导轨配合的滑轮或滑块；水力板在加工时还可在其内部设置可使其自身产生浮力的封闭空间，即：通过其作用可使水力板在入水后自动产生浮力，其浮力大小设计可正好抵消其自身重量和与其配合的链条重量为佳，该设计可使水力板在水下运动过程中无(少)非水力因素对设备产生的阻力与影响。

水力板与水力板链条的配合方式主要有

形方式或形方式，

形方式更可方便水力板保持水力作用平衡(见示意图3的举例)，但是

形方式的水力板下部(在水下即为上部)在与传动轮进行回转配合时会(必须留出)形成水力板传动轮缺口，从中可导致部分水流流失，因此与

形方式水力板配合的定位导轨的下部一般设计为整体板式导轨形式，即：其导轨围绕的中下部面积为整体板式(见示意图4)，这样在水力板在水下的前进运行中，水力板缺口就可由整体板式导轨完全填补，从而可消除从其处导致的水力流失；水力板的定位平衡还可借助定位导轨上设置的定位沟槽或滑轮与水力板上设置的滑轮与滑块滑轨配合共同辅助实现。

②水力板链条：水力板链条(或采用钢丝绳代替链条，以下不重复说明“或采用钢丝绳”)可将各个排列的水力板进行串联连接与位置方向的辅助平衡固定，其链条可采用防锈结构设计，水力板链条的设计强度与水能与出力条件要求对应。

③传动轮与定位导轨：传动轮与定位导轨与水力板链条配合可使水力板链条进行来回、往复的上下循环转动回转；传动轮的直径可依需要设计变化，小型的板链轮式水轮机或是非内外综合形式的板链轮式水轮机可用前后各一个传动轮(即：共由两个传动轮完成传动)，大型及内外综合形式的板链轮式水轮机一般采用四轮传动，或为两轮与四轮的结合型，在北方冬季其还可在冰层下运行；

其定位导轨的作用是引导、支撑、定位水力板链条和各个串联的水力板，定位导轨还可与水力板或水力板链条上设置滑轮或滑块等进行反配合。

在一个机组平面上可设置一套或设置多套链条形成板链轮式水轮机机组形式。即：对于应用在吃水较深的或是吃水很深的板链轮式水轮机，可设计为在同一个侧视平面内从内到外设置一套以上的板链轮式水轮机，形成“内外组合形态的板链轮式水轮机机组”(见示意图1)；对于应用在水面较宽或很宽的板链轮式水轮机，可在同一个俯视平面内排列设置多套板链轮式水轮机，从而形成“排列组合形态的板链轮式水轮机机组”(见示意图2)；排列机组与内外机组的相互结合与综合设计可实现板链轮式水轮机更强的出力能力、形成板链轮式水轮机适应情况更广泛的能力。在一个无坝水电站内可依需要设置多组上述各种形式的板链轮式水轮机、机组并单独运行。

板链轮式水轮机、机组的设计长度与规格可依不同的实际需要进行具体设计，也可形成标准化的系列规格，并进行标准化的生产与设计能力要求。

板链轮式水轮机基础设施功能部分的主要作用是实现规范设置安装板链轮式水轮机的河道与控制其水流，使水流有效、可控制地作用于板链轮式水轮机的水力板上；因此对于部分河流水平面季节升降变化幅度很大的河流，其还可设置使板链轮式水轮机升降的装置与设备，实现板链轮式水轮机整体操作，以适合季节水平面的变化要求，其还可建设分流水道与控制闸门，在河流水流量变化的情况下进行分流减少与堵截增加的水流分流调控，实现通过板链轮式水轮机水流量的及时自动调节变化；

其主要功能结构包括：①板链轮式水轮机安装基础与安装机架、机座；②实现板链轮式水轮机升降的升降机或是建设水流分流水道与闸门和溢出，及其共同设置与配合控制；③电力与调控设备的安装基础与综合布置，其可根据不同建设条件和要求进行具体设计；无坝水电站的板链轮式水轮机和水轮机基础设施部分为本发明的主要创新设计部分，设备原理并不复杂，且可根据具体情况在基本功能原理不变的基础上进行多样化的结构设计，因此在此不进行更加细致的描述。

无坝水电站发电与调控设备设施：无坝水电站发电与调控设备设施虽然也属于本发明产品的功能组成部分，通过其共同实现无坝水电站的全部设计目的，但是其均为一般商品型产品和通用技术，包括发电机、自动或手动的调控设备及其它电站需要的设备设施等，其调控设备可采用现有水轮机相同原理的调控装置与控制系统完成，其技术内容描述复杂也非本发明的主要创新部分和权利要求所在，且一般技工即可完成，因此在此不进行更加细致的描述。

本发明对于无坝水电站及其设备设施运行方法的描述是：可在一切有坡度或有较强水流条件的河流上建设无坝水电站，并依水流地理情况设计成为并列型与内外型等多种机组形成，通过水轮机基础设施的建设，可将全部或主要水流可调节控制地作用于板链轮式水轮机的串联水力板上，并且可形成泄流通道方便进行水流流量的调控或形成可上下升降移动的形式(用人工调节或用电力机械调节)；将板链轮式水轮机的上部分设置在水面之上，下部分设置在水面之下，通过面对水流的、具有一定面积的各个水力板的出力作用形成串联水力板的整体出力移动，共同带动水力板链条的循环转动，并通过水力板链条带动与其配合的传动轮和与其连接的发电机转动形成发电能力；相当设计长度的板链轮式水轮机可将其安装流程内的全部水能转化为机械能；

对于板链轮式水轮机出力能力的调节方法可采用：①整体提升水轮机机组，使内外组合形态的板链轮式水轮机机组减少出力能力，或使排列组合形态的板链轮式水轮机机组减少出力能力，(反之则增加出力能力)；②主动增加电力系统负荷；③通过水轮机基础设施的分流将多余水流分流，减少过流水力水量：④上述三种方式的结合。

本发明采用的板链轮式水轮机具有强大的过流能力，并可形成串联与排列形式，因此可将其设计长度内所处坡段形成的水能全部形成出力利用；其机组的多设计形态可适合多种不同的复杂情况需求；其发明出现将开拓水力发电全新的、更广泛的(目前难于或无法开发的)水能，并可实现水电站建设投资小、见效快、出力效率高，建设适用条件广泛、建设方式灵活多样，对自然河流与水流无实质性影响与改变等诸多优势功效集合的设计目的。

下面结合示意图说明无坝水电站及其设备设施的主要功能结构。

图l为内外组合形式的板链轮式水轮机的侧视原理结构示意图。

图2为两轮板链轮式水轮机侧视和与其对应的俯视原理结构示意图。

图3为水力板与水力板链条的

形方式配合可方便水力板保持水力平衡作用。

图4为与

形方式水力板配合的定位导轨中下部面积为整体板式示意图。

图5为并联式板链轮式水轮机机组纵向侧视原理结构示意图。

图l中：1．水力板 2．水力板链条 3．水平面 4．水流方向 5．水轮机基础设施

图2中：6．传动轮 7．水力板 8．传动轴 9．水轮机基础设施 10．发电机

图3中：11．水流向 12．形水力板 13．水平面 14．水力板链条 15．水轮机基础设施。

图4中：16．传动轴 17．链条运动方向 18．水力板链条 19．整体板式导轨 20．水平面 21．水力板 22．传动轮

图5中：23．水力板[复来] 24．发电机 25．水力板[往去] 26．传动轴27．水平面

Claims

1、一种无坝水电站及其设备设施，其是由板链轮式水轮机部分、水轮机基础设施部分和发电与调控设备设施三大功能部分组成，其特征在于：

①多个或众多个串联的水力板：水力板可为平板形状，但其更多的是采用C、L、E、F、∑等更加有利于使其集中水力、同时有利于其自身强度加强的结构或结构组合；在一个板链轮式水轮机组上设置的水力板的数量、规格、排列密度、设计强度、选择材料等可依该水电站的水流强度、设计流程和其它具体的实际要求设计；

水力板一般采用玻璃钢为主体材料，其上还可设置与定位导轨配合的滑轮或滑块；水力板在加工时还可在其内部设置可使其自身产生浮力的封闭空间，即：通过其作用可使水力板在入水后会自动产生浮力，其浮力大小设计可正好抵消其自身重量和与其配合的链条重量；

水力板与水力板链条的配合方式主要有

形方式或

形方式，形方式更可方便水力板保持水力作用平衡，与形方式水力板配合的定位导轨下部一般设计为整体板式导轨形式；水力板的定位平衡还可借助定位导轨上设置的定位沟槽或滑轮与水力板上设置的滑轮与滑块滑轨配合共同辅助实现；

②水力板链条：水力板链条(或采用钢丝绳，以下不重复说明“或采用钢丝绳”)可将各个排列的水力板进行串联连接与位置方向的平衡固定，其链条可采用防锈结构设计，水力板链条的设计强度与水能与出力条件要求对应；

③传动轮与定位导轨：传动轮与定位导轨与水力板链条配合可使水力板链条进行来回往复的上下循环转动；传动轮的直径可依需要设计变化，小型的板链轮式水轮机或是非内外综合形式的板链轮式水轮机可用前后各一个传动轮，大型及内外综合形式的板链轮式水轮机一般采用四轮传动，或为两轮与四轮的结合型；

其定位导轨的作用是引导、支撑、定位水力板链条和各个串联的水力板，还可与水力板或水力板链条上设置滑轮或滑块等进行反配合；

在一个机组平面上可设置一套或设置多套链条形成板链轮式水轮机机组形式；即形成“内外组合形态的板链轮式水轮机机组”或形成“排列组合形态的板链轮式水轮机机组”；在一个无坝水电站内可依需要设置多组上述各种形式的板链轮式水轮机、机组并单独运行；

板链轮式水轮机、机组的设计长度与规格可依不同的实际需要进行具体设计，也可形成标准化的系列规格，并进行标准化的生产与设计能力要求；

板链轮式水轮机基础设施功能部分的主要作用是实现规范安装板链轮式水轮机的河道与控制其水流，使水流有效、可控制地作用于板链轮式水轮机的水力板上；其主要功能结构包括：①板链轮式水轮机安装基础与安装机架、机座；②实现板链轮式水轮机升降的升降机或是建设水流分流水道与闸门和溢出，及其共同设置与配合控制；③电力与调控设备的安装基础与综合布置，其可根据不同建设条件和要求进行具体设计。

2、一种无坝水电站及其设备设施的运行方法，其特征在于：可依水流地理情况设计成为并列型与内外型等多种机组形成，通过水轮机基础设施的建设，可将全部或主要水流可调节控制地作用于板链轮式水轮机的串联水力板上，并且可形成泄流通道方便进行水流流量的调控或形成可上下升降移动的形式；

将板链轮式水轮机的上部分设置在水面之上，下部分设置在水面之下，通过面对水流的、具有一定面积的各个水力板的出力作用形成串联水力板的整体移动，共同带动水力板链条的循环转动，并通过水力板链条带动与其配合的传动轮和与其连接的发电机转动形成发电能力；具有相当长度的板链轮式水轮机可将其安装流程内的水能全部转化为机械能；

对于板链轮式水轮机出力能力的调节方法可采用：①整体提升水轮机机组，使内外组合形态的板链轮式水轮机机组减少出力能力，或使排列组合形态的板链轮式水轮机机组减少出力能力，(反之则增加出力能力)；②主动增加电力系统负荷；③通过水轮机基础设施的分流将多余水流分流，减少过流水力水量；④上述三种方式的结合与配合及其它有效方式。