专利名称：平台落水发电法及平台落水法电站的制作方法
技术领域：
本发明涉及的平台落水发电法及平台落水法电站属于水力发电技术及设备、设施水轮机发电方法自诞生到现在的普遍应用已有百多年的历史，但不可否认，水轮机法在实际使用中还存在着诸多长期无法解决的固有难题和不足，如多数常用类型的水轮机的高效率区范围较小，此外其还有对电网负荷适宜区的限制，对对安装高程的限制，对水头高度及其变化幅度的限制等，在超出其限制的高效率区范围后会使效率迅速下降，会造成水能的损失，还会对水轮机产生破坏，对正常发电产生影响。
水轮机电站在发电时，尤其是在含泥沙量大的河流中或含泥沙量大的季节中使用会产生水轮磨蚀现象，在加上水轮机的汽蚀(空蚀)问题及可能产生的震动等问题均使其对水能的利用效率下降，也使水轮机的使用及维护成本巨大，经常性的停机维修也给稳定供电带来严重影响。
由于水轮机法电站在建设时就设计了最大发电能力及流道流量，在丰水季节会产生大量弃水，而丰水季节也正是夏季用电的高峰季节，会使水能白白流失。
此外，水轮机电站的水工工程，尤其是地下工程量大且相对复杂，建设成本较高。中小型水轮机电站的出力系数较低，这些均需要选择一种新型的水力发电方法来解决。
本发明的目的就是针对上述水轮机发电方法所固有的诸多问题提出的一种新型的水力发电方法及其设备、设施，即平台落水发电法及平台落水法电站，其与水轮机法电站比较，其水工建设工程量相对小，发电效率高，对负荷变化需进行的经常性的方法及装置可实现方便、快速、有效调速、调控。其可消除汽蚀、磨蚀、震动等水轮机法所固有的产生此些问题的根源，可适合各种类型、规模的水电站建设，尤其适合中小型水电站及在含泥沙量大的河流中建设和在水能资源量少的地区建设，其还可与各式水轮机电站配合建设，利用其弃水发电，其建设及使用维护成本低。
本发明的目的是通过落水平台与落水机、机组结合、配合的方法，以及将该方法所涉及的落水机或落水机组、落水平台和适合于平台落水法的调控设备、水坝或水工工程结构与发电设备结合构成的平台落水法电站实现的。
本发明提出的落水平台设施是专门用于与落水机或机组的功能配合而建筑或设置的，其高度设置一般与水库常见的水头高度为依据，其还可依水头高度的季节变化及与其配合的落水机链条设计的下降高度距离的不同等因素将落水平台设计为一层或多层。如以110米高的水库常规水头配合，要采用的落水机的下降高度距离为20米，则每层即为20米左右，多层平台也非全是等高层的，其层间距也可不同，主要看水头变化范围等实际需要确定。
在设置的各层落水平台上均设置有平台围挡，其可使平台上形成有一定深度的水面积存，使水流在下降时能产生一定的下降动力。如果在同一个平台平面上设计安装有多个或众多个落水机，则该平台一般设置分区围挡，其可起到当上游水源的来水不能保证水电站设计的流量需要时，通过分区围挡可保证水电站一部分机组的正常工作。分区围挡上还可设置可调控闸门，其可控制其积存水面高度及水的流入量。
在落水平台上设有与平台上设计安装的落水机的数量及其在链条上排列设置的、口向上一侧的水斗的位置对应的落水口，在落水口上设有落水口下降水流的调节控制装置，调控装置可为电动、手动或是自动的，(如以水面高度产生的浮力定位自动控制的阀门等。)；在落水口的下部，设有与在链条上排列状态的水斗的外观轮廓相同或相似并与其外观轮廓相配合的护水板或护水管，其有利于使落水顺利注入水斗，并护送排列状的水斗下行一程，其有利于将落水口下降的水流充分利用。
在平台的进水口或管路上也设置有进水口水流的调节控制装置，用以调节平台上的水的供应量，控制装置可为电动、手动或自动的。
与极小型的落水机配合设置的落水平台可设置在机架上，但绝大多数的落水平台均是先单独设置，构成落水平台骨架，在其上设有安装水斗链轮的轴座，即在平台之下(指在单层平台上或在多层平台的最上层的平台上)；在平台的上下(指在多层平台的中间层的平台上)；在平台的底面或底架上设置与平台上设置安装数量及位置对应的水斗链轮轴座。此外，依选择的传递动力方式、传动结构及设计的要求不同，在落水平台的一侧或两侧或顶部或中部或下部等适合的位置设置有发电机设备、传递动力设备及其它发电所需的机械设备及其控制设备的安装空间，其一般与平台一同建设，构成电站厂房。
本发明提出的落水机及落水机机组是指可将水能转变为机械动力进行发电的设备，其是由机架及在机架上设置的上水斗链轮和下水斗链轮，和在链轮上设置的水斗链条，在水斗链条上设置的排列尽可能紧密的水斗(或叫水箱)一同构成。但这指的是单机落水机的设置方式，在绝大多数水电站的设计安装时，落水机是与上述落水平台骨架配合设置及安装的，即在落水平台骨架上设计、设置的水斗链轮轴座上安装水斗链轮，用以取代单机落水机将链轮设置在机架上的安装设置方式，并在水斗链轮轴座上设置水斗链轮、水斗链条、水斗等单机落水机上的其它相同设施。
设置在平台上的落水机的输出动力轴可与发电机的轴直接连接，也可采用间接式安装(即传递动力)，尤其是在大中型的平台落水法电站的平台上设置的落水机设施一般采用齿轮组或采用链条或采用其它需要的机械传动方式将其联合，形成联合动力系统装置，即落水机机组，其可使几个或众多个单机式落水机结构产生的动力传递到一个发电机上。一些落水机组还可通过调节控制装置使其分离，即当电网负荷出现变化时，可采用多种合适的机械传递动力方式将落水机组传递动力系统实现联合或分离，实现增力、减力。
本发明提出的平台落水法电站是指由适合于该方法的引水到平台之上的水工工程，外加由落水平台、落水机机组、机群构成的水能动力设备和由发电设备及调节控制设备、适合的厂房等一同构成的水电站。
本发明提出的平台落水发电法是指将有水位落差的水通过引导输送及调控引上落水平台，并在其上形成有一定深度的水面积存，通过调节控制装置开启在平台落水口上设置的水流下落量的调控阀门，使平台上的一部分水通过落水口及护水板(管)注入并充满在其下部设置的箱口向上一侧的各个排列的水斗之中，充满水的水斗因自重自动下行，并带动与其一体的水斗链条及水斗链轮转动产生动力力矩。由多个落水机通过联合设置及联合传递动力的方式形成的落水机机组可将多个落水机单体产生的动力集中传递到一个发电机上，产生电能并输送使用。
当电网负荷出现变化时，可通过调节控制装置(或叫调速器)使落水口的水流增流或节流，或采用将传动结构联合及分离的方法，使落水机机组产生的动力增加或减少至停止，其上还设置系统制动装置，使机组得到进一步的控制。
由多层平台组合构成的平台落水法电站，可将高水头的水能在从顶层至底层的下落过程中，在各层上设置的落水机上重复产生动力，重复利用。即由顶层落水机产生的尾水又在次一层落水平台上积存，由次层平台下落二次产生动力，次层平台下落的尾水又在三层积存......直到最底层结束。因而可采用在平台的几个层面上都设置引水进水口的方式解决在水库水头出现下降时，低水头水能的充分利用问题，可使各个不同高度的水头在各平台层上都能找到合适的下降平台高度，可见平台落水发电法可适合水头的大幅度变化。
本发明技术方案因落水平台及其上设置的平台围挡、平台分区围挡、落水口、护水板或护水管等结构的设置，可使水流在其上分流、积存及准确可调节控制下落，为与其配合的落水机组实现其与电网配合产生动力及变化的作业目的提供了最佳的保证，落水机上排列的水斗及其与水斗链条及链轮相配合产生的巨大而平稳的转动力矩可推动发电机转动产生电能，其上的动力配合及传递机构可将落水机组产生的动力联合传递，使动力更为巨大。
本发明提出的平台落水发电法技术方案及平台落水发法电站的诸多优势还可从下列的与水轮机发电法的多方面的比较中得到进一步的认识。
一、平台落水发电法可使出力及效率大幅度提高，使水能损失大量减少。
平台落水发电法与水轮机发电法在水能推动机械设备产生动力的方式上有着显著的区别。平台落水发电法是将水的势能通过与水斗一道下降的过程完成动力产生过程的，其上的水与机械的接触是柔和的、平稳的、持续的，产生的力矩是由在链轮的半径与在其一侧由几米、几十米长的，在链条上紧密排列的水满水斗(或叫水箱)产生的自重下降动力形成的，某某吨量的水从某某高度下落在链轮产生的转动力矩和其能发出的电量是可较准确地计算出来的；与之相比，水轮机发电法的动力是靠水轮机的叶轮与水流以瞬间接触的方式产生的巨大的冲击作用形成的，在这一过程中又有气蚀、磨蚀、震动、水轮机适合的高效区等一系列水能消耗因素在其中作用，其在发出与上述平台落水发电法相同电力及在相同水头的情况下，谁也无法较准确地说出在其水轮间到底通过了多少吨水。因此平台落水发电法更适合在水能资源少的地区广泛采用。
二、平台落水发电法彻底地消除了水轮机发电法长期存在的气蚀、磨蚀等难题。
气蚀、磨蚀现象是水轮机发电法的动力作用原理决定的，是固有的；而平台落水发电法就可从原理的层面上彻底地消除了气蚀、磨蚀现象产生的根源，使发电成本大幅度下降，使其造成的每年在维修期间的发电时机的损失及对电网产生的影响彻底消除。因此，平台落水发电法更适合在含泥沙量大的河流中及含泥沙量大的季节广泛采用。
三、平台落水发电法对水头高度的变化、出力范围的变化的适应能力强，且无高效区范围的限制。
平台落水发电法的落水平台可依水头高度及其变化幅度设计与之配合的平台层数及层间高，使不同高度和变化的水头都能找到与其配合的平台层位，此外，其还可通过在引水管上设置从上到下依次排列的管口与可实现上下移动的平台内引水管配合连接的方式实现与水头变化相适应的目的，后者更适合小型水电站采用。
平台落水发电法水电站对不超过其最大负荷的任何负荷及其变化都可适应，对任何水头压力变化都可适应。
四、平台落水发电法提供的工况条件可有效避免及消除水轮机法工况条件下常见的机械震动、噪音等问题，其在链轮链条上设置的水斗的下降过程就像是在平稳的电梯上降落一样。
五、平台落水发电法过度过程平稳，其可通过调节落水口水流下降的方式方便、快速、有效地调节落水机的启动、增力、增速、减力、减速、停止等运行操作。
六、平台落水发电法水电站可以其低成本、便安装、易建设等优势与现有水电站配合，增加现有电站的重复容量，利用其丰水季节的弃水发电。
七、平台落水发电法水电站所有的设备都设置在水面之上，从坝上或坝中引水取水，多数还可与水坝分离单建，因而其对施工的适应性强，水工工程量会大量减少，设备的运输、安装、维修、保养、操作方便。其上的齿轮、链轮、链条、水斗等设备组成件采用好的材料和工艺加工可保证长期无故障，运行成本极低。
八、平台落水发电法水电站的机械组成件结构简单，适合于标准化、自动化、规模化生产，可大批量生产。
综上可见，本发明采用的平台落水发电法和设置的平台落水发电法水电站的结构和采用的方法可顺利实现发明目的的众多要求。
下面结合示意图说明本发明技术方案涉及的平台落水发电法及其落水平台、落水机及机组、平台落水发电法电站的功能结构及其应用。
图1是落水平台与落水机(组)组合配合构成的平台落水发电法电站设备、设施中最基本的功能结构构成示意图。
图2是图1的A-A剖面结构示意图。
图3是一种落水平台的俯视图。
图4是平台落水发电法落水机组的结构示意图，图示的是其顶部水斗链轮的轴位横向剖面图视。
图5是例举的一个平台落水发电法电站的外观效果图和其局部剖面图示。
图1、2中1.落水口水流调控阀门或调控装置的示意 2.顶部的落水平台3.落水口 4.护水板或护水管 5.水斗 6.水斗链轮 7.水斗链条8.水斗链轮轴 9.水斗链轮轴座 10.在次层落水平台上的积存水面。
图1、2中示出落水平台上有积存的水面，其通过落水口设置的水流调控阀门或调控装置及护水板或护水管注入并充满在其下部设置的箱口向上一侧的各个水斗之中，充满水的水斗因自重自动下行，并带动与其一体的水斗链条及水斗链轮转动产生动力，其可通过机组传递到一个发电机上产生电能并输送使用。
图3中11.水坝 12.进水口水流调控阀门 13.平台围挡 14.平台落水口15.分区围挡。
图3中示出水坝中的水通过进水口引上平台，在其上积存，由落水口下落。
图4中16.发电机 17.转动齿轮 18.落水机组传动齿轮 19.传动齿轮轴座 20.水斗链轮 21.水斗链轮轴 22.排列在水斗链条上的水斗(或叫水箱)图4中示出由多个落水机组合产生的下降动力及力矩，通过转动齿轮或其它动力传动方式集中到一个发电机上，使用时可通过分区围挡及落水口的水流调控阀门或调控装置首先让距离发电机近的落水机组产生动力。
图5中23.水坝 24.平台进水口 25.水库低水头时启用的平台进水口26.发电机机房及其它调节控制传动设备室 27.落水平台 28.落水口 29.发电机厂房 30.平台落水口 31.平台建筑骨架 32.水斗链条 33.平台建筑骨架。
图5中示出平台落水发电法电站的效果图。
权利要求
1.一种平台落水发电法，其特征在于其是通过落水平台与落水机、机组结合、配合的方法，以及将该方法所涉及的落水机或落水机组、落水平台和适合于平台落水法的调控设备、水坝或水工工程结构与发电设备结合构成的平台落水法电站实现的，即将有水位落差的水通过引导输送引上落水平台，并在其上形成有一定深度的水面积存，通过调节控制装置开启在平台落水口上设置的水流调控装置或阀门，使平台上的一部分水通过落水口及护水板(管)注入并充满在其下部设置的、箱口向上一侧的、尽可能紧密的排列在链条上的各个水斗之中，充满水的水斗因自重自动下行，并带动与其一体的水斗链条及水斗链轮转动产生动力及力矩；由多个落水机通过联合设置及联合传递动力的方式构成的落水机机组可将多个落水机单体产生的动力集中传递到一个发电机上，产生电能并输送使用；当电网负荷出现变化时，可通过调节落水口水流控制装置的方法增流或节流，或采用将传动结构联合或分离的方法，使落水机机组产生的动力及力矩增加或减小至停止；由多层平台组合构成的平台落水发电站，可将高水头的水能在从顶层至底层的下落过程中，在各层上设置的落水机上重复产生动力，重复利用。
2.一种落水平台设施，其是专门用于与落水机或机组的功能组合配合而建筑或设置的，其特征在于其高度一般与水库常见的水头高度为设置依据，可将落水平台设计为一层或多层；在各层落水平台上均设置有平台围挡，在安装有多个落水机的平台上一般设置分区围挡，分区围挡上可设置闸门；在落水平台上设有落水口，在落水口上设有落水口水流的调节控制装置，控制装置可为电动、手动或自动的；在落水口的下部设有护水板或护水管，在平台的进水口或其管路上设置有水流的调节控制装置，控制装置可为电动、手动或自动的；落水平台可与机械控制室一同建设，构成电站厂房。
3.一种落水机及落水机机组，其是将水能转变为机械动力进行发电的设备，其特征在于其是由机架及在机架上设置的上水斗链轮和下水斗链轮，和在链轮上设置的水斗链条，在水斗链条上设置的排列尽可能紧密的水斗一同构成，在实际设计安装时，水斗链轮一般是与设置在落水平台骨架上的水斗链轮轴座配合安装；设置在平台上的落水机，尤其是大中型的平台落水法电站的平台上设置的落水机一般采用齿轮组或链条机械传动方式，或采用需要的其它机械传动方式将其传递动力系统装置联合形成落水机机组，其可使几个或许多个或众多个单体落水机结构产生的动力传递到一个发电机上；一些落水机机组还可通过调节控制装置使其实现联合或分离，其上还设置有制动装置。
4.一种平台落水法电站，其特征在于其是可由该法适合的可引水到平台之上的水工工程，外加由落水平台、落水机机组构成的水能动力设备和由发电设备及调节控制设备、适合的厂房等一同构成的。
全文摘要
一种平台落水发电法及平台落水发电法电站,其是通过落水平台与落水机、机组配合来实现水能产生动力发电目的的,落水平台上设有平台围挡,其上可形成有一定深度的水面积存,通过调控装置开启在落水口上设置的水流调控阀门,使平台上的一部分水通过落水口及护水板(管)注入并充满在其下部设置的、口向上一侧的、排列的各个水斗(或称水箱)之中,充满水的水斗因自重自动下行,并带动与其一体的水斗链条及水斗链轮的转动,产生力矩动力,其力矩动力还可通过传递动力结构将动力集中传递到一个发电机上产生电能并输送使用。当电网负荷变化出现时,可通过调节落水口上设置的水流控制装置及将传动结构联合或分离方法使落水机机组产生不同的动力。
文档编号F03B3/08GK1388316SQ02123640
公开日2003年1月1日 申请日期2002年7月5日 优先权日2002年7月5日
发明者陈晓通 申请人:陈晓通