专利名称：超低水头排轮式带齿水轮高效能水力发电(抽水)技术的制作方法
技术领域：
本发明属于水力利用技术领域。水力利用主要用于发电与抽水，如何有效利用水力与提高水力利用的效能，一直是水力利用领域要解决与攻克的技术难题，水力是比较丰富与廉价的动力能源，但普通的水流资源却很难利用，要利用水力往往会造成对环境的破坏，本发明着眼于解决与攻克这些技术难题。
背景技术：
目前，对水力的利用主要是采用高筑坝、高截流、大库容，然后利用高水头高落差高水压来完成发电或者抽水，这肯定会破坏环境、污染环境，造成库区内水浸、产生移民问题、泥沙沉积问题、水浸物赔偿问题、破坏自然景观、甚至造成社会问题，因此，发明一种无需高筑坝、大库容、高落差、高水压的水力利用技术十分必要，水力利用领域必须攻克与解决这个技术问题。
发明内容
为了克服现有的水力利用技术需要高筑坝、高截流、高水头、高落差、高水压的特点，本发明提供了一种超低水头排轮式带齿水轮高效能水力发电(抽水)技术，这种水力利用技术不改变河道，不用高筑坝、高截流，不用高水头、高水压、高落差，不用考虑排沙与库容问题，不会产生移民与污染问题，不会破坏环境，低成本高效能。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是在普通的江河河道或者溪流渠道中，顺河势用钢筋混凝土修筑一个水槽，修筑一个有防洪闸门的斜拦拦水水坝，迫使水流喘急地流经水槽。这样，不改变河道，保持水流畅通，顺势把水流引入水槽中，不会产生泥沙沉积，不会破坏环境，当洪水来临时，可以打开防洪闸门排洪，调控水位。在水槽中安装带齿水轮，根据水流情况可以安装三台以上大型带齿水轮，提高水流利用效能。带齿水轮是指在普通的轮式水轮外圆中间处安装一个齿轮，齿轮与水轮同步旋转。带齿水轮的齿轮直接和发电(抽水)机机组转轴相切并偶合，水流推动水轮时，水轮与齿轮同步旋转，带动发电(抽水)机机组旋转，这样带齿水轮就同时具有产生动力、传送动力、提高转速的作用，从而能够使发电(抽水)机机组顺利工作，一步完成发电(抽水)。带齿水轮的半径大于水槽设计的水流深度，使得水流推动水轮时，带齿水轮始终是旋转的，水轮的长度，略小于水槽的宽度，使得水轮轮叶的面积最大、水流推动水轮时产生的力矩最大。发电厂房设计为三层。第一层提供动力，安装水槽及大型带齿水轮，高度为从水槽渠底到天花的高度略大于大型带齿水轮的直径，使得大型带齿水轮能够从水槽出口处滚动进入，顺利安装，带齿水轮的半径应综合考虑水槽实际需要深度及普通洪水水位及提速的需要来确定。第二层为发电层，安装发电机机组及相应设备；使得发电机机组转轴能够和大型带齿水轮的齿轮相切并偶合，这样二楼具有一定的防洪能力，避免正常情况下发电机被水浸。第三层为防洪避险层，当特大洪水来临时，吊移设备到三楼紧急避险，三楼楼面(即二楼天花)应高于100年一遇特大洪水水位。抽水设备可以露天安置，不建厂房，由于抽水机机组不怕水浸，可以水平安装在水槽面上直接和大型带齿水轮的齿轮相切并偶合，一台带齿水轮前后各安装一台抽水机机组，同时抽水，提高效能。当水流稳定地经过水槽时，水槽内带齿水轮稳定旋转，顺利完成发电(抽水)。水槽的入口处安装大型漂浮物防护栏及水槽闸门，保护水槽内带齿水轮及方便进行检修。控制水槽内水流的速度及流量及偶合齿轮的齿数比，就能够调控发电(抽水)的各项技术参数，使发电(抽水)正常进行。
本发明的有益效果是本发明提供了一种全新的水力发电(抽水)技术，这种技术不改变河道，不用高筑坝高截流，不用高水头高落差高水压，不用考虑排沙问题及库容，不会产生移民问题，不必要库区水浸及水浸物赔偿，不会破坏环境与污染环境，低成本高效能，可以建成一个环保型生态水力发电(抽水)站。
下面结合附图及实施例对本发明进一步说明附图标释①水槽；②水槽闸门；③斜拦拦水水坝；④水坝防洪闸门；⑤大型漂浮物防护栏；⑥带齿水轮的齿轮；⑦水轮轮叶加固钢圈；⑧水轮轮叶；⑨带齿水轮转轴；⑩发电机机组；抽水机机组；带齿水轮滚动轴承；发电机房第一层；发电机房第二层；发电机房第三层；防洪避险电梯； 发电机机组转轴； 发电机机组转轴偶合齿轮； 二楼天花； 加厚钢环； 连接螺丝； 螺丝孔； 大型带齿水轮。
图1是本发明的水槽，主要是迫使水流经过水槽，推动水槽中带齿水轮旋转，由①水槽；②水槽闸门；③斜拦拦水水坝；④水坝防洪闸门；⑤大型漂浮物防护栏；组成。
图2是本发明的另一种拦水水坝形式，这种形式主要是加高拦水水坝，使拦水水坝既具有拦水作用，又具有蓄水作用，保证坝内有一定的库容，进行蓄水与增加水压，由①水槽；⑤和②大型漂浮物防护栏与水槽闸门；③斜拦拦水水坝；④水坝防洪闸门；组成。
图3是本发明的大型带齿水轮，是本发明的核心部件，具有提供动力、传送动力、提高转速的作用，由⑥带齿水轮的齿轮；⑦水轮轮叶加固钢圈；⑧水轮轮叶；⑨带齿水轮转轴；组成。
图4是本发明的大型带齿水轮的另一种形式，这种形式方便于更换齿轮，带齿水轮的齿轮用螺丝连接固定于水轮中间的加厚钢环，带齿水轮可以拆开分为三大部份，当齿轮过度磨损时，拆开带齿水轮转轴，打开螺丝，就可以更换齿轮，由⑥带齿水轮的齿轮；⑦水轮轮叶加固钢圈；⑧水轮轮叶；⑨带齿水轮转轴；带齿水轮滚动轴承； 加厚钢环； 连接螺丝； 螺丝孔；组成。
图5是本发明的带齿水轮发电技术，由于带齿水轮具有动力、传动、提速的作用，可以把水力发电的动力系统、传动系统，提速系统合三为一，带齿水轮的齿轮直接和发电机机组转轴相切并偶合，一步完成发电，由①水槽； 大型带齿水轮；⑥带齿水轮的齿轮；⑩发电机机组； 发电机机组转轴； 发电机机组转轴偶合齿轮；组成。
图6是本发明的带齿水轮抽水技术，由于抽水机机组不怕水淋日晒，不怕水浸，可以把抽水机机组水平放置在水槽面上并与带齿水轮的齿轮相切并偶合，直接抽水，洪水到来时照样工作，由①水槽； 大型带齿水轮；⑥带齿水轮的齿轮；抽水机机组；组成。
图7是本发明的超低水头排轮式带齿水轮高效能水力发电技术，斜拦拦水水坝迫使水流流经水槽推动水槽中多台大型带齿水轮旋转，大型带齿水轮旋转产生巨大力矩与动能，推动发电机机组工作，发出巨大电能，且水流利用效能极高，是一个环保型生态水力发电电站，由①水槽；③斜拦拦水水坝； 大型带齿水轮；⑩发电机机组； 发电机机组转轴； 发电机机组转轴偶合齿轮； 二楼天花；发电机房第一层；发电机房第二层；发电机房第三层；防洪避险电梯；组成。
图8是本发明的超低水头排轮式带齿水轮高效能水力抽水技术，抽水机机组水平安置在水槽面上并和大型带齿水轮的齿轮相切并偶合，一台大型带齿水轮的前后各安装一台抽水机机组，同时抽水，在水槽中安装多台大型带齿水轮，提高效能，由①水槽；③斜拦拦水水坝； 大型带齿水轮；抽水机机组；组成。
具体实施例方式在图1所示的实施例中，在普通江河河道或者溪流渠道中顺河势用钢筋混凝土修筑一个水槽①，修筑一个有防洪闸门④的斜拦拦水水坝③，迫使水流顺势流经水槽①，便得水槽①中的水流最喘急，水流推动水槽①中的大型带齿水轮旋转。这样，既不会破坏河道，也不会产生泥沙沉积，不会破坏环境与污染环境，保证水流畅通有力。当巨大洪水来临时，打开防洪闸门④，调节水位，保护机房与水槽。图1中，斜拦水坝坝面和水槽设计水流等高，使得稳定的水流经过水槽，多余的水流从坝面溢出，适用于水流比较稳定，不需要蓄水的河道。水槽入口处安装有大型漂浮物防护栏⑤及水槽闸门②，目的是保护水槽中带齿水轮与方便进行检修。
在图2所示的实施例中，加高了斜拦拦水水坝③的坝面，目的是增加坝内库容，使得拦水水坝同时具有蓄水功能，适用于水流不稳定，需要进行蓄水的河道，调节水槽①入口处的闸门②，就可以调节水槽中水流，当巨大洪水来临时，打开防洪闸门④泻洪。
在图1与图2的实施例中，有些江河水源十分丰富，流量很大，可以设计双槽甚至多槽，尽可能地把水力资源全部利用，当雨季来临时，打开多槽，同时发电(抽水)，旱季时，关闭一些水槽，按季节利用水能与调节发电(抽水)量。水槽的大小与高度，按江河的实际情况与目标发电(抽水)量而设计，尽量对水流能源全部利用。
图3为本发明的大型带齿水轮。在图3所示的实施例中，在普通轮式水轮外圆中间处，安装一个高强度抗高压宽齿齿轮⑥，当水轮旋转时，齿轮⑥同步旋转，产生巨大力矩与动能，水轮两端焊接加固钢圈⑦，目的是加固轮叶⑧，使水轮经久耐用，水流推动轮叶⑧，带齿水轮旋转并做功，⑨是带齿水轮转轴，带齿水轮的齿轮⑥直接和动力输入转轴相切并偶合，一步完成功能输出。这种带齿水轮同时具有提供动力，传送动力，提高转速的作用，把发电(抽水)过程中的动力系统、传动系统，提速系统合三为一。
图4为本发明的大型带齿水轮的另一种形式。在图4所示的实施例中，由于大型带齿水轮的齿轮直接和发电(抽水)机机组的偶合齿轮磨合，磨损是很厉害的，可以采用两种技术方案，一种是在带齿水轮的齿轮上套上一层高强度耐磨橡胶混合物，避免钢铁与钢铁的直接磨擦，有效地减少磨损；另一种技术方案是方便更换齿轮，当齿轮过度磨损时更换掉。图4是方便更换齿轮的带齿水轮。在图4中，带齿水轮可以拆开分为三大部份，中间为带齿水轮的齿轮⑥，用连接螺丝 与加厚钢环 连接并固定， 为齿轮螺丝孔，加厚钢环 焊死固定在带齿小轮的中间，其螺丝孔与齿轮螺丝孔对接。水轮两端焊加固钢圈⑦，带齿水轮滚动轴承绕转轴⑨旋转，拆下带齿水轮转轴⑨，打开螺丝 ，就可以拆下带齿水轮的齿轮⑥。当齿轮⑥过度磨损时拆下换掉。
图5为带齿水轮发电技术实施例。在图5中，水流流经水槽①推动水槽①中大型带齿水轮 旋转，大型带齿水轮的齿轮⑥直接和发电机机组⑩的转轴 相切并偶合 ，直接输出动能，一步完成发电。发电机机组转轴 与其偶合齿轮 安装在带齿水轮的齿轮的最高处，和齿轮⑥相切并偶合，目的是使水轮受力平衡，且使发电机机组的位置最高，有利于防洪，可以抵遇普通洪水。大型带齿水轮 的半径大于水槽①设计的水流深度，带齿水轮 的长度略小于水槽宽度，使水轮轮叶⑧的面积最大，使水流推动水轮时产生的力矩最大，这样，带齿水轮输出的功能是最大的，一般来说，带齿水轮的半径越大越好，越有利于加大力矩与提高发电机机组的转速。调节水槽①中水流的速度及流量及偶合齿轮齿数比，就可以调控发电的各项技术参数，使得发电满足要求。
图6为带齿水轮抽水技术实施例。在图6中，水流流经水槽①推动水槽①中的大型带齿水轮 旋转，大型带齿水轮的齿轮⑥直接和抽水机机组相切并偶合，直接输出动能，完成抽水。由于抽水机机组不怕日晒雨淋，不怕水浸，可以水平放置在水槽①面上直接和带齿水轮的齿轮⑥相切并偶合，这样可以减少设施不建厂房。
图7为超低水头排轮式带齿水轮高效能水力发电技术实施例。在图7中，根据普通江河河道及水流的具体情况，设计水槽①及有防洪闸门④的斜拦拦水水坝③，尽量使水流能够全部有效地流入水槽①，使水槽①中水流最喘急，水槽①的大小长短根据河流正常水流流量及发电目标确定，可以设计多条水槽，水槽的深度、大小及斜拦水坝坝高以不影响防洪，不破坏环境，又能全部利用正常水流为准。斜拦拦水水坝③迫使水流流经水槽①推动水槽①中大型带齿水轮 旋转，带齿水轮半径大于水槽①设计的水流深度，带齿水轮半径应考虑到二楼的发电机机组能抵遇普通洪水及考虑到发电机机组⑩的各种技术参数而确定。水槽①中，可以同时安装多台大型带齿水轮，目的是提高水能的利用效率及重复利用水能。机房第一层为动力层，安装水槽及带齿水轮，水流推动带齿水轮产生动力，并通过齿轮⑥传送出去。同时，第一层有一定的防洪作用，使二楼的发电装置能抵遇普通洪水。大型带齿水轮 的齿轮⑥和二楼的发电机机组转轴 相切并偶合 ，使动能直接传输到发电机机组⑩中去，一步完成发电。机房第二层为发电层，安装发电及相关设备。发电机房第三层为特大洪水避险层，特大洪水来临时，吊移设备到三楼，紧急避险。为防洪避险电梯。二楼天花 应高于100年一遇特大洪水水位，使三楼能够真正防洪避险。当水槽①中水流持续稳定流动时，大型带齿水轮稳定旋转，使发电机机组稳定工作，输出巨大电能。调控水槽①中水流速度及流量及偶合齿轮齿数比，就可以调控发电的各项技术参数，当洪水来临时，打开水坝防洪闸门④，控制水位。这样，就建成了一个环保型生态水力发电电站。
图8为超低水头排轮式带齿水轮高效能水力抽水技术实施例。在图8中，有防洪闸门④的斜拦拦水水坝③迫使水流流经水槽①推动水槽①中大型带齿水轮 旋转，带齿水轮的齿轮⑥直接把动能传输给抽水机机组，一步完成抽水。水槽①中可以同时安装多台大型带齿水轮，抽水机机组水平放置在水槽面上且和带齿水轮的齿轮相切并偶合，一台大型带齿水轮前后各安装一台抽水机机组，同时抽水，提高效能。抽水机机组可以露天安置，不建厂房。调控水槽①中水流速度及流量及偶合齿轮齿数比，就可以调控抽水的各项技术参数。洪水到来时，打开防洪闸门④，控制水位。就这样，建成了一个大型的环保型生态水力抽水站，特别适用于大型的抽水分流。
权利要求
1.一种超低水头排轮式带齿水轮高效能水力发电(抽水)技术，在普通江河河道或者溪流渠道中，筑坝迫使水流流经水槽推动水槽中带齿水轮旋转，带齿水轮的齿轮直接和发电(抽水)机机组的转轴相切并偶合，一步完成发电(抽水)，其特征是在普通江河河道或者溪流渠道中，顺河势用钢筋混凝土修筑一个水槽，修筑一个有防洪闸门的斜拦拦水水坝，迫使水流喘急地流经水槽，水槽中安装大型带齿水轮，带齿水轮的齿轮直接和发电(抽水)机机组转轴相切并偶合，带齿水轮旋转带动发电(抽水)机机组旋转，水流推动带齿水轮，一步完成发电(抽水)，水槽入口处设有大型漂浮物防护栏及安装有水槽闸门，发电机房为三层，第一层安装水槽及带齿水轮、提供动力，第二层安装发电机机组，进行发电，避免水浸，第三层防洪避险，特大洪水来临时，吊移设备，抽水机机组可以露天安置，不建厂房。
2.根据权利要求1所述的超低水头排轮式带齿水轮高效能水力发电(抽水)技术，其特征是在普通江河河道或者溪流渠道中，顺河势用钢筋混凝土修筑一个水槽，修筑一个有防洪闸门的斜拦拦水水坝，迫使水流喘急地流经小槽，拦水水坝的高度可以等于河道正常水位高度，不进行蓄水，也可以高于河道正常水位高度，进行蓄水，多余的洪水从坝面溢出，特大洪水来临时打开防洪闸门，调控水位，根据河道及水流的具体情况，可以设计多条水槽。
3.根据权利要求1所述的超低水头排轮式带齿水轮高效能水力发电(抽水)技术，其特征是水槽的大小及深度设计为能够迫使正常水流全部流经水槽。
4.根据权利要求1所述的超低水头排轮式带齿水轮高效能水力发电(抽水)技术，其特征是带齿小轮可采用两种技术形式，一种是齿轮固定在水轮外圆上，齿轮和水轮同时更换，另一种是齿轮可以拆开，齿轮用螺丝固定在水轮中间的加厚钢环上，当齿轮过度磨损时，拆开带齿水轮转轴，拆开螺丝，就可以更换齿轮。
5.根据权利要求1所述的超低水头排轮式带齿水轮高效能水力发电(抽水)技术，其特征是水槽中可以安装三台以上的大型带齿水轮，带齿水轮的半径大于水槽设计的水流深度，水轮的长度小于水槽宽度，使水流冲击水轮轮叶的面积最大。
6.根据权利要求1所述的超低水头排轮式带齿小轮高效能水力发电(抽水)技术，其特征是带齿水轮的齿轮直接和发电(抽水)机机组转轴相切并偶合，发电机机组转轴在带齿水轮的齿轮的最高点与齿轮相切并偶合，抽水机机组转轴在水槽面上与齿轮相切并偶合，带齿水轮的齿轮可以选用套上高强度耐磨橡胶混合物，避免钢铁与钢铁的直接磨擦，抵抗磨损。
7.根据权利要求1所述的超低水头排轮式带齿小轮高效能水力发电(抽水)技术，其特征是发电机房第一层高度为普通洪水水位高度，带齿水轮的半径为能够使得带齿水轮的齿轮和二楼的发电机机组转轴相切并偶合，二楼天花为100年一遇特大洪水水位，使得三楼能够真正防洪避险，带齿水轮的直径略小于水槽渠底到一楼天花的高度。
8.根据权利要求1所述的超低水头排轮式带齿小轮高效能水力发电(抽水)技术，其特征是抽水机机组可以露天安置，不建厂房，抽水机机组水平安置在水槽面上并和大型带齿水轮的齿轮相切并偶合，一台大型带齿水轮前后各安装一台抽水机机组，同时抽水，也可以在水槽中安装三台以上大型带齿水轮。
全文摘要
一种无需高筑坝、大库容，无需考虑移民、排沙、污染、环境保护、水位落差问题的超低水头排轮式带齿水轮高效能水力发电(抽水)技术。在普通江河河道或者溪流渠道中顺势修筑一个水槽，修筑一个斜拦拦水水坝，迫使水流经水槽推动水槽中带齿水轮旋转，带齿水轮同时具有动力、传动、提速的作用，带齿水轮的齿轮直接和发电(抽水)机机组转轴相切并偶合，一步完成发电(抽水)；调节水流速度、流量及偶合齿轮齿数比，就可以控制发电(抽水)的各项技术参数。在水槽中可以安装三台以上带齿水轮同时推动多台发电(抽水)机机组工作。机房一楼为动力层，二楼为发电层，三楼为防洪避险层。一个环保型生态水力发电(抽水)站。
文档编号F03B13/22GK1712700SQ20051007059
公开日2005年12月28日 申请日期2005年5月5日 优先权日2005年5月5日
发明者元德泽 申请人:元德泽