专利名称：可持续循环的水力发电方法及发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可持续循环的水力发电方法及发电系统，属于水力发电技术领域。
背景技术：
现有的水力发电方法，一般是依靠江河湖泊的天然地势落差修建水坝，蓄积水能， 靠水流下泄时的能量推动水轮机来带动发电机发电。该发电方法对江河湖泊的自然条件 (如地势、水的流量、泥沙含量等)要求也比较高，所以对江河湖泊的选择非常重要，对适合搞水力发电的江河湖泊一般都需要修建水库、水坝进行蓄水、调水、调沙、控制水流释放量等，建设成本高、技术含量高、建设工期长，最终的发电成本也较高；还有一种水力发电方法，是利用虹吸原理进行发电，该方法是在河流上建一个大型的水管，水管的取水口埋在河水中，水管从取水口向上延伸形成一个高点，再向下折，水管的排水口低于取水口，形成“虹吸”，当水管中储满水后，河水会从水管的取水口源源不断地流向排水口，水轮机的叶轮设在水管的低处，利用流过水管的水的能量进行发电。该方法在德国已经应用。该发电方法， 相对于前述第一种发电方法，建设成本、发电成本都比较低。但在该发电方法中，发电机组集中设置在水管的低处(一般只能设置一套水轮机)，对水流的利用率低；水管的排水口是开放的，发完电的水，被从排水口排掉(引到其它水利设施中使用)，或引回到河流的下游， 就水力发电而言，对水能的浪费较大。上述两种发电方式，均受气候影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种不需依靠天然地势落差、不受气候影响而进行水力发电、发电成本低、建设成本低、发电效率高的可持续循环的水力发电方法及发电系统。本发明的方法是首先设置一个水塔，水塔的底部设一个或一个以上的排水口，在每个排水口上连接一个水管，水管斜向朝下延伸到一个低点形成向下的下冲段，再转弯过渡后斜向朝上转弯形成回流段，回流段与水塔的腰部连接，且水管回流段伸入水塔内，并光滑转弯向水塔底部方向延伸，水塔与每个水管构成均一个闭合的环形水路循环系统，在水塔的每个排水口均设有排气管，排气管的管口向上，其顶部高于水塔内设定的最高水位线， 在排气管的管口设有单向排气阀，在水塔的每个排水口处设有一台增压水泵，在每个水管的进水口处设有阀门；在水管的下冲段沿水管轴线方向，在水管的两侧由高到低间隔地开有长孔，在每个长孔外设置一台涡轮机，涡轮机的涡轮箱密封安装在水管的长孔处，涡轮机的涡轮安装在涡轮箱箱体中并伸到长孔内，其伸到长孔内的距离大于水管直径的1/3，小于水管直径的1/2 ；涡轮机涡轮的两侧的输出轴均伸出涡轮箱箱体外，在输出轴上装有涡轮机的主动轮，每个涡轮机的主动轮均带一台或一台以上发电机；水塔注满水，并在水面上设置一个漂浮板，漂浮板上放置有恒重物体，以增加水压；发电时，开启至少一个水管的进水口处的阀门，同时开启与该水管的进水口对应的增压水泵，水流沿水管下泄，拨击涡轮机的涡轮，由涡轮机带动发电机发电，下泄的水流在增压水泵的作用下，沿水管的回流段流回水塔，实现水流的持续循环。为了使水流顺利循环，在水管的回流段设有喷水机。实现本发明的发电方法的发电系统包括水塔、水管、涡轮机、发电机，其特征是在水塔的底部设一个或一个以上的排水口，在每个排水口上连接一个水管，水管斜向朝下延伸到一个低点形成向下的下冲段，再转弯过渡后斜向朝上转弯形成回流段，回流段与水塔的腰部连接，且水管回流段伸入水塔内，并光滑转弯向水塔底部方向延伸，水塔与每个水管构成均一个闭合的环形水路循环系统，在水塔的每个排水口均设有排气管，排气管的管口向上，其顶部高于水塔内设定的最高水位线，在排气管的管口设有单向排气阀，在水塔的每个排水口处设有一台增压水泵，在每个水管的进水口处设有阀门；在水管的下冲段沿水管轴线方向，在水管的两侧由高到低间隔地开有长孔，在每个长孔外设置一台涡轮机，涡轮机的涡轮箱密封安装在水管的长孔处，涡轮机的涡轮安装在涡轮箱箱体中并伸到长孔内，其伸到长孔内的距离大于水管直径的1/3，小于水管直径的1/2 ；涡轮机涡轮的两侧的输出轴均伸出涡轮箱箱体外，在涡轮的两侧的输出轴上各装有一个涡轮机的主动轮，每个涡轮机的每个主动轮均带一台或一台以上发电机。在上述发电系统的每个水管的回流段均设有喷水机，喷水机可以是水泵或其它提水设备；在上述发电系统的每个涡轮机涡轮的两侧的输出轴上安装有自动靠轨式助力装置。本发明的优点是不需依靠天然地势落差、不受气候影响而进行水力发电、发电成本低、建设成本低，利用水流的拨击力进行发电，改变了传统的靠水流的冲击力进行发电的模式，发电效率高，且水塔中的水可持续循环进行发电。另外，发电量的规模可以通过对水塔、水管、涡轮、助力装置、增压水泵等的个别加大设计或同时加大设计，来达到设计要求。
图1是本发明的整体结构示意图；图2是涡轮机带发电机的平面示意图；图3是涡轮机带发电机的结构示意图；图4是涡轮机的结构示意图；图5是自动靠轨式助力装置的平面示意图；图6是自动靠轨式助力装置的结构示意图；图7是涡轮机涡轮的主视图；图8 是涡轮机涡轮的俯视图；图9是喷水机的平面示意图；图10是喷水机的结构示意图。
具体实施例方式参照附图，首先建一个水塔1，水塔1最佳建设位置应选在离河流较近的低洼地带，水塔1的高度最好低于河流的水平面，这样就可以利用河水流动的自然力量将河水引入水塔中。在水塔1的底部设一个或一个以上的排水口(排水口的多少由水塔的容量和容水高度决定)，在每个排水口上连接一个水管5，水管5斜向朝下延伸到一个低点形成向下的下冲段，再转弯过渡后斜向朝上转弯形成回流段，回流段与水塔1的腰部连接，且水管5 回流段伸入水塔1内，并光滑转弯向水塔1底部方向延伸，水塔1与每个水管5构成均一个闭合的环形水路循环系统，在水塔1的每个排水口均设有排气管4，排气管4的管口向上，其顶部高于水塔内设定的最高水位线，在排气管4的管口设有单向排气阀3，在水塔1的每个排水口处设有一台增压水泵7，在每个水管的进水口处设有阀门8 ；在水管5的下冲段沿水管轴线方向，在水管的两侧由高到低间隔地开有长孔，在每个长孔外设置一台涡轮机6，涡轮机6的涡轮箱15密封安装在水管5的长孔处，涡轮机6的涡轮16安装在涡轮箱15箱体中并伸到长孔内，其伸到长孔内的距离大于水管直径的1/3，小于水管直径的1/2 ；涡轮机涡轮16的两侧的输出轴13均伸出涡轮箱箱体外，在输出轴13上装有涡轮机的主动轮12， 每个涡轮机的主动轮12通过皮带传动带一台或一台以上发电机10，涡轮机涡轮的优选结构是做成涡齿状，即涡轮主体为圆盘形，在圆盘的侧壁环绕圆盘设置凹形水槽30，且涡轮主体圆盘可以做成空心。当一个涡轮机的主动轮12同时带动多台发电机时，应在涡轮机涡轮的两侧的输出轴13上安装自动靠轨式助力装置20，该助力装置20应满足当涡轮机涡轮输出的力足够带动发电机时，助力装置自动脱离助力状态，当涡轮机涡轮输出的力不足时，助力装置启动进行助力。自动靠轨式助力装置20包括双输出轴电动机沈、三角形面板21、飞轮17、主皮带轮25，双输出轴电动机沈固定安装在发电机箱体上，在发电机箱体的两侧甲板11上通过定位轴承观各安装一个三角形面板21，三角形面板21是在其一个角部用第一定位栓36与定位轴承观固定的，在三角形面板21的另外两个角部，一个角部挂有弹簧24，弹簧M的另一端与固定在发电机箱体甲板上的第二定位栓27固定，另一个角部同轴设有从动皮带轮23 和弹性胶轮22，在三角形面板21上装有与发电机箱体甲板保持平衡的活动轮21 ；飞轮17 为边缘厚、中间薄的圆盘形轮，飞轮17的直径大于涡轮机涡轮16的直径，飞轮17通过轴承安装在涡轮机涡轮输出轴上，用螺栓19固定，并与弹性胶轮22相结合；双输出轴电动机沈的每个输出轴上均安装有皮带轮25，皮带轮25与三角形面板21上的从动皮带轮23用皮带连接。双输出轴电动机26靠操作人员人工控制或通过电控装置自动控制。当双输出轴电动机26得电工作时，通过皮带传动带动弹性胶轮22转动，弹性胶轮22通过摩擦力推动飞轮17加速旋转，从而给涡轮机助力(涡轮机工作时飞轮17本身会随输出轴13的转动而转动)。由于飞轮17为边缘厚、中间薄的圆盘形轮，所以飞轮17旋转后会产生惯性离心力，电动机26加飞轮17的离心力的共同作用，将会大大的降低助力装置的能耗，从而达到节能的目的。发电时，将水塔1注满水，并在水面上设置一个漂浮板2，漂浮板2上放置有重物 9，以增加水压；开启至少一个水管5的进水口处的阀门8，同时开启与该水管的进水口对应的增压水泵7，水流沿水管5下泄，拨击涡轮机的涡轮16，由涡轮机带动发电机10发电，下泄的水流在增压水泵7的作用下，沿水管的回流段流回水塔1，实现水流的持续循环，为了使下泄的水流能够顺利回流到水塔，在发电系统的每个水管的回流段均设置喷水机，喷水机可以是水泵或其它提水设备。本发明优选的喷水机的结构如附图9、10所示。其结构包括一台双输出轴电动机35、管状外壳31，在双输出轴电动机35的每个输出轴上装有一个皮带轮36，在管状外壳31的外壁上设有与双输出轴电动机的皮带轮36相对应的两组双槽皮带轮33，双输出轴电动机35与管状外壳31间由皮带传动，在管状外壳31的内壁上连接有螺旋状水叶片38，在管状外壳的两端安装有轴承37、轴承套32。喷水机通过其两端的轴承套32连接到水管5上。其工作时，启动双输出轴电动机35，电动机带动管状外壳31旋转，从而带动螺旋状水叶片38，推动水流前进。喷水机的螺旋状水叶片38在水管中水流的冲击下会产生自转，且工作时对水管中的水会产生旋挤的作用，从而产生了降耗的效应。本发明的增压水泵开启后，对水管中的水流有“朝下”加速喷射的作用，加之，水塔的水面上设置的重物的压力的作用共同加速了水流的循环，达到了节能的目的。 上述本发明中的所有传动系统，不限于皮带轮，也可以用链轮传动系统、齿轮传动
系统或其它传动系统所替代。
权利要求
1.一种可持续循环的水力发电方法，其特征是首先设置一个水塔，水塔的底部设一个或一个以上的排水口，在每个排水口上连接一个水管，水管斜向朝下延伸到一个低点形成向下的下冲段，再转弯过渡后斜向朝上转弯形成回流段，回流段与水塔的腰部连接，且水管回流段伸入水塔内，并光滑转弯向水塔底部方向延伸，水塔与每个水管构成均一个闭合的环形水路循环系统，在水塔的每个排水口均设有排气管，排气管的管口向上，其顶部高于水塔内设定的最高水位线，在排气管的管口设有单向排气阀，在水塔的每个排水口处设有一台增压水泵，在每个水管的进水口处设有阀门；在水管的下冲段沿水管轴线方向，在水管的两侧由高到低间隔地开有长孔，在每个长孔外设置一台涡轮机，涡轮机的涡轮箱密封安装在水管的长孔处，涡轮机的涡轮安装在涡轮箱箱体中并伸到长孔内，其伸到长孔内的距离大于水管直径的1/3，小于水管直径的1/2 ；涡轮机涡轮的两侧的输出轴均伸出涡轮箱箱体外，在输出轴上装有涡轮机的主动轮，每个涡轮机的主动轮均带一台或一台以上发电机； 水塔注满水，并在水面上设置一个漂浮板，漂浮板上放置有恒重物体，以增加水压；发电时， 开启至少一个水管的进水口处的阀门，同时开启与该水管的进水口对应的增压水泵，水流沿水管下泄，拨击涡轮机的涡轮，由涡轮机带动发电机发电，下泄的水流在增压水泵的作用下，沿水管的回流段流回水塔，实现水流的持续循环。
2.一种实现权利要求1所述的一种可持续循环的水力发电方法的发电系统，包括水塔、水管、涡轮机、发电机，其特征是在水塔的底部设一个或一个以上的排水口，在每个排水口上连接一个水管，水管斜向朝下延伸到一个低点形成向下的下冲段，再转弯过渡后斜向朝上转弯形成回流段，回流段与水塔的腰部连接，且水管回流段伸入水塔内，并光滑转弯向水塔底部方向延伸，水塔与每个水管构成均一个闭合的环形水路循环系统，在水塔的每个排水口均设有排气管，排气管的管口向上，其顶部高于水塔内设定的最高水位线，在排气管的管口设有单向排气阀，在水塔的每个排水口处设有一台增压水泵，在每个水管的进水口处设有阀门；在水管的下冲段沿水管轴线方向，在水管的两侧由高到低间隔地开有长孔， 在每个长孔外设置一台涡轮机，涡轮机的涡轮箱密封安装在水管的长孔处，涡轮机的涡轮安装在涡轮箱箱体中并伸到长孔内，其伸到长孔内的距离大于水管直径的1/3，小于水管直径的1/2 ；涡轮机涡轮的两侧的输出轴均伸出涡轮箱箱体外，在涡轮的两侧的输出轴上各装有一个涡轮机的主动轮，每个涡轮机的每个主动轮均带一台或一台以上发电机。
3.根据权利要求2所述的发电系统，其特征是涡轮机涡轮的主体为圆盘形，在圆盘的侧壁环绕圆盘设置凹形水槽。
4.根据权利要求2所述的发电系统，其特征是在发电系统的每个水管的回流段设有喷水机。
5.根据权利要求3所述的发电系统，其特征是喷水机包括一台双输出轴电动机、管状外壳，在双输出轴电动机的每个输出轴上装有一个皮带轮，在管状外壳的外壁上设有与双输出轴电动机的皮带轮相对应的两组双槽皮带轮，双输出轴电动机与管状外壳间由皮带传动，在管状外壳的内壁上连接有螺旋状水叶片，在管状外壳的两端安装有轴承、轴承套。
6.根据权利要求2、3、4或5所述的发电系统，其特征是在发电系统的每个涡轮机涡轮的两侧的输出轴上安装有自动靠轨式助力装置。
7.根据权利要求5所述的发电系统，其特征是自动靠轨式助力装置包括双输出轴电动机、三角形面板、飞轮、主皮带轮，双输出轴电动机固定安装在发电机箱体上，在发电机箱体的两侧甲板上通过定位轴承各安装一个三角形面板，三角形面板是在其一个角部用第一定位栓与定位轴承固定的，在三角形面板的另外两个角部，一个角部挂有弹簧，弹簧的另一端与固定在发电机箱体甲板上的第二定位栓固定，另一个角部同轴设有从动皮带轮和弹性胶轮，在三角形面板上装有与发电机箱体甲板保持平衡的活动轮；飞轮为边缘厚、中间薄的圆盘形轮，飞轮的直径大于涡轮机涡轮的直径，飞轮通过轴承安装在涡轮机涡轮输出轴上， 用螺栓固定，并与弹性胶轮相结合。
全文摘要
本发明涉及一种可持续循环的水力发电方法及发电系统，具体地在一个水塔的底部设排水口，排水口上连接水管，水管斜向朝下延伸到一个低点形成向下的下冲段，再转弯过渡后斜向朝上转弯形成回流段，回流段与水塔的腰部连接，并伸入水塔内，在水管的下冲段沿水管轴线方向，在水管的两侧开有长孔，在每个长孔外设置一台涡轮机，涡轮机的涡轮箱密封安装在水管的长孔处，在涡轮输出轴上装有涡轮机的主动轮，涡轮机的主动轮带一台或一台以上发电机。其优点是不需依靠天然地势落差、不受气候影响而进行水力发电、发电成本低、建设成本低，利用水流的拨击力进行发电，改变了传统的靠水流的冲击力进行发电的模式，发电效率高，且水塔中的水可持续循环进行发电。
文档编号F03B13/06GK102269098SQ20101020141
公开日2011年12月7日 申请日期2010年6月5日 优先权日2010年6月5日
发明者曾满堂, 许汉清 申请人:曾满堂, 许汉清