一种履带提水式高效水力发电系统的制作方法
【专利摘要】一种履带提水式高效水力发电系统，设置在水库大坝上：依次沿水库大坝的下游河道一侧且位于河道水位以上、水库大坝顶部两端和水库大坝的上游水库一侧且位于上游水库水位以下设置的定滑轮组，绕在定滑轮组上随定滑轮组的旋转而沿定滑轮组所形成的轨迹移动的水箱输送链条，设置在水箱输送链条上的2个以上的提水水箱，设置在水库大坝上顶端的发电机，发电机通过传动皮带与定滑轮组中位于水库大坝顶部一端的定滑轮连接，下游河道内与设置在水箱输送链条上的提水水箱的底端相对应的设置有挡坎。本发明不采用水轮机发电，而是直接利用上游水库中水体的重力驱动大型履带系统的运动，将上游水库水体下提至下游河道，同时驱动发电机产生高效电能，发电效率高。
【专利说明】一种履带提水式高效水力发电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水力发电设备。特别是涉及一种履带提水式高效水力发电系统。【背景技术】
[0002]水力发电即利用流水所蕴藏的能量生产电能的过程。水力是无污染的可再生能源，用水力资源发电可以节约大量资源量有限的煤炭、石油等矿物燃料，另外水力发电还有长期资源成本较低的优点。中国拥有丰富的水力资源，据2001?2004年普查结果，中国水能资源理论蕴藏量6.89亿kW，技术可开发量4.93亿kW，经济可开发量3.95亿kW。截至2011年底，我国水电装机达到2.3亿千瓦kW，然而水电开发率不到30%，低于世界平均水平。因此，在一个相当长的时期内，大力开发水力资源是实现国民经济可持续发展的重要举措。
[0003]在典型的水力发电站中，水库中的水经泵压流进水力涡轮机，使涡轮机转动，涡轮机再带动发电机来发电。在这种发电方式中，水的势能首先转化成水流的动能，又通过水流冲击涡轮机叶片，推动发电机转动，最终转化成电能。这种发电方式是目前最为成熟且广泛采用的水力发电方式，水体能量转化为机械能的效率在中小型发电机组中一般为70%?80%，大型的机组平均效率可达到80%?90%。然而，这种发电方式同时具有以下缺点:1.自引水隧洞导向水轮机组的水流为高速水，从而导致水流的能量损失，另外从水轮机出流的水流动能将大量损失在下游河道，进一步降低了发电效率；2.发电设施包括引水设施、地下发电厂房、高速水轮机组以及下游泄流设施等，建造结构复杂，工艺要求高，建造费用高，维修困难；3.自水轮机下泄的水流流速较高，含有很高的动能，将对下游河道产生冲刷等不利影响；4.高速水流以及水轮机械的高速运转、以及强烈的流固耦合作用容易引发坝体及附近区域的振动；水轮机运行时还会产生空蚀、磨蚀等现象；5.在低水头的情况，基于水轮机方式的发电效率往往会大大降低。
[0004]针对常规水轮机方式水力发电的上述缺点，近年来不断有新型的水力发电方式提出，例如，发明专利“一种水力发电方法及装置”(申请号:201110038673.2)提供一种利用有水源的山坡坡体顺势而建的不需筑坝蓄水的水力发电方法及装置；发明专利“活塞式水轮机”(申请号:201110250052.0)设置了由两组活塞组成的水轮机，两组活塞共有一个曲轴，两组活塞一上一下工作，由水压推动活塞做功，并带动发电机，产生电能；实用新型“水力发电产生极高效率的方法及装置”(申请号:200920150267.3)提出了一种新型活塞、环保润滑剂和自润滑活塞环，以及一种性能非常优异的新型阀门，即卷帘式节能快速阀和复合型卷帘式节能快速阀，用于提高水力发电效率；此外，还有一类浮管式水力发电机发电方式，该方式不需拦水筑坝，直接利用江河、洋流、潮汐自然之流水动力，通过悬浮在水中的管状提速装置，加快进入机内自然流水的速度，冲击水轮机、带动发电机，发出电能。
[0005]上述各新型水力发电装置均经过了较巧妙的设计，然而至目前为止，实际工程上采用的绝大多数仍然是传统的水轮机发电方式，其主要原因是新型的水力发电方式往往设计过为复杂，在应用于大规模发电工程中时，往往机械加工等相关技术不够成熟(例如活塞式发电装置中，大型活塞在高压作用下的泄露等问题)，或者是发电效率不够高(例如浮管式水力发电，不可避免有大量水流动能向下游河道流失)。正是由于新型技术仍然不够成熟，基于新的思路和力学原理提出新的水力发电概念和模式，并且让其在实际应用中接受检验和验证仍然是十分必要的。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是，提供一种不采用水轮机发电，而是直接利用上游水库中水体的重力驱动大型履带系统的运动，将上游水库水体下提至下游河道，同时驱动发电机产生高效电能的履带提水式高效水力发电系统
[0007]本发明所采用的技术方案是:一种履带提水式高效水力发电系统，设置在水库大坝上，包括:依次沿水库大坝的下游河道一侧且位于河道水位以上、水库大坝顶部两端和水库大坝的上游水库一侧且位于上游水库水位以下设置的定滑轮组，绕在所述定滑轮组上随定滑轮组的旋转而沿定滑轮组所形成的轨迹移动的水箱输送链条，设置在水箱输送链条上的2个以上的提水水箱，设置在水库大坝上顶端的发电机，所述发电机通过传动皮带与定滑轮组中位于水库大坝顶部一端的定滑轮连接，所述的下游河道内与设置在所述的水箱输送链条上的提水水箱的底端相对应的设置有挡坎。
[0008]所述的定滑轮组包括有设置在下游河道水位以上的水库大坝上的第一主定滑轮，设置在上游水库水位以下的水库大坝上的第二主定滑轮，设置在水库大坝顶部位于下游河道一端上的第一动滑轮和设置在第一动滑轮斜上方的第二动滑轮，设置在水库大坝顶部位于上游水库一端上的第三动滑轮和设置在第三动滑轮斜上方的第四动滑轮，其中所述的第一动滑轮通过传动皮带与所述发电机连接。
[0009]所述的提水水箱包括有水箱壳体，形成在水箱壳体上端的排气孔，设置在水箱壳体底部开口处的泄水底阀，以及设置在水箱壳体上用于将所述的水箱壳体连接在所述的水箱输送链条上的绳索。
[0010]所述的泄水底阀包括有铰接在水箱壳体底部开口一侧的铰接件，一体形成在所述铰接件上用于封堵所述水箱壳体底部开口的封盖，一体形成在所述铰接件上且位于所述封盖下方的并在下游河道内的挡坎的作用下用于打开水箱壳体底部开口的封盖的触杆。
[0011]本发明的一种履带提水式高效水力发电系统，不采用水轮机发电，而是直接利用上游水库中水体的重力驱动大型履带系统的运动，将上游水库水体下提至下游河道，同时驱动发电机产生高效电能。本发明的这种利用水体向低水位的平动产生电能，具有发电效率高、结构设计简单等明显优势。具有如下有益效果是:
[0012]1.发电效率高:本发明直接利用水体的重力做功，发电原理简单，与传统水轮机发电方式相比，不会产生高速水流，因此避免了水流向下游流失过多的动能。本发明的水体重力势能转化为驱动发电机的机械能时，能耗损失主要有以下几个方面:能耗损失=循环系统水体动能+水箱在水库内运行的水流阻力损失+传动系统摩擦耗能。通过增大水箱体积并减慢履带运动速度，能够减小循环系统水体动能，以及水箱在水库内运行的水流阻力损失；此外，优化水箱的几何外形也能够有效减小水箱在水库内运行的水流阻力损失；传动系统摩擦耗能可以通过改进机械结构细节设计、润滑等措施降至最低。优化后的整体发效率通够达到95%以上。[0013]2.建造、维修简单:本发明引入履带运动系统，用来翻越大坝，因此不需在坝体内部开挖引水隧洞等，对于已建成的、无预设发电功能现有大坝，只需在坝体外侧安装定滑轮系统即使可，不会影响原有坝体的结构稳定性和可靠性。因此结构建造简单，维修方便，且不会因引水系统封闭不好产生水流泄露等不利现象；
[0014]3.建造、运行成本低:因不需坝体内部开挖引水隧洞、建造地下发电厂房等，只需制作、安装履带运动系统，建造成本与传统水轮机方式相比相常低；另外，发电机系统可安装于坝体顶部，与地下厂房相比，建造、运行成本大大降低；此外，由于省去了高速运转的大型水轮机械，也节省了不少机械设备成本；
[0015]4.对周围环境影响较小:本发明的水力发电技术不需高速水流冲击水轮机，因此避免了由此带来的厂房和坝体振动以及相当的噪声问题，此外水箱水体缓慢释放到下游河道，不会对下游河道产生大量冲刷。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的履带提水式高效水力发电装置的整体示意图；
[0017]图2是本发明中提水水箱的结构示意图；
[0018]图3是图2中泄水底阀的结构示意图；
[0019]图4是本发明中提水水箱工作过程的示意图。
[0020]1:水库大坝2:定滑轮组
[0021]3:提水水箱4:水箱输送链条
`[0022]5:传动皮带6:发电机
[0023]7:挡坎8:水
[0024]21:第一主定滑轮22:第二主定滑轮
[0025]23:第一动滑轮24:第二动滑轮
[0026]25:第三动滑轮26:第四动滑轮
[0027]31:水箱壳体32:排气孔
[0028]33:泄水底阀34:绳索
【具体实施方式】
[0029]下面结合实施例和附图对本发明的一种履带提水式高效水力发电系统做出详细说明。
[0030]本发明的一种履带提水式高效水力发电系统，利用一组提水水箱以及一个履带循环系统，让上水游水库内具有较高重力势能的水体，以类似乘坐“电梯”的方式，缓慢地提至下游河道，并在最低点处释放水体，履带系统转动的同时驱动发电机产生电能。
[0031]如图1所示，本发明的一种履带提水式高效水力发电系统，设置在水库大坝I上，包括:依次沿水库大坝I的下游河道一侧且位于河道水位以上、水库大坝I顶部两端和水库大坝I的上游水库一侧且位于上游水库水位以下设置的定滑轮组2，绕在所述定滑轮组上随定滑轮组的旋转而沿定滑轮组所形成的轨迹移动的水箱输送链条4，设置在水箱输送链条4上的2个以上的提水水箱3，设置在水库大坝I上顶端的发电机6，所述发电机6通过传动皮带5与定滑轮组中位于水库大坝I顶部一端的定滑轮连接，所述的下游河道内与设置在所述的水箱输送链条4上的提水水箱3的底端相对应的设置有挡坎7。
[0032]所述的定滑轮组2包括有设置在下游河道水位以上的水库大坝I上的第一主定滑轮21，设置在上游水库水位以下的水库大坝I上的第二主定滑轮22，设置在水库大坝I顶部位于下游河道一端上的第一动滑轮23和设置在第一动滑轮23斜上方的第二动滑轮24，设置在水库大坝I顶部位于上游水库一端上的第三动滑轮25和设置在第三动滑轮25斜上方的第四动滑轮26，其中所述的第一动滑轮23通过传动皮带5与所述发电机6连接。
[0033]如图2所示，所述的提水水箱3包括有水箱壳体31，形成在水箱壳体31上端的排气孔32，设置在水箱壳体31底部开口处的泄水底阀33，以及设置在水箱壳体31上用于将所述的水箱壳体31连接在所述的水箱输送链条4上的绳索34。该提水水箱3能够在进入水库内自动装满水体，并在水箱运动至下游河道最低点时自动泄空水体。
[0034]如图3所示，所述的泄水底阀33包括有铰接在水箱壳体31底部开口一侧的铰接件331，一体形成在所述铰接件331上用于封堵所述水箱壳体31底部开口的封盖331，一体形成在所述铰接件331上且位于所述封盖331下方的并在下游河道内的挡坎7的作用下用于打开水箱壳体31底部开口的封盖331的触杆333。
[0035]在上述结构的本发明的一种履带提水式高效水力发电系统中，水库大坝1、下游河道和上游水库构成了用于提供水力发电所必需的作用水头。定滑轮组2、水箱输送链条4构成水箱输送机构，通过带动提水水箱3的循环运动，将提水水箱3携带具有较高重力势能的上游水库的水缓慢送至下游河道，即将装满水的提水水箱3向下游河道输送，并通过定滑轮组的转向功能，形成连续的履带式运动，而将泄空后的提水水箱3输送回上游水库一侧，以便进入下一个循环。第一动滑轮23、发电机6和传动皮带5构成了用于驱动发电机产生电能的发电机构。
[0036]本发明的一种履带提水式高效水力发电系统，的工作过程包括如下步骤:
[0037]( I)通过水箱输送机构使提水水箱3进入上游水库，提水水箱3底部的泄水底阀33在水体顶托力作用下打开，提水水箱3内空气由排气孔32排出，提水水箱3内充满水。
[0038](2 )提水水箱3绕过水库侧定滑轮组2后，提水水箱3的泄水底阀33关闭，提水水箱3携带水体上升；
[0039](3)充满水的提水水箱3绕过水库大坝I上方的定滑轮，在重力的驱动下，与水箱输送链条4共同下降，同时驱动发电机以及整个履带系统的运转；
[0040](4)提水水箱3到达下游河道中最低点后，提水水箱3底部的泄水底阀33接触预设的挡坎7，自动打开并释放提水水箱3内水体，如图4所示；
[0041](5)放空后提水水箱3在水箱输送链条4的带动下，继续向上运动，并绕过水库大坝I上方的定滑轮，最终重新进入上游水库:
[0042]( 6 )重新进入步骤(I)，完成整个系统的循环运行。
【权利要求】
1.一种履带提水式高效水力发电系统，设置在水库大坝(I)上，其特征在于，包括:依次沿水库大坝(I)的下游河道一侧且位于河道水位以上、水库大坝(I)顶部两端和水库大坝(I)的上游水库一侧且位于上游水库水位以下设置的定滑轮组(2)，绕在所述定滑轮组上随定滑轮组的旋转而沿定滑轮组所形成的轨迹移动的水箱输送链条(4)，设置在水箱输送链条(4)上的2个以上的提水水箱(3)，设置在水库大坝(I)上顶端的发电机(6)，所述发电机(6)通过传动皮带(5)与定滑轮组中位于水库大坝(I)顶部一端的定滑轮连接，所述的下游河道内与设置在所述的水箱输送链条(4)上的提水水箱(3)的底端相对应的设置有挡坎(7)。
2.根据权利要求1所述的一种履带提水式高效水力发电系统，其特征在于，所述的定滑轮组(2)包括有设置在下游河道水位以上的水库大坝(I)上的第一主定滑轮(21)，设置在上游水库水位以下的水库大坝(I)上的第二主定滑轮(22)，设置在水库大坝(I)顶部位于下游河道一端上的第一动滑轮(23)和设置在第一动滑轮(23)斜上方的第二动滑轮(24)，设置在水库大坝(I)顶部位于上游水库一端上的第三动滑轮(25)和设置在第三动滑轮(25)斜上方的第四动滑轮(26)，其中所述的第一动滑轮(23)通过传动皮带(5)与所述发电机(6)连接。
3.根据权利要求1所述的一种履带提水式高效水力发电系统，其特征在于，所述的提水水箱(3)包括有水箱壳体(31 )，形成在水箱壳体(31)上端的排气孔(32)，设置在水箱壳体(31)底部开口处的泄水底阀(33)，以及设置在水箱壳体(31)上用于将所述的水箱壳体(31)连接在所述的水箱输送链条(4)上的绳索(34)。
4.根据权利要求3所述的一种履带提水式高效水力发电系统，其特征在于，所述的泄水底阀(33)包括有铰接在水箱壳体(31)底部开口一侧的铰接件(331 )，一体形成在所述铰接件(331)上用于封堵所述水箱壳体(31)底部开口的封盖(331 )，一体形成在所述铰接件(331)上且位于所述封盖(331)下方的并在下游河道内的挡坎(7)的作用下用于打开水箱壳体(31)底部开口的封盖(331)的触杆(333 )。
【文档编号】F03G3/00GK103452776SQ201310430245
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】许栋, 白玉川, 徐海珏, 宋晓龙 申请人:天津大学