水平面流增速型发电站、动力站、水源站及其海上浮城的制作方法
【专利说明】水平面流增速型发电站、动力站、水源站及其海上淳城
[0001] 本发明属水利机械领域，是利用运动转换定律和贝努利（Bernoulli)方程由设 置在专用船舶或海上浮城上的水平面增速型水洞3将自然水流速度V1 < lm/sec增至 V2 > 200m/sec的高速水源推动透平2,并带动发电机1形成的发电站；由透平2带动各种 负荷机械形成的动力站；及由增速型水洞3的出口 6(或经环形进水总管22)与扬程管26 相连接形成的水源站，该站不需要其他动力装置及水泵可将渤海之水提升向西灌向新疆塔 克拉玛干沙漠，或将大西洋之水提升向东灌向北非沙哈拉沙漠，以彻底改善全球气候条件。 故本发明可以代替为数不多的高位水坝，使广泛的江河海洋的平面水流动力转化为取之不 尽的廉价、清洁且可持续的能源，是第三次工业革命的重大主题项目。
[0002] -种水力发电站，特别是一种江、河、海、洋动压水力发电站，其特征为：一种单台 机组功率在< 1000KW至> 1000000KW的水洞增速型水力发电站的基本元件带有发电机1、 水力透平2的水源进口处设置一个或数个使江、河、海、洋平面流水的自然流速V 1 < lm/sec 增至V2 > 200m/sec的增速型水洞3的出口 6,增速型水洞3的横向断面壳体具有周向密闭 性其进口 5始终处于水面以下，其截面积Fl >>F2--出口 6并具有使发电机恒速运动的 径向或周向局部开口调整装至，增速型水洞3的出口 6它的位置可以在进口 5相同平面也 可是其上方或下方位置。增速型水洞3的横断面壳体可以是圆形、方型、椭圆形，水力透平 2的安置基座15是海上浮城或专用船舶4上的一个平台，每个增速型水洞3的进口 5及出 口 6都有各自的开闭且可调节的门16和17。增速型水洞3的纵向轴线可以是直线型、相 同平面螺旋型、等角或不等角螺线型，不同平面具有轴向导角型，为使海上浮城或专用船舶 4左、右两方的水冲压力相平衡以双台机组为佳，当海上浮城或专用船舶4与水下桩塔9以 固结方式相联接时，每个水力透平2的径向设置1个及1个以上的信流方向的增速型水洞 3。当海上浮城或专用船舶4可以回绕水下桩塔9的轴线旋转以迎合水流方向时，则每台水 力透平2设施一个增速型水洞3,这时海上浮城或专用船舶4底部的重心部位与水下桩塔 9的顶部以巨型且有可轴向移动的球绞轴承10相联接，以及为平衡海浪冲击增加对船舶左 右弦的倾翻的稳定性在左右两弦设置一定吃水深度附体的专用船舶4,其特大者面积可达 若干平方公里，可供大量人口居住且含有交通及农、工、商业设施的海上浮城4,本发明可供 立式、卧式水力透平，它的水流动压增速型水洞3的出口水流速度分别可达60~120m/ sec 的别通（pelton)透平（含单喷口和多喷口透平），水流速度在20~117m/sec间的弗伦西 斯（Franeis)透平和达纳尔（Diagonal)透平，和水流速度达（5~32m/sec的怖尔勃（Bulb) 透平和标准s型透平，当作为发电站时由透平轴带动发电机、当作为动力站时由透平轴带 动各类负荷机械、当作为水源站时可将增速型水洞3的出口 6 (或经环形进水总管22)与扬 程管26相接将水扬注入引水河床27。如将渤海之水提升向西灌向新疆塔克拉玛干沙漠 作为浮游式海上浮城或专用船舶设置的它驱式船舶螺旋推进器及其动力传动装置，与 锚链21相联接的水底地面地桩群19,供与海底输配电缆相联接的灯塔式活动供电枢纽。 当采用海上浮城特别多台枢纽发电机组时，各透平发电机组的中心呈圆形布置，其径 向以进流管24与环形进流总管22相联接，其外侧通过增速型水洞出口 6与增速型水洞3 相联接，各个水力透平2的出水由各自的卸流管（槽）25卸向环形流管（槽）23或各自卸 向自由水面，及具有上述诸设施的海上浮城。
[0003] 作为海上浮城的枢纽发电站其水力透平2、发电机1的数量可以是数台或数十台 及其电站所属供蓄变电系统。
[0004] 增速型水洞3的材料含：钢结构型、复合或单层钢板型、工程塑料、铝合金。
[0005] 海上浮城或专用船舶4的周向的制动装置的传动方式可由独立电源之动力源的 原动机（柴油机或独立电源之电动机）驱动具有自锁性能的减速机（如蜗轮付）其慢速轴 带动滚筒上的钢丝绳11的两端以多箍的方式缠绕于水下桩塔9的外缘，周向制动装置接受 水流方向讯号将海上浮城或专用船舶4定位于某个方向。
[0006] 巨型径向轴承10由内圈12的内径固结于桩塔9的外缘，其外径与中圈13的内径 间具有间隙，并可以上下移动，中圈13的外径是一种凸形的球形体，它与具有凹形球形体 的外圈14的内圈12相配合，外圈14的外径固结在安置基座15上。
[0007] 海上浮城或专用船舶4的左右弦之平台与船体之联结可以是焊接整体，也可以是 群铰链联体，其与桩塔9的联结可以是球形径向的轴承10相联结，也可以是固结模式，桩塔 9的数量及位置因地适宜地设施。
[0008] 作为浮游式海上浮城或专用船舶设置的它驱式船舶螺旋推进器及其动力传动装 置，与锚链21相联接的水底地面地桩群19,供与海底输配电缆相联接的灯塔式活动供电枢 纽。
[0009]
【背景技术】： 我国的水轮机的发明及利用已经有几千年的历史，它们大都是一种径向流的水力动力 机，用于农业加工及灌溉如今在有水源的山区有一定数量存在，它是我国古代文明的一种 象征和骄傲。 世界水轮发电机具有悠久的历史，据报导：一位法国工程师勃诺突福尼龙（Benoit Foumey-ron)在1830年设计了一台功率约50KW的水轮发电机，其转速为2300r. p. m效率超 过 80%。 美国工程师卓米.皮.弗伦西斯（James B Francis)首次设计了径向流水轮发电机， 得到广泛的利用，其水力压头在10~l〇〇m。别通透平（Peloton turbine)是以美国发明者 莱斯突.A.别尔通名命的，它是一种多叶片径向流的装置，喷口可以使单个或多个，其水力 压头可高达2000m。
[0010] 在现今技术中，水轮机的水源都是以高位水的静压作为动力源的。如〈Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbo machinery) 一 书 P. 307 所述别通透平 (Peloton)的水压头为200~2000m，弗伦西斯（Francis)透平的压头为50~700m ;达纳 尔（Diagonal)透平的水压头为5~50m，本发明将其转化为相应的水流速度m/sec。
[0011] 本发明原理： 本发明的原理之一是利用流体力学的贝努利（Bernoulli)方程和运动转换定律〈 详见 E. Μ. ΦΑΤΕΕΒ 著 BETPO A BM Γ ATE Ji M η BETPOyCTAHOBkMp 19 中的运动转换定律 (3akoH 〇 6 paIHeH η fl a BM ac eHM fl FlVl = F2V2 = const) > 将平流状态的水的自然流 速V1 < lm/sec提升到现今技术中各类透平的水位静压压头相应水平，即V2 = 10~200m/ sec，此定律的最终表达式为F1V1 = F2V2 =常数，式中=F1V1是增速型水洞（1)的进口（5)的 截面积和水的流速，F 2V2为增速型水洞（1)的出口（6)的截面积和水的流速，上式表明增速 型水洞3的各个断面上水流质量m相等，而动能E=imv2则各不相同。 2 水的动压流速V与静压高度的转换式是众所周知的h-为静压高度m，g-为 落体加速度9. 81m/sec2,由上式可知，如我国三峡水电站水库水面高176m，若其净落差为 120m，则其速度为48m/sec。 水电和风电一样，均属于流体力学的运用范畴，故他们激动盘的单位面积功率都是与 速度V3成正比，所不同的是两者密度P值不同，水之密度P = 1000kg/m3,空气为1.25kg/ m3,故水的单位重量是空气的^=800倍。而地球表面积上大部是海洋，而月亮姐姐时时 刻刻在摆弄海洋潮汐流动，相对而言江河的高位水库的储量是有限的，故开发海洋潮汐发 电更是在绿色能源开发的一个大项，也应该是第三次工业革命的主流项。
[0012] 这种江、河、湖、海洋动压水力发电站的特征为：运用运动转换定律在其基本元件 带有发电机1、水力透平2的水源进口处设置一个或数个使江、河、湖、海洋平向流水的自然 流速V1彡lm/sec增至V2彡200m/sec的增速型水洞3,其出/进口动能的增值为 ，如上数I = 2002 = 40 0 00倍，它可以广泛代替为数甚少的高位水坝，使广泛的海洋江河的 潮汐平流成为取之不尽的能源，既廉价、清洁，而且是可持续，是第三次工业革命的主题项 目。
[0013] 本发明优点： 本发明属绿色能源，分布最广储能源最多的可持续发展项目，只要河流在流淌、月球还 在绕地运动，这种能量即生生不息，取之不尽，用之不竭，而当地球陆地人口密度过大时，向 海洋上具有本发明装置的海上浮城移居应该是一个很好的选项，而即使是一种本发明的专 用装置的专业船舶，它可以通过海底电缆向陆地供电。
[0014] 本发明与依赖高水位、大落差、拦河坝式发电站相比，就增速型水洞（3)的结构而 言其投资费用是很小的，而若一个本发明的专用船舶上装有2台700MW的