专利名称：由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统，它由一级重力流水力发电装置与并联多路的多级虹吸流水力发电装置的级联和一个管渠泵水装置组成。属水力发电技术领域。
背景技术：
《多级虹吸水力发电装置组成的水循环发电系统》的发明，开创了水循环发电的先河。但还存在不足之处主要是虹管的高度不能超过10米，虹管的直径也不能做得很大，级数也不能无限止的多。因此，一个《多级虹吸水力发电装置组成的水循环发电系统》所能发的电不可能很多，所发电量就不能满足用电单位的需求。对水循环发电这项技术来说，还有待于进一步的开发和完善。为了满足用电单位大功率的高压电气设备和低压电气设备用电的用电需求，就必须研究出能发不同电压的大中型水循环发电系统。
发明内容
为了克服《多级虹吸水力发电装置组成的水循环发电系统》存在的不足，本发明提出了一种由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统。本发明的目的是这样实现的一种由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统，它由一级重力流水力发电装置与并联多路的多级虹吸流水力发电装置级联和一个管渠泵水装置组成。重力流水力发电装置由一个高位储水池、引水管道、水轮发电机与一个串化并储水池中的一个密封的串化并分路储水池组成。高位储水池的长宽高要比引水管道的直径大很多；引水管道的高度、管径及水轮发电机的大小可根据当地用电量的要求来设定，重力流水力发电装置所发的电，可作为大功率高压电气设备的用电或并网供电。重力流水力发电装置流出的水进入到一个密封的串化并分路储水池，这个密封的串化并分路储水池的出水口处开有N+1个管道孔(N为并联多路的路数)，N+1表示要多开一个管道孔。每个管道孔的直径要略大于并联多路的多级虹吸流水力发电装置虹管的直径，在每个管道孔出口处要安装一个控制水阀，控制水阀的直径也要略大于并联多路的多级虹吸流水力发电装置虹管的直径，并要与串化并储水池中的N个串化并启动虹吸的低位储水池相联，N个串化并启动虹吸的低位储水池要做成可封闭的，其长宽高要比虹管的直径大很多，可储较多的水。对于串化并储水池中的第N+1个串化并启动虹吸的低位储水池不需要做成可封闭的，它不要与并联多路的多级虹吸流水力发电装置的虹管相联，它是畅开的。N+1个串化并启动虹吸的低位储水池的高度要略低于串化并储水池。N个串化并启动虹吸的低位储水池又要与N个多级虹吸流水力发电装置虹管入口相联。为确保并联多路的多级虹吸流水力发电装置每一路在启动时是相互独立的，在N个串化并启动虹吸的低位储水池内要安装一个溢流管道，主要防止N个串化并启动虹吸的低位储水池内的水在启动后会溢出来(N为并联多路的路数)，在N个串化并启动虹吸的低位储水池内安装一个限止水位升高的溢流管道，这个溢流管道要与第N+1个串化并启动虹吸的低位储水池接通，让多余的水通过溢流管道流到第N+1个的串化并启动虹吸的低位储水池里,并在这个串化并启动虹吸的低位储水池内安装一个电动水泵抽水,把水抽到高位储水池，以保障并联多路的多级虹吸流水力发电装置各路的正常启动。并联多路的多级虹吸流水力发电装置由虹管、水轮发电机和配套的储水池组成，虹管的高度(控制在10米以内)、管径及水轮发电机的大小可根据当地用电量的要求来设定，并联多路的路数可以根据总流量小于重力流水力发电装置的流量来设定，还可根据所需用电的多少来设定多级虹吸流水力发电装置级数。并联多路的多级虹吸流水力发电装置所发的电一般是低压电，所发的电量一部分用于水循环系统水泵的供电，另一部分电可作为低压电气设备的用电。并联多路的多级虹吸流水力发电装置虹管的出水口要与下一级虹吸流水力发电装置的储水池相联；每一级虹管的入水口要高于虹管的出水口，每一级虹管的出水口处都有一个控制水量的水阀，并让排出的水直接流入到下一级的储水池内，依次类推。。。直至最 后一级虹吸流水力发电装置虹管排出的水直接流入到一个管渠泵水装置的管渠内。一个管渠泵水装置由储水的管渠和多台电动水泵组成，这个管渠的储水量要大于由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统的用水量。多台电动水泵的抽水流量要大于重力流水力发电装置发电时水的最大流量，多台电动水泵的扬程和吸程也要达到能把水抽到重力流水力发电装置的高位储水池的要求。这个管渠泵水装置主要用于将并联多路的多级虹吸流水力发电装置最后一级排出的水由多台电动水泵抽到第一级的重力流水力发电装置的高位储水池内，从而构成重力流水力发电装置与并联多路的多级虹吸流水力发电装置级联的水循环发电系统，达到水循环发电的目的。由于重力流水力发电装置所用的水轮发电机的直径可做得很大，目前最大的水轮机的直径可做到22米；引水管道的高度仅受水泵的扬程限止，在水泵扬程的范围内引水管道的高度可以选择高一点，目前水泵的扬程可达上百米，在这个基础上决定高位储水池的位置。如果选定了使用大中型的水轮发电机，就可以根据选定的水轮发电机来确定引水管道的直径和高度，同时也就决定重力流水力发电装置的发电量了。由于虹吸流水力发电装置的虹管的高度受大气压的限止，虹管高度不能超过10米，虹管的管径也不能做到很大，这导致了单级虹吸流水力发电装置所发的电是受限止的。为了多发电，就必须采取多级串联后再并联的办法来构建，以达到多发电的目的。要构建一个大中型的水循环发电系统，如果没有多级虹吸流水力发电装置参与发电，积累更多电能用于抽水，水循环发电就没法实现。因此，只有重力流水力发电装置与并联多路的多级虹吸流水力发电装置相结合，才有可能构成一个大中型的水循环发电系统。为了保证整个系统的正常和高效率运行，还必须做到以下几点一是重力流水力发电装置的高位储水池的水位高度必须高于并联多路的多级虹吸流水力发电装置虹管的高度，以便在并联多路的多级虹吸流水力发电装置启动时能正常形成虹吸创造条件。二是在这个系统中，除重力流水力发电装置的高位储水池和并联多路的多级虹吸流水力发电装置的最后一级的管渠不需要做成可密封型的外，其余与多级虹吸流水力发电装置的虹管入口处相联的所有的储水池都要做成可密封的，储水池的长宽高要比虹管的直径大很多。三是重力流水力发电装置的水的流量必须大于并联多路的多级虹吸流水力发电装置的水的总流量，以确保并联多路的多级虹吸流水力发电装置的虹吸的正常运行。四是一个串化并储水池它有二部分组成，一个是串化并分路储水池，一个是串化并启动虹吸的低位储水池。主要用于并联多路的多级虹吸流水力发电装置的启动，当N路多级虹吸流水力发电装置启动完了(N为 并联多路的路数)，就要开启串化并分路储水池第N+1控制水阀，这个控制水阀的水流出来，就要将N个串化并启动虹吸的低位储水池淹没，形成一个串化并储水池。由于重力流水力发电装置的水的流量大于并联多路的多级虹吸流水力发电装置水的总流量，对串化并储水池来说，就会有多余的水，水就会溢出串化并储水池，所以要把多余的水用电动水泵抽到重力流水力发电装置高位水池，以满足水循环的要求。五是要对每级虹吸流水力发电装置的入口处的储水池用附加电动水泵进行适当补水，用于补充水被气化后导致各级储水池内的水的总量的损失。也可以将串化并储水池多余的水通过一组管道向下引水，作为并联多路的多级虹吸流水力发电装置储水池的补水；使用这种补水的方法时，所要补的水要补在一个管渠泵水装置的管渠内。六是并联多路的每一路多级虹吸流水力发电装置要用相同的虹管、水轮发电机和储水池，以便多级虹吸流水力发电装置的虹吸流的正常工作并能发出同样的电。七是为了降低该系统的成本，在水泵扬程许可的情况下，可将并联多路的多级虹吸流水力发电装置的最后一级或前几级的虹吸水力发电装置的水轮机直接驱动水泵抽水到重力流水力发电装置的高位储水池，以减少发电机和电动机的购置成本和能量转换中的损失。八是由于在水泵生产中存在流量大的水泵扬程做不大的问题。如果并联多路的多级虹吸流水力发电装置使用的虹管较粗，水的流量比大，如果所选用的水泵的流量是相同，但扬程达不到要求时，为了解决水流量与扬程的问题时，可采用串化并办法来解决。即在一个大虹吸流的后面接入一个串化并储水池，将一路的大虹吸流转化为并联多路的小虹吸流，即用并联多路的小虹管来替代一个大虹管，以达到用多个小水泵来替代一个大水泵的目的，可顺利地解决水泵扬程与抽水流量之间的矛盾。九是为了尽量提高系统的发电效率，就是要尽量减少由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统的设备成本。说到底，也就是要尽量少用电动水泵抽水，而要多用水轮机来驱动水泵抽水的办法来解决。在此所采取的办法是在由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统中泵水装置改为一个中继泵水装置。这个中继泵水装置由中继储水池、水轮机驱动的水泵和电动水泵组成。假如，所用的系统的水头为30米，就是说要把管渠内的水抽到30米的高处。而用水轮机来驱动水泵抽水的扬程只有15米，这样就没法使用水轮机来驱动水泵抽水了，只有用电动水泵抽水了，用电动水泵抽水的成本就高了。在这种情况下，可以采取接力抽水的办法来解决这个问题。我们可在离地面高15米处建一个中继储水池，先用水轮机来驱动水泵抽水，把水从管渠内抽到15米高的中继储水池内，在中继储水池处再安装扬程有15米的电动水泵抽水，把水接力抽到30米高处的高位储水池内了。通过这种中继方式来抽水,就可以降低电动水泵抽水时的能耗了，所用的电动机的功率也就小了。
如果能用中继抽水的办法来降低系统成本的话，哪就要多用这种办法，目的只有一个就是要尽量减少使用发电机和电动机设备，让由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统的发电效益能达到最大化。我们还可以在中继储水池处附加一个或几个多级虹吸水力发电装置组成的水循环发电系统，用这些附加系统的水轮机来带水泵抽水，替代电动水泵抽水，以进一步减少使用发电机和电动机，使由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统的成本更低。十是由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统的所有的储水池都要安装一个溢流管，防止多余的水从储水池中溢出，影响系统的正常运行而发生事故。
具体实施例方式本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统。它由一级重力流水力发电装置与并联多路的多级虹吸流水力发电 装置的级联和一个管渠泵水装置组成。其特点是一级重力流水力发电装置由一个高位储水池、引水管道、水轮发电机与一个串化并储水池中的一个密封的串化并分路储水池组成。重力流水力发电装置发电时流出的水先进入到一个串化并储水池中的一个密封的串化并分路储水池，由这个密封的串化并分路储水池引出N+1个管道孔(N为并联多路的路数)，在N+1个管道孔又与N+1个的控制水阀相联，其中N个控制水阀与串化并储水池中的N个串化并启动虹吸的低位储水池相联，N个串化并启动虹吸的低位储水池与N个多级虹吸流水力发电装置的虹管入口处相联；并联多路的多级虹吸流水力发电装置的虹管的入口处要高于虹管的出口处，所用的虹管的直径、高度、储水池和水轮发电机要相同；储水池的长宽高要比虹管的直径大很多，在没有启动前都处于封闭状态；并联多路的多级虹吸流水力发电装置的最后一级虹管流出来的水都流入到一个管渠泵水装置内，管渠的设置要尽量围绕重力流水力发电装置的高位储水池的地面附近，以缩短水泵抽水的路径。泵水装置由多台电动水泵或者由多台水轮机直接带动水泵进行抽水，以实现水循环发电的目的。由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统的工作过程对于由重力流虹吸流串并组成的大中型水循环发电系统的启动，一般是采用外电来启动。为了尽量减少使用外电，并能达到启动的目的所采取的办法如下假如，由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统是这样一个系统我们将一个高位储水池安装在离地面30米高处，其中高度20米是用于重力流水力发电装置发电的，而10米的高度是用于10级虹吸流水力发电装置发电的(其中每级高度为I米)，所用的并联的路数为五路，再用一个由多台水泵组成的泵水装置抽水，水泵能将水从地面抽到30米高处的高位储水池内。对这样一个系统，怎样来启动呢？为了方便起见,按步骤运行如下第一步，将由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统的这个管渠泵水装置的管渠灌满水，其水量要大于由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统正常运行的水量。第二步，将串化并储水池中的串化并分路储水池的六个控制水阀关闭。第三步，外电启动第一组电动水泵向重力流水力发电装置的高位储水池抽水，这组电动水泵的抽水流量要大于一路的多级虹吸流水力发电装置的水流量。电动水泵启动后，水进入到重力流水力发电装置，将串化并储水池中的串化并分路储水池、引水管道及高位储水池灌满水。第四步，这时可以将串化并储水池中的串化并分路储水池的六个控制水阀中的第一路的控制水阀打开，让水流入到串化并储水池中第一路的串化并启动虹吸的低位储水池，再流入第一路的10级虹吸流水力发电装置内，使一级一级形成重力流发电状态，这一路的10级虹吸流水力发电装置的水轮发电机开始发电，这时的发电量不大，因为此时还属于重力流发电状态，为了让这一路的10级虹吸流水力发电装置形成虹吸发电，就要将这一路的10级虹吸流水力发电装置的每I级虹管入口处的储水池打开，在大气压的作用下，使每I级的虹吸流水力发电装置形成虹吸流，并立即处于虹吸流发电状态。此时，就完成了第一路的10级虹吸流水力发电装置的启动，使水从最后I级(第10级)的虹吸流水力发电装置的虹管出水口处流入到一个管渠泵水装置的管渠内。第五步，将已启动运行的第一路的10级虹吸流水力发电装置发出的部分电，用来启动第二组电动水泵抽水。
第六步，这时又可以将串化并储水池中的串化并分路储水池的六个控制水阀中的第二路的控制水阀打开，使之第二路的10级虹吸流水力发电装置形成虹吸处于发电状态。第七步，将已启动运行的第二路的10级虹吸流水力发电装置发出的部分电，用来启动第三组电动水泵抽水。依次类推。。。将五路的10级虹吸流水力发电装置全部启动运行，并处于虹吸流的发电状态。最后第二步，将已启动运行的第五路的10级虹吸流水力发电装置发出的部分电，用来替换外电，由系统本身供电，并再次启动第一组电动水泵抽水供给第一路10级虹吸流水力发电装置的发电。最后一步，将串化并储水池中的串化并分路储水池的六个控制水阀中的第六路的控制水阀打开，让重力流水力发电装置流出的水先灌满第六个串化并启动虹吸的低位储水池，然后将整个串化并储水池灌满水，形成一个串化并储水池。如果此时的水量超出控制水位时，就要启动电动水泵向高位储水池抽水，或者调节第六个控制水阀来控制水量，以满足重力流发电的控制要求。使由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统处于正常运行状态，并可对外供电。对于由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统来说，如果直接用虹吸流水力发电装置的水轮机驱动水泵抽水的扬程能满足要求的话，就不要用电动水泵抽水了，就可以减少部分发电机和电动机的购置成本和能量转换中的损失，又将大大降低了系统的成本。对于由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统来说，如果要增加发电量，要有以下几种措施来实现一是可以增加虹吸流水力发电装置串联的级数，10级不够可以增加到20级、甚至更多的级数。二是可以增加并联的路数，五路不够可以增加到十路、甚至更多的路数。三是还可以加大虹管的直径。四是还可以加大重力流水力发电装置的弓丨水管道的直径。
五是可以增加重力流水力发电装置的引水管道的高度20米不够可以增加到50米
高，甚至更高。与此相反，我们也可以根据相反要求来设计这个系统，可以把由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统改变成由重力流虹吸流串并联组成的小型(微型)水循环发电系统。对于由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统来说，根据用户需要还可以简化其结构来改变系统，大体上有这么三种变形的系统形式I、如果用户不需要发高压电，而需要较大的低压电时，可以通过简化系统的结构，来达到用户的要求。简化办法为将由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统的重力流水力发电装置的水轮发电机去掉，使重力流水力发电装置的引水管、高位储水池成为该系统 的启动装置。这样一个由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统就成为一个由并联多路的多级虹吸流水力发电装置组成的水循环发电系统。也可以称它为由无重力流大虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统。这个启动装置是这样构成的所用的引水管道高度只要略高于虹管的高度就行了，引水管道的直径也只要略大于虹管的直径就行了，高位储水池的长宽高也只要比引水管道的直径大一些就行了。再根据由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统的启动步骤操作，把并联多路的多级虹吸流水力发电装置都启动发电就行了。所不同的是先用一组电动水泵将水抽到高位水池，打开要启动的哪一路控制水阀，当启动完成后，又要关闭已启动哪一路控制水阀。再启动另一组水泵抽水，将水抽到对应启动哪一路的串化并启动虹吸的低位储水池内，以保证启动的哪一路的多级虹吸流水力发电装置的正常发电。依次类推。。。将所有的并联的各路都启动完，最后切断用于启动供水的电动水泵的电源。这样，一个由并联多路的多级虹吸流水力发电装置组成的水循环发电系统就可以正常发电了。2、如果用户在需要较多的低压，同时还需要少量的高压电，根据用户的要求来改造该系统，以达到用户的要求。改造的办法为这时，只要在一个由并联多路的多级虹吸流水力发电装置组成的水循环发电系统的基础上增加一台小功率重力流的水轮发电机，并适当增加引水管道的高度就行了。我们把这个系统称为由小重力流大虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统。3、如果用户不需要发高压电，也不需要发很多的低压电，这时，还可以对该系统作进一步简化，以达到用户的要求。进一步简化办法为可在由并联多路的多级虹吸流水力发电装置组成的水循环发电系统的基础上将并联多路的多级虹吸流水力发电装置都去掉，仅保留由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统中最基本的系统。我们称这个系统为一个多级虹吸流水力发电装置组成的水循环发电系统。本发明具有的有益效果是由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统的效益有以下几点一是它是用有限的水来发无限的电，可在不消耗能源的情况下发电。
二是它能同时发出高压电和低压电，满足用电单位和并网对电能的需求。三是它不受地理环境的影响，可直接在用电单位原地安装使用，减少输电线路成本和一升5降的设备。四是它可在A单位与B单位或者A与B两个系统近距离互为外电备份，不需要远程的高压线输电。五是它可以替代火力发电设备进行发电，能节省大量的煤、油及减少环境污染。六是它可对现有小水力发电进行改造，在丰水期，可用水库作为系统的水源进行 发电，不需要抽水循环发电，由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统应改为由重力流虹吸流串并联组成的大中型水不循环发电系统。在枯水期，水库水少了，就要采用水循环发电，以提高了设备的利用率，可改变山区全年供电得不到保障的局面。一个正常运行的由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统，它能用有限的水发无限的电。由于水力发电的技术成熟，水循环发电系统又不受地理环境的限止，更容易普及推广。在发电领域中，该系统比堤坝型重力流水力发电系统具有投入少、效率高，比火力发电环保节能，比太阳能发电有保障，比风力发电稳定，比核电安全等优点。
权利要求
1.一种由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统，其特征在于它由一级重力流水力发电装置与并联多路的多级虹吸流水力发电装置的级联和一个管渠泵水装置组成。
2.根据权利要求I所述的一种由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统，其特征在于有一个重力流水力发电装置，它由一个高位储水池、引水管道、水轮发电机、与串化并储水池中一个密封的串化并的分路储水池组成。
3.根据权利要求I所述的一种由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统，其特征在于它有一个并联多路的多级虹吸流水力发电装置，这个并联多路的多级虹吸流水力发电装置由多个多级虹吸流水力发电装置并联构成。
4.根据权利要求I所述的一种由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统，其特征在于有一个管渠泵水装置，它由储水的管渠、多台电动水泵或用多台虹吸流水力发电装置的水轮机直接驱动水泵组成。
5.根据权利要求I所述的一种由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统，其特征在于可以有一个中继泵水装置，它由一个中继储水池、水轮机驱动水泵和电动水泵组成。
6.根据权利要求I所述的一种由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统，其特征在于由重力流虹吸流串并联组成的大中型水不循环发电系统，它由一级重力流水力发电装置与并联多路的多级虹吸流水力发电装置的级联和一个水源(水库)组成。
7.根据权利要求I所述的一种由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统，其特征在于有一个并联多路的多级虹吸流水力发电装置组成的水循环发电系统，它由高位储水池、引水管道、串化并储水池、并联多路的多级虹吸流水力发电装置和一个管渠泵水装置组成。
全文摘要
本发明涉及一种由重力流虹吸流串并联组成的大中型水循环发电系统，它由一级重力流水力发电装置与并联多路的多级虹吸流水力发电装置的级联和一个管渠泵水装置组成。其特点是它充分利用水循环系统中不同的水流量发不同的电，即用重力流水力发电装置发高压电，用并联多路的多级虹吸流水力发电装置发低压电，并用有限的水发无限的电，以满足并网和用电单位的需求。在发电领域中，该系统具有投入少及运行成本极低的特点，能用于替代火力发电及改善水力发电。该系统具有比火力发电环保节能，比太阳能发电有保障，比风力发电稳定，比核电安全等优点。该系统技术结构简单，易于在企业和其它用电单位中普及推广。
文档编号F03B13/08GK102734050SQ20111010511
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月14日 优先权日2011年4月14日
发明者石国平 申请人:石国平