利用循环水的重力拉动胀缩体进行水利发电方法及系统技术领域
本发明涉及水力发电领域，具体涉及利用循环水的重力拉动胀缩体进行水利发电
方法及系统。
背景技术
水力发电是一种最简单的发电方法，并是真正意义上的清洁能源，我国有很多水
位较浅的水库、湖泊、浅海区和水电站库区大面积的浅水区，如果把它们利用起来去发电，
当是一个巨大的能量源，我们知道水是不可压缩的，并且是可以流动的，本发明旨在设计一
种利用循环水的重力拉动胀缩体，把水挤压上高处，从而去制造水力发电的流量和落差，进
而获得一定的发电量，开创出一种新的水力发电方法及系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用循环水的重力拉动胀缩体进行水利发电方法，利
用胀缩体将水挤压至一定高度，然后下落形成水流落差进行水利发电，同时下落后的水还
起到拉伸展开胀缩体的功能，再利用胀缩体将水挤压至一定高度再下落，该方法能够利用
水的重力可实现循环式水利发电。
同时，本发明的另一个目的是提供一种利用循环水的重力拉动胀缩体进行水利发
电系统，该系统旨在将水提升至一定高度形成水流落差，且可以对水进行循环利用，减少水
利发电工程的建设成本。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：利用循环水的重力拉动胀缩体
进行水利发电方法，在水面下设置密封水箱，密封水箱的两侧设置有进水阀，在所述密封水
箱的中间上方设置进排气管道，进排气管同密封水箱密封连接，进排气管的下端口同箱体
内胀缩体中部相通，在所述密封水箱的上方设置固定水槽，所述密封水箱与所述固定水槽
之间设置有进水管道，进水管道对称设置在所述密封水箱的两端，进水管道的底端还设置
有截止阀，所述进水管道的两侧、位于固定水槽下方对称设置有发电组，包括与固定水槽相
通的下水管道，下水管道出水口处设置有发电机，发电机的下方设置有重力拉动水槽，重力
拉动水槽的底部设置有水闸，所述重力拉动水槽通过牵引绳与所述胀缩体连接，其中牵引
绳依次通过牵引点、滑轮和水泥柱，水泥柱的一端位于所述固定水槽的底部，另一端位于水
底，所述重力拉动水槽的上端对称设置有锁止机构。
如上所述利用循环水的重力拉动胀缩体进行水利发电方法，其中，所述胀缩体为
囊状空心体结构，由缩回动力机构、左节段和右节段组成。
如上所述利用循环水的重力拉动胀缩体进行水利发电系统，其中，在水面下设置
密封水箱，密封水箱的两侧设置有进水阀，在所述密封水箱的中间上方设置进排气管道，进
排气管同密封水箱密封连接，进排气管的下端口同箱体内胀缩体中部相通，在所述密封水
箱的上方设置固定水槽，所述密封水箱与所述固定水槽之间设置有进水管道，进水管道对
称设置在所述密封水箱的两端，进水管道的底端还设置有截止阀，所述进水管道的两侧、位
于固定水槽下方对称设置有发电组，包括与固定水槽相通的下水管道，下水管道出水口处
设置有发电机，发电机的下方设置有重力拉动水槽，重力拉动水槽的底部设置有水闸，所述
重力拉动水槽通过牵引绳与所述胀缩体连接，其中牵引绳依次通过牵引点、滑轮和水泥柱，
水泥柱的一端位于所述固定水槽的底部，另一端位于水底，所述重力拉动水槽的上端对称
设置有锁止机构。
如上所述利用循环水的重力拉动胀缩体进行水利发电系统，其中，所述胀缩体为
囊状空心体结构，由缩回动力机构、左节段和右节段组成；所述左节段的个数为段，所述右
节段的个数为段。
如上所述利用循环水的重力拉动胀缩体进行水利发电系统，其中，所述缩回动力
机构是固定的，左节段和右节段为活动端；胀缩体展开时，所述左、右节段按先后顺序同时
拉动，胀缩体收缩时，所述左、右节段按先后顺序同时缩回。
如上所述利用循环水的重力拉动胀缩体进行水利发电系统，其中，相邻两个节段
通过软质材料连接。
如上所述利用循环水的重力拉动胀缩体进行水利发电系统，其中，所述进排气管
的顶口高出水面。
如上所述利用循环水的重力拉动胀缩体进行水利发电系统，其中，所述进水管道
的顶口与所述固定水槽的槽口齐平。
如上所述利用循环水的重力拉动胀缩体进行水利发电系统，其中，所述重力拉动
水槽由锁止机构控制上下行程并制动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在一个密封水箱里装一个可伸缩的胀缩
体，在密封水箱上方安装一个固定水槽，水槽由水箱周边一些柱体支撑，水槽由水管同密封
水箱内连接，水槽下设置一到两个收集发电水的水槽，让它收集水后形成重力，去拉密封水
箱里收缩后的胀缩体，把密封水箱里的水通过水管挤压给上方的固定水槽，固定水槽里的
水即可下落发电，其结构简单、设计合理、发电效率高、能循环利用水、科学实用，大大利用
我国现有的浅水区资源。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范
围，另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对发明的理解，并不
是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸，本领域的技术人员在本发明的教导下，可以
根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1是本发明的利用循环水的重力拉动胀缩体进行水利发电系统未开始工作时状
态图。
图2是本发明的利用循环水的重力拉动胀缩体进行水利发电系统开始工作时状态
图。
图3是本发明中胀缩体未拉开时状态图。
图4是本发明中胀缩体伸展开时状态图。
图5是本发明中胀缩体相邻两个节段连接时状态图。
其中：1、密封水箱 2、进排气管道 3、胀缩体 4、固定水槽 5、进水管道 6、下
水管道 7、发电机 8、重力拉动水槽 9、牵引绳 10、牵引点 11、滑轮 12、水泥柱
13、锁止机构 14、进水阀 15、截止阀 16、水闸 17、缩回动力机构 18、左节段 19、右
节段 20、富余水空间 21、软质材料。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例作进一步的说明。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
利用循环水的重力拉动胀缩体进行水利发电系统，如图1-5所示，其中图1和图2显
示了该利用循环水的重力拉动胀缩体进行水利发电系统的主要构成部分，具体包括密封水
箱1、胀缩体3、固定水槽4、发电机7、重力拉动水槽8、牵引绳9、锁止机构13。
密封水箱1置于水中，起到的主要作用是用于储水，且配合胀缩体3可以起到挤压
密封水箱1中水的作用，进而通过设置的进水管道5，将密封水箱1中的水挤压至固定水槽4
中，从而达到本发明的将水送至一定高度，形成高度差，实现水利发电的功能，在本实施例
中，胀缩体3采用左右各5节段设置，相邻的两个节段之间采用软质材料连接。
本实施例中，为方便胀缩体3便于伸展，在伸缩节段的上下及两侧装有轨道轮，与
其相对应的水箱内壁安装轨道，以保障胀缩体的胀缩过程稳定顺畅；胀缩体3两侧的各节段
都是桶状结构，其底部开孔，便于通气，第五节段口密封。
发电机7设置在固定水槽4的下方，在水被挤压至固定水槽4内后，固定水槽4内的
水通过下水管道6流至发电机7处，发动机7被驱动发电，从而达到水利发电的效果。
重力拉动水槽8是用于盛接从发电机7内做完功的水，做完功的水流至重力拉动水
槽8内，重力拉动水槽8因重力开始下落，下落过程中带动牵引绳9，进而带动胀缩体3开始展
开，起到一个利用循环水的重力产生水利发电的效果；此外，重力拉动水槽8设置在水面10
米高的位置，主要是为了给拉动胀缩体3提供动力。
锁止结构13具有两种功能，除锁止外还具有助力功能，当重力拉动水槽8下落时遇
到胀缩体3展开不顺畅或拉动吃力时，这时锁止结构13的助力动力可以给力帮助。
下面通过参数计算来验证该利用循环水的重力拉动胀缩体进行水利发电系统的
效率。
在本实施例中，密封水箱1的内径设计长26米，宽30米，高10米，它的中节段占5米，
两侧各拉开10米，其两端各留0.5米的富余水空间20，那么它一次可为固定水槽4供水20米
×30米×10米=6000吨，在本实施例中，高处固定水槽4设计内径长64米，宽30米，深2.2米，
可盛水4032吨，相当于一次接受6000吨的三分之二，其余2000吨的水从供水开始已同步发
电消耗掉。
在本实施例中，设计要把密封水箱1内的6000吨的水挤压30米高送入固定水槽4，
那么它要消耗大量的力；以一种水泵为例，扬程为30米，流量0.056m3/s，功率20.6kw，也就
是每小时可抽水200吨，如果把6000吨水送上30米高的固定水槽需30台水泵，30台水泵每小
时共耗电618kw，本发明设计5分钟把6000吨水送上去，要耗电618kw×12=7416kw，如果人工
把6000吨水提上去，其耗损的力也相当于7416kw，相当于不论用什么方法都要消耗7416kw
的功率。
在本实施例中，密封水箱1内置的胀缩体3要往两侧拉，那么每侧所需的拉力是
3708kw，在本实施例中，重力拉力水槽8设计长16米，宽30米，深4米，自重60吨，装满水共重
1980吨，1980吨下落的重力远大于3708kw，因此，下落的重力用于拉动胀缩体富富有余。
在本实施例中，设计为5分钟要把6000吨水挤压至30米高的固定水槽4内，胀缩体3
每侧要拉开10米长，其一侧胀缩体有5个节段，那么1分钟须拉开一个节段2米长，每秒钟则
拉开34mm长，也就是一侧每秒钟要为固定水槽送上10吨水，10吨水送上30米高，所消耗的力
是13.4马力×10吨×30米=4020马力，重力拉动水槽重1980吨，其下落过程形成的力要乘
9.81这个系数，其下落过程的分分秒秒的时间段内都是这个力，胀缩体3的拉开是按1毫米
的节段在拉，重力拉动装置是按每秒的时间给力拉动，那么，每秒钟拉开34毫米长的胀缩体
3，把10吨水送上30米高位置不是问题，这个过程有效合理，符合能量守恒定理；此外，胀缩
拉开过程中每拉开一段它就待在了它所该待的位置不再动了，也就不再消耗力。
在本实施例中，进水管道5长30米，减去固定水槽2.2米，减去密封水箱壁厚0.5米
是27.2米，再减去重力拉力水槽自身4米和下落10米，那么发电落差是13米，6000吨水用来
发电耗时20分钟，发电流量5吨。
下面介绍该利用循环水的重力拉动胀缩体进行水利发电系统的使用方法，首先将
该发电系统安装与10米多深、2000平方米的水中，先启用外部电源用抽水机把左右两个重
力拉力水槽8加满水，这时截止15是开的，水箱闸门16是闭合的。
然后开启锁止机构13，重力拉力水槽8下降，进而以此带动带动牵引点10、牵引绳
9，拉动胀缩体3按照图4中的左右12345顺序展开，此时进气管2为胀缩体3送气，同时，密封
水箱1内的水被挤压至进水管道5内，进而被送至固定水槽8内，通过下水管道6下落至发电
机7处，驱动发电，胀缩体3如图4完全展开，胀缩体3的最末一个节段距密封水箱1两端内壁
0.5米，为富余水空间20，这个时间段用时5分钟，相当于1分钟拉开胀缩体3的一个节段，胀
缩体3全部展开，每侧向两端伸展10米，重力拉力水槽8同时完成10米下落区间，其底部接触
水面。
水闸16打开，将重力拉力水槽8内的全部水还给水源，放水时间为1分钟，1分钟后，
同步关闭截止阀15，启动缩回动力机构17，打开进水阀14，启动锁止机构13的助力功能，将
重力拉力水槽8空壳送至10米高，并锁止，关闭水闸16；此时大量水源中的水流入密封水箱1
内，根据水压大于气压的原理，胀缩体3不需消耗太大的动力即可把两侧的节段按54321顺
序拉回至中间节段，这个过程中，进排气管道2排放气体，这个时间段用时12分钟；此时重力
拉力水槽8在12分钟内已接受发电机7流出的水1800吨，同时锁止机构13伺候，因此重力拉
力水槽8完全具备下落条件，况且下落过程仍在不停的接水，这时启动锁止机构13让重力拉
力水槽8下落，同步打开截止阀15，关闭进水阀14，6000吨水再过5分钟又送入固定水槽4内。
在本实施例中，重力拉力水槽8在13分钟内已接满了水，再接的水让它溢出流入水
源，其上升的两分钟它的水闸16是开着的，水也流入水源，对发电过程不会造成任何影响。
本发明设计新颖、科学实用、发电效率高，它每小时可发电561kw，它自身耗电最多
的是把60吨重的重力拉力水槽拉高10米，其它几个动作几乎不耗什么电，如果拿出40%的电
自用，其年发电量是2948616kw，那么每平方公里年发电量可达14亿7千多万kw；本发电系统
可应用于8-30米深的水域、大海海岸线、岛礁周边、水库、湖泊、水力发电站库区等都能应
用，人造水池也能应用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，只为说明本发明的方案及效果，不能被
认为用于限定本发明的实施范围，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在
不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化与改进，均应仍归属于本发明的专利涵
盖范围之内。