平水流发电船系列.pdf

一种利用流动水动能发电的“平水流发电船系列”装置。发电船体外形呈长方箱形，锚泊于流动水面，船体内双层底上方从艏到艉中间开有水道，艏部分水道进水口尺寸(宽×深)较大，向后两侧挡板逐渐向中间收缩，以利低速水流变成高速水流作功，推动水轮机旋转，再经增速、离合机构而带动发电机旋转发电。在艉出水口处设一抽水水轮机，强制从艏来水在整个水道内以高速水流排向艉。以利前方数个水轮机同样受到高速水流的冲击而作功。

1、  一种“平水流发电船系列”装置，其特征是：发电船体首尾相连固定于流动水面，发电船体外形呈长方形，船体内双层底上从艏到艉中间以纵向挡水板形成宽窄不同的水道，艏进水口宽度较大，向后逐渐收缩为窄水道，在窄水道中设置水轮发电机数台，再经各自的双侧离合机构与增速机构而带动发电机发电。

2、  根据权利要求1所述的“平水流发电船系列”装置，其特征是在数台发电机后面于发电艉出水口处设一台高速排水的抽水水轮机，以形成整个船体内的高速水流。

平水流发电船系列
一、所属技术领域
本实用新型涉及一种利用江河湖海和小溪取之不尽并可重复利用的流动水，流经特殊结构的船体和水轮机而发出电力的新型清洁能源装置。
二、背景技术
目前，公知的发电能源有火电、水电、核电和风力发电等。国外也曾报导过潮夕发电，但都处于试验阶段，未能推广应用。本实用新型虽同属于水力发电范围，但与目前世界水电站有着根本的不同。长期以来，人们存在一个误区，认为水力发电必须在江河上游水位落差大的河段上建坝蓄水，利用提高后的水头势能发电，广大的江河中下游流动水域被忽略了。大量的水流只用于供水、灌溉、航运和养殖等行业之后就白自流入大海，真是巨大的浪费。
当今能源短缺是全球性的突出矛盾，短期内很难从根本上解决。本实用新型有望在短期内解决这一世界性难题，为当前人类和今后千秋万代子孙带来无资源消耗，无污染又无后患的清洁能源。
能源虽然短缺，结构又极不合理，全世界电力中以火电为主，所占比例约为60-70％，我国火电比例还要大些。煤炭等的气体排放造成的全球大气污染已到了威胁人类生存的地步。尽管如此，我们为了满足电力需求，还在大力开采煤炭，煤炭供不应求局面加剧，煤矿安全事故频频发生，已经到了全国上下为之揪心的地步。我们不顾煤炭资源的迅速减少，也不管对交通运输的沉重压力，还要大力发展火电厂。虽然已提出建立坑口电站，也不是解决根本问题的方法。
近来国家提倡大力开展水电和核电，但它们建设周期长，投资巨大，技术复杂，对环境有潜在的危险，尤其核废料的处理是对人类的威胁，它们是一把双刃剑，建的越多，危害性也越大。
三、发明内容
为了从根本上解决能源短，减少环境污染。本实用新型提供了一种无能源消耗，无污染，投资小，见效快的新型能源装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：凡一切有流动水的地方，在岸上或水下设置系缆桩将本发电船系列装置固定。发电船外形呈长方箱形，船内从艏至艉留有水道。艏进水口尺寸(宽×深)较大，以利接受较大量的流动来水。从艏向后有双层底和两侧挡水板逐渐向中间收缩水道宽度，以利提高水流流速，产生流速冲量来冲动水轮机叶片而作功。水道收缩的倍数而为水流流速提高的倍数。当水道收缩至一定比例时不再收缩而形成直水道。在此处设第一个卧式水轮机组(不同于现行水电站之水轮机)高速水流直接冲击水轮机前下部叶片，产生扭矩迫使水轮机主轴旋转，主轴两端接有离合器，增速齿轮，最后带动发电机旋转而发出电力。丰水期水轮机两侧发电机可同时发电，枯水期单侧发电即可。
在第一台水轮机后，相隔一定距离又设为第二台、第三台、第四台……水轮机。当高速水流冲击第一台水轮机后流速会减少，流速冲量变小。为克服这种现象，特在发电船艉设一抽水水轮机，其功率略高于第一台水轮机的功率。这是本实用新型专用一项关键措施。
在启动本发电装置时，首先启动抽水水轮机，其动力源可以是网电也可以自备柴油发动机。待整个发电系统启动几分钟后，即可切换成本发电船网的电力。
所谓系列，即可利用水流量可大可小，发电船体尺寸可大可小，而形成系列。
四、本实用新型的有效效果是以下几点
1、无资源消耗：凡地球上流动之水均可利用，流量大小都行。大如长江，可利用数千流量，小如小溪几个流量也可利用。以免滚滚江河水白自流入大海。2、无环境污染和对水道的破坏：流动的水经过特殊的发电船体，将低速水流提高为高速水流冲动特殊的水轮机而发电。其尾流设消能装置，以免对河道的冲刷。3、投资小，工期短：仅建造结构简单的发电船体和固定锚泊地及发电装置。全部投资约为目前水电站的1/5-1/10(同等发电量)。主要工程量在造船厂内完成，一年之内就可建成数十万千瓦的发电船网。4、流动水能多次重复利用：在已建成的发电船网下游，紧接着或间隔不大又可建另一处发电船网。如长江上自各支流下至南京数千公里水道，均可重复建站，只要不影响其他工程和航运等事业。
五、附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1：平水流发电船系列示意图。
图2：水轮发电机布置图。
在图1中，1、上甲板；2、双层底；3、压载水轮；4、工作舱；5、发电水轮机组；6、隔舱壁；7、抽水水轮机组；8、水线面。
在图2中，1、束水墙板；2、双层底；3、大齿轮；4、水轮机轴；5、水轮机；6、小齿轮；7、离合器；8、大齿轮；9、小齿轮；10、发电机。
图1“平水流发电船系列示意图”为船网的一部分，图中有4个水轮机组，实际应该为数更多的水轮机首尾相连接。图左端艉部为一抽水水轮机，用以产生水流的快速流动，应视实际需要安装于适当位置。如图示，低速水流经右侧大水口进入有一定坡度的发电船体中，船中两侧束水墙板，逐渐收缩变窄。此图为8：1收缩量，即流速由1m/s提高为8m/s，此高速水流冲动水轮机下部迎水叶片，带动水轮机旋转，水轮机直径在4-6m之间，若可利用流量很大，可增大至8-10m甚至更大，视水道水深而定。高速水流推动第一号水轮机后进入有较大坡度距离较短的第二个水轮机，其流速略降，进入大水口整流后又经加速推动为第二个水轮机转动。如此一级级向下游流去，形成封闭的高速水流循环，关键是其尾部设立的抽水水轮机的作用，视水面宽度允许，可横向排列多排，从而形成巨大的发电船网。
在图2所示实施例中，图2为说明书摘要附图补正图，该图为图1的局部放大图，仅有船首部分，第一级水轮发电机，并标出具体尺寸。
六、具体实施方式
见平水流发电船系列参数表，并参照附图：
第一项水口尺寸(B×h)进口为艏进水口尺寸宽×深，出口为水轮机处水口尺寸宽×深(考虑到水头坡降损失)。第二项流速(m/s)设进口平均流速为1m/s时，水流速分别提高至6、8、10、12m/s时，参照公式V＝Q/W。第三项流量(m³/s)设进口流量为10m³/s(见第一行)到水轮机处由于各处间隙会损失一部分，故出口利用率仅为90％，参照公式Q＝WV。第四项水轮机参数，斗高视水轮机直径大小取1-1.5m之间，容水量即水轮机旋转一周之容水量，参照公式水轮机转速参照公式第五项流速冲量(F)总量的参照公式流速冲量F＝Q_实(a₂V₂-a₁V₁)。此流速冲量利用率取85％。第六项水轮转矩项的力臂取旋转中心至水斗高的一半为力臂r_均，参照公式M＝F×r_均。第七项功率马力 HP = Mn 716.2 ]]>千瓦 KW = HP 1.36 . ]]>第八项机械效率取85％，包括水轮机、增速机构和发电机等的机械效率。
实施例说明：见附表第22行，进水口尺寸20×3m，当来水流速为1m/s时，拟将水流速提高至8m/s，理论流量60m³/s，实际有效流量54m3/s，水轮机半径3m，水斗高1.5m时，除去各种效率后还可发出电力3925KW，为了保险再乘以70％，最小下限值为2747KW。设用此型号发电船300艘组成发电船网，总发电能力为824100KW，再减去三艘水水轮机用电量12000KW，824100-12000＝812100KW。此81万KW发电船网所占用利用水域面积为长×宽1730×65m可利用水流量仅为60×3＝180m³/s。如果将可利用流量提高到1000m³/s时，仅长江就可设置此类发电船网数百处，其发电总量将是目前全国发电总量数十数百倍。难道这不是个惊人的数字吗？展望在不久的将来全国全世界将出现众多的水上公园、水上旅游区和水上城市，大量的人口可移居于水上，增加为人们所占用的宝贵土地资源。可以预测平水流发电船系列将取代现有的火电、水电  核电等不仅没有污染，电价也可降价一半。可以将所有的交通工具、各种机械、家庭用煤和全部耗能设备都改电力驱动。煤、油、核能等资源的消耗将大大减少，只作为化工原料被利用。到那时天空将不再是烟雾滚滚，再无任何有害气体排放。为千秋万代子孙创造美好家园。
二00六年十二月