[发明专利]一种具有汇流泄洪功能的水力驱动装置技术方案

说明书

技术领域

本发明公开一种可以阵列布局、具有汇流聚能和泄洪减压功能的、利用河道流动水体推动水车轮叶片做功的具有汇流泄洪功能的水力驱动装置的技术方案；该水力驱动装置主要驱动对象为各型发电机和水泵，分别构成具有汇流泄洪功能的水力发电装置和水力自动抽水装置。它适用于大小河流自然水力发电、抽水，属于高效利用清洁环保、可再生水力能源的装置。

当具有汇流泄洪功能的水力驱动装置工作于河道较窄或水浅且较稳定环境时，可以将本发明涉及的水力驱动装置安装在河道两岸适当位置或固定的支架上进行发电和抽水；当工作在河道较宽且深水或水的深度会发生变化的环境时，则需将本发明涉及的水力驱动装置安装在配套的、特定形态的漂浮体上进行发电和抽水，构成漂浮式具有汇流泄洪功能的水力发电装置和水力自动抽水装置，并用牵引绳将其固定在河道的某个区域。

背景技术

目前，已公开了多种漂浮式水力发电机装置和水力能自动抽水装置，它们当中均为简单、直接利用河道流动水体推动水车轮叶片做功的水力发电和抽水装置，包括古老的水车，主要不足是对水力能的利用效率较低，仅限适用河道水流速度较快情况；其次，即使河道水流速度较快，当要密集、阵列式布局实现若干漂浮式水力发电装置组合发电时，后排的漂浮式水力发电装置的发电效果相对变差；其次，已公开的漂浮式水力发电装置，当河道水流速度变化时，不能有效控制水车轮保持较稳定的转速，以匹配额定转速的发电机。

目前，我国乃至世界各国，都十分重视清洁环保、可再生能源的开发应用，除水能外，还包括风能和太阳能。但风能和太阳能相对水能较为分散，能量密度低，尤其是太阳能，受昼夜时间和天气变化影响很大，属于一种间断性的可再生能源；其次，风能和太阳能发电设备和建设投资较大，一般达到2000元／千瓦以上，尤其太阳能发电设备使用寿命较短，太阳能电池板的使用寿命仅有4～5年时间，且平均每天工作时间小于10小时，按年工作300日、每日工作8小时计算，太阳能发电平均成本约为0.21元／千瓦·小时。

而河道中水力能量密度相对较集中，且持续稳定，尤其水流速度较大的地段，流动水体能量密度可以是风能和太阳能的能量密度的十倍或几十倍以上。开发河道中水力发电项目，直接投资成本一般为1800～2500元／千瓦，使用寿命10年以上，且每天可连续24小时工作。按年工作330日计算，漂浮水力发电平均成本小于0.032元／千瓦·小时，仅为太阳能发电成本的15%；并又对当地生态环境没有任何负面影响，投资少，工期短，对环境要求低，比拦河筑坝建水电站更具优越性。

发明内容

本发明技术——具有汇流泄洪功能的水力驱动装置，利用了固定压力条件下，水体流速随水流通道横截面积减少而不断变快和河道泄洪口水流加速等原理，在水力驱动装置中水轮车前端增加一个上下方向由阔变窄的平置四棱台形水流通道（段），主要起到汇流和能量聚集的作用，简称为汇流聚能水流通道（段）；紧接是位于水车轮下部一个水平或稍向后倾斜的、与水车轮叶片运动的部分区域基本重合的水流通道（段），此通道的作用是将水力能转换为水车轮的转动能，固而称为能量转换通道（段）；在能量转换通道（段）的后端为一个上下方向迅速由窄变阔的水流通道，该通道长度很短，主要起到泄洪减压和能量释放的作用，称为泄洪口。

在具有汇流泄洪功能的水力驱动装置的整个工作过程中，水力能量密度先是由疏变密，然后再由密变疏，而水体推动水车轮工作的地方恰为水力能量最密集区，从而实现水力能高效转换成水车轮转动能的目的，这种适用河道工作、同时具有汇流聚能及泄洪减压技术的特点就是本发明技术的核心所在。

汇流聚能水流通道可以是一个半开放状态的水流通道（段），它主要由两侧垂直的挡流导流面板和下部一个向前倾斜的挡流导流面板组成；当顶面亦使用面板封堵时，则该水流通道为四面相对封闭的水流通道（段）。由于该水流通道下部挡流导流面板向前倾斜，以使由前至后，汇流聚能水流通道的横截面积由大变小，水流速度则随横截面积减少而不断加快，使水力能更加密集，表明下部向前倾斜的挡流导流面板的作用最为重要，是本发明涉及的水力驱动装置中不可或缺的关键性部件。