用于扩大水力发电产量的设备制造技术

传统的水力发电坝发电站在将河流作为紊乱的尾水排出之前，仅利用一次河流，尾水不能够用来转动涡轮机。本发明专利技术使用渐缩的水道来将紊乱的尾水限制和收缩成层流，该层流能够驱动在水中的和可漂浮的涡轮机，上述两种类型的涡轮机同时利用相同的水流三次来重新发电。水道的起点与导流管出口相邻，在下游方向上收缩来产生细颈，其中，由于没有碎屑、增加了速度并且由层流发电，因此，涡轮机／发电机产生有益的效果。水力发电使用零燃料，产生零浪费，并且二氧化碳零排放。结构并不复杂，建筑物在工程边界内，对环境的影响最小化，并且工程在线进展速度快。通过现有的大坝安全设施保护了新的设备。水力发电取代了不可靠的再生能源系统。

【技术实现步骤摘要】
用于扩大水力发电产量的设备
技术介绍
申请人/专利技术人作为设计师已有22年，作为Walla区美国军队工 程师公司的工程经济学人员(以下称VEO)已有9年。在那段时期内， 在哥伦比亚、Snake、博伊西、克利尔沃特河建了 8座新的水电坝。 申请人:/专利技术人参与了其中几项建设，并作为VEO，主持了许多研究， 直到1982年退休，并作为国际顾问在工程经济学(以下称VE)继续 他的职业。其中包括对大坝的应时VE研究，如在尼泊尔的五项临时 工程和在美国的好几项工程。在哥伦比亚河的McNary大坝是申请人/专利技术人在该公司的第一 项工程。1340英尺长的发电站具有14座发电机。该发电站的总额定 容量是1120000千瓦。在McNary大坝， 一座水力涡轮才几发的电相当 于211座660KW的风轮机。此外，McNary的水电不依靠也不受风、 日光或海洋条件的影响。申请人/专利技术人主持了用于McNary大坝的已计划的第二座发电 站的研究。该座发电站与现有发电站相邻，并沿哥伦比亚河在俄勒冈 州的一側延伸，其将是现有发电站的两倍。然而该座发电站的复杂使 得所有的努力都白费了，该座发电站从未建起来，最后也没有获得批 准。主持该项研究使得申请人/专利技术人产生兴趣，希望创造性地增加水 力发电坝的发电量。
技术实现思路
通常，水利发电坝的发电站仅使用一次河流。根据本专利技术，同一 个河流额外使用两次来发电，但不会对现有发电能力产生消极影响， 同时在诸如米德湖(Lake Mead)的储水池内留下了宝贵的水。从导流管排出的水没有碎片，但是动荡翻腾，这使得水没有能力 转动涡轮机。根据本专利技术，限制并收缩湍流，以将其加速并向对发电有用的层流转变。向层流的转变使得水更快地从导流管出口排出，因 此，消除了尾水位从新增加的水处上涨。无论如何，重新发出的电必 需超过现有产量的任何损失，以获得有利的净增益。根据本专利技术，渐缩的隔舱或水道从导流管出口延伸到尾水内，并 从河底延伸到正好在最大尾水位之上的地方，该隔舱或水道由两个结 构壁的一个或多个段形成。所迷隔舱或水道以并排的方式设置，并且 每个隔舱或水道包含三个侧部，但是如果水利模型显示还有潜在的利 益，那么该隔舱或水道能够被遮盖住以形成完全的封闭。每个隔舱或 水道从上游或导流管出口附近的最上面的起点沿一个方向朝向最窄的 下游水道部分会聚，该水道部分可以是简单的开口，或者在该水道内， 水道壁在一定长度(孔颈)内变成平行的，然后分叉以产生加速层流 的文丘里效应，来驱动一个或多个在水中的或漂浮类型的、部分或完 全设置位于该孔颈内的涡轮机/发电机。在任何可能的时候，水流应进 一步分层，并由截头圆锥形的水流加速管加速，每个加速管围绕着每 个涡轮机/发电机单元。所述涡轮机/发电机单元包括在水中的和可漂浮的类型，涡轮机/ 发电机单元通过性能参数有区别、有比较地进行选择，该参数与特定 大坝的水电和下游条件相匹配，本专利技术扩大了该特定大坝的水力发电的产量。海湾保持结构(sound support structures )， 包括适当的鱼 类保护，与每个涡轮机/发电机单元相适应。当涡轮机/发电机类型的 各种结合加上在水中的及可漂浮的单元的垂直和水平定位被用于判断 单元最有效的结合和布置，从而以最低的经济周期成本将电产量最大 化时，结构及其支承单元变成为一个单件。将可没入水中的和可漂浮 的涡轮机/发电机单元相联合，是本专利技术的一个基础。在水中的和可漂 浮的涡轮机/发电机单元之间分布的层流最有效的利用取决于尾水的 深度；水道设计和结构在产生和保持层流方面的效率；在水中的涡轮 机/发电机单元的类型、尺寸、形状和布置，这些能够从次要到主要进 行改变，其中，在水中的涡轮机/发电机单元对上部层流的影响被可漂 浮的发电机/涡轮机单元所利用。在所选的设计程序中，以及涡轮机/发电机单元的布置和关系中，浅的尾水收紧余地，而深的尾水流扩大 了余地。所述在水中的涡轮机/发电机单元设置在尽可能在远低于最大 尾水位的地方，以利用最下层的层流，因为本专利技术结合了具有驳船安 装发电单元的涡轮机/发电机单元，该涡轮机/发电机单元是利用最上 层表面的层流。所述驳船安装发电单元是，如由水的动能驱动的下射 水轮，该下射水轮正好在紧靠水中的涡轮机/发电机单元的下游，该水 中的涡轮机/发电机单元其自身扰动了下部层流，然而，在该小的扰动 下，导致了上表面层流处在相对较高的尾水深度状况下。在该方式下， 一旦从导流管排出的不合适的湍流转变为层流，那 么，通过将在水中的涡轮机/发电机单元对可漂浮的涡轮机/发电机单 元的影响最小化，在工程特定流速下，将驱动在水中的以及可漂浮的 发电机单元，发出最多的电。支承发电机单元的驳船与每个水道的中心线对准，由于隔舱或水 道以及涡轮机/发电机单元都与其连接，该驳船延伸了发电站的整个长 度。驳船优选地锚固在下游的桩基上，这些桩基的一部分限定了每个 水道或隔舱，每个驳船能够单独地移动到水道出口的直接附近，以获 得最佳的水力面流条件。每个驳船可根据需要安置在水道出口处，从 而不会妨碍到最下面的在水中的涡轮机/发电机单元的通道，其中该涡 轮机/发电机单元位于每个汇聚水道/隔舱内。不同于单独和散绕的风、潮汐、波浪和其它可再生能源系统具有 被暗中破坏和蓄意破坏的风险，本专利技术目的在于在尾水内受保护的、 用警戒线围住的区域，该区域限定了入口以保护员工。所述区域在发 电站附近，并且由合适的国际安全系统所覆盖。本专利技术不使用燃料， 不产生浪费，也不会往大气排放二氧化碳。建筑仅出现在工程的边界 内，并且简单，对环境只有有限的影响。其环境评价应是很受关注， 并比以往更令人满意的。建筑物主要出现在相对的浅水区；仅需要有限的挖掘；水道/隔舱 的组件是很少的；支承件、梁和有关的钢铁或混凝土部件既容易获取， 也能够在就地预先制成；或者采用卡车、火车和驳船容易迁移的区域内的混凝土浇铸设备；水道/隔舱能够同时装配，并在可容易再定位的 牢固平台上工作，如具有定位桩的钻探船。因此，本专利技术使其本身能 够快速构建，在现有水力发电坝上，这大量并快速地推进可再生发电 的生产。考虑中的上述及其它目的将在下面变得清楚，通过参考下面几个 在附图中示出的观点、详细的描述以及附属的权利要求，本专利技术的特 性将会被更加容易理解。附图说明图1是传统水电坝的纵截面视图，该图示出了在导流管下游的 部分地限定了几个并排水道中的一个的壁，其中该水道将紊流的尾水 流转变为层流；从最下层水流得益的在最下层水中的涡轮机/发电机单 元；涡轮机/发电机单元下游的驳船，驳船支承着发电单元，每个该发 电单元由各自河底的和上表面的层流有效地驱动。图2是图1的部分顶视图，该图示出了四个会聚的隔舱/水道； 两个在水中的、在每个水道下游出口内的涡轮机/发电机单元；和两个 漂浮的驳船，每个驳船装载着发电单元，该发电单元利用与会聚水道 出口对准的下射水轮来使用最上层表面的水流发电。图3是类似图2的部分顶视图，该图示出了具有纵槽的支承件、 柱子或支柱的放大细节，板能够在该纵槽内下降以构建相邻的会聚隔 舱/水道。图4是沿图3的线4-4向上游看的部分截面视图，该图示出了几 对支承在每个隔舱/水道的会聚出口端内的在水中的涡轮机/发电机单 元，板横跨过在下游本文档来自技高网...

【技术保护点】
在一种用于水力发电的大坝内，该大坝利用通过至少一个闸门控制的入口到水渠的水位差来驱动主涡轮机，该主涡轮机又驱动发电机，然后，该水位差经过该主涡轮机通过至少一个导流管排出，该导流管将水排入尾水池；改进之处包括：用于将从至少一个下游的导流管排出的紊乱的尾水流转变为层流的装置；用于由层流的最下面的部分发电的第一装置；以及在该第一发电装置下游的用于由层流的最上面的表面部分进一步发电的第二装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：威廉洛厄尔凯利，
申请(专利权)人：威廉洛厄尔凯利，
类型：发明
国别省市：US[美国]