[發(fā)明專利]以氣體作中間介質(zhì)的水力電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 86103487.2
• 申請日: 1986-04-16
• 公開（公告）號: CN1010498B
• 公開（公告）日: 1990-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 諾曼·韋斯特·貝拉米
• 申請（專利權(quán)）人: 水能聯(lián)合有限公司
• 主分類號: F03B13/12
• 分類號: F03B13/12
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 黃力行

本發(fā)明涉及水力電力系統(tǒng)，特別是將液體水頭能量（但不局限于這種形式的能量）轉(zhuǎn)換到易于使用的能量形式（例如電能）的氣動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。本發(fā)明特別適用于河道這樣的低水頭情況以及可能出現(xiàn)潮汐的地方。本說明書所述的低水頭是指1-10米的水頭，采用本系統(tǒng)生產(chǎn)的電力功率在100千瓦到10兆瓦的范圍。雖然本發(fā)明系統(tǒng)特別適用于上述范圍的低水頭，但是本發(fā)明系統(tǒng)并非不能適用于更高水頭、更低水頭或者更高功率、更低功率的情況。實(shí)際上，它可以用來轉(zhuǎn)換液體的動能。

當(dāng)人們提起生產(chǎn)電能的傳統(tǒng)裝置時(shí)，人們馬上會想到利用礦物燃料的火力發(fā)電站和利用水的壓頭去驅(qū)動水輪機(jī)的水力發(fā)電裝置。本發(fā)明系統(tǒng)類似于將水的壓頭和動能轉(zhuǎn)化成易于使用能量形式的水電站;但是本發(fā)明系統(tǒng)與上述水力發(fā)電站和利用礦物燃料的火力發(fā)電站這兩種傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，有較低的單位成本。

低水頭水力發(fā)電自上世紀(jì)末以來得到廣泛應(yīng)用，那時(shí)候在許多歐洲河流上筑堰或堰壩來控制其流動以提供必要的水頭。大多數(shù)河流上的建筑目前仍保留著，但未利用它作為動力源，因?yàn)槭褂闷胀ǖ乃啓C(jī)將這種建筑結(jié)構(gòu)的低水頭轉(zhuǎn)換為電能只有較低的經(jīng)濟(jì)效益。這是由于用大直徑低速水輪機(jī)轉(zhuǎn)換低水頭能量費(fèi)用昂貴。鑒于近來電能生產(chǎn)成本迅速增加，這些閑置的建筑結(jié)構(gòu)已引起人們更多的關(guān)注。

例如，對于發(fā)展中國家，從經(jīng)濟(jì)考慮水電站看來是最有吸引力的向本國供電的設(shè)施，但在多數(shù)情況高昂的基建成本和缺少配電設(shè)施使得這種傳統(tǒng)的水電站超出發(fā)展中國家經(jīng)濟(jì)力量限度，而利用小水頭的大量設(shè)計(jì)反而成為可行的比較經(jīng)濟(jì)的電力源。

在英國，最近制定的法律允許私營組織生產(chǎn)電能賣給中央電力管理局，對于那些在合適水力發(fā)電地點(diǎn)附近的私營組織來說，利用低水頭能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)從這些現(xiàn)成的水頭來生產(chǎn)電能常常會產(chǎn)生很大的吸引力。在英國，有許多象磨坊這樣的地方，在那里可輸出小功率的電力向國營電網(wǎng)供電或滿足電力用戶的需要。

人們認(rèn)為，在不遠(yuǎn)的將來，低水頭水力發(fā)電的潛力可能會是很可觀的。

最近至少已經(jīng)提出了兩種將低水頭能量轉(zhuǎn)換為另一種易于生產(chǎn)電能的能量形式的系統(tǒng)。第一種系統(tǒng)在英國專利申請2096706A中已公布，該申請公開了一種具有多個葉片的水力發(fā)動機(jī)，這些葉片排列成一個堰壩，在堰壩一側(cè)的水頭和/或動能對葉片產(chǎn)生一個反作用，驅(qū)動葉片沿著堰壩移動，直至達(dá)到極限位置，此時(shí)葉片改變其傾角，水的反作用使葉片向相反方向移動。這種葉片的機(jī)械往復(fù)運(yùn)動可用來生產(chǎn)電能。人們認(rèn)為，這種裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在運(yùn)行時(shí)會出現(xiàn)問題。

另一種低水頭系統(tǒng)，已在Coventry????Lanchester工業(yè)大學(xué)1984年9月提出的論文中公開，作者是Peatfield、Duckers、Locktt、Loughridge、White和West。該論文也以英國專利說明書№2143284形式出版了。該系統(tǒng)有一個密閉室，依靠開關(guān)其進(jìn)口閥和出口閥來控制進(jìn)入該密閉室的水流，該進(jìn)、出口閥的開關(guān)是以這樣的方式來進(jìn)行的：使所選定地點(diǎn)處的大部分水頭能被充分利用，變成充水和排空循環(huán)的有效驅(qū)動壓力。運(yùn)行循環(huán)從打開水的進(jìn)口閥開始，讓水流入空室內(nèi)，此時(shí)排水閥是關(guān)閉的，往室里充水和在壓力作用下驅(qū)使空氣通過一個韋爾斯渦輪機(jī)排出，這種渦輪機(jī)為雙向驅(qū)動型，推進(jìn)流體可以雙向流過其葉片驅(qū)動渦輪機(jī)，此渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動方向與通用的單向渦輪機(jī)相同，而通用的單向渦輪機(jī)卻要求流體單向流過其葉片。在接近于完成一個充水循環(huán)的適當(dāng)時(shí)刻，關(guān)上入口閥，然后打開出口閥，允許水流至擋水結(jié)構(gòu)側(cè)的下游。這個排空過程將空氣從仍在轉(zhuǎn)動的韋爾斯渦輪機(jī)抽回到密閉室中，于是從充水到排空的循環(huán)過程中韋爾斯渦輪機(jī)以最佳的效率來抽取能量。然后，在接近循環(huán)排空結(jié)束的恰當(dāng)時(shí)刻關(guān)上出口閥，再從打開入口閥開始下一個循環(huán)程序。

上述系統(tǒng)必須每10秒鐘打開和關(guān)上水流入口閥和出口閥一次，所以存在控制上的一些問題，長時(shí)間以如此高的頻率進(jìn)行操作，可能導(dǎo)致運(yùn)行故障。

本發(fā)明與Coventry????Lanchester工業(yè)大學(xué)論文中的系統(tǒng)有一些相似之處：用水來排擠出空氣，被排出的空氣驅(qū)動韋爾斯渦輪機(jī)這樣的裝置。雖然在大多數(shù)情況下采用空氣作為介質(zhì)，但必須指出，也可以采用任何一種具有本說明書解釋部分所提到的那些特性的氣態(tài)或汽化態(tài)的介質(zhì)。同樣，水是本發(fā)明最經(jīng)常采用的液體，而人們也可以用另一種不同的液體來代替水。因此，在下面直接采用水和空氣這兩個術(shù)語來進(jìn)行描述。