小落差水源水位浮力自提升发电法

摘要

小落差水源水位浮力自提升发电法是一种先将小落差水源的重力位能转化为浮力能，然后利用浮力能将其中一部分水的水位加以提升，再利用这部分被提升的具有较大落差的水来进行发电的新型水力发电方法，水位提升工具叫液体浮盆提水器，它通过灌水和排水来交替满足阿基米德沉浮条件实现循环下沉和上浮提水，利用它建成的水位提升发电站可克服水源水头小流量大需使用多台大直径发电机组等缺点。

主权项

1.一种新型小落差水源水位浮力自提升发电法，其特征是：a.这种发电方法不直接利用小落差水源的水来发电，而是先将小落差水源的重力位能转化为浮力能，然后利用浮力能将其中一部分水的水位加以提升，再利用这部分被提升的具有较大落差的水来发电；b.本发电方法使用的水位提升工具叫液体浮盆提水器A，它通过灌水和排水米交替满足阿基米德沉浮条件实现循环下沉和上浮提水；c.液体浮盆提水器A由3个连在一起的主要部分组成：浮箱B、盛水支柱C和盛水盆D，浮箱B的作用是产生一固定浮力，使浮盆提水器A能浮在水中并为A下沉后向上浮动提供浮力；盛水支柱C的用途有二：一是用来支撑盛水盆D；一是通过盛水和放水使浮盆提水器A下沉和上浮；盛水盆D的用途是用来装被提升的水。浮盆提水器A的大小，高度和截面形状可多种多样，如C、D截面形状可为园形、园环形、方形、长方形等，但C、D部分的截面形状和大小需相同(内部结构可不同)；B的高度和截面形状可任意，能产生所需浮力即可，但自由式A，B水面之上的高度需小于H1；d.工作时，小落差水源M经注水闸门Km通过浸于下水源N中的注水软管Qi从安装在盛水支柱C侧面下端或底部的进水管Tci向A注水，为避免Qi的重力和浮力对A工作的影响，Qi可采用特制的重力等于浮力的用橡胶，塑料或其它质料制成的波纹软管或带有浮体的一般波纹软管，为加快下沉速度，可采用口径大的Qi和增加Qi的数目，以增大注水速度；为加快上浮速度，在C的侧面需安装尽量多的排水闸门K1i(其中儿个必需装在最下端)，K1i的面积则愈大愈好，以实现快速排水；为了在盛水盆D盛满水之后能将其中的水与盛水支柱C中的水隔开，不随C中的水一起排出，在D的底部需安装一个或几个隔离闸门K2i；为使C中水能顺利排出，在D的一侧需安装一条或几条通气管T’ci，使空气能自由进出C；另外，在D的外侧下端还需安装一个或几个出水闸门K3i及引水槽Ii，供将D中被提升的水流入上水池F使用，在D的四侧上方D的最高水位Hd水平线以上的位置处还需开一些泄水孔Li，以限制D中的水位不超过Hd。Km、K1i、K2i，K3i等闸门可用人力启闭，也可用电动、液压等方式启闭，为节省开关闸门所需能耗，也可考虑使用浮力闸门，各闸门如采用程控或行程控制等工作方式，浮盆提水器A的提水过程便可实现全自动化运行，整个过程不再需要人的参与，这时，人们利用A所提升的水来发电，就如同利用天然大落差水源的水来发电一样，不会有什么不同的感觉；e.浮盆提水器A工作时需套在或卡陷在一条或数条高度大约为它二倍的导轨或导槽中，导轨或导槽一半在水上一半在水下，牢固地固定在水井、水池、水库、湖泊、河流、海洋的水底或侧壁上，使它只能沿垂直方向上下移动，不能大幅摆动和倾斜；f.浮盆提水器A实现循环下沉和上浮提水必需满足以下二个条件：浮箱B的浮力Pb＝Fa+Fd″+ΔPb--------------------(11)水位提升倍数$K=\frac{(\gamma +\rho )(1-\lambda )}{\rho }---\left(28\right)$ 其中Fa为浮盆提水器A的自重；Fd″＝HdΔFd″＝H3ΔFc″为盛水盆D的最大盛水重量，即浮盆提水器A的提水重量；ΔFd″、ΔFc″为单位高度盛水盆D和单位高度盛水支柱C的盛水重量，Hd＝H1-H2＝H3为盛水盆D的最大盛水高度，H1为水源最小落差，H2为A的调节(浮沉)水高，为实现A下沉和上浮所需的盛水支柱C中一段水柱的高度；ΔPb＝αH2ΔFc″为富余浮力，α为富余浮力水高系数，为C中重量等于富余浮力的一段水柱的高度占调节水高H2的相对百分比；K＝Hc/H1，Hc为盛水支柱的高度，即浮盆提水器A的水位提升高度；γ＝1-α-β为附加浮力水高系数，为C中重量等于盛水支柱C浸入水中时产生的最大附加浮力(Hc-H2)ρΔFc″的一段水柱的高度占调节水高H2的相对百分比；β为富余重力水高系数，为C中重量等于富余重力βH2ΔFc″的一段水柱高度占调节水高H2的相对百分比；ρ＝ΔVc′/ΔVc″为盛水支柱C的结构体积比，ΔVc′为C单位高度的材料体积；ΔVc″为C单位高度的容水体积；λ＝Hd/Hl为浮盆提水器A的水源落差利用系数。浮箱B的浮力Pb不能大于也不能小于(11)式，必需正好或基本上等于(11)式；要求达到的水位提升倍数K必需小于(28)式，否则A不能实现循环下沉和上浮提水；