[实用新型]集流循环式水流发电系统

说明书

本实用新型是由水下集流扩散器和水上贯流式水轮发电机相结合的新型水流发电系统，用于沿岸潮流和江河水流发电，属新能源利用和水力发电技术领域。

目前，在开发潮流能源的研究中，由于潮流的水头低、压力小，常规水轮机不能直接应用到水下自由流中，因此，一般采用特殊设计的水轮机直接放入水中进行水下发电。但中，这种水下发电方式往往给发电系统的设置、操作运行和维护管理等来麻烦，影响了潮流能的开发利用效果。

本实用新型的目的是推出一种特殊设计的水下集流扩散器和常规的水上贯流式水轮发电机组相结合而形成的新型水流发电系统，实现把水下自由流变换成循环有压管流，用常规贯流式水轮机进行水上发电。这种发电方式为开发低水头、大流量的水流动能，创造了必要的条件。

本实用新型所述的集流循环式水流发电系统由水下集流装置、水上发电装置及循环管组成，见附图。

水下集流装置由两级集流扩散器构成。第一级集流扩散器包括集流器a（1）、喉管a（4）、扩散器a（6）、流线体（7）；第二级集流扩散器包括集流器b（8）、喉管b（9）、扩散器b（10）、流线体b（11）。

第一级集流扩散器是把一定流速的自由流转换成有压循环管流。第一级集流扩散器喉管a（4）中央处设置循环管（13）的进水管口（2）和出水管口（5）组成的流线体c（3）。循环管（13）的进水管口（2）和出水管口（5）分别与喉管a（4）的进水管口和出水管口在同一断面上。水流进入喉管a的同时，部分水流进入循环管（13）。从循环管循环返回的水流又同穿过喉管a的水流从位于同一断面上各自的出水管口进入扩散器a（6）。

第二级集流扩散器的作用是对第一级集流扩散器内部水流起抽吸加速作用。第二级集流扩散器喉管b（9）的进口与第一级的扩散器a（6）的出口安装在同一个断面上，而且两级集流扩散器同轴联结，以减小装置内部水流阻力。

两级集流扩散器的内部采用文丘里喷管结构，使内部水流通过时起到加速作用。两级集流扩散器外部结构采用流线体，以减小水下装置的阻力系数，使外部水流迅速旁流，并对内部水流起到导流加速的功效。

水上发电装置主要包括贯流式水轮机（14）和与其匹配的发电机（12）。循环管（13）连接水下集流装置和水上的水轮机（14），连接部位保持水密。

水上发电装置的水轮机和发电机选用配套的常规产品。水下集流装置和循环管可以选用钢、塑料和水泥等材料，并进行防腐和防生物附着处理。水下装置可以采用固定式或浮体锚泊式，以适应不同的水流条件。

本实用所新型通过其水下集流装置，将水下自由流变换成循环管中的有压循环管流。当水流进入第一级集流扩散器的集流器a（1）后，开始加速，在喉管a（4）段流速最大。其中央水流部分在动压作用下从进水管口（2）进入循环管（13）内，其周围的大部分水流通过喉管a和扩散器a沿轴向排出。在喉管a和扩散器a的接合面，即出水管口（5）所处的断面，因为流速增大而静压减小，造成进水管口（2）和出水管口（5）之间的压差，致使循环管（13）内水流循环流动。循环管内水流推动安装在循环管路中水轮机（14）运行，把水流动能转换成机械能，然后，再由发动机（12）转换成电能。

附图为集流循环式水流发电系统示意图。

图中，1－集流器a，2－进水管口，3－流线体c，4－喉管a，5－出水管口

6－扩散器a，7－流线体a，8－集流器b，9－喉管b，10－扩散器b，

11－流线体b，12－发电机，13－循环管，14－水轮机，15－水面。

本实用新型所述的集流循环式水流发电系统，用于水头低、压力小的自由流发电具有明显优越性，在开发我国丰富的沿岸潮流及江河、渠道等水流资源中具有广阔的发展前景。