穹顶室内浮箱闸门置轮机两区八口纳排海库水的潮汐电站

摘要

一种穹顶室内浮箱闸门置轮机两区八口纳排海库水的潮汐电站技术，尤其是在侧壳钢板箱式结顶的穹盖下加强顶的穹室内，设有闸门轮机纳排水中段的以水轮机为中心设备的上顶纳水区左右两纳水逆止口和向海纳水阔口、向库纳水阔口，以及机下的排水区左右两排水逆止口和向海排水阔口、向库排水阔口自动在海况侧向压力下智能化稳定水头随浮升降平稳纳排水发电的“轮机两区八口纳排海库水——拟兴建中国18000公里海岸线的‘土石级堤坝性’‘或高架墩间板闸性’挡水潮汐水库堤坝高速公路，‘高速公路下桥梁、涵洞等分布路侧万千闸口水道聚得能40～90％效率发电的潮汐电站总坝’”大中小微造型的闸门竖浮箱体的潮汐发电站。

说明书

技术领域

本发明涉及一种穹顶室内浮箱闸门置轮机两区八口纳排海库水的潮汐电站技术，尤 其是整个浮箱闸门系的闸门内中上部正中置竖向贯流式水轮发电机组，机组入水口顶上 对应开向海向库的两侧来水逆止口，机组排水口底下对应开向海向库的两侧排水逆止口 的被椭球形“穹顶室”包裹全体唯留有两侧过水海口与水库坝体连为一体的潮汐发电站。

背景技术

目前，公知的全球最大的潮汐电站依然还是法国朗斯的24万千瓦装机容量的潮汐电站(只是得益于全球得天独厚的站址，这里潮差10.9米，最大时达13.5米，水坝长 350米，涨潮时水面延长20公里左右，每年可供电530亿kwh)，法国正兴建的圣马诺 潮汐电站设计装机1000万kw，是朗斯的40倍，建成后年发电2.5万亿kwh，是朗斯的 50倍，还准备在圣马诺湾2000平方公里的海面上建三座拦潮坝，装配最大容量的水轮 机组，使每年发电达3.5万亿kwh。我国有9座潮汐电站(总装机容量1120kw)江厦潮汐 电站经过四十年的不断改进与扩容，现装机已达4100kw。我国沿海潮汐能丰富可开发潮 汐电站容量应该相当高……真正困扰潮汐能开发与利用的技术问题早已集中转移到了 系统创新而不是单纯水轮机问题，而是有区别地对广大海岸带上1～5米潮差的所有站 址研究出“通用的包括水轮发电机组在内都可以系列化大小造型的潮汐能全面开发利用 的潮汐电站‘总成’”，该“总成”首先是要方便快捷(要让每个大、中、小、微潮汐站 址上凡能够在海岸带上筑坝铺路和开塘兴渔之湾都能逐一对应有单机或多机连体型标 配而在筑坝时预留基座置入坝中完工后即能发电，以适逢在我国冀鲁苏浙闽的南北向沿 海各地方房地产业的瓶颈期之际打开通向海洋的“大门”)，其次是若干倍地廉价并且 耐腐寿命长、潮汐能转换效率空前地高，这才是中国的技术创新。

本发明人曾起步在三十年前就研究海洋能源，获有《定调双浮两翼横式潮汐发电站》 (ZL 92 2 34337.3)和《偏浮式海浪发电通用护岸组合电站》(ZL 94 2 01303.4)、《定调双浮潮汐发电站伸缩闸门》(ZL 94 2 13154.1)的专有性成果台阶在那里(本人的《定 调双浮两翼横式潮汐发电站》ZL 92 2 34337.3的只是缺陷在抗灾性能指数过低，实用 价值不很高)。

发明内容

本发明的目的是：就是要设计出方便快捷和廉价几十倍的同时更具备坚固耐用、寿 命空前、1m潮差可0.1～0.5m水头随潮整流准潮踪发电、5m潮差可0.5～2.0m水头随 潮整流准潮踪发电、发电电力稳定、自动化程度最高且厂耗率最低、常年无须人岗轮值 等等独特性能之外还要最终保证潮汐聚得能的电转换效率在40～90％的潮汐发电站总 成。以此引发出中国率先构建全世界人类向海洋规琪万里大进军的“全海岸带兴坝‘通 途、护岸、库渔、发电、文旅、康养、山墅、架宿、牧植、殖渔、楼宇、餐饮的百业产 融生态水域海城城市一体化’”。

本发明的目的是这样实现的：借鉴和运用了《定调双浮两翼横式潮汐发电站》(ZL92 2 34337.3)专有性技术台阶的定调双浮两翼横式潮汐发电的原理并对缺陷性部分予以补 拙的同时，采用了整机“闸门化‘变形’”和整机“闸门化‘变形’”的绝对安全性定各 型的穹室竖箱护闸外壳封闭体总成化或大部件总成化散装组合金属结构的总成化设计 制造，应用于目标四海所有海库之湾与海之间兴修一条拦海奇长路坝(——拟建议国家 与地方政府统一规划一条18000km的沿海“‘或土石级提坝性’‘或高架墩间板闸性’挡 水高速公路”的潮汐发电总堤坝，将包括渤海沿岸在内的四海沿岸各小海沟连坝成各自 纳排万里共涨退潮水的潮汐电站群发电以及渔业养殖或未来水面种植的综合功能的一 连串水库，使大小海沟都围成更大的共有或独立库容的海岸带水库)，或者趁浅海修库 (在临海的几个湾口交错的站址之上选择筑一条笔直的+5～8m于海平面的独立路坝)， 或者圈海(如在有经济价值的湾口外浅海水域用绞吸吹沙填+5～8m于海平面的路坝，或 者是在有经济特色的典型渔业资源的高密度群岛浅滩海域用绞吸吹沙填筑成+5～8m于 海平面的环形路坝)成一连串、圈连圈的水库，库坝高度当因地制宜，其路面以高出当 地最高风暴潮位1～2m为宜……凡对应在一个个水库共侧的高速公路的桥、涵洞统一规 划的百千对应处遍设“大小纳排水口水道”上配置本发明。本发明在每个海岸带1～5 米潮差的所有站址的高速公路下有计划桥梁、涵洞处的高速公路库侧对应设大中小微适 型的纳排水之闸口或大中小适型的船闸之侧并设的闸口水道上预埋底座(要求预留潮汐 低潮位线以下“0.5～2个潮差值”深度限以下设“相当于整机段对应潮差‘高度值见方’ 水体表面积蹼闻面以下几十倍重力地基”之上设有本发明适型设备的标准预埋钢骨件) 安装适型的潮汐发电系统，待就位栓定或铆或焊连定定位后再与高速公路之侧的闸体混 凝浇注成一体。以此，既在一两万公里的整个沿海全面实现事伴功倍甚至倍加倍经济性 地获得巨大人工库容聚得潮汐能的同时，又分海区设计不同的聚得潮汐能电转换率达到 渤海、黄海、东海、南海沿岸依次设计在90％、90％、50％、90％左右不等。

本发明的“潮汐电站总成(或几大总成化的部件散装组合总成)”的结构是：总成主体为与堤坝上一至若干个正反过水水道，水道闸体置位处的底里重力底座预埋件栓合混凝构筑整坝为一体挡水的一对一配套的准方纵向穹室(准闭合)竖箱体，竖箱体两侧分别向海向库对应潮涨上止线和落潮下止线之线下(渤海有冻站址处取1.2m以下“封箱防冻线”)分别开左右侧上下一组或若干组排上纳水、下排水之阔口；竖箱体内正中上设穹 箱顶外向口内定滑动轮组轨制闸门竖箱体，体竖向同轴浮动在穹室竖箱正下底里中位的 闸门轨道口内，口内浮动的闸门箱体内的上中段对应竖箱体上纳水两内逆止口、下排水 两外逆止口而正中竖向设贯流水轮机(或采取720Φ～1800°大径螺旋片片与竖转轴自 制普通焊接和机筒游隙定、转子动平衡结合构造成型，获得0.2m到1.0m低微水头多个 种类适型系列配置的轴流式水轮机)，水轮机上的纳水两内逆止口之间为纳水区、下排 水两外排水逆止口之间为排水区，其纳水区下是轮机进水口对应于穹室侧壁上的潮汐纳 水阔口，口是对应设闸门箱体内壁两侧的纳水逆止性对应海库两开纳水逆止口门，构成 水轮机顶上纳水进入通水到水轮机下排水区平稳地随潮涨落发电的闸门竖箱段，段向上 至顶设人货电梯，梯至天窗电梯房而浮出动态中竖箱的闸门竖箱体，体随潮落潮涨而沉 浮于静态穹室竖箱之内；贯流水轮机置中对应的闸门体两侧顺闸对称通设或间断通设橡 胶充气调浮气囊；闸门竖箱体对应竖向贯流水轮机段的下位的两壁对称开口每外侧设涨 潮退潮侧分对应的逆止排水口，口外侧隔水对应其穹室(准闭合)竖箱体两侧排水阔口直 通库区和海区的涨潮退潮侧分对应排水区；涨潮退潮两侧分对应排水区闸段之下是定调 双浮扛板联体闸门两侧的或间断定置的充气定浮囊体；再下即顺轨道之内(或外套式)定 滑轮轨制上下一体化沉浮移动往复的整个中竖箱闸门的闸门竖箱体底部浮体段。这样， 当涨潮之初，向海一侧的充气调浮囊体和两侧充气定浮囊体充气达到水轮机上部两侧纳 水口外的水位差0.5m左右(之后向库一侧的充气调浮囊体也等量于向海一侧的充气调浮 囊体充气，待落潮时调浮之用)，如此便保持各气囊内的已充气的浮力参数不变，整个 闸门竖箱体连同内部的水轮机必随潮涨而升，升则保持0.5m左右的既定水头(尽管水轮 机身在水腹之中，但是作为海库两区的唯一通水的螺旋叶片水道，只要两区有位差，就 一定要流动，动则推动水轮机转动发电)不变，海侧纳水逆止口与库侧排水逆止口自动 顺流性打开，而库侧纳水逆止口与海侧排水逆止口则自动逆止性关闭，其间水轮机顶口 纳水与水轮机尾口等量排水稳定推转子转动而发电，当海潮涨落监控系统发现过潮之水 或少有余缺之量则随时增减水轮机个运转个数使其潮机同步等量纳、排水，直到止潮到 海库两侧位差小于0.5m时段内停止运转；待开始落潮后库海达到水轮机上部两侧纳水 逆止口外的水位差0.5m左右时，便保持各气囊内的已充气的浮力参数不变，整个闸门 竖箱体连同内部的水轮机必随潮落而降，降则保持0.5m左右的既定水头不变，库侧纳 水逆止口与海侧排水逆止口自动顺流性打开，而海侧纳水逆止口与库侧排水逆止口则自 动侧压性关闭，其间水轮机顶口纳水与水轮机尾口等量排水稳定推转子转动而发电；当 海潮涨落监控系统发现过落之水或少有余缺之量则随时增减水轮机运转个数使其潮机 同步等量纳、排水直到止退落潮到海库两侧位差小于0.5m时段内停止运转，如此周而 复始稳定发电则毫厘无爽，以此形成定调双浮潮汐电站的闸门轮机纳排水中段的以水轮 机为中心设备的上顶纳水区左右两纳水逆止口和向海纳水阔口、向库纳水阔口，以及机 下的排水区左右两排水逆止口和向海排水阔口、向库排水阔口自动在海况侧向压力下智 能化稳定水头平稳发电的“轮机两区八门纳排海库水无论海况均可绝对安全而平稳发 电”的潮汐发电工作原理。当无论强度级别的风暴潮来袭则由穹室竖箱体护壳均能抗击 到土石库海路坝强度失效之后，使正处在护壳内的闸门竖箱体及水轮机发电无虞。由于 本发明土石库海路坝兼有高速公路的万里海岸经济带上的交通、防潮、护岸、保业、保 生命等应有尽有的城市级基础建设的“百、千年一遇‘生命线’”功能，使得所有兴坝 水库的“海岸带养殖种植百业置(指未来随之兴起的岸带海洋开发工商业、水面农业、 水域渔业、库岸房地产业、空架文旅业、濒海临山康养业、仙宿租赁业等等和一应俱全 的城市基础设施)”寸土寸金的国家与民众的固定资产不至于再发生周期性地损创甚至 象过去的海岸带养殖业三年两头地“归零”，须根据各地水文信息至少确定百年风暴潮安全防范标准兴建为“高速路的库坝”。本发明只所以研究出“通用的包括水轮发电机 组在内都系列化大小造型的对应万千站址上的潮汐能全面开发利用的潮汐电站‘总 成’”，是因为该“总成”经过三十多年的研究已经能够做到了方便快捷和廉价几十倍， 尤其同时具备坚固耐用、寿命空前、抗风暴能力超强、1m潮差站址可以0.1～0.5m水头 随潮整流准潮踪化发电、5m潮差站址可0.5～2.0m水头随潮整流准潮踪化发电、发电电 力绝对稳定、自动化程度最高且厂耗率最低、常年无须人岗轮值等等独特性能之外还要 最终保证潮汐聚得能的电转换效率在国内外绝对遥遥领先的40～90％之间(要让我国 “18000公里海岸线的‘高速公路下的潮汐电站总坝’”上的每个大、中、小、微潮汐站 址上凡能够在海岸带上筑坝铺路和开塘兴渔之湾都能逐一对应有单机或多机连体型标 配而在筑坝时预留基座置入坝中完工后即能发电)的潮汐发电站总成。

关于“18000公里海岸线的‘高速公路下的潮汐电站总坝’”工程建设的仅潮汐发电的经济性粗略分析：潮汐能增益部分：由于依托在我国沿海顺着浅水岸基上修建了 “‘土石级堤坝性’‘或高架墩间板闸性’”挡水潮汐库坝的高速公路，使以往仅仅计算 海沟岸湾容量的潮汐聚得能，加之盲目跟随西方潮汐电站技术发展造成我国的潮汐能开

由于采用了上述方案，本发明实现了潮汐发电站总成结构的方便快捷和廉价几十倍 同时更具备坚固耐用、寿命空前、1m潮差可0.1～0.5m水头随潮整流准潮踪发电、5m 潮差可0.5～2.0m水头随潮整流准潮踪发电、发电电力稳定、自动化程度最高且厂耗率 最低、常年无须人岗轮值等等独特性能之外还要最终保证潮汐聚得能的电转换效率在 40～90％以上，为人类向海洋岸带全面大进军的“全海岸带兴坝‘通途、护岸、库渔、 发电、文旅、康养、山墅、架宿、牧植、殖渔、楼宇、餐饮的百业产融生态水域海城城 市一体化’”。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。

图1、是本发明第一个大中型类潮汐发电几大总成部件模块化散件到港栓、铆、焊总装组合总成实施例的横剖主视图；图2，是图1的侧视图。

图3、是本发明第二个小微型类潮汐发电总成实施例的横剖主视图；图4，是图3 的侧视图。

图中1、中位定置钢架板合定滑轮轨制轨道竖沟或工字钢板合竖柱(简称轨道竖沟或称定滑竖柱)；2、轨道竖沟内出入水腔；3、工字钢排拼并两面板合为一体的沉浮降 升(下脚处通设耐磨密封条)挡水的机下闸门刚体段(简称机下闸门段)；4、涨潮之始的 海平(落退潮电排水止)线(简称潮始线)；5、落潮之止的海平(涨潮电排水止)线(简称落 止线)；6、整机“闸门化‘变形’”后绝对安全性护壳定型的穹室竖箱护闸外壳封闭体(简 称穹室竖箱体)；7、水轮机下水压差分岭排水区(简称排水区)；8、闸门竖箱中段机下 闸壁壁外排水逆止口(简称排水逆止口)；9、贯流式(或采取720°～1800°大径双曲旋 转渐扩螺旋片片与竖转轴自制普通焊接和机筒游隙定、转子动平衡结合构造成型，获得 0.2m到1.0m低微水头多个种类造型系列配置的轴流式简易水轮发电机组)水轮机(简称 水轮机)；10、机房双肩拢囊力臂(简称囊臂)；11、水轮机顶纳水下排水两区四门的闸 门竖箱中段(简称闸门轮机纳排水中段)；12、闸门竖箱中段机上闸壁壁内纳水区两库海 侧的纳水逆止口(简称纳水逆止口)；13、闸门竖箱内水轮机上部的闸顺轨空腔段(简称 上闸顺轨段)；14、电梯房；15、穹室盖下加强顶穹室(简称加强顶)；16。穹室盖(或无 穹盖的两侧侧壳钢板夹持顶轨道口的)正中定滑轮组竖向侧应力稳定轨道口(简称轨道 口)；17、涨(发电)止线；18、落(发电)始线；19、与涨潮排线构成动态落差的涨侧动 态衡定水头(简称涨头)；20、涨潮侧动态排水线(简称涨排线)；21、落潮侧动态排水 线(简称落排线)；22、落潮侧停止发电线(简称电止线)；23、隔水板；24、定调浮力气 囊；25、钢骨水泥混凝重力底座预埋件拴定系(简称重力底座)；26、耐磨金属复合橡塑 随闸门升降而动(或静止状态定设于轨道或轨柱壁)的挡水单、复设密封条(简称密封 条)；27、穹盖室竖箱壳体钢架外内撑侧面准密封闭的外壳板或钢骨混凝砖石刚性侧壁 (简称穹室竖箱壳体或称侧壳钢板)；28、工字钢拼排并两面板合焊为一体的定滑轨制挡 水竖柱(简称定滑竖柱)；29、室内通轴于水轮机的发电机(简称发电机)；30、库侧侧壳 钢板中部上下纳排水栅护双阔口组(简称库侧双口)；31、海侧侧壳钢板中部上下纳排 水栅护双阔口组(简称海侧双口)；32、侧向调浮气囊；33、隔板；34、侧向挡透水浮 闸区(简称浮闸区)；35、机房角脊板；36、与落排线构成动态落差的落侧动态衡定水 头(简称落头)；37、囊内侧向充气弹回的伸缩骨架(简称伸缩骨架)；38、水轮机入水 首上纳水区(简称纳水区)；39、穹顶保护外壳盖(简称穹盖)；40、向海纳水(有栅栏和 密封两盖)阔口；41、向库纳水(有栅栏和密封两盖)阔口；42、向海排水(有栅栏和密封 两盖)阔口；43、向库排水(有栅栏和密封两盖)阔口；44、中制狭道的套柱游隙的底闸 挡水浮箱门段(简称浮箱门段)；45、套柱定滑轮狭道(简称狭道)；46、贴闸伸缩简易调 浮气囊(简称简易气囊)；47、自下而上依次由下闸门段、囊臂、闸门轮机纳排水中段、 上闸顺轨段栓或铆或焊连接为一体的竖浮箱为一体化闸门总成或大部件总成模块化组 装的散装为总成的设有定调气囊和调浮气囊的定调双浮的而设有“‘轮机’为中心的‘两 区纳排水四口’加穹室竖箱‘四阔口’”的闸门式室内顺逆挡水随浮升降发电本体的潮 汐发电系统(简称闸门竖浮箱体)。

具体实施方式

在图1中，由穹盖下加强顶15正中轨道口16及底部正中轨道竖沟1上下轨制，上 轨制上闸顺轨段13，下轨制机下闸门段3的段13与段3上下结合闸门轮机纳排水中段 11为一体的闸门竖箱体随潮汐上升下降。其上闸顺轨段13内设人货电梯而顶开电梯房 14的空腔闸门体，下闸门段3为巨制工字钢拼并板合挡水刚性闸门体(体两侧套设由囊 臂10扛联的内伸缩骨架37的定调浮力气囊24)，唯闸门轮机纳排水中段11机9首上纳 水区38左右对应于闸门两侧壁壁内每开设有向海向库的纳水逆止口12，中段11下机9 尾对应于排水区7闸门两侧壁壁外每开设有向海向库的排水逆止口8；对应水轮机9的 闸门壁中位每侧横伸伸缩骨架37套设侧向调浮气囊32而整体升与降。穹盖39正中开 设竖向游隙升降的轨道口16为一体，穹盖39体下左右竖向下左右或栓或铆或焊连接两 侧设库侧双口30和海侧双口31而整体栓定于重力底座25上。

在图2中，长方体视侧面和背侧面对称设一至若干水轮机9对应单元的库侧双口30和海侧双口31的库海两侧壳钢板27，板27两面对应的每双口30组和双口31组对称布 置上下对应的向海纳水阔口40、向海排水阔口42、向库纳水阔口41、向库排水阔口43。

在图3中，除侧壳钢板27两侧正中置定轨道口16及底部正中轨道竖柱1上下轨制狭道45，上轨制上闸顺轨段13，下轨制机下是狭道45所在的浮箱门段44，段44上栓 或铆或焊连接闸门轮机纳排水中段11，中段11上接上闸顺轨段13为一体的闸门竖箱体 和贴闸伸缩简易气囊46之外其余与图1结构有按比例缩小的基本相同的简易化的结构 特征。

在图4中，与图2有按比例缩小的基本相同的简易化的结构特征。