本發(fā)明涉及高壩水電站水力發(fā)電水能利用率技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水電站離心式水力發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

水電站是能將水能轉(zhuǎn)換為電能的綜合工程設(shè)施，一般由擋水、泄水建筑物形成的水庫(kù)、水電站引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房及機(jī)電設(shè)備等組成。通過(guò)將水電站水庫(kù)的高水位水經(jīng)引水系統(tǒng)推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能，再經(jīng)升壓變壓器、開(kāi)關(guān)站和輸電線路輸入電網(wǎng)，以供其他設(shè)備使用。對(duì)于水電站，如長(zhǎng)江三峽水電站、溪洛渡水電站等超高壩水電站，其具有巨大的水能，但是現(xiàn)有的水力發(fā)電系統(tǒng)均存在水能利用率較低的問(wèn)題?，F(xiàn)有的水電站的水力發(fā)電系統(tǒng)僅在水道底部配置一臺(tái)水力渦輪發(fā)電機(jī)機(jī)組，而機(jī)組裝機(jī)存在容量較小的問(wèn)題，根本無(wú)法對(duì)水能進(jìn)行充分的利用，目前，長(zhǎng)江三峽水電站水力發(fā)電的發(fā)電率僅約50％。同時(shí)，現(xiàn)有的水力發(fā)電系統(tǒng)采用的水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組一半的葉片會(huì)形成反向水流，從而對(duì)渦輪機(jī)產(chǎn)生逆勢(shì)影響，降低了水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的工作效率，影響了整機(jī)機(jī)組的工作效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的水電站采用的水力發(fā)電系統(tǒng)存在水能利用率較低，不能充分地將水能轉(zhuǎn)化為電能等缺陷，目的在于提供一種改進(jìn)現(xiàn)有的水電站離心式水力發(fā)電系統(tǒng)，有效地提高現(xiàn)有水電站的水力發(fā)電系統(tǒng)的水能利用率。

實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的水電站離心式水力發(fā)電系統(tǒng)，具有一與水電站主壩體配合使用的用于水力發(fā)電的離心式發(fā)電塔，所述發(fā)電塔外表面從上而下固設(shè)有一用于加速流入所述發(fā)電塔水流的全封閉式螺旋水道，所述螺旋水道內(nèi)沿著螺旋方向均勻固設(shè)有若干用于將流入所述發(fā)電塔水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能的水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組。

所述螺旋水道內(nèi)設(shè)有若干與所述水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組適配的渦輪機(jī)半屏U型槽。

所述水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組靠近流入水流一側(cè)固設(shè)有一用于使流入水流沿著所述水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的葉片切線方向流動(dòng)的反射角單元和一固設(shè)于靠近所述水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組另一側(cè)的用于對(duì)流經(jīng)所述反射角單元的水流進(jìn)行引導(dǎo)流向的導(dǎo)流墻。

所述導(dǎo)流墻為設(shè)于所述水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組下游1～2米處的導(dǎo)流墻。

所述發(fā)電塔頂部設(shè)有一用于流入水流的進(jìn)水口；所述水力發(fā)電系統(tǒng)具有若干用于實(shí)現(xiàn)所述水電站的主壩體與所述進(jìn)水口貫通的空中渡槽。

所述水電站主壩體內(nèi)的全封閉式水道內(nèi)設(shè)有二用于控制所述水電站的水庫(kù)水流進(jìn)入所述空中渡槽流量的柱狀閥。

所述發(fā)電塔內(nèi)設(shè)有一用于將經(jīng)由所述發(fā)電塔產(chǎn)生的電能集中管理的發(fā)電機(jī)房。

所述螺旋水道末端固設(shè)一位于所述水電站水庫(kù)水面以下的用于維持所述螺旋水道末端的使用壽命的緩沖區(qū)。

所述緩沖區(qū)具有一直接流入流經(jīng)所述水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的水流的第一緩沖單元、一用于流入經(jīng)由所述第一緩沖單元緩沖的落水洞口、一與所述第一緩沖單元一體成型且與所述落水洞口貫通的L形第二緩沖單元和一用于流出經(jīng)由所述第二緩沖單元緩沖的出水口。

所述螺旋水道末端固設(shè)有一用于將所述螺旋水道、所述空中渡槽和所述水電站主壩體的水道抽成真空狀態(tài)的真空泵，利用所述水電站水庫(kù)中的水壓和所述螺旋水道、所述空中渡槽、所述水電站主壩體的水道內(nèi)壓差將所述水電站水庫(kù)中水吸入所述水力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行水力發(fā)電。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：

本發(fā)明的水電站離心式水力發(fā)電系統(tǒng)，首先經(jīng)由真空泵使得螺旋水道、空中渡槽和水電站主壩體的水道抽成真空狀態(tài)，再經(jīng)由空中渡槽將水電站水庫(kù)中的水從發(fā)電塔的進(jìn)水口注入發(fā)電塔，并通過(guò)螺旋水道內(nèi)設(shè)于若干水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的外緣一側(cè)產(chǎn)生離心力，并由導(dǎo)流墻改變水流流向并提高水流流速，帶動(dòng)水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，進(jìn)而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，利用水流在高壓的條件下獲得巨大的慣性勢(shì)能、沖擊動(dòng)能、離心力使得水流加速作用，有效地提高現(xiàn)有的水力發(fā)電系統(tǒng)的水能利用率。

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明水電站離心式水力發(fā)電系統(tǒng)的主視圖；

圖2為本發(fā)明水電站離心式水力發(fā)電系統(tǒng)的俯視圖；

圖3為本發(fā)明水電站離心式水力發(fā)電系統(tǒng)緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合圖1至圖3，對(duì)本發(fā)明的水電站離心式水力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1所示，本實(shí)施例的水電站離心式水力發(fā)電系統(tǒng)，具有與水電站主壩體配合使用的用于水力發(fā)電的離心式發(fā)電塔10，發(fā)電塔10外表面從上而下固設(shè)有用于加速流入發(fā)電塔10水流的全封閉式螺旋水道11，螺旋水道11內(nèi)沿著螺旋方向均勻固設(shè)有若干用于將流入發(fā)電塔11水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能的水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組12。

螺旋水道11內(nèi)設(shè)有若干與水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組12適配的渦輪機(jī)半屏U型槽13U型槽13起到用于阻止水流逆勢(shì)的作用。水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組12靠近流入水流一側(cè)固設(shè)有用于使流入水流沿著水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組12的葉片切線方向流動(dòng)的反射角單元14和固設(shè)于靠近水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組12另一側(cè)的用于對(duì)流經(jīng)反射角單元14的水流進(jìn)行引導(dǎo)流向的導(dǎo)流墻15。一優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)流墻15為設(shè)于水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組12下游1～2米處的導(dǎo)流墻15。螺旋水道11具有上道壁和下道壁，導(dǎo)流墻15的上下端分別與螺旋水道11的上道壁和下道壁固定連接。發(fā)電塔10頂部設(shè)有用于流入水流的進(jìn)水口16。水力發(fā)電系統(tǒng)具有若干用于實(shí)現(xiàn)水電站的主壩體與進(jìn)水口16貫通的空中渡槽17。水電站主壩體內(nèi)的全封閉式水道19內(nèi)設(shè)有二用于控制水電站的水庫(kù)水流進(jìn)入所述空中渡槽流量的柱狀閥18。發(fā)電塔10內(nèi)設(shè)有用于將經(jīng)由發(fā)電塔10產(chǎn)生的電能集中管理的發(fā)電機(jī)房110。如圖3所示，發(fā)電塔10上設(shè)有用于將經(jīng)由螺旋水道11末端固設(shè)位于所述水電站水庫(kù)水面以下的用于維持螺旋水道11末端的使用壽命的緩沖區(qū)20。緩沖區(qū)20具有直接流入流經(jīng)水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組12的水流的第一緩沖單元21、用于流入經(jīng)由第一緩沖單元21緩沖的落水洞口22、與第一緩沖單元21一體成型且與落水洞口22貫通的L形第二緩沖單元23和用于流出經(jīng)由第二緩沖單元23緩沖的出水口24。螺旋水道11末端固設(shè)有用于將螺旋水道11、空中渡槽17和水電站主壩體的水道19抽成真空狀態(tài)的真空泵30，利用水電站水庫(kù)中的水壓和螺旋水道11、空中渡槽17和水電站主壩體的水道19內(nèi)壓差將水電站水庫(kù)中水吸入水力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行水力發(fā)電。

一實(shí)施例中，設(shè)江河激流秒流量1萬(wàn)立方米、洪峰期20～45天、流量14300立方米/秒。枯水期80天以上、流量3200立方米/秒；豐水常態(tài)期145天～160天、秒流量9000立方米/秒～1.1萬(wàn)立方米/秒。落差＞200m高度河段360m。設(shè)電站壩高＞338m，蓄水高度＞328m，出水口高度200m,每孔出水2850立方米/秒，落水75度傾角，距離壩外河床水位0m線38m高度。螺旋離心式每座可裝機(jī)20臺(tái)以上。單臺(tái)裝機(jī)功率60萬(wàn)千瓦，工作壓力6Kg/cm²，洪峰期可滿足5條孔道連續(xù)機(jī)組發(fā)電；豐水期可滿足3條孔道連續(xù)機(jī)組發(fā)電；枯水期可滿足1條孔道連續(xù)機(jī)組發(fā)電。1)1200萬(wàn)千瓦/孔×5(孔)×30(天)×24小時(shí)＝6000萬(wàn)千瓦/432億千瓦時(shí)(洪峰期)；2)1200萬(wàn)千瓦/孔×3(孔)×150(天)×24小時(shí)＝3600萬(wàn)千瓦/1296億千瓦時(shí)(豐水期)；3)1200萬(wàn)千瓦/孔×1(孔)×60(天)×24小時(shí)＝172.8億千瓦時(shí)(枯水期)。年發(fā)電量：432億千瓦時(shí)+1296億千瓦時(shí)+172.8億千瓦時(shí)≈1900.8億千瓦時(shí)。本發(fā)明的發(fā)電塔主體直徑小于160m，高度220m以下，以空中渡槽17向發(fā)電建筑核心區(qū)頂端以每秒流量＞2900立方米輸送水。高壓水流以6.6Kg/cm²的壓力噴出，并在繞螺旋水道11一圈半，獲得離心力加速后開(kāi)始接觸第一臺(tái)水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組12，此時(shí)水道并未以2800立方米/秒的流量供水，而是以＜2000立方米/秒流量讓水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組12緩慢啟動(dòng)，此后逐漸加大進(jìn)水量，讓水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組12轉(zhuǎn)速達(dá)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電即可。

本發(fā)明水電站離心式水力發(fā)電系統(tǒng)的工作原理為：

首先，開(kāi)啟真空泵30將螺旋水道11、空中渡槽17和水電站主壩體的水道19抽成真空狀態(tài)。開(kāi)啟發(fā)電站主壩體的柱狀閥18使得水電站水庫(kù)中的水經(jīng)由發(fā)電站主壩體的水道19、空中渡槽17流入發(fā)電塔10的進(jìn)水口16，流入發(fā)電塔10的水流沿著螺旋水道11的螺旋路徑向下快速流動(dòng)；經(jīng)由螺旋水道11內(nèi)設(shè)有的與水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組12適配的渦輪機(jī)半屏U型槽13對(duì)水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組逆向旋轉(zhuǎn)實(shí)行50％屏蔽，有效地阻止水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組12在無(wú)遮擋條件下逆勢(shì)加大影響轉(zhuǎn)速。通過(guò)水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組12一側(cè)的反射角單元14阻擋水流進(jìn)入渦輪機(jī)半屏U型槽13逆向轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪機(jī)旋翼區(qū)，同時(shí)經(jīng)由導(dǎo)流墻15對(duì)流入水流進(jìn)行導(dǎo)流至渦輪機(jī)旋翼加大出力并快速導(dǎo)出水流，提高現(xiàn)有水電站水能轉(zhuǎn)換成電能的效率。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的各較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。