一種連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水力發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及一種適用于高壩型水電站的高效、引流式連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]水力發(fā)電(Hydroelectric power)是利用河流、湖泊等位于高處具有位能的水流至低處，將其中所含之位能轉(zhuǎn)換成水輪機(jī)之動(dòng)能，再藉水輪機(jī)為原動(dòng)力，推動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電會(huì)泛。
[0003]傳統(tǒng)的水力發(fā)電系統(tǒng)如圖1所示，在水電站壩體1內(nèi)設(shè)有水道2，水道2頂部入口即為進(jìn)水口 3，水道2內(nèi)設(shè)有一柱狀閥4，水道2底部設(shè)有一水力渦輪機(jī)5，水力渦輪機(jī)5連接發(fā)電機(jī)6。工作時(shí)，打開柱狀閥4，水從進(jìn)水口 3進(jìn)入水道2，沿水道2傾瀉而下，并推動(dòng)水力渦輪機(jī)5做功，進(jìn)而推動(dòng)發(fā)電機(jī)6工作，產(chǎn)生電能。
[0004]傳統(tǒng)的水力發(fā)電系統(tǒng)存在如下缺陷:
[0005]1、水能利用率低。對(duì)于高壩型水電站，尤其是長(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，但是水道底部?jī)H配置了一臺(tái)水力渦輪機(jī)，機(jī)組裝機(jī)容量較小，無(wú)法對(duì)水能進(jìn)行充分利用。如長(zhǎng)江三峽水電站目前的發(fā)電率只有50%。
[0006]2、水力渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其有一半的葉片會(huì)形成反向水流，對(duì)渦輪機(jī)產(chǎn)生逆勢(shì)影響，降低了水力渦輪機(jī)的工作效率，從而也影響了整機(jī)機(jī)組的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種適用于高壩型水電站的工作效率高、發(fā)電率大的連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)。
[0008]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)，包括水道，其特征在于:水道由依次連接的均為傾斜向下設(shè)置的水道入口段、水道中間段和水道引流段三部分組成，水道中間段傾斜度最??；水道中間段內(nèi)設(shè)有水力渦輪機(jī)，水力渦輪機(jī)連接發(fā)電機(jī)。
[0009]優(yōu)選地，所述水道入口段與水道中間段之間的夾角、水道中間段與水道引流段之間的夾角均為鈍角。
[0010]優(yōu)選地，所述水道入口段設(shè)于水電站壩體內(nèi)，所述水道入口段的頂部入口即為進(jìn)水口 ；所述水道入口段內(nèi)設(shè)有柱狀閥。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述柱狀閥為兩個(gè)。
[0012]優(yōu)選地，所述水道中間段一側(cè)的墻體內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)用于減少反向水流對(duì)水力渦輪機(jī)的逆勢(shì)影響的水力渦輪機(jī)屏蔽凹槽，所述水力渦輪機(jī)設(shè)于水力渦輪機(jī)屏蔽凹槽內(nèi)。
[0013]優(yōu)選地，所述水道中間段兩側(cè)的墻體內(nèi)對(duì)稱設(shè)有至少一組用于減少反向水流對(duì)水力渦輪機(jī)的逆勢(shì)影響的水力渦輪機(jī)屏蔽凹槽，所述水力渦輪機(jī)設(shè)于水力渦輪機(jī)屏蔽凹槽內(nèi)。
[0014]優(yōu)選地，所述水力渦輪機(jī)屏蔽凹槽為半圓形，所述半圓形大小與半個(gè)所述水力渦輪機(jī)的大小相匹配。
[0015]優(yōu)選地，所述水道中間段兩側(cè)相對(duì)設(shè)置的兩臺(tái)所述水力渦輪機(jī)之間留有中央水流通道。
[0016]優(yōu)選地，水流在經(jīng)過(guò)前一組水力渦輪機(jī)后流速慢下來(lái)的過(guò)程中，又會(huì)在中央相對(duì)高速的水流的帶動(dòng)下提高流速，繼而帶動(dòng)下一組水力渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0017]優(yōu)選地，所述水道引流段通過(guò)高度落差給流體產(chǎn)生牽引力，形成引流作用，以提高水道中間段內(nèi)的水流速度。
[0018]本發(fā)明提供的連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)，在水道末端向下折彎增加水道引流段，水道引流段以一定的高度落差給機(jī)組的流體產(chǎn)生強(qiáng)大的牽引力作用，提高了水體流速，水流在幾乎垂直的下降通道中所產(chǎn)生的重力加速度作用，確保了整個(gè)機(jī)組的轉(zhuǎn)速。在水道兩側(cè)設(shè)置兩排機(jī)組，提高了系統(tǒng)的裝機(jī)容量，可以充分利用水能。同時(shí)，水力渦輪機(jī)一半設(shè)于水力渦輪機(jī)屏蔽凹槽內(nèi)，水力渦輪機(jī)屏蔽凹槽可以減少反向水流對(duì)渦輪機(jī)的逆勢(shì)影響，使水力渦輪機(jī)動(dòng)能輸出最大化。
[0019]本發(fā)明提供的連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，工作效率高，發(fā)電率大，可使裝機(jī)容量最大化，水能利用率最大化，尤其適用于高壩型水電站。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為傳統(tǒng)的水力發(fā)電系統(tǒng)示意圖；
[0021]圖2為本實(shí)施例提供的連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)主視圖；
[0022]圖3為本實(shí)施例提供的連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)局部俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0024]圖2和圖3分別為本實(shí)施例提供的連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)主視圖和局部俯視圖，所述的連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)包括水道，水道由依次連接的水道入口段2-1、水道中間段2-2和水道引流段2-3三部分組成。水道入口段2-1、水道中間段2-2和水道引流段2_3均為傾斜向下設(shè)置，水道中間段2-2傾斜度最小。水道入口段2-1與水道中間段2-2之間的夾角、水道中間段2-2與水道引流段2-3之間的夾角均為鈍角。
[0025]水道入口段2-1設(shè)于水電站壩體1內(nèi)，水道入口段2-1的頂部入口即為進(jìn)水口 3，水道入口段2-1內(nèi)設(shè)有兩個(gè)柱狀閥4。設(shè)水從175?180m高度處落下，進(jìn)水口 3處高度為90mo
[0026]水道中間段2-2兩側(cè)的墻體內(nèi)對(duì)稱設(shè)有半圓形的水力渦輪機(jī)屏蔽凹槽7，水力渦輪機(jī)屏蔽凹槽7為半個(gè)水力渦輪機(jī)大，水力渦輪機(jī)5 —般設(shè)于水力渦輪機(jī)屏蔽凹槽7內(nèi)，水道兩側(cè)相對(duì)設(shè)置的兩臺(tái)水力渦輪機(jī)為一組。兩排水力渦輪機(jī)設(shè)置，可以充分利用水能，使水力渦輪機(jī)動(dòng)能輸出最大化。同時(shí)，水力渦輪機(jī)屏蔽凹槽可以減少反向水流對(duì)渦輪機(jī)的逆勢(shì)影響。水力渦輪機(jī)5連接發(fā)電機(jī)6。
[0027]本實(shí)施例中，每臺(tái)機(jī)組裝機(jī)容量為60?80萬(wàn)千瓦，每條水道可對(duì)稱布局6?8組，即12?18臺(tái)水力渦輪機(jī)，當(dāng)然，具體的臺(tái)數(shù)，還需根據(jù)特定工況下的電站流量來(lái)設(shè)定。
[0028]水道中間段2-2起始端高度為80m，末端高度為60m，長(zhǎng)度為236m，相鄰機(jī)組之間的距離的20m。水道中間段2-2兩側(cè)墻體之間的水道寬度為8.8m。相對(duì)設(shè)置的兩臺(tái)水力渦輪機(jī)之間留足2m的距離，這樣水流速度在經(jīng)過(guò)水力渦輪機(jī)后流速慢下來(lái)的過(guò)程中，又會(huì)在中央相對(duì)高速的水流的帶動(dòng)下恢復(fù)流速，繼而帶動(dòng)下一機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)，如此直至末端機(jī)組。
[0029]水道中間段2-2末端向下折彎，形成水道引流段2-3，水道引流段2_3的落差為50m。當(dāng)水流以8kg/cm2的壓力、80m/s的速度進(jìn)入水道驅(qū)動(dòng)機(jī)組發(fā)電時(shí)，水道引流段50m落差給機(jī)組的流體產(chǎn)生的牽引力作用是絕不可忽視的，50m落差的水流在幾乎垂直的下降通道中所產(chǎn)生的重力加速度作用，確保了整個(gè)236m長(zhǎng)度的所有機(jī)組的轉(zhuǎn)速，水體流速起到了關(guān)鍵作用。沒(méi)有后端水道引流段的引流技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)如此大功率、巨大容量機(jī)組的發(fā)電時(shí)幾乎不可能的。
[0030]以每臺(tái)機(jī)組裝機(jī)容量為60萬(wàn)千瓦，每條水道對(duì)稱布局6組機(jī)組為例，計(jì)算得單條水道每百萬(wàn)千瓦秒耗水量為880m3/s。可以使用漸進(jìn)式方法測(cè)試本連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)，也可以使用單側(cè)水道模式測(cè)試，最佳的方法是使用環(huán)流式模式測(cè)試。環(huán)流式模式水的工作壓力為llkg/cm2，單機(jī)輸出動(dòng)能5萬(wàn)噸左右，可驅(qū)動(dòng)300萬(wàn)千瓦機(jī)組發(fā)電，單臺(tái)機(jī)組秒流量為1800m3/s，若4臺(tái)機(jī)組同時(shí)工作，水流量、壓力完全滿足本引流式系統(tǒng)所需。如果匹配成功，2套模式共用一條水道的總裝機(jī)可達(dá)到2千萬(wàn)瓦左右。
[0031]以長(zhǎng)江三峽電站年洪峰流量5.8萬(wàn)m3/s、枯水期1.2萬(wàn)m3/s計(jì)算，可裝8?9孔引流式連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)，枯水期也可確保一孔機(jī)組正常發(fā)電。以年均3.8萬(wàn)m3/s計(jì)，可供6孔左右引流式連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電，發(fā)電率為66%左右，高于長(zhǎng)江三峽目前50%的發(fā)電率。
[0032]值得注意的是，本實(shí)施例提供的連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)適合高壩型水電站，該機(jī)組所需工壓力至少為8kg/cm2左右，若沒(méi)有符合要求的壓力驅(qū)動(dòng)雙排十幾臺(tái)機(jī)組，是無(wú)法正常發(fā)電的。當(dāng)然如長(zhǎng)江三峽水電站、溪洛渡水電站等超高壩水電站無(wú)疑很適合本系統(tǒng)，因?yàn)槠洳粌H具有合適的蓄水方程，而且具備所必須的足夠的流程支持，可以使巨大的裝機(jī)容量機(jī)組充分發(fā)揮其效能。在正常水力條件下，本實(shí)施例提供的連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)可使裝機(jī)容量最大化，水能利用率最大化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)，包括水道，其特征在于:水道由依次連接的均為傾斜向下設(shè)置的水道入口段(2-1)、水道中間段(2-2)和水道引流段(2-3)三部分組成，水道中間段(2-2)傾斜度最小；水道中間段(2-2)內(nèi)設(shè)有水力渦輪機(jī)(5)，水力渦輪機(jī)(5)連接發(fā)電機(jī)(6)。2.如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述水道入口段(2-1)與水道中間段(2-2)之間的夾角、水道中間段(2-2)與水道引流段(2-3)之間的夾角均為鈍角。3.如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述水道入口段(2-1)設(shè)于水電站壩體(1)內(nèi)，所述水道入口段(2-1)的頂部入口即為進(jìn)水口(3);所述水道入口段(2-1)內(nèi)設(shè)有柱狀閥(4)。4.如權(quán)利要求3所述的一種連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述柱狀閥(4)為兩個(gè)。5.如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述水道中間段(2-2) —側(cè)的墻體內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)用于減少反向水流對(duì)水力渦輪機(jī)的逆勢(shì)影響的水力渦輪機(jī)屏蔽凹槽(7)，所述水力渦輪機(jī)(5)設(shè)于水力渦輪機(jī)屏蔽凹槽(7)內(nèi)。6.如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述水道中間段(2-2)兩側(cè)的墻體內(nèi)對(duì)稱設(shè)有至少一組用于減少反向水流對(duì)水力渦輪機(jī)的逆勢(shì)影響的水力渦輪機(jī)屏蔽凹槽(7)，所述水力渦輪機(jī)(5)設(shè)于水力渦輪機(jī)屏蔽凹槽(7)內(nèi)。7.如權(quán)利要求5或6所述的一種連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述水力渦輪機(jī)屏蔽凹槽(7)為半圓形，所述半圓形大小與半個(gè)所述水力渦輪機(jī)(5)的大小相匹配。8.如權(quán)利要求6所述的一種連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述水道中間段(2-2)兩側(cè)相對(duì)設(shè)置的兩臺(tái)所述水力渦輪機(jī)(5)之間留有中央水流通道。9.如權(quán)利要求8所述的一種連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:水流在經(jīng)過(guò)前一組水力渦輪機(jī)后流速慢下來(lái)的過(guò)程中，又會(huì)在中央相對(duì)高速的水流的帶動(dòng)下提高流速，繼而帶動(dòng)下一組水力渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。10.如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述水道引流段(2-3)通過(guò)高度落差給流體產(chǎn)生牽引力，形成引流作用，以提高水道中間段(2-2)內(nèi)的水流速度。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種連續(xù)機(jī)組水力發(fā)電系統(tǒng)，包括水道，水道由依次連接的均為傾斜向下設(shè)置的水道入口段、水道中間段和水道引流段三部分組成，水道中間段傾斜度最?。凰乐虚g段兩側(cè)的墻體內(nèi)對(duì)稱設(shè)有至少一組用于減少反向水流對(duì)水力渦輪機(jī)的逆勢(shì)影響的屏蔽凹槽，水力渦輪機(jī)設(shè)于所述屏蔽凹槽內(nèi)。水道引流段以一定的高度落差給機(jī)組流體產(chǎn)生強(qiáng)大的牽引力作用，提高水體流速；兩排機(jī)組設(shè)置，提高了系統(tǒng)裝機(jī)容量。兩排機(jī)組之間留有中央水流通道，水流在經(jīng)過(guò)前一機(jī)組后流速慢下來(lái)的過(guò)程中，又會(huì)在中央相對(duì)高速的水流的帶動(dòng)下提高流速，繼而帶動(dòng)下一機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明工作效率高，發(fā)電率大，可使裝機(jī)容量最大化，水能利用率最大化，尤其適用于高壩型水電站。
【IPC分類】F03B13/08, E02B9/04
【公開號(hào)】CN105422372
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510993308
【發(fā)明人】朱安心
【申請(qǐng)人】朱安心
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年12月25日