專利名稱：水力發(fā)電站尾水余能處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于能源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水力發(fā)電站尾水能源收集處理裝置，尤 其是能在水力發(fā)電站枯水期期間，對發(fā)電站尾水池尾水勢能實(shí)現(xiàn)高效收集利用的裝置。
背景技術(shù)：
水能發(fā)電是一種技術(shù)十分成熟的環(huán)保無污染的可再生能源，其大規(guī)模投入生產(chǎn)應(yīng) 用的已有一個多世紀(jì)的歷史了。近年來，我國對于水能資源的開發(fā)利用的重視程度也相當(dāng) 的高。進(jìn)入2009年，我國水電產(chǎn)業(yè)仍保持較快發(fā)展，據(jù)中投顧問能源行業(yè)研究部最新數(shù)據(jù) 分析顯示，2009年1-2月份全國水電發(fā)電量達(dá)610. 52億千瓦時，同比增長25. 5%。另外， 1-2月份，全國6000千瓦及以上發(fā)電生產(chǎn)設(shè)備容量76073萬千瓦，同比增長10. 9%。其中， 水電14379萬千瓦，同比增長22. 1 %。如何提高我國水能的資源利用率，已是擺在我國科技 工作者面前的一項重大的課題。水力發(fā)電站是利用水位差產(chǎn)生的強(qiáng)大水流所具有的動能進(jìn)行發(fā)電的電站。目前， 公知的水力發(fā)電方式就是利用水力(具有水頭)推動水力機(jī)械(水輪機(jī))轉(zhuǎn)動，將水能轉(zhuǎn) 變?yōu)闄C(jī)械能，同時在水輪機(jī)上接上另一種機(jī)械(發(fā)電機(jī))，隨著水輪機(jī)轉(zhuǎn)動便可發(fā)出電來， 這時機(jī)械能又轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。由于河水存在枯水期與豐水期的變化，水電站在設(shè)計時，會在水輪機(jī)的尾水口位 置，設(shè)置一尾水池。保證在枯水期期間，尾水口有一定的淹沒高度，防止水輪機(jī)在運(yùn)行時發(fā) 生氣蝕等現(xiàn)象。這樣水電站運(yùn)行過程中，尾水池水位與下游河床水位就會產(chǎn)生一個水頭差。 這類水頭差(尾水渠落差)在庫容枯水期時往往較大，有時高達(dá)8-10米，而且時間往往也 長達(dá)3-5年不等。但是由于這部分能源相對不穩(wěn)定，如果為此設(shè)置一套傳統(tǒng)的水力發(fā)電設(shè) 備，則一是設(shè)備投入及運(yùn)營維護(hù)成本太高，二是難以形成持續(xù)穩(wěn)定能量源。因此，目前對尾 水池中所蘊(yùn)含能源的有效開發(fā)利用尚處在空白階段，若能開發(fā)出一種裝置，合理地收集利 用好這種能源，則能帶來巨大的效益。

實(shí)用新型內(nèi)容為了充分利用傳統(tǒng)水電站尾水池中的尾水余能，本實(shí)用新型的目的在于提供一種 水力發(fā)電站尾水余能處理裝置，其投資成本低且運(yùn)行維護(hù)簡單，可將尾水余能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定 的能源并加以儲存利用。為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型的解決方案是一種水力發(fā)電站尾水余能處理裝置，包括原水電站尾水池、壓力管道、空氣壓縮機(jī) 房、尾水池水間、出水管道、固定導(dǎo)葉、水輪機(jī)、水封、軸承、增速器、空氣壓縮機(jī)、高壓氣管。發(fā)電機(jī)房位于河流岸上地勢高處，最好在一般河水汛期水位之上，以保證機(jī)房中 的設(shè)備不受水患影響而受損害。原水電站尾水池位于水力發(fā)電站尾水余能處理裝置的上 游，處于地勢較高處。由空氣壓縮機(jī)房以及尾水池水閘共同組成的水壩位于原水電站尾水 池的水流方向末端，空氣壓縮機(jī)房及尾水池水間兩者并排，將上游水電站排出的尾水?dāng)r截
3并蓄于尾水池中。空氣壓縮機(jī)房的結(jié)構(gòu)頂部標(biāo)高應(yīng)與尾水池水閘頂部標(biāo)高一致，或略高于 尾水池水閘頂部?？諝鈮嚎s機(jī)房的機(jī)構(gòu)頂部標(biāo)高應(yīng)由如下公式確定Hk = hym+hdz+h，(1)式中Hk——空氣壓縮機(jī)房頂部結(jié)構(gòu)標(biāo)高。hym——上游原有水電站出水口(尾水渠口)淹沒水位高程；此高程可由上游原有 水電站既有的設(shè)計技術(shù)資料中查得。hdz——下游尾水余能處理裝置動作前后可變水位；此數(shù)值主要由上游水電站發(fā)電 機(jī)組性能指標(biāo)確定。由于本實(shí)用新型的安裝是依托于原有發(fā)電站設(shè)施的基礎(chǔ)上進(jìn)行的二次 能源開發(fā)，上游水電站發(fā)電機(jī)組已經(jīng)安裝完畢，技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)確定，故上下游的水文條件變 化過大，則會影響到上游水電站發(fā)電機(jī)組的出力和發(fā)電效率。因此，必須經(jīng)過對上游原有電 站的發(fā)電機(jī)情況詳細(xì)分析研究后才可得出。在允許的范圍內(nèi)，hdz的應(yīng)取較大值，為下游尾 水余能處理裝置提供較大水頭，獲得更多的能量。h’——尾水池水位緩沖高度，此高度可根據(jù)上游水電站尾水池容積大小、上游水 電站尾水口過水量情況取0. 5m Im不等。尾水池容積大、尾水口過水量小的水電站可相 應(yīng)取較小值，反之取值應(yīng)稍大，以防尾水池尾水上漲過快漫過空氣壓縮機(jī)房和水閘。由于空氣壓縮機(jī)房在充當(dāng)工作間的同時也兼有水壩的功能，因此空氣壓縮機(jī)房的 基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)設(shè)計施工必須符合相關(guān)水利設(shè)施要求。尾水池水閘平時處于關(guān)閉蓄水狀態(tài)，遇到尾水池修繕或設(shè)備維護(hù)等情況時打開放 水。水輪機(jī)來水分別從對應(yīng)的空氣壓縮機(jī)、增速器等設(shè)備左右兩側(cè)引入。水輪機(jī)包括 水輪機(jī)機(jī)體、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪和水輪機(jī)軸承。固定導(dǎo)葉通過焊接及錨栓連接水輪機(jī)機(jī)體與空氣 壓縮機(jī)房基礎(chǔ)內(nèi)壁，同時由于導(dǎo)葉需要將在轉(zhuǎn)輪前，導(dǎo)葉后的水流形成轉(zhuǎn)輪所需要的環(huán)量， 故導(dǎo)葉形狀為空間扭曲面。水輪機(jī)固定導(dǎo)葉(座環(huán))導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的作用，一是形成和改變進(jìn) 入轉(zhuǎn)輪的水流環(huán)量；二是連接固定水輪機(jī)機(jī)體，承受水流對水輪機(jī)產(chǎn)生的沖擊荷載，三是為 水輪機(jī)軸承提供支撐。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪位于水輪機(jī)機(jī)體沿水流方向末端，轉(zhuǎn)輪上有螺旋槳葉，漿葉開度由Hk、 固定導(dǎo)葉開度、等決定。漿葉的輪徑應(yīng)滿足以下條件針對于上游尾水管以及下游水輪機(jī)系統(tǒng)都只有一個的情況，則Qsy ^ Qxy(2)Qsy=HX 4 X V砂(3)Qxy=IfXi^Xvx5r(4)式中，Qsy——上游原有水電站尾水渠過水量rsy——上游原有水電站尾水渠口處管徑Vsy——上游原有水電站尾水渠口處水流流速Q(mào)xy——下游尾水余能處理裝置水輪機(jī)漿葉斷面處過水量Vxy——下游尾水余能處理裝置水輪機(jī)漿葉斷面處水流流速Rxy——下游尾水余能處理裝置水輪機(jī)漿葉的輪徑若上游電站規(guī)模較大，發(fā)電機(jī)組有η臺，而下游尾水余能處理裝置水輪機(jī)漿葉的 輪徑由于場地條件、運(yùn)輸條件、設(shè)備采購等方面的原因無法滿足公式2中要求時，則可分設(shè)m臺水輪機(jī)系統(tǒng)，滿足以下公式要求
權(quán)利要求1.一種水力發(fā)電站尾水余能處理裝置，其特征在于包括原水電站尾水池、壓力管道、 空氣壓縮機(jī)房、尾水池水閘、出水管道、固定導(dǎo)葉、水輪機(jī)、增速器、空氣壓縮機(jī)、高壓氣管 和發(fā)電機(jī)房，發(fā)電機(jī)房位于河流岸上地勢高處，原水電站尾水池位于水力發(fā)電站尾水余能 處理裝置的上游，空氣壓縮機(jī)房及尾水池水閘組成水壩位于原水電站尾水池的水流方向末 端，固定導(dǎo)葉連接水輪機(jī)與空氣壓縮機(jī)房基礎(chǔ)內(nèi)壁。
2.如權(quán)利要求1所述的水力發(fā)電站尾水余能處理裝置，其特征在于所述水輪機(jī)包括 水輪機(jī)機(jī)體、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪和水輪機(jī)軸承，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪位于水輪機(jī)機(jī)體沿水流方向末端，轉(zhuǎn)輪 上設(shè)有螺旋槳葉；水輪機(jī)軸承通過齒輪連接水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪和增速器，水輪機(jī)軸承中間穿過空 氣壓縮機(jī)房墻體。
3.如權(quán)利要求2所述的水力發(fā)電站尾水余能處理裝置，其特征在于所述水輪機(jī)軸承 與空氣壓縮機(jī)房墻體連接處設(shè)有水封。
4.如權(quán)利要求1所述的水力發(fā)電站尾水余能處理裝置，其特征在于所述增速器位于 壓縮機(jī)房內(nèi)部，連接水輪機(jī)軸承與空氣壓縮機(jī)。
5.如權(quán)利要求1所述的水力發(fā)電站尾水余能處理裝置，其特征在于所述高壓氣管連 接有高壓儲氣罐，通過空氣壓縮機(jī)壓縮氣體存入高壓儲氣罐。
6.如權(quán)利要求1所述的水力發(fā)電站尾水余能處理裝置，其特征在于所述導(dǎo)葉形狀為 空間扭曲面。
7.如權(quán)利要求1所述的水力發(fā)電站尾水余能處理裝置，其特征在于所述空氣壓縮機(jī) 房及尾水池水閘兩者并排，空氣壓縮機(jī)房的結(jié)構(gòu)頂部標(biāo)高與尾水池水閘頂部標(biāo)高一致，或 略高于尾水池水閘頂部。
專利摘要本實(shí)用新型一種水力發(fā)電站尾水余能處理裝置，包括原水電站尾水池、壓力管道、空氣壓縮機(jī)房、尾水池水閘、出水管道、固定導(dǎo)葉、水輪機(jī)、增速器、空氣壓縮機(jī)、高壓氣管和發(fā)電機(jī)房，發(fā)電機(jī)房位于河流岸上地勢高處，原水電站尾水池位于水力發(fā)電站尾水余能處理裝置的上游，空氣壓縮機(jī)房及尾水池水閘組成水壩位于原水電站尾水池的水流方向末端，固定導(dǎo)葉連接水輪機(jī)與基礎(chǔ)內(nèi)壁。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪位于水輪機(jī)機(jī)體沿水流方向末端，且設(shè)有螺旋槳葉；水輪機(jī)軸承與水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪和增速器相連，增速器與空氣壓縮機(jī)相連，水輪機(jī)軸承中間穿過空氣壓縮機(jī)房墻體。本實(shí)用新型可充分利用尾水池中積蓄的靜力勢能，且結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備耐用性好，提高尾水余能的開發(fā)利用價值。
文檔編號E02B9/00GK201843122SQ20102022100
公開日2011年5月25日 申請日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者劉勻, 吳水根, 朱大宇, 李輝, 林葉勝, 金瑞珺 申請人:同濟(jì)大學(xué)