CN101705902A - 新一代水力发电技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新一代水力发电技术，属于水力发电技术领域。本发明是为了充分利用水能资源，在现有水力发电技术基础上，进一步充分提高水力发电效率为目的。本发明不仅揭示了一种“新型水涡轮机”的结构原理，而且还展示了一种“新的水力发电方法”的工艺流程。这种新技术的主要特点是利用流体力学缩放加压的原理，将水的动压力转变成冲击力，利用这个冲击力转换成电力。根据本发明水轮机的特点，为了充分利用水力水能资源，根据需要可以将二台或者三台同类型的水轮机发电机组同时串联安装在同一管道流场里的同一水头上同时发电，而最后机组的出力完全相等。

Description

新一代水力发电技术

技术领域

本发明涉及一种新的水力发电技术，本发明不仅揭示了一种新型水涡轮机的结构原理，而且还展示了一种新的水力发电方法的工艺流程。具体来讲，涉及一套完整的水力发电新技术。

技术背景

当今世界的水力发电技术，它包括竖井，水轮机涡壳，叶轮和发电机组等几部分构成。水流直接从上游水库流入竖井进入水轮机涡壳，冲击叶轮带动发电机发电。这种水力发电技术，它只利用了水的自身重量和水的自由落差，将水的势能转换成电能，而根本没有将流体力学加以科学的综合利用。这种水力发电技术的缺点是1、水轮机叶轮的叶片受力不均匀，使得水轮机容易产生振动和摇摆现象2、水轮机容易被空蚀3、对水力水能资源的利用率低。

发明内容

针对上述所存在的缺陷本发明提供了种受力均匀，对水力水能资源利用率高的水力发电设备技术。

该技术是利用流体力学缩放加压的原理，将水的动压力转变成冲击力，利用这个冲击力转换成电力。“新一代水力发电技术”包括能量永恒缩放加压水池、水轮机分流涡壳、动力水涡、叶轮和发电机组。

本发明的目的通过以下措施实现。能量永恒水池里的水流经缩放加压涵洞后，其对物体的冲击力增大，进入动力水涡与水轮机涡壳侧壁之间，然后流入水轮机叶片，冲击叶片，带动叶轮转动。水流然后从水轮机涡壳上下两层之间的隔离层之间的圆形开口流到水轮机涡壳下层，然后，直通下一水轮机。水流经过做功后再流入下一水轮机或者从尾水闸门流出。本发明的水轮机是在全封闭和在水的全淹没情况下运行，可以将二台或三台型号、大小完全相同的水轮机发电机组串联安装在同一管道流场里的同一水头上同时做功。它们的前后出力完全相等，在同等条件串联机组发电量之和大于单机发电量。这样，就使水能资源得到充分的利用，用较少的水发更多的电。

附图说明

图1是本发明水力发电技术的一种具体实施方式原理示意图；

图2是图1所示的水力发电技术水轮机涡壳结构图；

图3是图1所示的水力发电技术水轮机叶轮结构图；

图中，1-能量永恒水池  2-缩放加压涵洞  201-涵洞进口断面  202-涵洞出口断面  301-水轮机分流涡壳    302-隔离层  303-水轮机叶轮  3031-叶片3032-叶根  3033-齿  3034-叶片弧面上的节能齿  304-动力水涡  3041-弦切角喷门  305-水轮机进口  306-水轮机出口  307-底座滚珠盘  308-叶轮中心轴  4-水库  5-出水涵洞。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图，对本发明新一代水力发电技术作进一步详细说明。

根据流体力学缩放加压的原理，修建一个边长为≥10m，底面积为≥100m²的立方体形的能量永恒水池1，必须条件就是要能将水电站水库4的水自流引入该水池既可，还必须要使池内水位与水库水位保持水平，也就是必须要使池内有一个永恒的位置水头。在这个水池的最下端的一边壁上修建一个缩放加压涵洞2，这个缩放加压涵洞的第一过流断面(进口)201不能小于10平方米，第二过流断面(出口)202不能小于1平方米，涵洞出口与水轮机进口305直接相连，影响缩放加压效果的主要因素有二：一是缩放加压涵洞缩角的大小，二是缩放加压涵洞进出口两过流断面比值的大小。这都已经归纳成了两个系数表(系数表公式)。只要得知了涵洞出口处的动压力，根据流体力学不可压缩流体恒定总流的动量方程式计算水流在涵洞出口处对物体的冲击力公式就应该是动压力×流量×流速/秒。

水流进入水路分流涡壳301，在常规涡壳的腰中部添设一圈隔离层302，将涡壳分隔成上下两个流场，分上进下出。上流场紧接进水口与缩放加压涵洞出口断面相连，下流场沿内侧经出水口306与出水涵洞5相连，直通下一水轮机或者尾水闸门。

动力水涡304是安置于分流涡壳隔离层之上的，为空心圆柱体状结构。它与分流涡壳侧壁间有一定的间距，这就是上流场。上流场的过流断面不能小于进口的一半，来做功的水围绕着动力水涡流动。动力水涡的柱面上开有八个大小相等的等间距离的45度弦切角喷门3041。

叶轮303是由九片均具40度圆心角叶根的弧形叶片3031所构成，在叶轮的上方铸有一块节能顶板，在顶板的每片叶片间都焊有一个节能齿3033，其目的是为了将水涡里的反射余力能得到更好的利用。叶片的迎水面(受力面)是弧形，在弧面上制有两个凸起的节能齿3034，其作用是，使水流均匀的冲击叶片，增大受力面积，更好的做功。背水面是拱形，叶片长度一定要大于叶根3032的两倍，叶轮下方有底座滚珠盘307。水流冲击叶片，带动发电机发电。

为了减轻叶轮给下支撑轴承所带来的正压力荷载和提高转轮的灵敏度，再在下支座端的基墩上设置一个滚珠盘，使叶轮中心轴308穿过滚珠盘而直接坐落在滚珠上，使它和上下轴承三点同时受力。

因为本发明的水轮机是在全封闭和在全淹没的情况下运行，所以可以将二台或三台型号、大小完全相同的水轮机发电机组串联安装在同一管道流场里的同一水头上同时做功。他们的前后出力完全相等。在同等条件下串联机组发电量之和大于单机发电量。这种串联式的水力发电方法特别适用于大流的中高水头水电站的效果最佳。这种串联式的水力发电方法，因它们各机组各部位的过流断面完全相等，叶轮叶片的受力面积完全相等，冲击叶轮的流量流速也完全相等，所以他们前后无压差，而且出力也完全相等。

这种新的水力发电方法，所有来做功的水都是通过动力水涡均匀地从四面八方而来，而且均匀地冲击在叶轮的每一叶片上，这就使得水轮机在运行时不在出现振动和摆动现象，这对延长水轮机的使用寿命起到了至关重要的作用.由于用来做功的水都是能量永恒水池的底部压进水轮机的，而且水轮机又是在被全淹没和全封闭的情况下运行，所以水轮机里的任何部位都不可能还有空气的存在，这就为当今世界所有的水电站的水轮机因空蚀而造成不可避免的损失解决了一大难题.另外所有来做功的水都起到了传递能力永恒水池里所产生的动压力的媒介作用.同时从动力水涡里所产生地冲击力和水涡里的旋流所产生地离心力以及尾水管道里所产生的负压力(位能)都同时作用于同一叶轮上，所以这就完全获得了动能经济俱佳的优化工况效果.

Claims (7)

1.一种新的水力发电技术。它包括能量永恒水池、缩放加压涵洞、水轮机分流涡壳、水轮机动力水涡、水轮机动力水涡柱面上的弦切角喷门、水轮机叶轮、水轮机叶轮上的节能顶板、顶板上的节能齿(副叶片)、叶轮上的弧形叶片、叶片上的节能齿、叶轮底座盘、水轮机基墩上的承重滚珠盘及滚珠，二台或三台水轮机发电机同时串联安装在同一管道的同一水头上同时发电。

2.根据权利要求1所述，其特征在于，它包括能量永恒水池，在水池最下端一边壁上建有一个缩放加压涵洞，涵洞进口与水池相通，涵洞出口与水轮机分流涡壳相连接。

3.根据权利要求1所述，其特征在于，水轮机分流涡壳的隔离层将涡壳分隔成上下两个流场，分上进下出。

4.根据权利要求1所述，其特征在于，动力水涡是安置于分流涡壳隔离层之上的，为空心圆柱体状，在它的柱面上开有八个45度的弦切角喷门。

5.根据权利要求1所述，其特征在于，叶轮是由九片均具40度圆心角叶根的弧形叶片所构成，在它的上方有一节能顶板，在顶板的每一叶片间都焊有一个节能齿(副叶片)，在叶片的弧面上有两个凸起的节能齿，在叶轮下方有底座盘。

6.根据权利要求1所述，其特征在于，在分流涡壳下流场的基墩上设有一个承重滚珠盘及滚珠。水轮机叶轮的中心轴穿过支撑滚珠盘直接坐落在其上的滚珠上。

7.根据权利要求1所述，其特征在于，可将二台或三台同类型的发电机组同时串联安装在同一管道流场里的同一水头上同时做工。

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