CN104481779B - 一种利用水电站生态流量发电的露天水轮发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用水电站生态流量发电的露天水轮发电机组，其特征在于：它包括水轮机、卧式异步发电机、进水阀、扩散管和重锤式蝶阀，扩散管设置在与生态流量排水管的主管道垂直连接的支管道的末端，扩散管的收敛端与支管道的末端连接，扩散管的扩散端与水轮机的进水口连接；水轮机与异步电机连接，驱动异步电机发电；进水阀设置在扩散管连接的支管道上；重锤式蝶阀设置在生态流量排水管主管道的出水口处；水轮机驱动异步电机发电时，打开进水阀并关闭重锤式蝶阀，生态流量依次经过主管道、进水阀、扩散管后流入水轮机，水轮机驱动异步电机发电，作完功的生态流量从水轮机中排出；不发电时，重锤式蝶阀开启，生态流量通过重锤式蝶阀排出。

Description

一种利用水电站生态流量发电的露天水轮发电机组

技术领域

本发明涉及一种水力发电装置，特别是关于一种利用水电站生态流量发电的露天水轮发电机组。

背景技术

引水式水电站在中小型水电站中占有很高的比例。如图1所示，引水式水电站常见的发电模式是在河流中修一拦河坝，再通过渠道或引水管道将水流从高水位处引到河流下游落差比较大的位置修建电站发电。这样就可能带来一个问题，即在拦河坝至电站的河流段会造成断流，并导致该河段中依靠河水生存的水生物灭绝或生态环境破坏。更为严重的是，如果该河段在某些生物的生态链条中占据重要位置，其断流会对这些生物的生存带来毁灭性的打击。因此，为保护生态环境，我国政府要求所有修建了拦河坝的引水式水电站必须在拦河坝下部埋设穿坝钢管，通过该钢管不间断弃水，以保证拦河坝后河段必要的生态流量。但是，这也带来另外一个问题，该生态流量白白流掉，浪费了不少电能。而现有技术中还没有相应装置或方法来解决该生态流量浪费的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种利用水电站生态流量发电的露天水轮发电机组，该水轮发电机组能够充分利用生态流量进行发电，而且能够保证生态流量不断流，从而保护生态环境。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种利用水电站生态流量发电的露天水轮发电机组，其特征在于：它包括水轮机、异步发电机、进水阀、扩散管和重锤式蝶阀，所述扩散管设置在与生态流量排水管的主管道垂直连接的支管道的末端，所述扩散管的收敛端与支管道的末端连接，所述扩散管的扩散端与所述水轮机的进水口连接；所述水轮机与异步发电机连接，驱动所述异步发电机发电；所述进水阀设置在所述扩散管连接的支管道上；所述重锤式蝶阀设置在生态流量排水管主管道的出水口处；所述水轮机驱动所述异步发电机发电时，打开所述进水阀并关闭所述重锤式蝶阀，生态流量依次经过主管道、支管道、所述进水阀、所述扩散管后流入所述水轮机，所述水轮机驱动所述异步发电机发电，作完功的生态流量从所述水轮机排出；不发电时，所述重锤式蝶阀开启，生态流量通过所述重锤式蝶阀排出。

所述水轮机包括蜗壳、固定导叶、转轮和尾水管，所述蜗壳设置在若干所述固定导叶构成的圆周外侧，若干所述固定导叶间隔设置在所述转轮进水侧的外圆周上，所述尾水管设置在所述转轮的出口端；当所述水轮机驱动所述异步发电机发电时，所述重锤式蝶阀关闭，所述进水阀开启，生态流量依次通过支管道上的所述进水阀和扩散管后流入所述蜗壳内，所述蜗壳内的生态流量从各所述固定导叶之间的流道流向所述转轮内，水力矩作用在所述转轮上，所述转轮带动所述异步发电机旋转发电，作完功的生态流量通过所述尾水管排出。

所述水轮机的导轴承采用水润滑滑动轴承。

所述尾水管采用直锥形结构。

所述异步发电机采用卧式异步发电机。

所述异步发电机的顶部密封，两个侧面采用隔扇窗与外界通风，冷却方式为风冷。

所述重锤式蝶阀采用重锤自动开启方式，其包括阀体、蝶阀支座、阀芯、阀轴、重锤、电磁铁及电磁铁支架；所述阀体连接在生态流量排水管的主管道末端，并由所述蝶阀支座支撑；所述阀芯设置在所述阀体内，所述阀轴穿过所述阀体的一侧壁后与所述阀芯水平固定连接，所述重锤通过锤臂与所述阀轴垂直固定连接，所述电磁铁设置在所述重锤的正上方，并由所述电磁铁支架支撑；通过给所述电磁铁通电或断电，所述重锤绕所述阀轴的中心线作上下弧线摆动，所述重锤带动所述阀芯和阀轴绕所述阀轴的中心线转动，使所述重锤式蝶阀关闭或打开。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置了水轮机、异步发电机、进水阀、扩散管和重锤式蝶阀，扩散管设置在与生态流量排水管的主管道垂直连接的支管道的末端，扩散管的收敛端与支管道的末端连接，扩散管的扩散端与水轮机的进水口连接；水轮机与异步发电机连接，进水阀设置在扩散管连接的支管道上；重锤式蝶阀设置在生态流量排水管主管道的出水口处；水轮机驱动异步发电机发电时，打开进水阀并关闭重锤式蝶阀，生态流量依次经过主管道、进水阀、扩散管后流入水轮机，水轮机驱动异步发电机发电，作完功的生态流量从水轮机中排出；不发电时，重锤式蝶阀开启，生态流量通过重锤式蝶阀排出；因此本发明能够充分利用生态流量发电，而且能够保证生态流量不断流，从而保护生态环境。2、本发明由于在水轮机中取消了固定导叶和转轮之间的活动导叶和相应的导叶调节机构，简化了水轮发电机组的调节控制方式和设备，从而使水轮发电机组的尺寸减小；因此，本发明操作简便，造价低，且能够避免因导叶调节而减小生态流量。3、本发明由于水轮机的导轴承采用水润滑滑动轴承，因此本发明能够避免采用油润滑滚动轴承可能产生的润滑油污染。4、本发明由于采用了卧式异步发电机，发电机的造价能够大幅度降低，且由于水轮机采用直锥形尾水管，因此与采用弯肘型尾水管相比，本发明的发电效率更高。5、本发明由于在生态流量排水管主管道的出水口处设置自动开启重锤式蝶阀，当水轮发电机组不发电时，电磁铁断电，保持在最高位的重锤能够依靠重锤重力自动打开阀门，因此本发明能够在不发电时仍保证维持所需生态流量。6、本发明由于异步发电机采用隔扇窗通风散热，水轮机和异步发电机可以露天安装，因此本发明能够节省厂房的修建费用。基于以上优点，本发明可以广泛应用于引水式电站生态流量的再利用中。

附图说明

图1是拦河坝截面及生态流量管道布置示意图

图2是利用生态流量发电的水轮发电机组平面布置示意图

图3是利用生态流量发电的水轮发电机组中水轮机的立面布置示意图

图4是重锤式蝶阀的结构示意图

图5是重锤式蝶阀关闭时重锤及阀芯位置示意图

图6是重锤式蝶阀开启时重锤及阀芯位置示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明的露天水轮发电机组布置在拦河坝后的生态流量排水管上，利用该排水管排出的水发电，并保证该生态流量不断流。

如图2所示，本发明利用水电站生态流量发电的露天水轮发电机组包括扩散管1、水轮机2、异步发电机3、进水阀4和重锤式蝶阀5。在生态流量排水管的主管道上垂直连接一支管道，在支管道上设置一扩散管1，扩散管1的收敛端与支管道的末端连接，扩散管1的扩散端与水轮机2的进水口连接。水轮机2与异步发电机3连接，用于驱动异步发电机3发电。进水阀4设置在支管道上，用于连通或截断主管道与水轮机2。在生态流量排水管主管道的出水口处设置重锤式蝶阀5。当水轮机2驱动异步发电机3发电时，打开支管道上的进水阀4并关闭主管道上的重锤式蝶阀5，生态流量依次经过主管道、支管道、进水阀4、扩散管1后流入水轮机2，水轮机2驱动异步发电机3发电，作完功的生态流量从水轮机2中排出。当本发明的水轮发电机组不发电时，重锤式蝶阀5开启，生态流量通过重锤式蝶阀5排出，流向下游河段，以保证河流不断流。

上述实施例中，如图2和图3所示，本发明中提供的水轮机2的结构与现有技术中的水轮机的结构基本相同，水轮机2包括蜗壳21、固定导叶22、转轮23和尾水管24等。蜗壳21设置在若干固定导叶22构成的圆周外侧，若干固定导叶22间隔设置在转轮23进水侧的外圆周上，尾水管24设置在转轮23的出口端。当水轮机2驱动异步发电机3发电时，重锤式蝶阀5关闭，进水阀4开启，生态流量依次通过支管道上的进水阀4和扩散管1后流入蜗壳21内，蜗壳21内的生态流量从各固定导叶22之间的流道流向转轮23内，水力矩作用在转轮23上，转轮23带动异步发电机3旋转发电，作完功的生态流量通过尾水管24排出。当本发明的水轮发电机组不发电时，切断重锤式蝶阀5的电源，重锤式蝶阀5依靠重锤的重力自动开启，生态流量通过重锤式蝶阀5排出。此后，关闭进水阀4，使水轮发电机组停止旋转。

本发明中提供的水轮机2的特征是：取消了常规水轮机中固定导叶22和转轮23之间的活动导叶和相应的导叶调节机构，这不仅能够简化水轮发电机组的调节控制方式和设备，而且能够减小水轮发电机组的尺寸，进而降低造价；本发明中提供的水轮机2的导轴承采用水润滑滑动轴承；设置在水轮机转轮23出口端的尾水管24采用直锥形结构，与常规的弯肘形尾水管相比，采用直锥形结构的尾水管24的效率更高，过流量也更大。

上述实施例中，异步发电机3采用卧式异步发电机，没有励磁装置，使水轮发电机组的造价更低，运行控制方式更简便；异步发电机3顶部密封，两个侧面采用隔扇窗与外界通风，利用风扇进行冷却。异步发电机3安装于不被水淹的位置，可露天布置。

上述实施例中，如图4所示，在生态流量排水管主管道出水口设置的重锤式蝶阀5采用重锤自动开启方式，其包括阀体51、蝶阀支座52、阀芯53、阀轴54、重锤55、电磁铁56及电磁铁支架57等。阀体51连接在生态流量排水管的主管道末端，并由蝶阀支座52支撑。阀芯53设置在阀体51内，阀轴54穿过阀体51的一侧壁后与阀芯53水平固定连接，重锤55通过锤臂与阀轴54垂直固定连接，电磁铁56设置在重锤55正上方，并由电磁铁支架57支撑。通过给电磁铁56通电或断电，重锤55绕阀轴54的中心线作上下弧线摆动，摆动的重锤55带动阀芯51和阀轴52绕阀轴52的中心线转动，从而使重锤式蝶阀5关闭或打开。

如图5所示，该自动开启重锤式蝶阀5与常规的自动关闭式蝶阀不同，其运行常态是关闭状态。给电磁铁56通电，重锤55在电磁铁56的引力作用下保持在最高位。此时，重锤55锤臂的中心线与水平面的夹角为45°，阀芯53与水平面的夹角为90°，重锤式蝶阀5处于关闭状态。如图6所示，当电磁铁56断电时，重锤55由最高位向最低位摆动，并带动阀轴54和阀芯53绕阀轴54的中心线转动。当重锤55摆动到最低位时，重锤55锤臂的中心线与水平面的夹角为-45°，阀芯53与水平面平行，重锤式蝶阀5处于全开状态。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种利用水电站生态流量发电的露天水轮发电机组，其特征在于：它包括水轮机、异步发电机、进水阀、扩散管和重锤式蝶阀，所述扩散管设置在与生态流量排水管的主管道垂直连接的支管道的末端，所述扩散管的收敛端与支管道的末端连接，所述扩散管的扩散端与所述水轮机的进水口连接；所述水轮机与异步发电机连接，驱动所述异步发电机发电；所述进水阀设置在所述扩散管连接的支管道上；所述重锤式蝶阀设置在生态流量排水管主管道的出水口处；所述水轮机驱动所述异步发电机发电时，打开所述进水阀并关闭所述重锤式蝶阀，生态流量依次经过主管道、支管道、所述进水阀、所述扩散管后流入所述水轮机，所述水轮机驱动所述异步发电机发电，作完功的生态流量从所述水轮机排出；不发电时，所述重锤式蝶阀开启，生态流量通过所述重锤式蝶阀排出；

所述水轮机包括蜗壳、固定导叶、转轮和尾水管，所述蜗壳设置在若干所述固定导叶构成的圆周外侧，若干所述固定导叶间隔设置在所述转轮进水侧的外圆周上，所述尾水管设置在所述转轮的出口端；当所述水轮机驱动所述异步发电机发电时，所述重锤式蝶阀关闭，所述进水阀开启，生态流量依次通过支管道上的所述进水阀和扩散管后流入所述蜗壳内，所述蜗壳内的生态流量从各所述固定导叶之间的流道流向所述转轮内，水力矩作用在所述转轮上，所述转轮带动所述异步发电机旋转发电，作完功的生态流量通过所述尾水管排出；

所述重锤式蝶阀采用重锤自动开启方式，其包括阀体、蝶阀支座、阀芯、阀轴、重锤、电磁铁及电磁铁支架；所述阀体连接在生态流量排水管的主管道末端，并由所述蝶阀支座支撑；所述阀芯设置在所述阀体内，所述阀轴穿过所述阀体的一侧壁后与所述阀芯水平固定连接，所述重锤通过锤臂与所述阀轴垂直固定连接，所述电磁铁设置在所述重锤的正上方，并由所述电磁铁支架支撑；通过给所述电磁铁通电或断电，所述重锤绕所述阀轴的中心线作上下弧线摆动，所述重锤带动所述阀芯和阀轴绕所述阀轴的中心线转动，使所述重锤式蝶阀关闭或打开。

2.如权利要求1所述的一种利用水电站生态流量发电的露天水轮发电机组，其特征在于：所述水轮机的导轴承采用水润滑滑动轴承。

3.如权利要求1或2所述的一种利用水电站生态流量发电的露天水轮发电机组，其特征在于：所述尾水管采用直锥形结构。

4.如权利要求1或2所述的一种利用水电站生态流量发电的露天水轮发电机组，其特征在于：所述异步发电机采用卧式异步发电机。

5.如权利要求1或2所述的一种利用水电站生态流量发电的露天水轮发电机组，其特征在于：所述异步发电机的顶部密封，两个侧面采用隔扇窗与外界通风，冷却方式为风冷。

6.如权利要求3所述的一种利用水电站生态流量发电的露天水轮发电机组，其特征在于：所述异步发电机的顶部密封，两个侧面采用隔扇窗与外界通风，冷却方式为风冷。