CN104775964A - 分体式水轮机室 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的分体式水轮机室，包括水轮机室（7）及水轮机（4），所述的水轮机室（7）为单/双向水轮机室或单向水轮机室,通过将堤坝设计为中空结构构成，其中一侧的堤坝壁上至少设有一个进水口、另外一侧的堤坝壁上设有一个出水口；所述的水轮机（4）横向设置在水轮机室内，啄水方式为横向啄水，水轮机在水轮机室内始终只有部分与水流接触做功产生动力，在堤坝外侧至少设置有一个水下调速水闸（1）。解决了现有低水头发电机组对水头压力的依赖问题，达到在3.5米以下0.5米以上仍能够正常启动和工作的目的，不仅方便制造和施工，而且能够大型化设计，有效提高综合效益。

Description

分体式水轮机室
技术领域
本发明属于水轮机室技术领域，主要涉及的是一种分体式水轮机室。尤其是一种低水头水轮机室。广泛适用于海洋潮汐、大江大河、各种景观水域、电站尾水、大型供排水急流等低水头发电站使用。
背景技术
水电是清洁能源，可再生、无污染，运行费用低，便于进行电力调峰。现如今虽然低水头发电资源占居了全球的首位，但在发电利用方面，无论是发达国家还是发展中国家全都处于初期阶段，究其原因，与现有水轮机组的构造有直接的关系。传统水轮机组的水轮机和水轮机室是封闭式设计，水轮机在水轮机室内为纵向设置，啄水方式为纵向啄水，这样，水轮机的启动和工作就依赖水头的压力，需满足一定的落差才能正常启动工作。例如，目前最先进的申贯流式和灯泡式水轮机组适用最低水头是3.5米，如果水头低于3.5米，不仅难以启动水轮机工作，更不用说正常工作了。如果要保证水轮机正常启动和工作，要么通过缩小水轮机组的体积来增加水头压力，这样就会使低水头发电资源利用的综合效益降低很低。或者是修渠筑坝等来抬高水头，不仅会增加建造难度和建造成本，而且建设电站需要一定的周期。综上可见，现有水轮机组的构造严重制约了低水头资源大型化发电的利用。
本发明人通过多年潜心研究，针对低水头设计了一种“空腔无轴水自润滑水轮机”（ZL201420012505.5），实现了水头低于3.5米时仍能启动并正常工作。但是，该空腔无轴水自润滑水轮机需与本发明设计的“分体式水轮机室”配合使用，才能更好的解决目前水轮机3.5米以下0.5米以上低水头不能大型化发电的问题。
发明内容
本发明的目的因此产生，提出一种分体式水轮机室，解决了现有低水头发电机组对水头压力的依赖问题，达到在3.5米以下0.5米以上仍能够正常启动和工作的目的，不仅方便制造和施工，而且能够大型化设计，有效提高综合效益。
    本发明实现上述目的采取的技术方案是：一种分体式水轮机室，包括水轮机室及水轮机，所述的水轮机室为单/双向水轮机室或单向水轮机室,通过将堤坝设计为中空结构构成，其中一侧的堤坝壁上至少设有一个进水口、另外一侧的堤坝壁上设有一个出水口；所述的水轮机横向设置在水轮机室内，啄水方式为横向啄水，水轮机在水轮机室内始终只有部分与水流接触做功产生动力，在堤坝外侧至少设置有一个水下调速水闸。
本发明所述的水轮机在水轮机室内始终只有四分之一或四分之一点五部分与水流接触做功产生动力。
本发明通过将堤坝分隔成多个水轮机室，形成排集式、串连群集式水轮机室。
本发明所述的水轮机空腔无轴水自润滑水轮机。
本发明所述单/双向水轮机室的一侧坝堤上设有S线进水口和一线进水口/一线做功出水口，其中：S线进水口位于一线进水口/一线做功出水口的上面；在另一侧的坝堤上设有一线做功进水口/S线做功出水口；所述的水下调速水闸为两个，其中的一个调控S线进水口，另外一个调控一线进水口/一线做功出水口。
本发明所述单向水轮机室的一侧坝堤壁上设有S线进水口、另一侧的坝堤壁上设有一线做功进水口/S线做功出水口，所述的水下调速水闸为一个。
本发明在所述一线进水口/一线做功出水口内的进口和出口部位和S线进水口内的进口和过流咽喉部位分别预埋加涂有耐磨材料的钢板。
本发明所述的一线做功进水口/S线做功出水口为喇叭形。
本发明所述的一线做功进水口/S线做功出水口和一线进水口/一线做功出水口均呈直线设置。
本发明所述的S线进水口呈倾斜角度设置。
本发明由于将水轮机室设计为分体式结构，这样就可以使水轮机与水轮机室进行分体设计，可以根据流速、流量的低水头资源从设计上使水轮机大型化。且水轮机室采用砼体施工制作，既可以直接将堤坝建造成水轮机室，也可将现有的堤坝改造成水轮机室，使堤坝式水电站的建造易于实施，建造成本低更为降低。并能够形成排集式、串连群集式大型发电。
由于水轮机在水轮机室内旋转过程中，始终只有四分之一或四分之一点五与水流接触并做功产生动力，另外的部分则不与水流接触，在大气之中旋转。且水轮机采用的是空腔无轴水自润滑水轮机，横向设置在水轮机室内，啄水方式为横向啄水。由此，自然就消除了对水头压力的依赖。
本发明可根据潮汐、水头、流速、流量进行分体式水轮机室、空腔无轴水自润滑水轮机、水下调速水闸设计。利用分体式水轮机室和空腔无轴水自润滑水轮机组合形成的S线水流、一线水流、结合双水下调速水闸，实现大型潮汐发电站来潮、退潮单、双向发电，充分提高了潮汐动能资源发电的利用率。利用分体式水轮机室和空腔无轴水自润滑水轮机组合形成S线水流，结合水下调速水闸，实现单向大型潮汐、江河发电站发电。
附图说明
图1A为本发明双向水轮机室的结构示意图。
图1B为图1A的侧视图。
图2A为本发明单向水轮机室的结构示意图。
    图2B为图2A的侧视图。
图中：1、水下调速水闸，2、S线进水口，3、过流咽喉，4、水轮机，5、一线做功进水口/S线做功出水口，6、一线进水口/一线做功出水口，7、水轮机室。
具体实施方式
    结合附图，对本发明进一步详细说明，但本发明不局限以下实施例。
如图所示：本实施例所述的分体式水轮机室采用C30砼体制作。水轮机室7一般是建造在堤坝上，即将堤坝设计中空结构。对于新建的坝堤可直接将其设计为中空，对于已有的坝堤需将堤坝改造成中空结构。通过将堤坝分隔成多个相同的独立的水轮机室，形成排集式、串连群集式大型发电。水轮机室7可设计为单、双向水轮机室，也可设计为单向水轮机室。
图1A-图1B所示为单、双向水轮机室，主要用于大型潮汐发电站来潮、退潮的单、双向发电。其是在水轮机室7的一侧（迎水侧）坝堤壁上设有S线进水口2和一线进水口/一线做功出水口6，其中，S线进水口2位于一线进水口/一线做功出水口6的上面。所述的S线进水口2呈倾斜角度设置，目的是增加水流的速度。为了防止水流对S线进水口2的磨损，需对S线进水口2进行耐磨处理，本实施例是在S线进水口2内的进口和过流咽喉3（出口）部位分别预埋加涂有耐磨材料的钢板。所述的一线进水口/一线做功出水口6呈直线设置，为了防止水流对一线进水口/一线做功出水口6的磨损，也需对一线进水口/一线做功出水口6进行耐磨处理，本实施例是在一线进水口/一线做功出水口6的进口和出口部位分别预埋加涂有耐磨材料的钢板。在水轮机室7的另一侧（背水侧）坝堤壁上设有一线做功进水口/S线做功出水口5，该一线做功进水口/S线做功出水口也呈直线设置，与一线进水口/一线做功出水口6为同心圆。所述的一线做功进水口/S线做功出水口5为喇叭形，目的是挤压潮汐，增加流速。在设有S线进水口2和一线进水口/一线做功出水口6的坝堤壁外侧上设置有两个水下调速水闸1，其中的一个调控S线进水口2、另外一个调控一线进水口/一线做功出水口6。所述的水下调速水闸采用的是本发明人已申请的“水下调速水闸(ZL201420012352.4)”专利。在水轮机室7内横向安装有水轮机4，水轮机的啄水方式为横向啄水。所述的水轮机4采用的是本发明人已申请的“空腔无轴水自润滑水轮机(ZL201420012505.5)”专利。水轮机4在水轮机室内的旋转过程中，始终只有四分之一或四分之一点五与水流接触做功产生动力，另外的部分则不与水流接触，在大气之中旋转。
工作原理是：来潮时，打开一线进水口/一线做功出水口6部位的水下调速水闸1，潮水从一线做功进水口/S线做功出水口5冲入，推动水轮机4的水斗叶片旋转做功后通过一线进水口/一线做功出水口6排出，当来潮水发电完毕后，水位自控器自动关闭一线进水口/一线做功出水口6部位的水下调速水闸1。当回潮到S线发电水位时，水位自控器自动打开S线进水口2部位的水下调速水闸1，回潮从S线进水口2进入，在过流咽喉3处下行进入水轮机4水斗叶片形成重力，推动水轮机旋转做功后从一线做功进水口/S线做功出水口5排出，当S线水位不能工作时，水位自控器自动打开一线进水口/一线做功出水口6部位的水下调速水闸1，回潮从一线进水口/一线做功出水口6进入推动水轮机继续不停工作，做功后的潮水从一线做功进水口/S线做功出水口5，如此周而复始，实现单、双向水轮机动能。
如图2A-图2B所示:所述的单向水轮机室主要用于大型潮汐、江河发电站的单向发电。其是在水轮机室7的一侧（迎水侧）坝堤壁上设有S线进水口2，所述的S线进水口2呈倾斜角度设置，目的是增加水流的速度。为了防止水流对S线进水口2的磨损，需对S线进水口2进行耐磨处理，本实施例是在S线进水口2内的进口和过流咽喉3（出口）部位分别预埋加涂有耐磨材料的钢板。在水轮机室7的另一侧（背水侧）坝堤壁上设有一线做功进水口/S线做功出水口5（单向水轮机室仅作出水口用），该出水口为喇叭形，目的是挤压潮汐，增加流速。在设有S线进水口2的坝堤外侧上设置有水下调速水闸1，所述的水下调速水闸采用的是本发明人已申请的“水下调速水闸(ZL201420012352.4)”专利。在水轮机室7内横向安装有水轮机4，水轮机的啄水方式为横向啄水。所述的水轮机4采用的是本发明人已申请的“空腔无轴水自润滑水轮机(ZL201420012505.5)”专利。水轮机4在水轮机室内的旋转过程中，始终只有四分之一或四分之一点五与水流接触做功产生动力，另外的部分则不与水流接触，在大气之中旋转。
工作原理是：打开水下调速水闸1，动能水从S线进水口2进入，由过流咽喉3下行，受空腔无轴水自润滑水轮机空腔外壁和水轮机室的挤压进入水轮机4的水斗叶片形成重力，推动水轮机旋转做功后从出水口排出，实现单向水轮机动能。
本发明与已申请的“空腔无轴水自润滑水轮机(ZL201420012505.5)、水下调速水闸(ZL201420012352.4)”结合使用，应用于“吊挂式水能发电站(ZL2012202526233.4)”、“橡胶坝固堤水能发电站(ZL201120335325.7)”和另案申请的“闸背式水能发电站”等专利配合使用，解决了国际国内三米以下0.5米以上低水头发电没有发电机组单机可以大型化和不能发电问题。可以在海洋潮汐、大江大河、各种景观水域、电站尾水、大型供排水急流等等低水头发电资源，进行排集式、串连群集式大型发电。

Claims (10)

1.一种分体式水轮机室，包括水轮机室（7）及水轮机（4），其特征是：所述的水轮机室（7）为单/双向水轮机室或单向水轮机室,通过将堤坝设计为中空结构构成，其中一侧的堤坝壁上至少设有一个进水口、另外一侧的堤坝壁上设有一个出水口；所述的水轮机（4）横向设置在水轮机室内，啄水方式为横向啄水，水轮机在水轮机室内始终只有部分与水流接触做功产生动力，在堤坝外侧至少设置有一个水下调速水闸（1）。
2.根据权利要求1所述的分体式水轮机，其特征是：所述的水轮机（4）在水轮机室(7)内始终只有四分之一或四分之一点五部分与水流接触做功产生动力。
3.根据权利要求1所述的分体式水轮机，其特征是：通过将堤坝分隔成多个水轮机室（7），形成排集式、串连群集式水轮机室。
4.根据权利要求1所述的分体式水轮机，其特征是：所述的水轮机（4）为空腔无轴水自润滑水轮机。
5.根据权利要求1所述的分体式水轮机，其特征是：所述单/双向水轮机室（7）的一侧坝堤壁上设有S线进水口（2）和一线进水口/一线做功出水口（6），其中，S线进水口（2）位于一线进水口/一线做功出水口（6）的上面；在另一侧的坝堤壁上设有一线做功进水口/S线做功出水口（5）；所述的水下调速水闸（1）为两个，其中的一个调控S线进水口（2），另外一个调控一线进水口/一线做功出水口（6）。
6.根据权利要求1所述的分体式水轮机，其特征是：所述单向水轮机室（7）的一侧坝堤壁上设有S线进水口（2）、另一侧的坝堤壁上设有一线做功进水口/S线做功出水口（5），所述的水下调速水闸（1）为一个。
7.根据权利要求4所述的分体式水轮机，其特征是：在所述一线进水口/一线做功出水口（6）内的进口和出口部位和S线进水口（2）内的进口和过流咽喉（3）部位分别预埋加涂有耐磨材料的钢板。
8.根据权利要求4所述的分体式水轮机，其特征是：所述的一线做功进水口/S线做功出水口（5）为喇叭形。
9.根据权利要求4所述的分体式水轮机，其特征是：所述的一线做功进水口/S线做功出水口（5）和一线进水口/一线做功出水口（6）均呈直线设置。
10.根据权利要求4或5所述的分体式水轮机，其特征是：所述的S线进水口（2）呈倾斜角度设置。
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