CN105736219A - 一种虹吸式发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发电技术领域,尤其涉及一种虹吸式发电系统。该系统包括主流管和虹吸发电装置,虹吸发电装置包括支流管、虹吸管、水轮机和发电机;支流管的进水口与主流管连通,出水口与水轮机连通;虹吸管的进水口与水轮机连通,出水口与主流管连通,且虹吸管的出水口与主流管的连接处位于支流管的进水口与主流管的连接处的下游;水轮机与发电机联接,用于驱动发电机发电。该虹吸式发电系统利用虹吸和喷射引流,不但适用于水位落差较大的水源处,而且可以直接应用于水位落差较小,水流速度缓慢的河流等水源处,无需修建截流储水建筑,即可进行连续发电,降低了水力发电对自然条件的要求,同时缩短电站建设周期,节约成本。

Description

一种虹吸式发电系统
技术领域
本发明涉及发电技术领域,尤其涉及一种虹吸式发电系统。
背景技术
水能作为一种可再生的清洁能源,利用水能发电仍是目前电力供应的主要方式,其发电效率高,发电成本低,机组启动快,调节容易,但其受自然条件的影响较大,需要选择水位落差较大的地方,并且需要人工修筑能集中水流落差和调节流量的水工建筑物,如大坝、引水管涵等,因此工程投资大、建设周期长。
因此,针对以上不足,需要提供一种无需修建截流储水建筑且可适用于低速小流量的水力发电系统。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种无需修建截流储水建筑且可适用于低速小流量的水力发电系统,以解决现有水力发电系统对自然条件要求较高,且工程投资大、建设周期长的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种虹吸式发电系统,其特征在于:包括主流管和虹吸发电装置,所述虹吸发电装置包括支流管、虹吸管、水轮机和发电机;
所述支流管的进水口与所述主流管连通,出水口与所述水轮机连通;
所述虹吸管的进水口与所述水轮机连通,出水口与所述主流管连通,且所述虹吸管的出水口与主流管的连接处位于所述支流管的进水口与主流管的连接处的下游;
所述水轮机与所述发电机联接,用于驱动发电机发电。
优选地,所述支流管的进水口与所述主流管之间还设有可根据所述发电机转速进行水流量调节的第一控水阀。
优选地,所述主流管和虹吸管均倾斜设置。
优选地,所述虹吸发电装置的数量为多个,所述多个虹吸发电装置沿所述主流管间隔设置,且每个所述虹吸发电装置中的第一控水阀均根据该虹吸发电装置中的发电机的转速进行水流量调节,使各个发电机的转速保持一致。
优选地,各个所述虹吸发电装置中的虹吸管的倾斜角度均相同;各个所述虹吸发电装置中的支流管均平行设置;各个所述虹吸发电装置中的水轮机与主流管之间的垂直距离均相等。
优选的,相邻所述虹吸发电装置的间距与所述主流管的倾斜角度呈反比。
优选地,所述主流管的管径大于所述支流管的管径,所述支流管的管径大于所述虹吸管的管径。
优选地,所述主流管的数量为多个,每个所述主流管的入口处均与水源连接,且均位于相同水位处,每个所述主流管上均间隔设有多个所述虹吸发电装置。
优选地,在所述水源内设有水位监测仪,在每个所述主流管的入口处均设有第二控水阀,所述水位监测仪用于检测所述水源内的水位值,并将该水位值反馈给每个第二控水阀,每个所述第二控水阀对应有一个水位预设标定值,当所述水位监测仪检测到的水位值低于第二控水阀的水位预设标定值时,该第二控水阀关闭,阻止水流进入与该第二控水阀相对应的主流管。
优选地,所述支流管的进水口与所述主流管的下侧壁连通,所述虹吸管出水口与所述主流管的上侧壁连通。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点:本发明提供的虹吸式发电系统,其支流管的进水口与主流管连通,出水口与水轮机连通;虹吸管的进水口与水轮机连通,出水口与主流管连通,且虹吸管的出水口与主流管的连接处位于支流管的进水口与主流管的连接处的下游;水轮机与所述发电机联接,用于驱动发电机发电。该虹吸式发电系统利用虹吸和喷射引流,不但适用于水位落差较大的水源处,而且可以直接应用于水位落差较小,水流速度缓慢的河流等水源处,无需修建截流储水建筑,直接在水源附近加设该虹吸式发电系统,即可进行连续发电,降低了水力发电对自然条件的要求,同时缩短电站建设周期,节约成本.
附图说明
图1是本发明实施例一虹吸式发电系统的正视的结构示意图;
图2是本发明实施例二虹吸式发电系统的正视的结构示意图;
图3是本发明实施例三虹吸式发电系统的俯视的结构示意图;
图4是本发明实施例三虹吸式发电系统的主流管布置示意图(图中省略了虹吸发电装置)。
图中:1:主流管;2:虹吸发电装置;21:支流管;22:虹吸管;23:发电机;24:水轮机;25:第一控水阀;3:水源;4:水位监测仪。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示,本发明实施例一提供的虹吸式发电系统,包括主流管1和虹吸发电装置2,该虹吸发电装置2包括支流管21、虹吸管22、水轮机24和发电机23,其中,支流管21的进水口与主流管1连通,出水口与水轮机24连通;虹吸管22的进水口与水轮机24连通,出水口与主流管1连通,且虹吸管22与主流管1的连接处位于支流管21与主流管1连接处的下游,水轮机24与发电机23联接,用于驱动发电机发电。
使用时,根据虹吸原理,虹吸管22内形成真空(这里的所谓真空,是相对于大气压而言,只要低于大气压,能够对水流形成吸力即可),利用压力差,使水流进入水轮机24内,如图1中的箭头所示,水流进入主管道1后,部分水流在真空吸力的作用下进入支流管21和水轮机24,使水轮机24转动,从而驱动发电机23发电,随后水轮机24内的水流从水轮机24经虹吸管22再次进入主流管1,而未进入支流管21内的另一部分水流沿主流管1持续向下游流动,在虹吸管22的出水口处相遇,形成喷射引流,增强负压,再一次扩大了压力差,提高了水的动能。该虹吸发电系统利用虹吸和喷射引流,不但适用于水位落差较大的水源处,而且可以直接应用于水位落差较小,水流速度缓慢的河流等水源处,无需修建截流储水建筑,直接在水源附近加设该虹吸式发电系统,即可进行连续发电,降低了水力发电对自然条件的要求,同时缩短电站建设周期,节约成本。
进一步的,为了控制进入水轮机24内的水流量,使发电机23保持在稳定转速,在支流管21的进水口与主流管1之间设置可根据发电机23的转速进行水流量调节的第一控水阀25,当发电机23的转速小于预设值时,第一控水阀25的阀口变大,增加进入支流管21的水流量,从而提高发电机23的转速至预设值;而当发电机23转速高于预设值时,第一控水阀25则进行相反操作,从而降低发电机23的转速至预设值,进而保证发电装置的稳定运行。
为了增强虹吸管22的吸力,提高虹吸管22的出水口处的喷射引流的效果,进而提高水流动能,优选的,如图1所示,主流管1和虹吸管22均倾斜设置,提高底部喷射引流的效果,增加虹吸管的高度落差,增强吸力,在双重作用下,大大提高水的动能,有利于高功率发电。
为了进一步提高发电功率,并充分利用虹吸原理和喷射引流效果,优选的,如图1所示,设置多个虹吸发电装置2,且多个虹吸发电装置2沿主流管1间隔设置,每个发电机23均设有相同的转速预设值,每个虹吸发电装置2中的第一控水阀25均根据该虹吸发电装置2中的发电机23的转速进行水流量调节,当发电机23的转速小于预设值时,第一控水阀25的阀口变大,增加进入支流管21的水流量,从而提高发电机23的转速至预设值;而当发电机23转速高于预设值时,第一控水阀25则进行相反操作,从而降低发电机23的转速至预设值,使各个发电机23的转速保持一致,进而保证发电装置的稳定运行.
同时设置多个虹吸发电装置2,可以加强虹吸和喷射引流效果,如图1所示,主流管1内的水流部分进入支流管21,然后经水轮机24和虹吸管22再次进入主流管1,而另一部分水流由主流管1的上游向下游持续流动,水流速度相对较大,并且两部分水流在虹吸管22的出水口处汇合,产生喷射引流现象,增强负压,进一步提高水流的动能,然后水流继续向下游流动,部分水流进入位于下游的另一支流管21内,再次进行与上述描述相同的水流流动过程,使作用在各个虹吸发电装置2上的水流动能基本相同,使发电效率整体提高,并且使得各个虹吸发电装置2中的发电机23稳定工作,其中各个虹吸发电装置2中的发电机23之间串联,将产生的电力并入电网。
为了进一步提高发电系统的稳定性,优选的,每个虹吸管22的倾斜角度相同,即各个虹吸管22之间均为平行设置,且各个虹吸管22的长度也相同。
另外,为了进一步保持各个发电机23运行的稳定性,优选的,各个支流管21平行设置,且长度均相同,使每个水轮机24与主流管1之间的垂直距离相同,即,使各个水轮机24的中心连线与主流管1平行。
为了尽可能的提高水流动能,进而提高发电效率,优选的,如图2所示,主流管1倾斜设置,其与水平面形成倾斜角度α,而其倾斜角度α越大,其水流动能越大,此时相邻虹吸发电装置2的间距可以适当减小,反之则相邻虹吸发电装置2的间距要适当增加,即相邻虹吸发电装置2的间距与主流管1的倾斜角度α的大小呈反比,可以充分利用水能,并根据水能调整相邻虹吸发电装置2的间距,保证每个发电机23均能够达到额定功率工作。
需要说明的是,只要主流管1内的水流可以流动,发电机23即可进行工作,增大主流管1的倾斜角度只是为了提高水流动能,进而提高发电效率,具体倾斜角度依地势而定即可.
进一步的,为了保证主流管1能够为多个支流管21提供充足的水流,优选的,主流管1的管径大于支流管21的管径,进一步为了保证虹吸管22内的真空状态,优选的,虹吸管22的管径小于支流管21的管径,使水流能够填满整个虹吸管22。
如图1所示,为了进一步增加水流的动能,优选的,每个支流管21均分别与主流管1的下侧壁连通,每个虹吸管22均分别与主流管1的上侧壁连通,水量不充足时,水流如果不能充满整个主流管1,则水流在重力的作用下会集中在主流管1的下侧,支流管21与主流管1的下侧壁连通,在水量不足的情况下,也可以保证水流可以进入支流管21内,虹吸管22的出水口与主流管1的上侧壁连通,虹吸管22内的水流在重力和气压的双重作用下,从主流管1的上侧进入主流管1内,进一步的增加主流管1内的水流动能。
实施例二
如图2所示,本实施例二与实施例一基本相同,相同之处不再赘述,不同之处在于:虹吸发电系统中设有多个主流管1,每个主流管1的上端均与水源连接,且分布于水源的不同水位处,每个主流管1上均间隔设有多个上述实施例中的虹吸发电装置2,在水源充足的情况下,充分利用水能,提高发电量,每个虹吸发电装置2中的发电机23均串联,将产生的电力并入电网。
进一步的,在水源不充足的情况下,为了保证至少有部分发电机可以正常稳定的工作,如图2所示,在水源内设置水位监测仪4,用于检测所述水源内的水位值,在每个主流管1的入口处均设置第二控水阀(图中未示出),并为每个第二控水阀设定一个水位预设标定值,当水位监测仪4检测到的水位值低于第二控水阀的水位预设标定值时,该第二控水阀关闭,进而阻止水流进入与该第二控水阀相对应的主流管1,以保证其它主流管1上设置的虹吸发电装置2能够得到充足的水流,进行正常的发电工作。
实施例三
如图3和图4所示,本实施例三与实施例二基本相同,相同之处不再赘述,不同之处在于:多个主流管的上端均位于水源的相同水位处,即均在水源内相同水位处分布,并通过水位监测仪4和第二控水阀控制相应的主流管1的水量进入,以保证其它主流管1上设置的虹吸发电装置2能够得到充足的水流,进行正常的发电工作。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种虹吸式发电系统,其特征在于:包括主流管和虹吸发电装置,所述虹吸发电装置包括支流管、虹吸管、水轮机和发电机;
所述支流管的进水口与所述主流管连通,出水口与所述水轮机连通;
所述虹吸管的进水口与所述水轮机连通,出水口与所述主流管连通,且所述虹吸管的出水口与主流管的连接处位于所述支流管的进水口与主流管的连接处的下游;
所述水轮机与所述发电机联接,用于驱动发电机发电。
2.根据权利要求1所述的虹吸式发电系统,其特征在于:所述支流管的进水口与所述主流管之间还设有可根据所述发电机转速进行水流量调节的第一控水阀。
3.根据权利要求2所述的虹吸式发电系统,其特征在于:所述主流管和虹吸管均倾斜设置。
4.根据权利要求3所述的虹吸式发电系统,其特征在于:所述虹吸发电装置的数量为多个,所述多个虹吸发电装置沿所述主流管间隔设置,且每个所述虹吸发电装置中的第一控水阀均根据该虹吸发电装置中的发电机的转速进行水流量调节,使各个发电机的转速保持一致。
5.根据权利要求4所述的虹吸式发电系统,其特征在于:各个所述虹吸发电装置中的虹吸管的倾斜角度均相同;各个所述虹吸发电装置中的支流管均平行设置;各个所述虹吸发电装置中的水轮机与主流管之间的垂直距离均相等。
6.根据权利要求5所述的虹吸式发电系统,其特征在于:相邻所述虹吸发电装置的间距与所述主流管的倾斜角度呈反比。
7.根据权利要求6所述的虹吸式发电系统,其特征在于:所述主流管的管径大于所述支流管的管径,所述支流管的管径大于所述虹吸管的管径。
8.根据权利要求1所述的虹吸式发电系统,其特征在于:所述主流管的数量为多个,每个所述主流管的入口处均与水源连接,且均位于相同水位处,每个所述主流管上均间隔设有多个所述虹吸发电装置。
9.根据权利要求8所述的虹吸式发电系统,其特征在于:在所述水源内设有水位监测仪,在每个所述主流管的入口处均设有第二控水阀,所述水位监测仪用于检测所述水源内的水位值,并将该水位值反馈给每个第二控水阀,每个所述第二控水阀对应有一个水位预设标定值,当所述水位监测仪检测到的水位值低于第二控水阀的水位预设标定值时,该第二控水阀关闭,阻止水流进入与该第二控水阀相对应的主流管。
10.根据权利要求1-9任一项所述的虹吸式发电系统,其特征在于:所述支流管的进水口与所述主流管的下侧壁连通,所述虹吸管出水口与所述主流管的上侧壁连通。
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