CN110777741A - 一种兼顾发电的水闸 - Google Patents

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胡彦君
唐恒权
徐川怡
邓琨
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    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B7/00—Barrages or weirs; Layout, construction, methods of, or devices for, making same
    • E02B7/20—Movable barrages; Lock or dry-dock gates
    • E02B7/38—Rolling gates or gates moving horizontally in their own plane, e.g. by sliding
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    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/08—Machine or engine aggregates in dams or the like; Conduits therefor, e.g. diffusors
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Abstract

本发明公开了一种兼顾发电的水闸，闸门门叶通过闸门支臂与闸门支柱连接，闸门支柱内部具有一个贯穿上、下底面的通孔，闸门支柱上底面与闸门门轴固连，闸门门轴转动带动闸门门叶转动，使相邻闸门门叶之间形成间隙，闸门被打开；闸门门轴为空心圆柱体结构，闸门门轴内部通过轴承连接有一个水轮机主轴，水轮机主轴顶端伸出闸门门轴外，与发电机连接，水轮机主轴底端与水轮机连接。本发明在阻力型垂直轴水轮机的基础上，提出一种带有水轮机的半圆形闸门，闸门打开泄水时水轮机可以发电，不仅具备闸门本身的功能，还具备了发电功能，可以合理利用生态流量，还可以对下游建筑物起到一定保护作用。

Description

一种兼顾发电的水闸
技术领域
本发明涉及水闸技术领域，具体涉及一种兼顾发电的水闸。
背景技术
闸门是水工建筑物中的重要设备，通过闸门进行全部或局部地开启过水孔口，可以可靠地调节上下游水位，常被布置在大坝的坝身泄水孔等处。
水电站下泄生态流量是指为满足维持河道的基本功能和群众生产、生活及其他用水需求，所需要水电站下泄的最小流量。弃水是指水电站未通过引水管道(或引水隧洞)驱动水轮机组发电而白白流走的上游来水，会由于生态流量需求、系统负荷、汛期泄洪要求等原因产生，造成水能的浪费。
通过闸门的水能量往往很大，容易对下游河道或建筑造成冲刷、破坏，以致于常常需要在闸门下游布置消能工等措施来消能。考虑到一些重大水利枢纽可观的日流量、年流量，如果对这部分能量加以合理开发利用，将之转化为电能，必然能够大大提升水能利用效率。
此外，水电站枢纽往往结构复杂，大坝坝体与水电站厂房通常分设。兼顾水轮机的双轴嵌套结构使得布置紧凑，有利于精简水电站结构，节约对环境和空间的占用，还便于管理。
发明内容
本发明在传统水闸的基础上进行一定改进，通过同轴心装配水轮机，使水闸开启后能够兼顾发电功能，从而利用生态流量、弃水发电，大大提高水能利用效率，该闸门除具有一般挡水、泄水功能外，还能在泄水的同时发电。
本发明通过以下技术方案实现：
一种兼顾发电的水闸，包括多个闸门单元，单个闸门单元包括半圆形的闸门门叶，多个闸门单元的闸门门叶沿坝体长度方向依次排列设置，闸门门叶的凸面均朝向上游，闸门门叶通过闸门支臂与闸门支柱连接，闸门支柱内部具有一个贯穿上、下底面的通孔，闸门支柱上底面与闸门门轴固连，闸门门轴转动带动闸门门叶转动，使相邻闸门门叶之间形成间隙，闸门被打开；闸门门轴为空心圆柱体结构，闸门门轴内部通过轴承连接有一个水轮机主轴，水轮机主轴顶端伸出闸门门轴外，与发电机连接，水轮机主轴底端与水轮机连接。
作为一个实施例，一种兼顾发电的水闸包括两个闸门单元。
作为优选，闸门处于关闭状态时，相邻两个闸门单元的闸门门叶之间设置有闸门挡水片，闸门挡水片设置在其中一个闸门门叶上。
作为一个实施例，水轮机为S式水轮机。
作为优选，闸门门叶的底部设置有四分之三圆弧的轨道，轨道的两端具有限位挡片，防止闸门门叶脱离轨道，闸门门叶底部位于该轨道内，闸门启闭时，闸门门叶在该轨道内转动四分之一圆弧长，闸门被打开。水轮机的叶片位于相邻闸门门叶的间隙内，泄水水流冲击水轮机的叶片，带动水轮机转动，从而水轮机主轴转动发电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在阻力型垂直轴水轮机的基础上，提出一种带有水轮机的半圆形闸门，闸门打开泄水时水轮机可以发电，不仅具备闸门本身的功能，还具备了发电功能，可以合理利用生态流量，还可以对下游建筑物起到一定保护作用。
附图说明
图1是本发明一个实施例中闸门关闭时的结构示意图。
图2是本发明一个实施例中闸门打开时的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，本发明包括多个闸门单元，单个闸门单元包括半圆形的闸门门叶，多个闸门单元的闸门门叶沿坝体长度方向依次排列设置，闸门门叶的凸面均朝向上游，闸门处于关闭状态时，相邻两个闸门单元的闸门门叶之间设置有闸门挡水片7，闸门挡水片设置在其中一个闸门门叶上，闸门门叶通过闸门支臂2与闸门支柱3连接，闸门支柱内部具有一个贯穿上、下底面的通孔，闸门支柱上底面与闸门门轴4固连，闸门门轴转动带动闸门门叶转动，使相邻闸门门叶之间形成间隙，闸门被打开；闸门门轴为空心圆柱体结构，闸门门轴内部通过轴承连接有一个水轮机主轴6，水轮机主轴顶端伸出闸门门轴外，与发电机连接，水轮机主轴底端与水轮机5连接。
本实施例中采用S式水轮机，为垂直轴水轮机，不具有一般水轮机所具备的引水管、蜗壳、导叶等装置，因水流为径向流过转轮，因此，可以参考具有相似形式的风车发电机。其中，与本闸门结构相适应的还有平板型叶轮和萨瓦里欧斯型叶轮等。
闸门单元的数量根据实际应用设计，本实施例中包括两个闸门单元，闸门门叶的底部设置有四分之三圆弧的轨道，轨道的两端具有限位挡片，防止闸门门叶脱离轨道，闸门门叶底部位于该轨道内，闸门启闭时，闸门门叶在该轨道内转动四分之一圆弧长，闸门被打开，水轮机的叶片位于相邻闸门门叶的间隙内，泄水水流冲击水轮机的叶片，带动水轮机转动，从而水轮机主轴转动发电。
如图2，以两个闸门门叶与闸墩接触一侧为外侧，以两个闸门门叶对称中心一侧为内侧。闸门启闭时两个闸门门叶时刻相切。挡水时闸门关闭，两个闸门门叶相切于各自半圆端点，相切点为对称中心点。闸门门轴4受启闭机控制转动，启闭机是带动闸门门轴转动的结构，是现有技术，在此不再赘述。泄水时，启闭机控制右侧的闸门门轴逆时针旋转，控制左侧的闸门门轴顺时针旋转，开启闸门，水流从上游泄流，并冲击水轮机，水轮机旋转，通过水轮机主轴带动发电机发电。
本发明中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种兼顾发电的水闸，其特征是：包括多个闸门单元，单个闸门单元包括半圆形的闸门门叶，多个闸门单元的闸门门叶沿坝体长度方向依次排列设置，闸门门叶的凸面均朝向上游，闸门门叶通过闸门支臂与闸门支柱连接，闸门支柱内部具有一个贯穿上、下底面的通孔，闸门支柱上底面与闸门门轴固连，闸门门轴转动带动闸门门叶转动，使相邻闸门门叶之间形成间隙，闸门被打开；闸门门轴为空心圆柱体结构，闸门门轴内部通过轴承连接有一个水轮机主轴，水轮机主轴顶端伸出闸门门轴外，与发电机连接，水轮机主轴底端与水轮机连接。
2.根据权利要求1所述的兼顾发电的水闸，其特征是：包括两个闸门单元。
3.根据权利要求2所述的兼顾发电的水闸，其特征是：闸门处于关闭状态时，相邻两个闸门单元的闸门门叶之间设置有闸门挡水片，闸门挡水片设置在其中一个闸门门叶上。
4.根据权利要求2所述的兼顾发电的水闸，其特征是：水轮机为S式水轮机。
5.根据权利要求2所述的兼顾发电的水闸，其特征是：闸门门叶的底部设置有四分之三圆弧的轨道，轨道的两端具有限位挡片，防止闸门门叶脱离轨道，闸门门叶底部位于该轨道内，闸门启闭时，闸门门叶在该轨道内转动四分之一圆弧长，闸门被打开。
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