CN110848070A - 一种水轮机曝气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于流体机械领域，公开了一种水轮机曝气系统，其中包括混流式水轮机，压力管道，第一管道及第二管道，所述水轮机包括转轮，所述转轮在主水流作用下绕旋转轴线旋转，所述主水流沿着压力管道的流动路径通过转轮流到尾水管；所述第一管道在主水流的流动路径之外，并且能够混合取自主水流并位于转轮上游的二级水流和含氧气体；所述第二管道用于将氧气输送到第一管道并与二级水流形成水气混合物。通过将富含氧气的水气混合物引入尾水管和转轮流出的主水流相混合，提高了流向下游的水的溶解氧水平，并对水轮机的性能和整体效率没有明显影响，从而达到改善下游水质的目的。

Description

一种水轮机曝气系统
技术领域
本发明属于污水处理领域，特别涉及一种水轮机曝气系统。
背景技术
在水力发电厂上游的蓄水池中，特别是在气候温暖的地区，在深度超过15米的水中溶解氧水平很低。当水中的溶解氧水平低于5毫克/升时，水生生物直接受到影响，大多数鱼都将无法生存。在这种情况下，空气通过机械设备被注入水中以增加水中的溶解氧水平。
专利申请号201720675920.2公开的一种用于改善河流水质的上流式曝气结构解决了传统的需要消耗能量的曝气方式，但该结构取消了传统水轮机的尾水管结构，这将导致水轮机的整体的水力效率降低，进一步造成能量转换率降低，并造成水轮机在运行过程中的不稳定性，这种方式影响水轮机内的压力曲线和流速流线，这对水轮机性能和特性有影响。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种新的水轮机曝气系统，该系统能够有效增加水中的溶解氧水平，并且由于从主水流引出的水量占其极少部分，所以水轮机整体效率没有显着降低。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种水轮机曝气系统，包括混流式水轮机，压力管道，第一管道和第二管道；
所述混流式水轮机包括在主水流(F1)的作用下绕旋转轴线旋转的转轮，主水流沿着压力管道穿过水轮机的转轮流向尾水管；
第一管道的入口布置在压力管道水平段远离混流式水轮机导叶的部分并连通压力管道，出口布置在所述尾水管的直锥段；第一管道上从入口到出口依次设有混合室和分配器，所述分配器布置在流道下游的尾水管的直锥段；
第二管道的入口连通气体，出口和第一管道上的混合室联通，用于将含氧气体(A0)注入到混合室中；
所述混合室一方面通过第一管道连接到压力管道中的主水流，另一方面，通过第二管道连接到含氧气体(A0)，可以混合从压力管道中主水流引出的二次水流(F2)和来自第二管道的含氧气体(A0)，并在混合室中产生水气混合物(F3)，水气混合物通过第一管道流向位于尾水管直锥段的分配器，并在分配器中和从转轮流出的主水流相混合，以增加水中的氧气含量。
所述分配器包括喷嘴，分配室和环形偏转器，所述喷嘴设于尾水管的壁上并朝向该尾水管的中心轴线方向，所述分配室为在尾水管直锥段外壁形成的一环形腔室，该腔室围绕所述多个喷嘴径向分布，以将水气混合物径向地围绕尾水管分配到喷嘴；所述环形偏转器为布置在尾水管直锥段内壁的一环形壁面，所述环形偏转器的下端和喷嘴下端齐平；环形偏转器用以产生靠近这些喷嘴的低压区域，该区域吸入水气混合物进入尾水管。
所述喷嘴围绕所述尾水管的中心轴线(X1)对称分布，用于将分配室中的水气混合物以高速射流的状态引入尾水管，以提高主水流的含氧量。
所述混合室为文丘里效应液压注射器，空化涡流系统，或者混合室设有多孔网的结构。
所述第二管道的入口连接到大气或含氧的加压气体的储存器。
所述第一管道上还设有第一阀门，位于压力管道与混合室之间，并与电子单元连接；第一阀门用于控制所述二级水流(F2)到所述混合室的流速。
所述第二管道上还设有第二阀门，位于第二管道入口与混合室之间，并与电子单元连接；第二阀门用于控制供应到混合室的气体(A0)的流速。
根据本发明，第一管道中的二次水流不会干扰压力管道中的主水流，因此可以在最高效率工况下使用该主水流驱动水轮机的转轮旋转。
当需要增加从水轮机流入下游的水的氧含量时，可以开启第一阀门和第二阀门，形成水气混合物流入下游；当不需要时，关闭第一阀门和第二阀门。本发明中的第一管道和第二管道对本发明所述的水轮机的效率没有影响。
本发明的有益效果为：
本发明利用电站的自然高度差获得能量，通过将富含氧气的水气混合物引入尾水管和转轮流出的主水流相混合，提高了流向下游的水的溶解氧水平，并对水轮机的性能和整体效率没有明显影响，从而达到改善下游水质的目的。
附图说明
图1是本发明的轴向截面的示意图；
图2是图1中细节Ⅱ的放大示意图；
图3是图2中截面Ⅲ的示意图。
附图标记：1-混流式水轮机，2-转轮，3-轴，4-交流发电机，5-压力管道，6-蜗壳，7-导叶，8-尾水管，9-转轮上冠，10-转轮下环，11-叶片，12-混合室，13-第一管道，14-第二管道， 15-分配器，16-第二管道入口，17-第一阀门，18-第二阀门，19-电子单元，20-喷嘴，21-分配室，22-环形偏转器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
一种水轮机曝气系统，包括混流式水轮机1，压力管道5，第一管道13和第二管道14；
第一管道13的入口布置在压力管道5水平段远离混流式水轮机导叶的部分并连通压力管道5，出口布置在所述尾水管8的直锥段；第一管道13上从入口到出口依次设有混合室12 和分配器15，所述分配器15布置在流道下游的尾水管的直锥段；
第二管道14的入口连通气体，出口和第一管道13上的混合室12联通。
所述分配器15包括喷嘴20，分配室21和环形偏转器22，所述喷嘴20于尾水管的壁上并朝向该尾水管的中心轴线方向，所述分配室21为在尾水管直锥段外壁形成的一环形腔室，该腔室围绕所述多个喷嘴径向分布，以将水气混合物径向地围绕尾水管分配到喷嘴；所述环形偏转器22为布置在尾水管直锥段内壁的一环形壁面，所述环形偏转器22的下端和喷嘴20 下端齐平。
所述喷嘴20围绕所述尾水管的中心轴线(X1)对称分布。
所述混合室12为文丘里效应液压注射器。
所述第二管道入口16连接到大气。
所述第一管道13上还设有第一阀门17，位于压力管道5与混合室12之间，并与电子单元19连接。
所述第二管道14上还设有第二阀门18，位于第二管道入口16与混合室12之间，并与电子单元19连接。
图1中所示的装置包括：混流式水轮机1，其转轮2在箭头所示的主水流F1作用下绕垂直轴线X1旋转，该主水流F1来自未示出的上部蓄水池；轴3支撑转轮2旋转并且连接到交流发电机4，交流发电机4向电网(未示出)提供交流电；转轮2包括上冠9，下环10和围绕轴线X1分布的多个叶片11；压力管道5将主水流F1引入用于分配主水流F1的蜗壳6中，其配备有导叶7，主水流从蜗壳流入转轮2，将机械能转化为电能；尾水管8设置在水轮机1的下游。
考虑到在温度比较高的季节，当水从水库中较深处抽出时，从上部蓄水池流入转轮2的水中溶解氧水平低的情况，可以通过连接到尾水管8的混合室12将含氧量高的水引入尾水管下游。其中第一管道13从压力管道5向该混合室12引入水流F2，第二管道14向混合室12 供应含氧气体A0。第二管道入口16与大气连通，因此，第二管道14可以向混合室12供应大气压下的空气。
如图2所示，第一阀门17安装在第一管道13上，而第二阀门18安装在第二管道14上。第一阀门17和第二阀门18是由电子单元19通过两个电子信号s1和s2控制的电磁阀。它们可以选择性地阻止或允许水和空气分别在第一管道13、第二管道14中流动。因此，电子单元19能够根据从外部测量装置或从操作者接收的电子信号s0来控制第一阀门17和第二阀门18。
通过第一阀门17和第二阀门18可以控制水流F2和空气A0的流速值在零值和最大值之间。另外，这些阀可以是比例阀，这使得可以线性地调节流速，特别是根据压力管道5中的流速或大气压力来调节这些流速。当第一阀门17打开时，二次水流F2从压力管道5通过第一管道 13流入混合室12。当第二阀门18打开时，空气通过第二管道14流入混合室12，如箭头A0所示。然后，二次水流F2和气流A0在混合室12中结合形成水和空气的两相混合流F3流入分配器15。在该分配器15中，混合流F3通过分配器15中的喷嘴20形成各个分流F3'再次进入尾水管8。
如图3所示，分配器15包括分配室21，通过该分配室21可以均匀地分配混合流F3的流动，通过分配室21和喷嘴20混合流F3被分成多个分流F3'。喷嘴20由在尾水管壁中形成的均匀分布的孔构成。环形偏转器22布置在分配器15中，与喷嘴20齐平，并且可以在主水流F1的作用下产生靠近这些喷嘴的低压区域，该区域吸入水和空气的两相混合流F3'进入尾水管 8。
在实际操作中，由于供应到混合室12的水和空气的压力使得在混合流F3中产生十分之几毫米的气泡。这些气泡至少在排放到尾水管下游之前是稳定的，故不会对水轮机效率和稳定性造成影响。
在分配器15下游的尾水管部分是主水流F1压力相对较低的区域，且主水流F1在流出转轮 2时是非常紊乱的，其促进了主水流F1和分流F3'之间的混合。因此，通过混合室12和分配器 15可以在尾水管下游注入水气混合物，这使得可以增加下游水流中的氧气含量。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种水轮机曝气系统，其特征在于，包括混流式水轮机，压力管道，第一管道和第二管道；
第一管道的入口布置在压力管道水平段远离混流式水轮机导叶的部分并连通压力管道，出口布置在所述尾水管的直锥段；第一管道上从入口到出口依次设有混合室和分配器，所述分配器布置在流道下游的尾水管的直锥段；
第二管道的入口连通气体，出口和第一管道上的混合室联通。
2.如权利要求1所述的一种水轮机曝气系统，其特征在于，所述分配器包括喷嘴，分配室和环形偏转器，所述喷嘴设于尾水管的壁上并朝向该尾水管的中心轴线方向，所述分配室为在尾水管直锥段外壁形成的一环形腔室，该腔室围绕所述多个喷嘴径向分布，以将水气混合物径向地围绕尾水管分配到喷嘴；所述环形偏转器为布置在尾水管直锥段内壁的一环形壁面，所述环形偏转器的下端和喷嘴下端齐平。
3.如权利要求1所述的一种水轮机曝气系统，其特征在于，所述喷嘴围绕所述尾水管的中心轴线对称分布。
4.如权利要求1所述的一种水轮机曝气系统，其特征在于，所述混合室为文丘里效应液压注射器，空化涡流系统，或者混合室设有多孔网的结构。
5.如权利要求1所述的一种水轮机曝气系统，其特征在于，所述第二管道入口连接到大气或含氧的加压气体的储存器。
6.如权利要求1所述的一种水轮机曝气系统，其特征在于，所述第一管道上还设有第一阀门，位于压力管道与混合室之间，并与电子单元连接。
7.如权利要求1所述的一种水轮机曝气系统，其特征在于，所述第二管道上还设有第二阀门，位于第二管道入口与混合室之间，并与电子单元连接。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5325747A (en) * 1976-08-24 1978-03-09 Hitachi Ltd Water flowing face corrosion preventing method of hydraulic machine and its device
US20040265117A1 (en) * 2003-06-25 2004-12-30 General Electric Canada Inc. Hydraulic turbine draft tube with enhanced dissolved oxygen
US20050242451A1 (en) * 2004-04-30 2005-11-03 General Electric Canada Hydraulic turbine draft tube deflector with enhanced dissolved oxygen
CN103933844A (zh) * 2014-04-08 2014-07-23 中国科学院广州能源研究所 一种碱性废水的烟气处理系统及控制方法
WO2014147300A1 (fr) * 2013-03-19 2014-09-25 Alstom Renewable Technologies Turbine hydraulique et installation de conversion d'energie comprenant une telle turbine
US20160273510A1 (en) * 2015-03-17 2016-09-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Hydraulic machine and method for operating the same
CN108996720A (zh) * 2018-08-17 2018-12-14 苏州谦合诚智能科技有限公司 一种节能型污水处理装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5325747A (en) * 1976-08-24 1978-03-09 Hitachi Ltd Water flowing face corrosion preventing method of hydraulic machine and its device
US20040265117A1 (en) * 2003-06-25 2004-12-30 General Electric Canada Inc. Hydraulic turbine draft tube with enhanced dissolved oxygen
US20050242451A1 (en) * 2004-04-30 2005-11-03 General Electric Canada Hydraulic turbine draft tube deflector with enhanced dissolved oxygen
WO2014147300A1 (fr) * 2013-03-19 2014-09-25 Alstom Renewable Technologies Turbine hydraulique et installation de conversion d'energie comprenant une telle turbine
US20160010618A1 (en) * 2013-03-19 2016-01-14 Alstom Renewable Technologies Hydraulic turbine, and power conversion facility including such a turbine
CN103933844A (zh) * 2014-04-08 2014-07-23 中国科学院广州能源研究所 一种碱性废水的烟气处理系统及控制方法
US20160273510A1 (en) * 2015-03-17 2016-09-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Hydraulic machine and method for operating the same
CN108996720A (zh) * 2018-08-17 2018-12-14 苏州谦合诚智能科技有限公司 一种节能型污水处理装置

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