CN111255609B - 一种渠道漩涡式发电排沙装置及发电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水利水电工程领域，具体涉及一种渠道漩涡式发电排沙装置及发电方法。该装置包括蜗壳、排沙漏斗、发电机和水轮机，蜗壳的一侧连接有进水渠道，与进水渠道方向相切的蜗壳一侧设置有溢流槽。溢流槽的一端设置有进水管，进水管连接溢流槽和水轮机所处的腔室。排沙漏斗固定安装在蜗壳的底部，排沙漏斗上端设置有稳流圆筒，发电机固定安装在稳流圆筒上，水轮机通过传动轴安装在发电机的下端。该发电方法是含泥沙水流在蜗壳内实现泥沙与水分离，泥沙从排沙暗渠中流走，清水流入溢流槽内，通过进水管输送至水轮机处，将水的势能转换成电能。本发明通过对结构的改进，能够从含沙量大的河流中更加便利地获取电能。

Description

一种渠道漩涡式发电排沙装置及发电方法
技术领域
本发明涉及水利水电工程领域，具体涉及一种渠道漩涡式发电排沙装置及发电方法。
背景技术
水力发电是借助水位的势能差，再利用水轮发电机产生电力。在水力发电的过程中，对水质有一定的要求，其中对水质重要的一项指标是含沙量。利用含沙量较大的河流进行水力发电时，通常需要对其进行处理后才能使用。大型水电站在含沙水流进入发电机组前，为了让水质达到要求，设置排沙漏斗将大量的泥沙过滤。偏远地区含沙量大的河流，由于缺乏相应的配套设施，想从中获得优质的电能有一定的难度。
中国专利文献CN2673955Y中公开了一种涡环流排沙装置，包括底面具有锥度的排沙漏斗，在漏斗壁上设置着连接有进水道的进水口，进水道的走向与漏斗壁的内壁相切，漏斗壁呈渐开线状，漏斗底面中心位置的上方固定安装稳流圆筒，稳流圆筒与漏斗底面之间环状空隙。该装置不管进水量大小如何变，都不影响空气涡稳定，使空气涡中线与排沙漏斗的中心线重合，使水流，气流，沙流在自由涡中稳定，能较顺利的送泥沙进入排沙孔，减少排沙的耗水量。但是，该装置无法获取过滤后水流中的势能。
中国专利文献CN204610129U中公开了一种利用水漩涡发电装置，包括包括箱体、出水槽、扇轮、齿轮加速箱、发电机和支撑架。水渠中缓流的河水利用落差形成水漩涡推动扇轮旋转发电。但是，该装置在泥沙含量大的河流中使用时，大量的泥沙冲刷对发电装置的扇轮叶片造成磨损，难以长效稳定使用。
综上所述，在偏远地区含沙量大的河流中，如何获取电能成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
技术问题：在偏远地区从含沙量大的河流中，现有技术缺乏相应的发电装置，来便利的获取电能。
技术方案：提出一种渠道漩涡式发电排沙装置，包括蜗壳、排沙漏斗、发电机和水轮机，蜗壳的一侧连接有进水渠道，与进水渠道方向相切的蜗壳一侧设置有溢流槽，溢流槽通过溢流口与蜗壳联通，蜗壳的内表面设置有若干条扇形倾斜轨道，排沙漏斗固定安装在蜗壳的底部，排沙漏斗的底部连接有排沙暗渠，排沙漏斗的中心设置有轴井，轴井的上端设置有稳流圆筒，发电机固定安装在稳流圆筒上，水轮机通过穿过轴井的传动轴安装在发电机的下端，溢流槽的一端设置有进水管，进水管连接溢流槽和水轮机所处的腔室，腔室的底部设置有尾水管。
作为优选，扇形倾斜轨道的条数是5条。
作为优选，扇形倾斜轨道与水平面的夹角为10-20o。
作为优选，排沙漏斗的形状为圆锥形或圆柱形。
作为优选，稳流圆筒的底部与排沙漏斗的上端设置有环状间隙，环状间隙的高度为120-200mm。
作为优选，稳流圆筒内设置有沉台，发电机安装在沉台上。
作为优选，蜗壳的中心线、排沙漏斗的轴线和稳流圆筒的轴线三者共线。
作为优选，进水管是螺旋状钢管结构。
作为优选，水轮机的叶轮数量是3个。
同时本发明还提供一种渠道漩涡式发电排沙装置的发电方法，是将含泥沙水流从进水渠道引入蜗壳内，泥沙在扇形倾斜轨道的作用下与水分离。下层泥沙通过排沙漏斗从排沙暗渠中流走，上层清水通过蜗壳侧边的溢流口流入溢流槽内。溢流槽内的清水通过进水管输送至水轮机的腔室内，带动水轮机的叶轮旋转，叶轮带动传动轴旋转，进而使发电机发电。
使用时，带泥沙河水从扇形倾斜轨道上端切向进入，在蜗壳容器中形成涡流，在重力及离心力的作用下，密度小的清水通过蜗壳外侧溢流口进入溢流槽，溢流槽中水流通过螺旋进水钢管进入水轮机室并带动叶轮转动；密度大泥浆通过扇形倾斜轨道旋转推至中间锥形排沙漏斗中，由锥形排沙漏斗进入排沙暗渠并排走。
有益效果：本发明利用大自然中的漩涡原理，将蜗壳设计成扇形倾斜轨道，使角速度不同，自然分开沙浆。扇形倾斜轨道中间由双圆环组成，内环为水轮机与发电机轴井，外环为锥形排沙漏斗，锥形排沙漏斗及上方固定安装的稳流圆筒构成，稳流圆筒起到稳定水流和比较顺利地将沙送入排沙孔，装置工作时形成的自然漩涡对渠道中的鱼类生物同样安全可靠。，具有如下突出的实质性特点和显著的进步：
1.本发明在排沙漏斗的下端设置水轮机，充分利用了去除泥沙后水流的势能，解决了含泥沙水流需要同时排沙和发电的问题，将排沙功能与发电效益充分结合，在水沙分离达到排沙目的，同时利用水能带动水轮机进行发电。为偏远地区用电提供解决方案。
2.蜗壳中设置的稳流圆筒，主要起到稳定水流的作用，有助于泥沙顺利进入排沙漏斗中。同时，稳流圆筒的底部与排沙漏斗的上端设置有环状间隙，即使有鱼类生物进入，也能够随着泥沙安全的从排沙暗渠离开，有利于保护水资源生态环境。
3.蜗壳内表面设置有扇形倾斜轨道，有利于涡流的形成，提高排沙效率。
4. 蜗壳的中心线、排沙漏斗的轴线和稳流圆筒的轴线三者共线，稳流圆筒可使排沙漏斗内水流自由涡中的空气稳定，使空气涡垂线与排沙漏斗的中心线重合，便于将泥沙送至排沙漏斗，大大减少排沙的耗水量。
5.在实际应用中，该装置建造方便、节省空间。结构美观，安全可靠，且符合当今节能减排的要求，水轮机发电量很大，将多台设备结合起来，为偏远农村提供用电便利。
附图说明
图1是本发明实施例中漩涡式排沙发电装置的剖视图；
图2是图1中A-A处的剖视图；
图3是图1中B-B处的剖视图；
图4是图1中C-C处的剖视图；
图5是图1中D-D处的剖视图；
图6是图1中E-E处的剖视图。
附图标记：进水渠道1、蜗壳2、扇形倾斜轨道3、轴井4、排沙暗渠5、尾水管6、溢流口7、溢流槽8、螺旋进水钢管9、发电机10、水轮机11、传动轴12、稳流圆筒13、排沙漏斗14。
具体实施方式
结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
如图1和图2所示的一种渠道漩涡式排沙发电装置，包括蜗壳2、排沙漏斗14、发电机10和水轮机11，蜗壳2的一侧连接有进水渠道1，与进水渠道1方向相切的蜗壳2一侧设置有溢流槽8，溢流槽8通过溢流口7与蜗壳2联通，蜗壳2的内表面设置有5条扇形倾斜轨道3，排沙漏斗14固定安装在蜗壳2的底部，排沙漏斗14的底部连接有排沙暗渠5，排沙漏斗14的中心设置有轴井4，轴井4的上端设置有稳流圆筒13，发电机10固定安装在稳流圆筒13上，水轮机11通过穿过轴井4的传动轴12安装在发电机10的下端，溢流槽8的一端设置有螺旋进水钢管9，螺旋进水钢管9连接溢流槽8和水轮机11所处的腔室，腔室的底部设置有尾水管6
其中，扇形倾斜轨道3与水平面的夹角为10-20o。排沙漏斗14的形状为圆锥形或圆柱形。稳流圆筒13内设置有沉台，发电机10安装在沉台上。水轮机11的叶轮数量是3个。
在稳流圆筒13的底部与排沙漏斗14的上端设置有环状间隙，环状间隙的高度为120-200mm，起到稳定水流的作用，有助于泥沙顺利进入排沙漏斗中。同时，环状间隙的设置，即使有鱼类生物进入，也能够随着泥沙安全的从排沙暗渠离开，有利于保护水资源生态环境。
蜗壳2的中心线、排沙漏斗14的轴线和稳流圆筒13的轴线三者共线，稳流圆筒13可使排沙漏斗14内水流自由涡中的空气稳定，使空气涡垂线与排沙漏斗14的中心线重合，便于将泥沙送至排沙漏斗14，大大减少排沙的耗水量。
漩涡式发电排沙装置发电时，是将含泥沙水流从进水渠道流入蜗壳内，在扇形倾斜轨道的作用下泥沙与水分离。下层泥沙通过排沙漏斗从排沙暗渠中流走，上层清水通过蜗壳侧边的溢流口流入溢流槽内。溢流槽内的清水通过螺旋进水钢管输送至水轮机的腔室内，带动水轮机的叶轮旋转，叶轮带动传动轴旋转，进而使发电机发电。
使用时，带泥沙河水从扇形倾斜轨道上端切向进入，在蜗壳容器中形成涡流，在重力及离心力的作用下，密度小的清水通过蜗壳外侧溢流口进入溢流槽，溢流槽中水流通过螺旋进水钢管进入水轮机室并带动叶轮转动；密度大泥浆通过扇形倾斜轨道旋转推至中间锥形排沙漏斗中，由锥形排沙漏斗进入排沙暗渠并排走。
本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种渠道漩涡式发电排沙装置，包括蜗壳、排沙漏斗、发电机和水轮机，其特征在于，所述蜗壳的一侧连接有进水渠道，与所述进水渠道方向相切的蜗壳处设置有溢流槽，所述溢流槽通过溢流口与所述蜗壳联通，所述蜗壳的内表面设置有若干条扇形倾斜轨道，所述排沙漏斗固定安装在所述蜗壳的底部，所述排沙漏斗的底部连接有排沙暗渠，所述排沙漏斗的中心设置有轴井，所述轴井的上端设置有稳流圆筒，所述发电机固定安装在所述稳流圆筒上，所述水轮机通过穿过所述轴井的传动轴安装在所述发电机的下端，所述溢流槽的一端设置有进水管，所述进水管连接所述溢流槽和所述水轮机所处的腔室，所述腔室的底部设置有尾水管，所述排沙漏斗的形状为圆锥形。
2.根据权利要求1所述的一种渠道漩涡式发电排沙装置，其特征在于，所述扇形倾斜轨道的条数是5条。
3.根据权利要求1所述的一种渠道漩涡式发电排沙装置，其特征在于，所述扇形倾斜轨道与水平面的夹角为10-20o。
4.根据权利要求1所述的一种渠道漩涡式发电排沙装置，其特征在于，所述稳流圆筒的底部与所述排沙漏斗的上端设置有环状间隙，所述环状间隙的高度为120-200mm。
5.根据权利要求1所述的一种渠道漩涡式发电排沙装置，其特征在于，所述稳流圆筒内设置有沉台，所述发电机安装在所述沉台上。
6.根据权利要求1所述的一种渠道漩涡式发电排沙装置，其特征在于，所述蜗壳的中心线、所述排沙漏斗的轴线和所述稳流圆筒的轴线三者共线。
7.根据权利要求1所述的一种渠道漩涡式发电排沙装置，其特征在于，所述进水管是螺旋状钢管结构。
8.根据权利要求1所述的一种渠道漩涡式发电排沙装置，其特征在于，所述水轮机的叶轮数量是3个。
9.根据权利要求1所述的一种渠道漩涡式发电排沙装置的发电方法，其特征在于，是将含泥沙水流从进水渠道引入蜗壳内，泥沙在扇形倾斜轨道的作用下与水分离；下层泥沙通过排沙漏斗从排沙暗渠中流走，上层清水通过蜗壳侧边的溢流口流入溢流槽内；溢流槽内的清水通过进水管输送至水轮机的腔室内，带动水轮机的叶轮旋转，叶轮带动传动轴旋转，进而使发电机发电。
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