CN112196716B - 一种高水头混流式水轮机节能装置及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高水头混流式水轮机节能装置及其工作方法，属于水电机组节能设计领域，包括高水头混流式水轮机、尾水回水管、水轮机中间抽水管、水轮机进水蜗壳补水管、控制柜、试验装置和排气管；高水头混流式水轮机安装在蜗壳的下方，尾水回水管安装在高水头混流式水轮机的底部；水轮机中间抽水管连接在高水头混流式水轮机的中部，水轮机进水蜗壳补水管的一端与尾水回水管和水轮机中间抽水管相通，另一端连接于蜗壳内；水轮机中间抽水管和水轮机进水蜗壳补水管上均连接有排气管；试验装置与控制柜连接，控制柜与阀门连接。当水电机组运行时，投入高水头混流式水轮机节能装置，能提高能量利用率，增发电量，提升水电站的经济效益水平。

Description

一种高水头混流式水轮机节能装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种高水头混流式水轮机节能装置及其工作方法，属于水电机组节能设计领域。
背景技术
水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。做完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。
水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。
混流式水轮机是世界上使用最广泛的一种水轮机，混流式水轮机适用的水头范围很宽，为5～700米，但采用最多的是40～300米。
节能，就是尽可能地减少能源消耗量，生产出与原来同样数量、同样质量的产品；或者是以原来同样数量的能源消耗量，生产出比原来数量更多或数量相等质量更好的产品。节能就是应用技术上现实可靠、经济上可行合理、环境和社会都可以接受的方法，有效地利用能源，提高用能设备或工艺的能量利用效率。
水电机组设备庞大、结构复杂，做完功的水通过尾水管道排向下游，但是尾水管道中水还具有大量能量没有利用，造成了能量的浪费，因此急需一种高水头混流式水轮机节能装置来提高水电能量利用率，减少能源的浪费。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种高水头混流式水轮机节能装置及其工作方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种高水头混流式水轮机节能装置，其特征是，包括高水头混流式水轮机、尾水回水管、水轮机中间抽水管、水轮机进水蜗壳补水管、控制柜、试验装置和排气管；所述高水头混流式水轮机安装在蜗壳的下方，所述尾水回水管安装在高水头混流式水轮机的底部，并且尾水回水管的出口位于高水头混流式水轮机的边侧；所述水轮机中间抽水管连接在高水头混流式水轮机的侧面中部，用于从高水头混流式水轮机内抽出做过功的水为尾水提高动能，所述水轮机进水蜗壳补水管的一端与尾水回水管和水轮机中间抽水管相通，所述水轮机进水蜗壳补水管的另一端连接于蜗壳内，用于为蜗壳补水；所述水轮机中间抽水管和水轮机进水蜗壳补水管上均安装有一号阀门，并且水轮机中间抽水管和水轮机进水蜗壳补水管上均连接有排气管，所述排气管上安装有二号阀门；所述试验装置与控制柜连接，所述控制柜分别与一号阀门和二号阀门连接。所述一号阀门控制系统的投入和退出，控制柜为系统提供控制方式，试验装置为装置提供试验功能。
进一步的，所述控制柜通信线缆为软接线、硬接线的两种接线冗余设计，使得控制更加可靠。
进一步的，所述尾水回水管、水轮机中间抽水管和水轮机进水蜗壳补水管的连接处成一定角度。
所述的高水头混流式水轮机节能装置的工作方法，其特征是，步骤如下：
1）检测高水头混流式水轮机投入运行，负荷表计已经大于1MW；
2）检测尾水回水管压力正常；
3）控制柜控制打开水轮机中间抽水管上的排气管上的二号阀门；
4）控制柜控制打开水轮机中间抽水管上的一号阀门；
5）控制柜控制打开水轮机进水蜗壳补水管上的排气管上的二号阀门；
6）控制柜控制打开水轮机进水蜗壳补水管上的一号阀门；
7）水轮机中间抽水管上的排气管见水后，控制柜控制关闭水轮机中间抽水管上的排气管上的二号阀门；
8）水轮机进水蜗壳补水管上的排气管见水后，控制柜关闭水轮机进水蜗壳补水管上的排气管上的二号阀门；
9）通过试验装置来试验整个装置的性能是否处于良好备用状态；允许在运行中试验。试验前，将试验开关打至“试验”位置，选择试验的阀门，按下“开始”按钮，阀门关闭至一定角度后再全部开启。试验后，将试验开关打至“正常”位置；试验装置每年进行一次试验，确保整个装置动作正常。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：当水电机组运行时，投入高水头混流式水轮机节能装置，能提高能量利用率，增发电量，提升水电站的经济效益水平。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：高水头混流式水轮机1、尾水回水管2、水轮机中间抽水管3、水轮机进水蜗壳补水管4、一号阀门5、控制柜6、试验装置7、蜗壳8、排气管9、二号阀门10。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1，本实施例中，一种高水头混流式水轮机节能装置，包括高水头混流式水轮机1、尾水回水管2、水轮机中间抽水管3、水轮机进水蜗壳补水管4、控制柜6、试验装置7和排气管9；高水头混流式水轮机1安装在蜗壳8的下方，尾水回水管2安装在高水头混流式水轮机1的底部，并且尾水回水管2的出口位于高水头混流式水轮机1的边侧；水轮机中间抽水管3连接在高水头混流式水轮机1的侧面中部，用于从高水头混流式水轮机1内抽出做过功的水为尾水提高动能，水轮机进水蜗壳补水管4的一端与尾水回水管2和水轮机中间抽水管3相通，水轮机进水蜗壳补水管4的另一端连接于蜗壳8内，用于为蜗壳8补水；水轮机中间抽水管3和水轮机进水蜗壳补水管4上均安装有一号阀门5，并且水轮机中间抽水管3和水轮机进水蜗壳补水管4上均连接有排气管9，排气管9上安装有二号阀门10；试验装置7与控制柜6连接，控制柜6分别与一号阀门5和二号阀门10连接。一号阀门5控制系统的投入和退出，控制柜6为系统提供控制方式，试验装置7为装置提供试验功能。
具体的，尾水回水管2、水轮机中间抽水管3和水轮机进水蜗壳补水管4的连接处成一定角度。
投用过程如下：
1）检测高水头混流式水轮机1投入运行，负荷表计已经大于1MW；
2）检测尾水回水管2压力正常；
3）控制柜6控制打开水轮机中间抽水管3上的排气管9上的二号阀门10；
4）控制柜6控制打开水轮机中间抽水管3上的一号阀门5；
5）控制柜6控制打开水轮机进水蜗壳补水管4上的排气管9上的二号阀门10；
6）控制柜6控制打开水轮机进水蜗壳补水管4上的一号阀门5；
7）水轮机中间抽水管3上的排气管9见水后，控制柜6控制关闭水轮机中间抽水管3上的排气管9上的二号阀门10；
8）水轮机进水蜗壳补水管4上的排气管9见水后，控制柜6关闭水轮机进水蜗壳补水管4上的排气管9上的二号阀门10；
因为P=f(H,Q)
式中：P-----水轮机功率
H-----水轮机入口水头
Q-----水轮机入口水流量
水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。大坝高度固定，水轮机入口水头H固定，当投入高水头混流式水轮机节能装置后，水轮机入口水流量Q增加了，因此水轮机功率P提高了，本实施例增发电量为0.019%。
试验过程如下：
1）通过试验装置7来试验整个装置的性能是否处于良好备用状态。
2）允许机组在运行中试验。
3）试验前，将试验开关打至“试验”位置。
4）按下“进入试验”功能键。
5）按下“确认”键，进入试验。
6）选择试验的阀门。
7）按下“开始”按钮。
8）阀门关闭至一定角度后再全部开启。
9）选择其他阀门进行试验。
10）试验后，将试验开关打至“正常”位置。
11）试验完成。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高水头混流式水轮机节能装置，其特征是，包括高水头混流式水轮机（1）、尾水回水管（2）、水轮机中间抽水管（3）、水轮机进水蜗壳补水管（4）、控制柜（6）、试验装置（7）和排气管（9）；所述高水头混流式水轮机（1）安装在蜗壳（8）的下方，所述尾水回水管（2）安装在高水头混流式水轮机（1）的底部，并且尾水回水管（2）的出口位于高水头混流式水轮机（1）的边侧；所述水轮机中间抽水管（3）连接在高水头混流式水轮机（1）的侧面中部，用于从高水头混流式水轮机（1）内抽出做过功的水为尾水提高动能，所述水轮机进水蜗壳补水管（4）的一端与尾水回水管（2）和水轮机中间抽水管（3）相通，所述水轮机进水蜗壳补水管（4）的另一端连接于蜗壳（8）内，用于为蜗壳（8）补水；所述水轮机中间抽水管（3）和水轮机进水蜗壳补水管（4）上均安装有一号阀门（5），并且水轮机中间抽水管（3）和水轮机进水蜗壳补水管（4）上均连接有排气管（9），所述排气管（9）上安装有二号阀门（10）；所述试验装置（7）与控制柜（6）连接，所述控制柜（6）分别与一号阀门（5）和二号阀门（10）连接；所述试验装置（7）用于试验整个节能装置的性能是否处于良好备用状态。
2.根据权利要求1所述的高水头混流式水轮机节能装置，其特征是，所述尾水回水管（2）、水轮机中间抽水管（3）和水轮机进水蜗壳补水管（4）的连接处成一定角度。
3.一种如权利要求1或2所述的高水头混流式水轮机节能装置的工作方法，其特征是，步骤如下：
检测高水头混流式水轮机（1）投入运行，负荷表计已经大于1MW；
检测尾水回水管（2）压力正常；
控制柜（6）控制打开水轮机中间抽水管（3）上的排气管（9）上的二号阀门（10）；
控制柜（6）控制打开水轮机中间抽水管（3）上的一号阀门（5）；
控制柜（6）控制打开水轮机进水蜗壳补水管（4）上的排气管（9）上的二号阀门（10）；
控制柜（6）控制打开水轮机进水蜗壳补水管（4）上的一号阀门（5）；
水轮机中间抽水管（3）上的排气管（9）见水后，控制柜（6）控制关闭水轮机中间抽水管（3）上的排气管（9）上的二号阀门（10）；
水轮机进水蜗壳补水管（4）上的排气管（9）见水后，控制柜（6）关闭水轮机进水蜗壳补水管（4）上的排气管（9）上的二号阀门（10）；
通过试验装置（7）来试验整个装置的性能是否处于良好备用状态。
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