CN113031661A - 一种水库下泄流量监控装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种水库下泄流量监控方法，所述监控方法包括微型水轮发电机、流量计算模块和设于水库泄水道内的微型水轮；所述微型水轮发电机与微型水轮相连并在微型水轮处形成旋转阻力；当水库泄水道泄水量可驱动微型水轮转动时，所述微型水轮发电机向流量计算模块提供电力，所述流量计算模块把微型水轮的转速换算为当前泄水道的实时流量以形成水库下泄流量的监控数据；本发明具备自发电自供电能力，而且能准确地监控并调节水库下泄流量。
Description
技术领域
本发明涉及水流量监控技术领域，尤其是一种水库下泄流量监控装置及其方法。
背景技术
山区偏僻的农村小水电站的大多属于引水式电站，即在河流上游修建拦河坝，形成水库（山塘），通过压力钢管将河水全部引流至水电站厂房发电。这一措施直接导致拦河坝至电站这段的河流枯竭，水生动植物死亡，破坏这一区域的生态平衡。近年来，随着我国对生态环境的重视程度逐步加强，环保部门和水行政主管部门联合对所有电站核定最小下泄流量，要求电站企业按照核定的最小下泄流量进行生态放水，对该区域进行水生态修复。现有的下泄流量监控装置存在诸多问题，例如电源不足，目前大多数装置采用太阳能供电，但该装置通常设置在拦河坝下游，太阳能板日照时间不足，再遇上阴雨天气，则导致发电量不足以提供装置使用；拦河坝下泄流量不准确，目前大多装置采用通过水位与进水口高差结合管道大小来计算下泄流量，当进水口部分被杂物堵塞时，下泄流量就不满足核定流量值时，该类装置依旧上传合格的流量值；无法调节下泄流量大小，当入库来水量较大时，水位上涨，水压较大，实际的下泄流量将远超核定的下泄流量，这又造成电站企业发电量损失，影响企业对生态放水的积极性。
基于上述存在问题，需要对现有的下泄流量监控装置进行改进研发。
发明内容
本发明提出一种水库下泄流量监控装置及其方法，具备自发电自供电能力，而且能准确地监控并调节水库下泄流量。
本发明采用以下技术方案。
一种水库下泄流量监控方法，所述监控方法包括微型水轮发电机、流量计算模块和设于水库泄水道内的微型水轮；所述微型水轮发电机与微型水轮相连并在微型水轮处形成旋转阻力；当水库泄水道泄水量可驱动微型水轮转动时，所述微型水轮发电机向流量计算模块提供电力，所述流量计算模块把微型水轮的转速换算为当前泄水道的实时流量以形成水库下泄流量的监控数据。
所述监控方法中，把当前泄水道的实时流量与相关部门文件规定的下泄流量值进行比对，若实时流量与下泄流量值之间的差值超出阈值，则流量计算模块对水库泄水闸阀的开度进行调整以使实时流量达到文件规定的下泄流量值。
所述泄水道为泄水管；所述监控方法中，设大坝水库水位在高度h的压强P=ρgh，水压力F=P·S，h为水面至泄水管的水位高差、S为泄水管开度面积；
所述水库泄水闸阀在开度不变的情况下，水位高差越大则水库泄水道入口压强P越大使压力F增加，从而使得排出泄水管的流速V越大，进而驱动微型水轮形成的水轮转速V1也增加，反之，水位高差越小、压强P越小，压力F越小，排出泄水管的流速V越小，驱动微型水轮所形成的水轮转速V1也越小，即水位高差h与水轮机转速V1之间成正比。
当库区水量上升时，水库下泄流量增大，为了满足相关部门文件规定的下泄流量值要求，流量计算模块输出关闭闸阀信号，减少水库泄水闸阀的开度，降低下泄流量；
当库区水量下降时，水库下泄流量减小，为了满足相关部门文件规定的下泄流量值要求，流量计算模块输出开启水库泄水闸阀信号，增加水库泄水闸阀的开度，从而提高下泄流量。
一种水库下泄流量监控装置，用于上述对水库泄水道下泄流量进行监控的监控方法，所述监控装置包括流量计算模块和水轮发电供电模块；所述水轮发电供电模块包括微型水轮发电机和与之相连的设于水库泄水道内的微型水轮，还包括整流稳压模块、蓄电池组；当水库泄水时，泄水道的水流带动微型水轮旋转，以驱动微型水轮发电机经整流稳压模块向蓄电池输出并存储电力；所述流量计算模块由蓄电池供电；流量计算模块与微型水轮相连以获取其转速，并把水轮转速换算成泄水道下泄的实时流量。
所述监控装置还包括贮有下泄流量核定值的闸阀控制模块；所述闸阀控制模块与流量计算模块相连以获取泄水道下泄的实时流量，并根据下流流量核实值对实时流量进行评估。
所述闸阀控制模块与泄水道处的电动闸阀相连；所述电动闸阀可调整进入泄水道的流量大小；所述闸阀控制模块根据对实时流量的评估结果来控制电动闸阀开度，以对泄水道的下泄流量进行调节。
所述微型水轮以桨叶与泄水道内的水接触，微型水轮以连接杆与微型水轮发电机相连；所述整流稳压模块用于调整水轮发电供电模块输出的不稳定的电流电压，确保稳定的电流电压流入蓄电池组内存储。
所述监控装置还包括能以无线方式与远端管理机构相连的无线传输模块；所述流量计算模块经无线传输模块把泄水道下泄的实时流量数据推送至远端管理机构。
所述下泄流量监控装置还包括视频监控系统；所述视频监控系统的监控范围包括下泄流量监控装置安装位置的周边环境；视频监控系统经无线传输模块把监控影像推送至远端管理机构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供一种水库下泄流量监控的装置，通过对入管流量的实时监控，确保企业按照核定的下泄流量进行放水，保护下游生态平衡；在放水过程中，水流冲击微型水轮发电机，发电机产生电源供整个装置使用，提高了装置电源的供电可靠率；该装置通过流量监控模块实时计算下泄流量，实时调整阀门开度，保证下泄流量的准确率；增加电站企业的发电量，提高电站企业的经济效益。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的原理示意图；
附图2是本发明水轮发电供电模块的原理示意图；
附图3是本发明水轮发电供电模块的另一原理示意图；
附图4是本发明的实施示意图；
附图5是电动闸阀的开度变化示意图；
图中：1-电动闸阀；2-微型水轮；3-连接杆；4-转子线圈；5-定子线圈；6-整流稳压模块；7-流量计算模块；8-闸阀控制模块；9-视频监控系统；100-泄水道；101-微型水轮发电机。
具体实施方式
如图所示，一种水库下泄流量监控方法，所述监控方法包括微型水轮发电机101、流量计算模块7和设于水库泄水道100内的微型水轮2；所述微型水轮发电机与微型水轮相连并在微型水轮处形成旋转阻力；当水库泄水道泄水量可驱动微型水轮转动时，所述微型水轮发电机向流量计算模块提供电力，所述流量计算模块把微型水轮的转速换算为当前泄水道的实时流量以形成水库下泄流量的监控数据。
所述监控方法中，把当前泄水道的实时流量与相关部门文件规定的下泄流量值进行比对，若实时流量与下泄流量值之间的差值超出阈值，则流量计算模块对水库泄水闸阀的开度进行调整以使实时流量达到文件规定的下泄流量值。
所述泄水道为泄水管；所述监控方法中，设大坝水库水位在高度h的压强P=ρgh，水压力F=P·S，h为水面至泄水管的水位高差、S为泄水管开度面积；
所述水库泄水闸阀在开度不变的情况下，水位高差越大则水库泄水道入口压强P越大使压力F增加，从而使得排出泄水管的流速V越大，进而驱动微型水轮形成的水轮转速V1也增加，反之，水位高差越小、压强P越小，压力F越小，排出泄水管的流速V越小，驱动微型水轮所形成的水轮转速V1也越小，即水位高差h与水轮机转速V1之间成正比。
当库区水量上升时，水库下泄流量增大，为了满足相关部门文件规定的下泄流量值要求，流量计算模块输出关闭闸阀信号，减少水库泄水闸阀的开度，降低下泄流量；
当库区水量下降时，水库下泄流量减小，为了满足相关部门文件规定的下泄流量值要求，流量计算模块输出开启水库泄水闸阀信号，增加水库泄水闸阀的开度，从而提高下泄流量。
一种水库下泄流量监控装置，用于上述对水库泄水道下泄流量进行监控的监控方法，所述监控装置包括流量计算模块7和水轮发电供电模块；所述水轮发电供电模块包括微型水轮发电机101和与之相连的设于水库泄水道100内的微型水轮2，还包括整流稳压模块、蓄电池组；当水库泄水时，泄水道的水流带动微型水轮旋转，以驱动微型水轮发电机经整流稳压模块6向蓄电池输出并存储电力；所述流量计算模块由蓄电池供电；流量计算模块与微型水轮相连以获取其转速，并把水轮转速换算成泄水道下泄的实时流量。
所述监控装置还包括贮有下泄流量核定值的闸阀控制模块8；所述闸阀控制模块与流量计算模块相连以获取泄水道下泄的实时流量，并根据下流流量核实值对实时流量进行评估。
所述闸阀控制模块与泄水道处的电动闸阀1相连；所述电动闸阀可调整进入泄水道的流量大小；所述闸阀控制模块根据对实时流量的评估结果来控制电动闸阀开度，以对泄水道的下泄流量进行调节。
所述微型水轮以桨叶与泄水道内的水接触，微型水轮以连接杆3与微型水轮发电机相连；所述整流稳压模块用于调整水轮发电供电模块输出的不稳定的电流电压，确保稳定的电流电压流入蓄电池组内存储。
所述监控装置还包括能以无线方式与远端管理机构相连的无线传输模块；所述流量计算模块经无线传输模块把泄水道下泄的实时流量数据推送至远端管理机构。
所述下泄流量监控装置还包括视频监控系统；所述视频监控系统的监控范围包括下泄流量监控装置安装位置的周边环境；视频监控系统经无线传输模块把监控影像推送至远端管理机构。
本例中，微型水轮发电机内置转子线圈4和定子线圈5，以转子线圈和定子线圈之间的电磁力在微型水轮处形成旋转阻力。
本例中，微型水轮转速与泄水道流量之间的对应关系，可在实验室环境下经实验形成标定数据集用于流量监控，也可通过公式进行实时计算。
实施例：
水流经电动闸阀1进入泄水道（泄水管），水流冲击水轮部分的桨叶，桨叶旋转带动连接杆3转动，连接杆旋转带动微型水轮发电机发电部分的转子线圈4旋转，转子线圈4旋转的磁力线与定子线圈5切割产生电能，产生的电能接入整流稳压模块6。
整流稳压模块6将不稳定的电流电压调节稳定后存入蓄电池组11。蓄电池组11对流量计算模块7、闸阀控制模块8、视频监控系统9、无线传输模块10、电动闸阀1及发电机转子线圈4励磁的正常运行提供电源。
微型水轮的桨叶旋转的同时将实时转速传输至流量计算模块7。流量计算模块7将实时转速换算为实时流量，将实时流量参数传至无线传输模块，同时将实时流量情况传至闸阀控制模块8。闸阀控制模块8通过将实时的流量与核定的流量进行对比换算后，控制电动闸阀1的开度。视频监控系统9对装置周边环境情况进行监控，将现场影像情况传至无线传输模块10。最后通过无线传输模块10对下泄流量参数、装置周边环境情况影像实时传输至的服务器终端。
Claims (10)
1.一种水库下泄流量监控方法，其特征在于：所述监控方法包括微型水轮发电机、流量计算模块和设于水库泄水道内的微型水轮；所述微型水轮发电机与微型水轮相连并在微型水轮处形成旋转阻力；当水库泄水道泄水量可驱动微型水轮转动时，所述微型水轮发电机向流量计算模块提供电力，所述流量计算模块把微型水轮的转速换算为当前泄水道的实时流量以形成水库下泄流量的监控数据。
2.根据权利要求1所述的一种水库下泄流量监控方法，其特征在于：所述监控方法中，把当前泄水道的实时流量与相关部门文件规定的下泄流量值进行比对，若实时流量与下泄流量值之间的差值超出阈值，则流量计算模块对水库泄水闸阀的开度进行调整以使实时流量达到文件规定的下泄流量值。
3.根据权利要求1所述的一种水库下泄流量监控方法，其特征在于：所述泄水道为泄水管；所述监控方法中，设大坝水库水位在高度h的压强P=ρgh，水压力F=P·S，h为水面至泄水管的水位高差、S为泄水管开度面积；
所述水库泄水闸阀在开度不变的情况下，水位高差越大则水库泄水道入口压强P越大使压力F增加，从而使得排出泄水管的流速V越大，进而驱动微型水轮形成的水轮转速V1也增加，反之，水位高差越小、压强P越小，压力F越小，排出泄水管的流速V越小，驱动微型水轮所形成的水轮转速V1也越小，即水位高差h与水轮机转速V1之间成正比。
4.根据权利要求3所述的一种水库下泄流量监控方法，其特征在于：当库区水量上升时，水库下泄流量增大，为了满足相关部门文件规定的下泄流量值要求，流量计算模块输出关闭闸阀信号，减少水库泄水闸阀的开度，降低下泄流量；
当库区水量下降时，水库下泄流量减小，为了满足相关部门文件规定的下泄流量值要求，流量计算模块输出开启水库泄水闸阀信号，增加水库泄水闸阀的开度，从而提高下泄流量。
5.一种水库下泄流量监控装置，用于权利要求1中所述的对水库泄水道下泄流量进行监控的监控方法，其特征在于：所述监控装置包括流量计算模块和水轮发电供电模块；所述水轮发电供电模块包括微型水轮发电机和与之相连的设于水库泄水道内的微型水轮，还包括整流稳压模块、蓄电池组；当水库泄水时，泄水道的水流带动微型水轮旋转，以驱动微型水轮发电机经整流稳压模块向蓄电池输出并存储电力；所述流量计算模块由蓄电池供电；流量计算模块与微型水轮相连以获取其转速，并把水轮转速换算成泄水道下泄的实时流量。
6.根据权利要求5所述的一种水库下泄流量监控装置，其特征在于：所述监控装置还包括贮有下泄流量核定值的闸阀控制模块；所述闸阀控制模块与流量计算模块相连以获取泄水道下泄的实时流量，并根据下流流量核实值对实时流量进行评估。
7.根据权利要求6所述的一种水库下泄流量监控装置，其特征在于：所述闸阀控制模块与泄水道处的电动闸阀相连；所述电动闸阀可调整进入泄水道的流量大小；所述闸阀控制模块根据对实时流量的评估结果来控制电动闸阀开度，以对泄水道的下泄流量进行调节。
8.根据权利要求5所述的一种水库下泄流量监控装置，其特征在于：所述微型水轮以桨叶与泄水道内的水接触，微型水轮以连接杆与微型水轮发电机相连；所述整流稳压模块用于调整水轮发电供电模块输出的不稳定的电流电压，确保稳定的电流电压流入蓄电池组内存储。
9.根据权利要求5所述的一种水库下泄流量监控装置，其特征在于：所述监控装置还包括能以无线方式与远端管理机构相连的无线传输模块；所述流量计算模块经无线传输模块把泄水道下泄的实时流量数据推送至远端管理机构。
10.根据权利要求9所述的一种水库下泄流量监控装置，其特征在于：所述下泄流量监控装置还包括视频监控系统；所述视频监控系统的监控范围包括下泄流量监控装置安装位置的周边环境；视频监控系统经无线传输模块把监控影像推送至远端管理机构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210625 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |