CN113123917A - 一种带预警及防护措施的回水排气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种带预警及防护措施的回水排气系统，该系统在现有排气系统的基础上，对排水兼排气廊道内的排气系统做调整改造，增加了排气缓冲装置、声光报警装置和躲避室，改造后的排气系统将大幅度减少气流冲击力度和气流紊乱区的范围，且能够在回水排气前迅速发出声光报警，指示出气流紊乱区，防止巡检人员误入。并在排气出口增设延时启动排气阀，能够使处于气流紊乱区内的巡检人员，在充足的时间内进入躲避室，躲避紊乱区内气流。

Description

一种带预警及防护措施的回水排气系统
技术领域
本发明涉及抽水蓄能电站回水排气系统技术领域，具体涉及一种带预警及防护措施的回水排气系统。
背景技术
抽水蓄能电站一般由上水库、地下厂房、下水库等水工建筑物构成。地下厂房内的核心设备为水泵水轮机，一般被安装在低于水库水位低60～90米左右的位置。水泵水轮机，顾名思义既可以作水轮机使用又可以作水泵使用，也称为可逆式水轮机。在电网用电高峰时，上水库内的水通过重力流向下水库，此时水泵水轮机作水轮机运行，转轮做顺时针旋转，抽水蓄能电站向电网输送电能；在用电低谷时，为消纳电网中多余的电量，抽水蓄能电站向电网吸收电能，此时水泵水轮机作水泵运行，带动转轮逆时针旋转，从而将下水库内的水输送至上水库。此外，水泵水轮机还能做调相运行，此时机组处于不发出有功功率，只用来向电网输送感性无功功率的运行状态，从而起到调节系统无功、维持系统电压水平的作用。
对于抽水蓄能电站，为减少水泵水轮机做调相运行时机组的功率损耗或者为减小水泵工况启动时的启动力矩，需要利用8MPa的压水注气系统，向水泵水轮机的转轮室中注入压缩空气，从而将水压离转轮。也就是说，通过向转轮室注入高压气体，使转轮与水体分离，从而使转轮不在水中运转，而是在空气中运转，即以风阻代替水阻，从而实现运行损耗或启动力矩的降低。压水完成后，将关闭压水注气阀，由于转轮室与下水库连通，而下水库的水位高出转轮室约60～90m，根据U型管原理，此时的转轮室内将充满0.6～0.9MPa的压缩空气。当调相结束或者水泵启动工况完成后，水泵水轮机将进入正常的发电工况或者水泵运行工况时，需要将转轮室内的压缩空气排空，使转轮室内重新充满水体。这一过程中，首先打开排气阀，使转轮室通过排气管与外界大气连通，排气管的出气端为厂房的排水兼排气廊道，随后转轮室内的压缩空气在下水库的水压下被排出转轮室，进入到排水兼排气廊道内。图1为现有的水泵水轮机压水注气和回水排气系统示意图。
由于回水排气工况与电网调度需求相关，可预判性较弱，有时无法及时做好预警工作。为此，不少抽水蓄能电站出现了排气气流破坏周边设备、对日常巡检人员造成身体伤害，在廊道内形成具有安全隐患的紊乱气流区等问题。考虑到排气口周边照明及设备无法去除，而电站的例行巡检也必不可少，所以需要对排水兼排气廊道部分的排气系统做改进。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种带预警及防护措施的回水排气系统，具体技术方案如下：
一种带预警及防护措施的回水排气系统，该系统包括排水兼排气廊道、回水排气总管、回水排气总阀、警示灯、气动开关装置、风力警铃、排气连通管、排气连通阀和排气缓冲装置，所述回水排气总管固定安装在排水兼排气廊道的一个侧壁上，回水排气总阀安装在回水排气总管上，且回水排气总阀下游的回水排气总管上设置有气动开关装置，回水排气总管的末端安装风力警铃，回水排气总阀下游的回水排气总管的下方布置排气缓冲装置，排气缓冲装置通过排气连通管与回水排气总阀下游的回水排气总管连接，排气连通管上安装排气连通阀；排气缓冲装置附近的廊道区域为气流紊乱区，在该区域的顶部安装若干个警示灯，警示灯的开关由气动开关装置控制；
排水兼排气廊道的侧壁上开设有第一躲避室和第二躲避室，第一躲避室和第二躲避室分别位于气流紊乱区的两端；排水兼排气廊道的底部，两侧为排水沟，中间为行人通道；
所述气动开关装置包括引压管、活塞缸、限位环、活塞杆、连杆和警示灯开关，引压管下端与回水排气总管连接，上端接入活塞缸的进气孔，活塞杆安装在活塞缸内部，可在活塞缸下端与限位环之间上下活动；活塞杆的上端通过连杆与警示灯开关的按钮连接，通过活塞杆的上下移动实现警示灯开关的按钮的闭合和断开，从而控制多个并联警示灯的开启和熄灭；
排气缓冲装置为U型箱体式结构，在U型中部的上表面设置进气孔，U型两侧的顶部为排气口，排气连通管接入所述进气孔。
进一步地，所述风力警铃包括警铃进气管、警铃叶轮壳、叶轮、铃盖安装杆、铃盖、铃锤以及警铃出气管；所述风力警铃的动力气流为侧进上出，警铃进气管从水平方向接入圆柱型警铃叶轮壳的圆周面，而警铃出气管从垂直方向接入圆柱型警铃叶轮壳的圆周面，警铃进气管、警铃叶轮壳和警铃出气管呈类似“L”型布置；警铃进气管和警铃出气管的管径应远小于回水排气总管；带转轴的叶轮安装在警铃叶轮壳内部，叶轮的其中一端转轴在穿过警铃叶轮壳后与铃锤相连接；铃锤位于在铃盖内，铃盖通过铃盖安装杆固定在警铃叶轮壳上，且相对警铃叶轮壳做偏心布置；当叶轮带动铃锤旋转时，铃锤将不断敲击铃盖发出声响警报。
进一步地，所述的排气缓冲装置的U型两侧顶部的排气口上设置有条形格栅，且排气口的有效过流面积不小于回水排气总管的截面积的10倍。
本发明的有益效果如下：
本发明在现有排气系统的基础上，对排水兼排气廊道内的排气系统做调整改造。首先，改造后的排气系统将大幅度减少气流冲击力度和气流紊乱区的范围；其次，改造后的系统能够在回水排气前迅速发出声光报警，并且指示出气流紊乱区，防止巡检人员误入。最后，在靠近气流紊乱区的廊道位置，开设躲避室，并在排气出口增设延时启动排气阀，能够使处于气流紊乱区内的巡检人员，在充足的时间内进入躲避室，躲避紊乱区内气流。
附图说明
图1为现有的水泵水轮机压水注气和回水排气系统示意图；
图2为删除排气管路对侧廊道侧壁后的排水兼排气廊道内回水排气系统的三维视图；
图3为活塞缸剖视状态下的气动开关三维示意图；
图4为气动开关剖面图；
图5为气动开关所控制的警示灯的电路原理示意图；
图6为风力警铃三维示意图；
图7为风力警铃剖面图；
图8为排气缓冲装置的三维示意图；
图中，排水兼排气廊道1、第一躲避室101、第二躲避室102、排水沟103、行人通道104、回水排气总管2、回水排气总阀3、警示灯4、气动开关装置5、引压管501、活塞缸502、限位环503、活塞杆504、连杆505、警示灯开关506、风力警铃6、警铃进气管601、警铃叶轮壳602、叶轮603、铃盖安装杆604、铃盖605、铃锤606、警铃出气管607、排气连通管7、排气连通阀8、排气缓冲装置9。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，本发明的带预警及防护措施的回水排气系统包括排水兼排气廊道1、回水排气总管2、回水排气总阀3、警示灯4、气动开关装置5、风力警铃6、排气连通管7、排气连通阀8和排气缓冲装置9。回水排气总管2被固定安装在排水兼排气廊道1的一个侧壁上，回水排气总管2上安装有回水排气总阀3。回水排气总阀3下游的回水排气总管2的下方布置有排气缓冲装置9。回水排气总阀3下游的回水排气总管2上设置有气动开关装置5，回水排气总管2的末端安装风力警铃6。排气缓冲装置9通过排气连通管7与回水排气总阀3下游的回水排气总管2连接，排气连通管7上安装有排气连通阀8。排气缓冲装置9附近的廊道区域是气流紊乱区。在该区域，排水兼排气廊道1的顶部安装有若干个警示灯4，警示灯4的开关由气动开关装置5控制。回水排气总阀3和排气连通阀8均为自动阀。
排水兼排气廊道1的侧壁上开设有第一躲避室101和第二躲避室102，第一躲避室101和第二躲避室102分别位于气流紊乱区的两端。排水兼排气廊道1的底部，两侧为排水沟103，中间为行人通道104。
如图3～4所示，气动开关装置5包括引压管501、活塞缸502、限位环503、活塞杆504、连杆505和警示灯开关506。活塞缸502为圆筒型结构，上端敞口，下端开设进气孔。引压管501下端与回水排气总管2连接，上端接入活塞缸502的进气孔。在靠近活塞缸502上端敞口位置，活塞缸502的内壁上设置有限位环503。活塞杆504安装在活塞缸502内部，其横截面为倒T字型，可在活塞缸502下端与限位环503之间上下活动。活塞杆504的上端通过连杆505与警示灯开关506的按钮连接。活塞杆504在活塞缸502内的行程与警示灯开关506的按钮行程相同。当压缩空气通过引压管501从回水排气总管2进入到活塞缸502后，活塞杆504将在气压的作用下向上运动并到达限位环的位置，此时的警示灯开关506的按钮也将在活塞杆504的带动下向上运动，从而实现开关闭合，开启警示灯4；当活塞杆504底部的气压消失的时候，活塞杆将在自重的作用下恢复到最低位置，此时的警示灯开关506的按钮也将在活塞杆504的带动下向下运动，从而实现开关断开，关闭警示灯4。
如图5所示，通过气动开关装置5控制多个并联警示灯4的开启和熄灭。
如图6～7所示，风力警铃6包括警铃进气管601、警铃叶轮壳602、叶轮603、铃盖安装杆604、铃盖605、铃锤606以及警铃出气管607。风力警铃6的动力气流为侧进上出，警铃进气管601从水平方向接入圆柱型警铃叶轮壳602的圆周面，而警铃出气管607从垂直方向接入圆柱型警铃叶轮壳602的圆周面，警铃进气管601、警铃叶轮壳602和警铃出气管607呈类似“L”型布置。警铃进气管601和警铃出气管607的管径应远小于回水排气总管2，警铃进气管601与回水排气总管2之间通过异径接头过渡。带转轴的叶轮603安装在警铃叶轮壳602内部，叶轮603的其中一端转轴在穿过警铃叶轮壳602后与铃锤606相连接。铃锤606位于在铃盖605内，铃盖605通过铃盖安装杆604固定在警铃叶轮壳602上，且相对警铃叶轮壳602做偏心布置。当叶轮603带动铃锤606旋转时，铃锤606将不断敲击铃盖605发出声响警报。
如图8所示，排气缓冲装置9为U型箱体式结构，U型中部的上表面设置进气孔，排气连通管7接入该进气孔。U型两侧的顶部为排气口，排气口上设置有条形格栅，排气口的有效过流面积应远大于回水排气总管2的截面积，通常不小于10倍。通过排气缓冲装置9及设置在其出口的条形格栅，用于改变气流方向，减弱气流强度，减小气流紊乱区范围。
本发明的工作过程如下：
在回水排气工况运行前，回水排气总阀3和排气连通阀8均处于关闭状态。当抽水蓄能机组进入回水排气工况时，回水排气总阀3首先开启，随后延时开启排气连通阀8，中间间隔一定时间。
首先，开启回水排气总阀3，使回水排气总管2与转轮室连通。此时，转轮室内的压缩空气将进入并充满回水排气总管2，并随之进入到气动开关装置5的活塞缸502内，进而开启警示灯4。警示灯4亮起后，不仅提示抽水蓄能机组已经进入回水排气工况，还通过警示灯4所覆盖的范围给出气流紊乱区的位置，从而提醒在排水兼排气廊道1内巡检的人员注意防范气流，远离气流紊乱区。此外，少量的压缩空气将通过风力警铃6被排入排水兼排气廊道1，这部分气流将带动风力警铃6内的叶轮603旋转，从而敲响警铃，实现对更远处巡检人员的安全提醒。
回水排气总阀3开启与排气连通阀8开启的时间间隔考虑下述两个因素：(1)当巡检人员刚好位于气流紊乱区时，能够有足够时间躲入第一躲避室101或第二躲避室102；(2)时间间隔不宜过长，应满足抽蓄机组工况转换的要求。
最后，排气连通阀8，延时开启。此时，大量的压缩空气将通过排气连通管7和排气连通阀8进入到排气缓冲装置9，随后通过排气缓冲装置9进入到排水兼排气廊道1内，在排气缓冲装置9的作用下，气流冲击力度将被削弱，气流紊乱区将被缩小。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种带预警及防护措施的回水排气系统，其特征在于，该系统包括排水兼排气廊道(1)、回水排气总管(2)、回水排气总阀(3)、警示灯(4)、气动开关装置(5)、风力警铃(6)、排气连通管(7)、排气连通阀(8)和排气缓冲装置(9)，所述回水排气总管(2)固定安装在排水兼排气廊道(1)的一个侧壁上，回水排气总阀(3)安装在回水排气总管(2)上，且回水排气总阀(3)下游的回水排气总管(2)上设置有气动开关装置(5)，回水排气总管(2)的末端安装风力警铃(6)，回水排气总阀(3)下游的回水排气总管(2)的下方布置排气缓冲装置(9)，排气缓冲装置(9)通过排气连通管(7)与回水排气总阀(3)下游的回水排气总管(2)连接，排气连通管(7)上安装排气连通阀(8)；排气缓冲装置(9)附近的廊道区域为气流紊乱区，在该区域的顶部安装若干个警示灯(4)，警示灯(4)的开关由气动开关装置(5)控制；
排水兼排气廊道(1)的侧壁上开设有第一躲避室(101)和第二躲避室(102)，第一躲避室(101)和第二躲避室(102)分别位于气流紊乱区的两端；排水兼排气廊道(1)的底部，两侧为排水沟(103)，中间为行人通道(104)；
所述气动开关装置(5)包括引压管(501)、活塞缸(502)、限位环(503)、活塞杆(504)、连杆(505)和警示灯开关(506)，引压管(501)下端与回水排气总管(2)连接，上端接入活塞缸(502)的进气孔，活塞杆(504)安装在活塞缸(502)内部，可在活塞缸(502)下端与限位环(503)之间上下活动；活塞杆(504)的上端通过连杆(505)与警示灯开关(506)的按钮连接，通过活塞杆(504)的上下移动实现警示灯开关(506)的按钮的闭合和断开，从而控制多个并联警示灯(4)的开启和熄灭；
排气缓冲装置(9)为U型箱体式结构，在U型中部的上表面设置进气孔，U型两侧的顶部为排气口，排气连通管(7)接入所述进气孔。
2.根据权利要求1所述的带预警及防护措施的回水排气系统，其特征在于，所述风力警铃(6)包括警铃进气管(601)、警铃叶轮壳(602)、叶轮(603)、铃盖安装杆(604)、铃盖(605)、铃锤(606)以及警铃出气管(607)；所述风力警铃(6)的动力气流为侧进上出，警铃进气管(601)从水平方向接入圆柱型警铃叶轮壳(602)的圆周面，而警铃出气管(607)从垂直方向接入圆柱型警铃叶轮壳(602)的圆周面，警铃进气管(601)、警铃叶轮壳(602)和警铃出气管(607)呈类似“L”型布置；警铃进气管(601)和警铃出气管(607)的管径应远小于回水排气总管(2)；带转轴的叶轮(603)安装在警铃叶轮壳(602)内部，叶轮(603)的其中一端转轴在穿过警铃叶轮壳(602)后与铃锤(606)相连接；铃锤(606)位于在铃盖(605)内，铃盖(605)通过铃盖安装杆(604)固定在警铃叶轮壳(602)上，且相对警铃叶轮壳(602)做偏心布置；当叶轮(603)带动铃锤(606)旋转时，铃锤(606)将不断敲击铃盖(605)发出声响警报。
3.根据权利要求1所述的带预警及防护措施的回水排气系统，其特征在于，所述的排气缓冲装置(9)的U型两侧顶部的排气口上设置有条形格栅，且排气口的有效过流面积不小于回水排气总管(2)的截面积的10倍。
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