CN203655521U - 一种循环抽水蓄能发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于抽水蓄能发电领域，尤其涉及一种循环抽水蓄能发电装置，用本实用新型改进后的水轮机，克服了原来的缺点，一种循环抽水蓄能发电装置，包括高位水池、通过用以出水的方形管道与高位水池连通的低位水池，所述的低位水池又通过上水管道与高位水池连通，所述的方形管道内安装有水轮机，所述的方形管道至少两个，相邻的方形管道之间通过管道连接器连通，所述的方形管道进口通过下水管道与高位水池连通，所述的方形管道出口通过出水阀门与低位水池连通，优点是：水轮机运行更加稳定，效率更高，由于制作安装均在地面上，所以制作安装维修更加安全方便，造价低廉，因此经过改进后的这套装置，完全适合兆瓦级以上大型机组的使用，可加快绿色能源的进程。

Description

一种循环抽水蓄能发电装置

技术领域

本实用新型属于抽水蓄能发电领域，尤其涉及一种循环抽水蓄能发电装置。

背景技术

抽水蓄能电站也叫循环水电站，主要由两个高落差的水库组成。上库放水发电，下库储水后再抽回上库。其功能是：白天用电高峰时，将上水库的水放至下水库，将势能转化为电能，输入电网；夜里用电低谷时，又将下水库的水抽回到上水库，将电能以势能形式存储下来。然而，这种由电能→水能→电能的转换过程损耗较大，因此，它仅用于峰谷电价的调节、调频、调幅等辅助用电手段。

根据恒定流的连续性原理，并以“循环抽水蓄能发电装置”为名，于2009年9月29日申请了实用新型专利，专利号为：200920223871.4。该专利的特征是：用市电将低位水箱的水抽到高位水箱储存，储满后断开市电电源，打开出水阀门，将高位水箱的水通过方形管道排到低位水箱，方形管道里安装多台水轮机，管道外部安装多台增速机，且增速机与发电机相连。所述水轮机由安装在中心轴上的叶片组成。该叶片分为不做功叶片和做功叶片两部分。所述中心轴的两头超过叶片边缘的部分，固定安装有方形铁框，该方形铁框上下边小于叶片的边，左右边大于叶片的边。当遇到水的冲击力时，叶片呈垂直状，下边被铁框的边挡着，此时叶片呈做功的状态。当遇到回旋阻力时，由于水的反方向的冲力，叶片向上抬起近90度成平行状态，极大地降低了流体的回旋阻力。方形管道通过设置在其内部的水道与水轮机连通。水流推动水轮机转动，带动发电机发电。然后打开自发电电源，继续将水抽到高位水箱。上水管的流量和下水管的流量相同，且高位水箱始终保持一个恒定水位。本专利尽可能合理地利用流体能发电，水能转化效率高。

通过四年的制作实验，收到了预期的效果。但实践中也发现存在如下缺点：⑴同一个单位时间里，水轮机呈完全做功状态的叶片只有一个，太少，水轮机运行不够稳定。⑵不做功叶片为一轮盘，水的压力增大时，轮盘受到了水的径向压力，影响水轮机的转速。⑶上下底板为钢板，当跨度增大时钢板易变形。⑷平时，水轮机叶片维修需要将方形管道的上盖板打开，小型机组不受影响，而大型机组维修需要动用吊车等大型设备，维修不方便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足而提供一种运行稳定，造价低廉的循环抽水蓄能发电装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种循环抽水蓄能发电装置，包括高位水池、通过用以出水的方形管道与高位水池连通的低位水池，所述的低位水池又通过上水管道与高位水池连通，所述的方形管道内安装有水轮机，所述的方形管道至少两个，相邻的方形管道之间通过管道连接器连通，所述的方形管道进口通过下水管道与高位水池连通，所述的方形管道出口通过出水阀门与低位水池连通，所述的方形管道是由下底板、上盖板和中间正方形方框组成，所述的下底板和中间正方形方框之间以及上盖板与中间正方形方框均通过紧固螺栓固定连接。

所述的每个方形管道内均贯穿有一弯形水道，所述的弯形水道的进口与下水管道连通，所述的弯形水道的出口与出水阀门连通。

所述的弯形水道的弧形边缘是与水轮机叶片轨迹对应的弧形结构。

所述的水轮机包括水轮机中心轴、钢圈、门式叶片、铁箍、钢圈支架，所述的钢圈支架为钢板或者钢条结构，所述的钢圈支架以水轮机中心轴为中心圆周均匀布置，所述的圆周均匀布置的钢圈支架端部通过铁箍焊接在一起，所述的钢圈与铁箍同圆心布置，所述的钢圈的直径小于铁箍的直径，所述的钢圈与钢圈支架之间也通过焊接的方式连接，所述的门式叶片均匀的布置在钢圈与铁箍之间。

所述的钢圈支架与下底板之间设置有一用以支撑钢圈支架的橡胶轮，所述的橡胶轮嵌入至钢圈支架内。

所述的高位水池与地位水池之间还连通有一备用水道，所述的备用水道入口端通过阀门一与下水管道连通，所述的备用水道中间部位通过阀门二与管道连接器连通。

所述的下底板、上盖板和中间正方形方框均为水泥板，所述的上盖板中心部位设置有与水轮机中心轴对应的中心轴孔，所述的水轮机中心轴穿过中心轴孔后与一主动齿轮同轴连接，所述的主动齿轮与一被动齿轮啮合，所述的被动齿轮与一增速机通过齿轮中心轴同轴连接，所述的增速机与一发电机连接。

所述的水轮机中心轴通过一中心轴支架进行支撑，所述的水轮机中心轴与中心轴支架之间安装有轴承一，所述的齿轮中心轴通过一齿轮钢支架支撑，所述的齿轮中心轴与齿轮钢支架之间安装有轴承二。

所述的被动齿轮外部设置有齿轮防尘罩，所述的被动齿轮外端部还设置有齿轮拉线。

所述的上盖板上设置有用以排气或者排水的孔。

本实用新型先对与现有技术具体分析如下：

1.采用水泥预制方形管道。该方形管道由两块正方形空心水泥预制板与夹在中间同样大小的水泥预制方框通过紧固件组合而成。该方形管道放在地面上，省去了其支架和横梁的制作。这种水泥预制方形管道容易制作，跨度大、造价低，而且便于安装。

2.不做功叶片由轮盘改为钢圈。该钢圈通过钢支架与中心轴相连，其特点是极大地降低了水的径向压力。同时，该钢圈的半径还可作为水轮机转轮的杠杆，半径越长做功的力就越大，半径的长短可根据实际情况而定，同样钢圈的高低也可根据实际情况而定。

3. 在每个钢支架的中间部位与下底板之间安装一个橡胶轮。该橡胶轮与水轮机同步运转。其优点是作为水轮机重力的支点，可减轻水轮机对中心轴的压力。

4. 中心轴由钢结构支架托起，在穿过方形管道的连接处安装有水封。

5.水轮机运行过程中，钢圈与上盖板和下底板之间有一个缝隙，水可以从这里流出而不做功。解决的方法是，在缝隙里各安装一个转盘，其优点是在水轮机运行不受影响的同时消除了缝隙，从而起到了节水的效果。

6.水轮机叶片采用门式活动叶片。该叶片均匀固定地安装在钢圈的边缘，而且这种叶片制作容易，安装方便。

7在叶片的外侧安装两道铁篐，该铁篐加固了叶片，增大了叶片承受水流的冲击力，同时还可作为叶片的限位器。水轮机运行时，由于水的冲击力，门式叶片自动关闭，叶片开始做功。当遇到水的回旋阻力时，门式叶片自动打开，叶片紧贴着铁篐，与流向相同，极大地降低了水流的阻力。

8增设齿轮传动。在水轮机中心轴的上边安装主动齿轮，并与被动齿轮相齿合。被动齿轮的直经大于方形管道的直经。该齿轮由钢结构支架托起，中心轴的下面安装増速机并与发电机相连。中心轴在穿过齿轮的上边与齿轮间安装有拉线，该拉线可减轻齿轮的承重力。主动齿轮、被动齿轮的边缘安装有防尘罩。增设齿轮传动的优点是，1改变了水能传输的方向，可将增速机、发电机安装在地面上。2在水能转化为机械能时，由杠杆的原理可知，增大了被动齿轮的扭矩，起到了扩能的效果。

9增设排气孔。由于方形管道里面空间较大，储水时空气排不出，容易形成气蚀，影响水轮机的运行。所以，在方形管道的上边增设排气孔，就可将气体从这里排出。同时，该气孔在水轮机维修时又可作为排水孔使用。

10将水道由直变弯，即改成S型。这样做的目的，就是由原来同一个单位时间里一个叶片做功，改为同一个单位时间里三个叶片做功，从而增加了水轮机运行的稳定性，工作效率更高。

11.方形管道与方形管道之间采用管道连接器连接。该管道连接器制作容易，安装拆卸方便。如果对水轮机叶片进行维修，只需将该管道连接器打开，并将其拆卸下来，人就可以从这里进入方形管道进行维修。

12.铺设备用水道。在方形管道的一侧铺设一条与上水管横截面积同样大的钢管，作为备用水道，并与方形管道相连，在连接处安装阀门。该水道平时不使用，只在水轮机维修时使用。如果对某一个水轮机进行维修，只需将该水轮机的进水阀门和出水阀门都关闭，并打开备用水道阀门，让水通过备用水道流经下一个水轮机。然后，打开排水孔，将该段方形管道里面的水排出。打开管道连接器维修水轮机。这样做的目的在于对某个水轮机进行维修时，整个机组可以照常运行。

本实用新型具有如下的优点：

用本实用新型改进后的水轮机，克服了原来的缺点。优点是：水轮机运行更加稳定，效率更高。由于制作安装均在地面上，所以制作安装维修更加安全方便，造价低廉。因此经过改进后的这套装置，完全适合兆瓦级以上大型机组的使用，可加快绿色能源的进程。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的水轮机的结构原理图。

图3为中间正方形方框的结构示意图。

图4为下底板的结构示意图。

图5为上底板的结构示意图。

具体实施方式

    如图1、2所示，一种循环抽水蓄能发电装置，包括高位水池1、通过用以出水的方形管道3与高位水池1连通的低位水池12，所述的低位水池12又通过上水管道7与高位水池1连通，所述的方形管道3内安装有水轮机9，所述的方形管道3至少两个，相邻的方形管道3之间通过管道连接器10连通，所述的方形管道3进口通过下水管道2与高位水池连通1，所述的方形管道3出口通过出水阀门13与低位水池12连通，所述的方形管道3是由下底板23、上盖板24和中间正方形方框25组成，所述的下底板23和中间正方形方框25之间以及上盖板24与中间正方形方框25均通过紧固螺栓29固定连接。

所述的每个方形管道3内均贯穿有一弯形水道5，所述的弯形水道5的进口与下水管道2连通，所述的弯形水道5的出口与出水阀门13连通。

所述的弯形水道的弧形边缘30是与水轮机9叶片轨迹对应的弧形结构。

所述的水轮机9包括水轮机中心轴27、钢圈6、门式叶片4、铁箍39、钢圈支架26，所述的钢圈支架26为钢板或者钢条结构，所述的钢圈支架26以水轮机中心轴27为中心圆周均匀布置，所述的圆周均匀布置的钢圈支架26端部通过铁箍39焊接在一起，所述的钢圈6与铁箍39同圆心布置，所述的钢圈6的直径小于铁箍39的直径，所述的钢圈6与钢圈支架26之间也通过焊接的方式连接，所述的门式叶片4均匀的布置在钢圈6与铁箍39之间。

所述的钢圈支架26与下底板23之间设置有一用以支撑钢圈支架26的橡胶轮11，所述的橡胶轮11嵌入至钢圈支架26内。

所述的高位水池1与地位水池12之间还连通有一备用水道8，所述的备用水道8入口端通过阀门一22与下水管道2连通，所述的备用水道8中间部位通过阀门二14与管道连接器10连通。

如图2、3、4、5所示，所述的下底板23、上盖板24和中间正方形方框25均为水泥板，所述的上盖板24中心部位设置有与水轮机中心轴27对应的中心轴孔28，所述的水轮机中心轴27穿过中心轴孔28后与一主动齿轮31同轴连接，所述的主动齿轮31与一被动齿轮32啮合，所述的被动齿轮32与一增速机20通过齿轮中心轴35同轴连接，所述的增速机20与一发电机21连接。

所述的水轮机中心轴27通过一中心轴支架16进行支撑，所述的水轮机中心轴27与中心轴支架16之间安装有轴承一17，所述的齿轮中心轴35通过一齿轮钢支架37支撑，所述的齿轮中心轴35与齿轮钢支架37之间安装有轴承二36。

所述的被动齿轮32外部设置有齿轮防尘罩33，所述的被动齿轮32外端部还设置有齿轮拉线34。

所述的上盖板24上设置有用以排气或者排水的孔38。

工作原理：

先关闭方形管道3末端的出水阀门13，打开方形管道3上边的排气孔38，用市电将低位水池12的水抽到高位水池1，并通过高位水池1将方形管道3的水储满，然后关闭排气孔38，继续将高位水池1的水储满。储满后断开市电电源，打开出水阀门13，将高位水池1的水通过方形管道3排到低位水池12，方形管道3里面安装多台水轮机9，方形管道3外部安装多台增速机20，且增速机20与发电机21相连。水轮机9由安装在中心轴27上的钢圈6、门式叶片4和鉄篐39组成：钢圈6通过支架固定安装在中心轴27上，在每个支架的中间部位与下底板23之间安装橡胶轮11，用以支撑水轮机9的重量。门式叶片4均匀固定地安装在钢圈6的边缘。门式叶片4的外侧安装两道铁篐39，当遇到水的冲击力时，门式叶片4自动关闭，叶片4开始做功。当遇到回旋阻力时，门式叶片4自动打开，叶片4紧贴着铁篐39与流向相同，极大地降低了流水的阻力。中心轴27由钢结构支架16托起，在穿过方形管道3的连接处安装水封18，中心轴27的上边安装主动齿轮31。并且与被动齿轮32相啮合，被动齿轮32由钢结构支架37托起，其中心轴35的下面安装增速机20，增速机20与发电机21相连。，钢圈6与方形管道3的边组成弯形水道5，弯形水道5的横截面积小于上水管道的横结面积。方形管道3通过设置在其内部的弯形水道5与水轮机9连通。水流通过方形管道3里的弯形水道5，冲击门式叶片4推动水轮机9转动，带动其中心轴27上的主动齿轮31与被动齿轮32传动，带动其中心轴35下面的增速机，带动发电机21发电。然后打开自发电电源，继续将水抽到高位水池1。上水管7的流量和下水管2的流量相同，构成一个自循环状态。且高位水池1始终保持一个恒定水位。

在方形管道3的一侧铺设一条备用水道8，该水道与方形管道3相连，在连接处安装阀门一22。方形管道3与方形管道3之间由管道连接器10相连，所述的管道连接器10为一三通结构或者为一直径大于方形管道3出水口的管道。维修时将管道连接器10打开，人从这里进入对水轮机9进行维修。

所胃扩能，就是在水流进流出方形管道时，水的流量流速并没有改变，但在转化为机械能时，由于杠杆的作用，增大了水轮机和被动齿轮的扭矩，起到了扩能的效果。

所胃串联，就是跟据恒定流的连续性原理，在密闭的管道里，通过单位水截面的流量为一个常数。方形管道是等截面的，因此，沿管向可串联安装多台水轮机。发电机可随方形管道的延长而增加。自用电量为一个恒定值，总发电量为一个可变值，随发电机的增加而增加。然后，将多余的电并网输出。

Claims (10)

1.一种循环抽水蓄能发电装置，包括高位水池（1）、通过用以出水的方形管道（3）与高位水池（1）连通的低位水池（12），所述的低位水池（12）又通过上水管道（7）与高位水池（1）连通，所述的方形管道（3）内安装有水轮机（9），其特征在于：所述的方形管道（3）至少两个，相邻的方形管道（3）之间通过管道连接器（10）连通，所述的方形管道（3）进口通过下水管道（2）与高位水池连通（1），所述的方形管道（3）出口通过出水阀门（13）与低位水池（12）连通，所述的方形管道（3）是由下底板（23）、上盖板（24）和中间正方形方框（25）组成，所述的下底板（23）和中间正方形方框（25）之间以及上盖板（24）与中间正方形方框（25）均通过紧固螺栓（29）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种循环抽水蓄能发电装置，其特征在于：所述的每个方形管道（3）内均贯穿有一弯形水道（5），所述的弯形水道（5）的进口与下水管道（2）连通，所述的弯形水道（5）的出口与出水阀门（13）连通。

3.根据权利要求2所述的一种循环抽水蓄能发电装置，其特征在于：所述的弯形水道的弧形边缘（30）是与水轮机（9）叶片轨迹对应的弧形结构。

4.根据权利要求1所述的一种循环抽水蓄能发电装置，其特征在于：所述的水轮机（9）包括水轮机中心轴（27）、钢圈（6）、门式叶片（4）、铁箍（39）、钢圈支架（26），所述的钢圈支架（26）为钢板或者钢条结构，所述的钢圈支架（26）以水轮机中心轴（27）为中心圆周均匀布置，所述的圆周均匀布置的钢圈支架（26）端部通过铁箍（39）焊接在一起，所述的钢圈（6）与铁箍（39）同圆心布置，所述的钢圈（6）的直径小于铁箍（39）的直径，所述的钢圈（6）与钢圈支架（26）之间也通过焊接的方式连接，所述的门式叶片（4）均匀的布置在钢圈（6）与铁箍（39）之间。

5.根据权利要求4所述的一种循环抽水蓄能发电装置，其特征在于：所述的钢圈支架（26）与下底板（23）之间设置有一用以支撑钢圈支架（26）的橡胶轮（11），所述的橡胶轮（11）嵌入至钢圈支架（26）内。

6.根据权利要求4所述的一种循环抽水蓄能发电装置，其特征在于：所述的高位水池（1）与地位水池（12）之间还连通有一备用水道（8），所述的备用水道（8）入口端通过阀门一（22）与下水管道（2）连通，所述的备用水道（8）中间部位通过阀门二（14）与管道连接器（10）连通。

7.根据权利要求1所述的一种循环抽水蓄能发电装置，其特征在于：所述的下底板（23）、上盖板（24）和中间正方形方框（25）均为水泥板，所述的上盖板（24）中心部位设置有与水轮机中心轴（27）对应的中心轴孔（28），所述的水轮机中心轴（27）穿过中心轴孔（28）后与一主动齿轮（31）同轴连接，所述的主动齿轮（31）与一被动齿轮（32）啮合，所述的被动齿轮（32）与一增速机（20）通过齿轮中心轴（35）同轴连接，所述的增速机（20）与一发电机（21）连接。

8.根据权利要求7所述的一种循环抽水蓄能发电装置，其特征在于：所述的水轮机中心轴（27）通过一中心轴支架（16）进行支撑，所述的水轮机中心轴（27）与中心轴支架（16）之间安装有轴承一（17），所述的齿轮中心轴（35）通过一齿轮钢支架（37）支撑，所述的齿轮中心轴（35）与齿轮钢支架（37）之间安装有轴承二（36）。

9.根据权利要求7所述的一种循环抽水蓄能发电装置，其特征在于：所述的被动齿轮（32）外部设置有齿轮防尘罩（33），所述的被动齿轮（32）外端部还设置有齿轮拉线（34）。

10.根据权利要求1所述的一种循环抽水蓄能发电装置，其特征在于：所述的上盖板（24）上设置有用以排气或者排水的孔（38）。

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