CN205445883U - 连续机组水力发电系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种连续机组水力发电系统，包括水道，水道由依次连接的均为倾斜向下设置的水道入口段、水道中间段和水道引流段组成，水道中间段倾斜度最小；水道中间段两侧墙体内对称设有至少一组用于减少反向水流对水力涡轮机的逆势影响的屏蔽凹槽，水力涡轮机设于所述屏蔽凹槽内。水道引流段以一定的高度落差给机组流体产生强大的牵引力作用，提高水体流速；两排机组设置，提高了系统装机容量。两排机组之间留有中央水流通道，水流在经过前一机组后流速慢下来的过程中，又会在中央相对高速的水流的带动下提高流速，继而带动下一机组运转。本实用新型工作效率高，发电率大，可使装机容量最大化，水能利用率最大化，尤其适用于高坝型水电站。

Description

连续机组水力发电系统
技术领域
本实用新型涉及一种水力发电系统，尤其涉及一种适用于高坝型水电站的高效、引流式连续机组水力发电系统。
背景技术
水力发电(Hydroelectricpower)是利用河流、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含之位能转换成水轮机之动能，再藉水轮机为原动力，推动发电机产生电能。
传统的水力发电系统如图1所示，在水电站坝体1内设有水道2，水道2顶部入口即为进水口3，水道2内设有一柱状阀4，水道2底部设有一水力涡轮机5，水力涡轮机5连接发电机6。工作时，打开柱状阀4，水从进水口3进入水道2，沿水道2倾泻而下，并推动水力涡轮机5做功，进而推动发电机6工作，产生电能。
传统的水力发电系统存在如下缺陷：
1、水能利用率低。对于高坝型水电站，尤其是长江三峡水电站、溪洛渡水电站等超高坝水电站，其具有巨大的水能，但是水道底部仅配置了一台水力涡轮机，机组装机容量较小，无法对水能进行充分利用。如长江三峡水电站目前的发电率只有50％。
2、水力涡轮机运转时，其有一半的叶片会形成反向水流，对涡轮机产生逆势影响，降低了水力涡轮机的工作效率，从而也影响了整机机组的效率。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种适用于高坝型水电站的工作效率高、发电率大的连续机组水力发电系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种连续机组水力发电系统，包括水道，其特征在于：水道由依次连接的均为倾斜向下设置的水道入口段、水道中间段和水道引流段三部分组成，水道中间段倾斜度最小；水道中间段内设有水力涡轮机，水力涡轮机连接发电机。
优选地，所述水道入口段与水道中间段之间的夹角、水道中间段与水道引流段之间的夹角均为钝角。
优选地，所述水道入口段设于水电站坝体内，所述水道入口段的顶部入口即为进水口；所述水道入口段内设有柱状阀。
优选地，所述柱状阀为两个。
优选地，所述水道中间段一侧的墙体内设有至少一个用于减少反向水流对水力涡轮机的逆势影响的水力涡轮机屏蔽凹槽，所述水力涡轮机设于水力涡轮机屏蔽凹槽内。
优选地，所述水道中间段两侧的墙体内对称设有至少一组用于减少反向水流对水力涡轮机的逆势影响的水力涡轮机屏蔽凹槽，所述水力涡轮机设于水力涡轮机屏蔽凹槽内。
优选地，所述水力涡轮机屏蔽凹槽为半圆形，所述半圆形大小与半个所述水力涡轮机的大小相匹配。
优选地，所述水道中间段两侧相对设置的两台所述水力涡轮机之间留有中央水流通道。
优选地，水流在经过前一组水力涡轮机后流速慢下来的过程中，又会在中央相对高速的水流的带动下提高流速，继而带动下一组水力涡轮机运转。
优选地，所述水道引流段通过高度落差给流体产生牵引力，形成引流作用，以提高水道中间段内的水流速度。
本实用新型提供的连续机组水力发电系统，在水道末端向下折弯增加水道引流段，水道引流段以一定的高度落差给机组的流体产生强大的牵引力作用，提高了水体流速，水流在几乎垂直的下降通道中所产生的重力加速度作用，确保了整个机组的转速。在水道两侧设置两排机组，提高了系统的装机容量，可以充分利用水能。同时，水力涡轮机一半设于水力涡轮机屏蔽凹槽内，水力涡轮机屏蔽凹槽可以减少反向水流对涡轮机的逆势影响，使水力涡轮机动能输出最大化。
本实用新型提供的连续机组水力发电系统克服了现有技术的不足，结构简单，性能可靠，工作效率高，发电率大，可使装机容量最大化，水能利用率最大化，尤其适用于高坝型水电站。
附图说明
图1为传统的水力发电系统示意图；
图2为本实施例提供的连续机组水力发电系统主视图；
图3为本实施例提供的连续机组水力发电系统局部俯视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
图2和图3分别为本实施例提供的连续机组水力发电系统主视图和局部俯视图，所述的连续机组水力发电系统包括水道，水道由依次连接的水道入口段2-1、水道中间段2-2和水道引流段2-3三部分组成。水道入口段2-1、水道中间段2-2和水道引流段2-3均为倾斜向下设置，水道中间段2-2倾斜度最小。水道入口段2-1与水道中间段2-2之间的夹角、水道中间段2-2与水道引流段2-3之间的夹角均为钝角。
水道入口段2-1设于水电站坝体1内，水道入口段2-1的顶部入口即为进水口3，水道入口段2-1内设有两个柱状阀4。设水从175～180m高度处落下，进水口3处高度为90m。
水道中间段2-2两侧的墙体内对称设有半圆形的水力涡轮机屏蔽凹槽7，水力涡轮机屏蔽凹槽7为半个水力涡轮机大，水力涡轮机5一般设于水力涡轮机屏蔽凹槽7内，水道两侧相对设置的两台水力涡轮机为一组。两排水力涡轮机设置，可以充分利用水能，使水力涡轮机动能输出最大化。同时，水力涡轮机屏蔽凹槽可以减少反向水流对涡轮机的逆势影响。水力涡轮机5连接发电机6。
本实施例中，每台机组装机容量为60～80万千瓦，每条水道可对称布局6～8组，即12～18台水力涡轮机，当然，具体的台数，还需根据特定工况下的电站流量来设定。
水道中间段2-2起始端高度为80m，末端高度为60m，长度为236m，相邻机组之间的距离的20m。水道中间段2-2两侧墙体之间的水道宽度为8.8m。相对设置的两台水力涡轮机之间留足2m的距离，这样水流速度在经过水力涡轮机后流速慢下来的过程中，又会在中央相对高速的水流的带动下恢复流速，继而带动下一机组运转，如此直至末端机组。
水道中间段2-2末端向下折弯，形成水道引流段2-3，水道引流段2-3的落差为50m。当水流以8kg/cm2的压力、80m/s的速度进入水道驱动机组发电时，水道引流段50m落差给机组的流体产生的牵引力作用是绝不可忽视的，50m落差的水流在几乎垂直的下降通道中所产生的重力加速度作用，确保了整个236m长度的所有机组的转速，水体流速起到了关键作用。没有后端水道引流段的引流技术，要实现如此大功率、巨大容量机组的发电时几乎不可能的。
以每台机组装机容量为60万千瓦，每条水道对称布局6组机组为例，计算得单条水道每百万千瓦秒耗水量为880m3/s。可以使用渐进式方法测试本连续机组水力发电系统，也可以使用单侧水道模式测试，最佳的方法是使用环流式模式测试。环流式模式水的工作压力为11kg/cm2，单机输出动能5万吨左右，可驱动300万千瓦机组发电，单台机组秒流量为1800m3/s，若4台机组同时工作，水流量、压力完全满足本引流式系统所需。如果匹配成功，2套模式共用一条水道的总装机可达到2千万瓦左右。
以长江三峡电站年洪峰流量5.8万m3/s、枯水期1.2万m3/s计算，可装8～9孔引流式连续机组水力发电系统，枯水期也可确保一孔机组正常发电。以年均3.8万m3/s计，可供6孔左右引流式连续机组水力发电系统发电，发电率为66％左右，高于长江三峡目前50％的发电率。
值得注意的是，本实施例提供的连续机组水力发电系统适合高坝型水电站，该机组所需工压力至少为8kg/cm2左右，若没有符合要求的压力驱动双排十几台机组，是无法正常发电的。当然如长江三峡水电站、溪洛渡水电站等超高坝水电站无疑很适合本系统，因为其不仅具有合适的蓄水方程，而且具备所必须的足够的流程支持，可以使巨大的装机容量机组充分发挥其效能。在正常水力条件下，本实施例提供的连续机组水力发电系统可使装机容量最大化，水能利用率最大化。

Claims (8)

1.一种连续机组水力发电系统，包括水道，其特征在于：水道由依次连接的均为倾斜向下设置的水道入口段(2-1)、水道中间段(2-2)和水道引流段(2-3)三部分组成，水道中间段(2-2)倾斜度最小；水道中间段(2-2)内设有水力涡轮机(5)，水力涡轮机(5)连接发电机(6)。
2.如权利要求1所述的一种连续机组水力发电系统，其特征在于：所述水道入口段(2-1)与水道中间段(2-2)之间的夹角、水道中间段(2-2)与水道引流段(2-3)之间的夹角均为钝角。
3.如权利要求1所述的一种连续机组水力发电系统，其特征在于：所述水道入口段(2-1)设于水电站坝体(1)内，所述水道入口段(2-1)的顶部入口即为进水口(3)；所述水道入口段(2-1)内设有柱状阀(4)。
4.如权利要求3所述的一种连续机组水力发电系统，其特征在于：所述柱状阀(4)为两个。
5.如权利要求1所述的一种连续机组水力发电系统，其特征在于：所述水道中间段(2-2)一侧的墙体内设有至少一个用于减少反向水流对水力涡轮机的逆势影响的水力涡轮机屏蔽凹槽(7)，所述水力涡轮机(5)设于水力涡轮机屏蔽凹槽(7)内。
6.如权利要求1所述的一种连续机组水力发电系统，其特征在于：所述水道中间段(2-2)两侧的墙体内对称设有至少一组用于减少反向水流对水力涡轮机的逆势影响的水力涡轮机屏蔽凹槽(7)，所述水力涡轮机(5)设于水力涡轮机屏蔽凹槽(7)内。
7.如权利要求5或6所述的一种连续机组水力发电系统，其特征在于：所述水力涡轮机屏蔽凹槽(7)为半圆形，所述半圆形大小与半个所述水力涡轮机(5)的大小相匹配。
8.如权利要求6所述的一种连续机组水力发电系统，其特征在于：所述水道中间段(2-2)两侧相对设置的两台所述水力涡轮机(5)之间留有中央水流通道。
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