CN208686517U - 一种引水工程中多级水轮发电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种引水工程中多级水轮发电系统，包括引水段和出水段，引水段和出水段之间连接有多级水轮发电段；所述的引水段包括引水隧洞，引水隧洞与主引水压力管道的一端相连；所述的多级水轮发电段包括多个并联的分支压力管道，每个分支压力管道上安装有水轮机房，水轮机房两端的分支压力管道上安装有阀门；所述的出水段包括尾水管和安装在尾水管一端的出水取水口。本实用新型在保证供水安全的前提下达到更加合理利用能源，带来长久经济效益的目的。本实用新型采用多级发电的模式，能够灵活调节发电机组的数量，充分利用水能资源。
Description
技术领域
本实用新型属于水力发电领域，涉及水轮发电系统，具体涉及一种引水工程中多级水轮发电系统。
背景技术
我国疆域广阔、河川众多，淡水资源总量为2.8万亿m3，居世界6位。然而，我国人口众多，人均水资源占有量仅为世界平均水平的1/5，再加上我国淡水资源在时间、空间上分布不均，导致区域性缺水非常严重。
引水工程是解决水资源配置问题的重要手段之一。以重力流输水的大型引水工程中，进出口的水头差与输水系统的沿途水头损失不总是完全匹配的。在输水流量较小、或输水系统进水口水位较高的时段，水库-城市输水距离达几十公里到百公里以上，高差达数百米(几十个大气压)，如西宁黑泉水库向西宁市的输水管道长达75km，高差近500m；太原汾河水库向太原市的输水管道长达83km，高差近300m；西安李家河水库向西安市的输水管道长达70km，高差近400m。如此大的高差产生的巨大压力很容易对管道造成破坏，为避免输水管渠压力过高造成管渠破坏，在中途设置了多级消能设施，造成水能的大量浪费。
为了更好地利用水头，可以采用消能电站的方式，即对过大的水头进行消能处理，又合理地利用该水头发电，从而带来更多的经济效益。消能电站在引水工程中的应用多见于引水系统头部，该方式已有较多的工程实例，最典型的是南水北调工程陶岔渠首消能电站，陶岔渠枢纽以供水和挡水任务为主，同时兼顾灌溉和发电。目前国内消能电站在引水工程中的应用多见于引水工程头部，尚无采用多级发电的模式。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种引水工程中多级水轮发电系统，以解决现有的消能方式对引水工程末端多余能量的浪费的技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：
一种引水工程中多级水轮发电系统，包括引水段和出水段，引水段和出水段之间连接有多级水轮发电段；
所述的引水段包括引水隧洞，引水隧洞与主引水压力管道的一端相连；
所述的多级水轮发电段包括多个并联的分支压力管道，每个分支压力管道上安装有水轮机房，水轮机房两端的分支压力管道上安装有阀门；
所述的出水段包括尾水管和安装在尾水管一端的出水取水口。
本实用新型还具有如下技术特征：
多个并联的分支压力管道的一端均与主引水压力管道的另一端相连通，多个并联的分支压力管道的另一端均与尾水管另一端相连通。
所述的主主引水压力管道上安装有检修阀。
所述的引水隧洞和检修阀之间的主主引水压力管道上开设有分支引水压力管道，分支引水压力管道上安装有溢流式调压井。
所述的引水隧洞与水库相连。
所述的主引水压力管道和分支压力管道均为长管道，主引水压力管道和分支压力管道的水头损失之和为引水工程中多级水轮发电系统总水头损失的94％以上。
所述的水轮机房中采用轴流式水轮机和/或混流式水轮机。
本实用新型与现有技术相比，有益的技术效果是：
(Ⅰ)目前国内消能电站在引水工程中的应用多见于引水工程头部，并且尚无采用多级发电的模式。本实用新型在保证供水安全的前提下达到更加合理利用能源，带来长久经济效益的目的。本实用新型采用多级发电的模式，能够灵活调节发电机组的数量，充分利用水能资源。
(Ⅱ)本实用新型中根据不同径流的水头、径流数据和管径对水轮机的型号规格以及水轮机房安装位置进行优选，保证了多级发电站系统具有较高的发电效率。
(Ⅲ)本实用新型充分利用了水的势能，充分利用了水的能量，最大限度的避免水的能量浪费，提高了发电效率。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图。
图中各个标号的含义为：1-引水段，2-多级水轮发电段，3-出水段，4-水库；
101-引水隧洞，102-主引水压力管道，103-检修阀，104-分支引水压力管道，105-溢流式调压井；
201-分支压力管道，202-水轮机房，203-阀门；
301-尾水管，302-出水取水口。
以下结合实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。
实施例：
遵从上述技术方案，如图1所示，本实施例给出一种引水工程中多级水轮发电系统，包括引水段1和出水段3，引水段1和出水段3之间连接有多级水轮发电段2；
所述的引水段1包括引水隧洞101，引水隧洞101与主引水压力管道102的一端相连；
所述的多级水轮发电段2包括多个并联的分支压力管道201，每个分支压力管道201上安装有水轮机房202，水轮机房202两端的分支压力管道上安装有阀门203；
所述的出水段3包括尾水管301和安装在尾水管301一端的出水取水口302。
作为本实施例的一种具体方案，多个并联的分支压力管道201的一端均与主引水压力管道102的另一端相连通，多个并联的分支压力管道201的另一端均与尾水管301的另一端相连通。
作为本实施例的一种优选方案，主主引水压力管道102上安装有检修阀103。
作为本实施例的一种优选方案，引水隧洞101和检修阀103之间的主主引水压力管道102上开设有分支引水压力管道104，分支引水压力管道104上安装有溢流式调压井105。溢流式调压井105是为了防止当水流从上游水库4水流至引水隧洞101时压力管道突然关闭造成水击现象，保护下游管道和阀门等设备。
作为本实施例的具体优选方案，引水隧洞101与水库4相连。
作为本实施例的一种优选方案，主引水压力管道102和分支压力管道201均为长管道，长管道指的是主引水压力管道102和分支压力管道201的水头损失之和为引水工程中多级水轮发电系统总水头损失的94％以上。
在本实施例的系统中忽略局部水头损失，从主引水压力管道102的入口断面至发电机组整个系统的水头损失均按照达西公式计算，表达式为：
式中：
H—主引水管道入口断面和发电厂房之间的高程差，单位：m；
λ—沿程水头损失系数；
l—压力管道长度，单位：m；
d—压力管道直径，单位：m；
hf—沿程水头损失，单位：m；
ν—表示流速，单位为m/s；
g—表示重力加速度，单位为m/s2；
水利工程中的压力输水管道，水流一般属于湍流的水力粗糙区，其水头损失系数可直接按照谢才公式进行计算，即：
将(公式Ⅱ)带入(公式Ⅰ)中得：
令：则：
式中：
K—沿程水头损失系数，与公式Ⅰ中的λ相同；
A—压力管道横截面积，单位：m2；
C—谢才系数；
R—断面水力半径，单位：m；
Q—压力管道输水量，单位：m3。
作为本实施例的一种优选方案，水轮机房202中采用轴流式水轮机和/或混流式水轮机。例如两条分支压力管道201上，一条的水轮机房202中采用轴流式水轮机，另一条的水轮机房202中采用混流式水轮机。采用多级发电模式，能够根据实时引水流量调整两种水轮机的启闭，充分利用水头，两组并行连接的水轮机也可以起到一用一备的作用。可根据流量、管径、水头压力等数据进行数值模拟计算，得到优选后的水轮机型号规格和安装建设位置。
本实施例的系统的布置方法具体包括如下步骤：
步骤一，首先选定基准高度，在本方案中选取建造水轮机房202的高度为基准高度，其所在平面为基准面0-0，则高程H0+H1为上游的水库4所在高度。H0为基准高度高程(m)，H1为上游水库所在高程(m)。
步骤二，上游的水库4的水流入到引水隧洞101，在引水隧洞101的末端修建有与主引水压力管道101道并行连接的溢流式调压井105。引水隧洞101和溢流式调压井105的高程均为H0+H1。
步骤三，引水隧洞101的末端连接主引水压力管道101，其中段设置有检修时所用的检修阀103，水轮机房202中的水轮发电机组通过分支压力管道201与主引水压力管道101连接。
步骤四，水轮发电机组利用之后的水通过尾水管301流至出口取水口302。
Claims (7)
1.一种引水工程中多级水轮发电系统，包括引水段(1)和出水段(3)，其特征在于，引水段(1)和出水段(3)之间连接有多级水轮发电段(2)；
所述的引水段(1)包括引水隧洞(101)，引水隧洞(101)与主引水压力管道(102)的一端相连；
所述的多级水轮发电段(2)包括多个并联的分支压力管道(201)，每个分支压力管道(201)上安装有水轮机房(202)，水轮机房(202)两端的分支压力管道上安装有阀门(203)；
所述的出水段(3)包括尾水管(301)和安装在尾水管(301)一端的出水取水口(302)。
2.如权利要求1所述的引水工程中多级水轮发电系统，其特征在于，所述的多个并联的分支压力管道(201)的一端均与主引水压力管道(102)的另一端相连通，多个并联的分支压力管道(201)的另一端均与尾水管(301)的另一端相连通。
3.如权利要求1所述的引水工程中多级水轮发电系统，其特征在于，所述的主引水压力管道(102)上安装有检修阀(103)。
4.如权利要求3所述的引水工程中多级水轮发电系统，其特征在于，所述的引水隧洞(101)和检修阀(103)之间的主引水压力管道(102)上开设有分支引水压力管道(104)，分支引水压力管道(104)上安装有溢流式调压井(105)。
5.如权利要求1所述的引水工程中多级水轮发电系统，其特征在于，所述的引水隧洞(101)与水库(4)相连。
6.如权利要求1所述的引水工程中多级水轮发电系统，其特征在于，所述的主引水压力管道(102)和分支压力管道(201)均为长管道，主引水压力管道(102)和分支压力管道(201)的水头损失之和为引水工程中多级水轮发电系统总水头损失的94％以上。
7.如权利要求1所述的引水工程中多级水轮发电系统，其特征在于，所述的水轮机房(202)中采用轴流式水轮机和/或混流式水轮机。
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| CN201821179451.6U CN208686517U (zh) | 2018-07-24 | 2018-07-24 | 一种引水工程中多级水轮发电系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116145627A (zh) * | 2023-04-23 | 2023-05-23 | 四川水发勘测设计研究有限公司 | 一种长距离调水工程高落差双通道消能系统 |
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2018
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