水力機械裝置及其建造方法

2023-11-05 12:53:32

專利名稱：水力機械裝置及其建造方法
技術領域：
本發明是標題為「水電站及其水力渦輪發電機組」序號為04，440、以HenryK.obermeyer名義在1987年2月13日提交的專利申請的部分繼續申請。
本發明涉及水力機械裝置及其製造方法，水力機械裝置指的諸如是用於水電站和用於灌溉或泵送大量水的泵系統的水力渦輪發電機組。本發明的水力機械可包括水力渦輪發電機或用於泵水灌溉、供水或其它用途的水泵。
水力機械站的建造通常是通過在為此目的而特殊設計和建造的建築物裡的裝置水力機械來實現的，所述建築物一般是水泥建築物，諸如一種具有一個或多個適當的溢水道或水涵洞的水壩。承包商通常在壩的下遊建造一動力間，藉助於在低落差水位的水源地點，諸如在壩下的某一排水涵洞或一些涵洞處的動力間內安裝單個水渦輪和發電機組件的方法，然後裝配一個或多個水力渦輪發電機組。
這種建造技術顯然需要化費時間和費用來建造動力間並設置適當的供水管道，但充許安裝一個或幾個大型水力渦輪發電機組。然而，使用一個或多個大型發電機組會產生出入口問題，從而可能需要機組在很大程度上分解。在這些情況下，延誤修理的時間可能是長的，從而停機時間需要延長。此外，大型水力渦輪發電機組的尺寸和重量可能大得使整套運輸成為不可能。這樣，常常需要將機組分解成子裝件以便於裝卸和，如果需要的話，運輸。在吊車所處的地點沒有設計和建造新的支承結構，甚至吊起發電機組或其組件都是不可能的。採用較小的發電機組可以克服這些缺點。
採用小得能從其工作位置上吊起來或放下去以便安裝、裝配和修理的水力渦輪發電機組的永久性的水電站是公知的。例如F.J.G.Atencio的美國專利4，143，990和4，207，015公開了各種帶有水閘的可移動的水力發電機組，而Ueda的美國專利4，289，971公開了一種能被提升或下降來連接到一固定的排水管的水力渦輪發電機組。如此小的設備顯然限制了發電量。儘管在一個壩址上在水電站內裝備多套發電機組是傳統的做法，然而這一技術也為大型發電機組所採用，證明為用常規方法安裝多套機組所需的大的建築費用是合算的。不僅傳統的發電站是這樣，而且潮水發電站也是這樣，後者的設計布局在L.Bernstein的文章「蘇聯的潮水發電工程」中有描述，文章刊登在「水力發電和水壩建築」雜誌，1986年5月。
H.A.Mayo，Jr.的美國專利4，319，142公布了包括一裝配式的鋼通道的裝備，後者包括一排水平的三個S形水管，共同連接或一個框架，並安裝在提升卷楊機下面的水壩的溢水道處。每一水管和非潛水用水力發電機相聯。處於S形水管內的水渦輪轉子通過水平延伸軸連接於發電機或安裝在高於水源的由管總成支承的框架上的其它機器。水管和安裝在其上的機器組成了整個一體的框架，在洪水期內可被升降機提升，以避免或減少對管內水流的阻力。
按照本發明，提供了一種包括下列組件的水力機械裝置一擋水壁總成具有一個構成上遊面的配水管區和一個構成下遊面的排水區，並包括一排水管，它們的縱向軸線成平行配置，相互連接構成一桁架結構，並形成多個從上遊面向下遊面延伸的多個水流通道。多個可浸於水中的水力機械，其上裝有可旋轉的轉子的每臺機器安裝於擋水壁總成上，和其中的一條水管相連，其轉子配置於與其相連的水流通道內。可浸於水中的水力機械可以是水力渦輪發電機或泵，例如電動軸流泵，或可逆發電機，它既能作為發電機運轉，也能作為泵運轉。這些水力機械可被安裝在擋水壁總成的分水管區。
本發明的另一方面，保證通過一個或多個縱向間隔的連接裝置使水管相互連接，其中至少一個連接裝置是處於排水區，使擋水壁總成構成一種桁架結構，其中水管用作桁架，和連接裝置相互連接，一方面，連接裝置中的一個處於總成件的下遊面;另一決面，連接裝置中的一個連接於分水管區;另一個連接於排水區。
按照本發明的另一方面，提供了一種水力裝置，它包括多根水管，它們的縱軸線相互平行，並在擋水壁總成上相互連接，構成多個水流通道，在擋水水壁總成上安裝多個可浸沒於水中的水力機械。該裝置還包括裝於所述總成上的水閥裝置，水閥裝置至少包括一整體閥件，它可在關閉位置和開啟位置之間移動，在關閉位置，整個閥件關閉二個或多個水管，不讓水流通過其間;在開啟位置，整體閥件打開水管，讓水流過其間。
本發明的一個方面，所述水管獨自包括一分水管罩和一排水管，分水管罩相互連接，構成擋水壁總成的分水管區，而排水管相互連接，構成或擋水壁總成的排水區。
本發明的另一方面，規定水力機械固定於分水管罩中的相應一個上。更確切地說，該裝置可以包括安裝裝置，它可拆卸地將機器固定於擋水壁，並且從擋水壁的上遊面是可及的，從而能把單個機器完整地從擋水壁上卸下，而從其下遊面上重新裝上。
按照本發明的另一方面，擋水壁總成包括一整體排水組件，它包括多根相互連接的排水管，而分水管罩固定於排水組件。例如，擋水壁總成可以還包括一整體排水組件，後者包括多個相互連接的分水管罩，而分水管罩固定於排水組件上。
按照本發明的方法方面，提供了一種在具有支承裝置的水源現場裝配一種水力機械裝置的方法。該裝置包括一擋水壁總成，其上安裝有多個水力機械，因此本方法包括如下步驟在遠離水源現場的裝配工地，通過相互連接各自的縱軸線相互平行的多根水管來構成擋水壁總成，這樣，水管各自相反的縱向端部相應地構成了一上遊面和下遊面，並且水管結合在一起形成多個水流通道，從上遊面延伸到下遊面。然後從裝配地點把擋水壁總成移至水源現場，並固定於支承裝置。多臺水力機械，每臺機械，它裝有一個可旋轉的轉子，安裝在擋水壁總成的上遊端面上，在安裝該機械時，使轉子配置於相應的一個水流通道內。
按照本發明的一種特殊方法，水管各自包括一分水管罩和一排水管，因此該方法還包括相互連接多根排水管以構成一排水管組件。此後，該分水管罩固定於排水管組件上以構成擋水壁總成。按照本發明的另一特殊方面，當該擋水壁總成在水源現場安裝成後，所述機械連接於擋水壁總成上。
按照本發明的另一方面，上述裝置的水力機械是水力渦輪發電機，該裝置包括一輸電線，它把發電機的監控組和母線連接器裝置相連。輸電線包括電路斷電器，它應答每一被監控的電機組的電故障或機械故障，例如電故障，有效地斷開輸電線。
檢測裝置，諸如電流檢測裝置，可將每一發電機，例如每一被監控的發電機組的電路，和電路斷電器相連，並通過適當的手段，根據其中一個被監控發電機組的電故障產生一個控制信號來操作電路斷電器。
按照本發明的另一方面，水閥裝置可連接於被監控的發電機，並且水閥控制裝置和水閥裝置相連，以便根據一個或多個被監控發電機組的電狀態來切斷流經被監控發電機組的水流。水閥控制裝置可以被做成能應答電流檢測裝置。
總的說來，本發明提供了一種緊湊、重量較輕的水力機械組，諸如一組水力渦輪發電機組，它裝於包括一種桁架狀結構或水管總成的擋水壁總成上。該種裝置，或者至少其擋水壁總成能被容易地輸送到一個合適的地點，諸如水電站，或者能在合適的建築工地，或在非運行位量的裝配工地，如在高於水平面的裝配工地被裝配，然後用傳統的設備被裝入發電機和/或水泵水源中的運行位置。
本發明的其它方面在下面詳細描述。
用於說明書和權利要求中的下列術語具有指示意義。
用來說明水力機械的術語「可浸沒於水中的」意指一種包封在適當的防水罩內的水力機械，從而在操作期間整臺機械浸沒於水中。燈泡型水力渦輪發電機是可浸沒於水中的水力機械的一個例子。
術語「轉子」具有其平常的技術承可意義，當應用於水力渦輪發電機時，意指這樣的轉動件，由於水的流動，它被旋轉來轉動所述機械的轉子軸;如果廣泛地應用於這裡所稱的泵，認為是指泵葉輪並包括泵葉輪。
術語「下遊」和「上遊」在渦輪機按發電工況運轉時，即水流從分水管罩流到排水管時被用來指流經本發明裝置的水流方向的。


圖1是具有許多隔水間的水壩的透視圖，作為本發明實施例的水力機械裝置裝於其內(在圖1中看不見);
圖1A是橫向取自圖1水壩，即沿平行於流過壩的水流方向的簡略剖視圖，比例較圖1放大;
圖1B是圖1水壩的三個隔水間寬度部分的簡略縱剖視圖，比例較圖1放大，某些部分也省去;
圖1C是圖1B所示三個隔水間的簡略平面圖，比例較圖1放大;
圖2是按本發明另一實施例的水力機械裝置下遊端的局部透視圖，其中一部分斷開;
圖2A是圖2裝置下遊端的正視圖;
圖2B是圖2裝置上遊端的正視圖，其中一部分斷開;
圖2C是圖2裝置的縱剖面側視圖，比例較圖2-2B放大;
圖2E是圖2D閥固定板的部件分解側向垂直剖面圖;
圖2E是圖2裝置的放大的局部平面圖，其中一部分斷開;
圖2G是安裝在水源蓄水裝置中的圖2裝置的簡略正剖視圖，其中部分是破碎剖;
圖3是類似於圖2G的簡圖，表示本發明裝置的另一實施例;
圖4是按本發明另一實施例裝有蝶形閥裝置的排水管組件的簡略透被圖;
圖5是按本發明另一實施例的水力機械裝置的局部側向縱剖面圖，部分是破碎剖;
圖6是按本發明另一實施例的裝置的水管組件的喉部局部平面剖視圖;
圖6A是取自所述裝置下遊的側視縱剖面圖，水管是其中的一個另件，水管閥門口的比例比圖6縮小了;
圖6B是沿圖6A的B-B線所取的剖視圖;
圖7是按本發明的所述裝置的另一實施例的簡略局部平面剖視圖，表示由水管總成支承的、用螺栓固定的水力發電機組;
圖7A是圖7裝置上遊的遊端的局部垂直剖面側視圖;
圖8是按本發明另一方面的一種裝置的簡略的垂直剖面側視圖，表示水管六角形結構;
圖9是本發明另一實施例的排水端的簡略的垂直剖面側視圖，表示反向旋轉的排水水渦流;
圖10是按本發明另一方面的裝置的簡圖，表示電力輸送和控制電路系統。
在水平面上，或在遠處裝配現場，在一個或幾個適當的設備上，通過裝配多個小型發電機組，然後將這些設備裝入水壩涵洞處的工作位置，或裝入適當的水閘或閘門內，這樣一種電站設備，以價格和效率觀點看，具有明顯的吸引力。小型水力渦輪發電機組的組件和鑄件比大型發電機組更容易從更多的供應者那裡獲得;後者除了通過特別定貨僅從有限的幾個水渦輪發電機製造廠得到外，可能根本買不到，從而延長了準備工期和完工日期。小型水力渦輪發電機組也具有這樣的優點，它們可被安裝在小水壩或閘門設備內，因為，對於給定的水道形狀和裝機發電量，水輪機長度是和水渦輪轉子直徑成正比的。小型水力渦輪發電機也顯著縮小了尺寸，從而降低了外圍設備及所需支承設備的成本，此外，水渦輪(或泵)單位重量的比功率輸出提高了。這樣，在採用一排小型水力渦輪發電機組來代替一個或幾個大型水力渦輪發電機組產生相同發電量的地方，提升吊車和類似的支承設備可以按比例縮小，小型水力渦輪發電機組還容易由鐵路或卡車運輸，而在某些情況下，大型水力渦輪發電機組必須在工地建造，因為它們總成後的尺寸或重量超過了提升吊車、車輛和出入道路和橋梁的承載能力。此外，採用一排小型水力渦輪發電機組的水電站還產生長工作周期的經濟效益，因為為了修理或更換，個別發電機或發電機子組可能要從使用中撤離，而不會整個地關閉發電設備。然而，這種單個的小型水力渦輪發電機組當然限制了它們所能產生的發電量。此外，建成永久的多涵洞水泥建築物來適應多個這種小型發電機組的建造工作是極其昂貴的，這種建築工作常常是行不通的，除非連同單個大型水渦輪發電機組一起安裝。
和採用一個或幾個大型發電機組相比，採用大量小型發電機組的電站的上述優點通常也應用於泵站，例如採用軸流泵的灌溉泵系統。
一般說來，「小型」發電機組或能很方便地應用於本發明的實踐中的其它水力機械的轉子直徑不大於40時。例如被認為是「小」機器的從而很容易應用於本發明實踐中的固定葉距水力渦輪發電機的轉子直徑應不大於36時左右，最好轉子直徑大約處於6-8時範圍內。對於可變葉距機器，其轉子直徑處在大約12至40時範圍內，最好處於24至36範圍內。這種固定葉距機器雖然可以在高至約3600轉/分的速度下運轉，但通常是在900-1800轉/分範圍內運轉。可變葉距轉子機器在指出的尺寸範圍內通常約在450-1200轉/分轉速下運轉，最好至少在1500轉/分左右運轉。具有6時轉子直徑的小型機器的重量可小到150磅;兩臺轉子直徑26吋的小機器和其相聯的分水管罩一起可重至800磅左右。
現在參照圖1，用透示圖表示了一種水壩，常以10表示，水壩包括加強的混凝土建築物，它包括多個支柱12a-12i，在各相鄰支柱之間，形成一連串總共8個隔水間14a-14h。如圖1A和1B所示，水壩10具有基礎11，它固定於水壩橫跨其上的河床上。前部水位H(圖1A)是水壩上遊的河面，兩尾部水位T是水壩下遊的河面。橫向延伸的上遊壩壁15在被水壩10跨接的河的二相對堤岸間延伸，和支柱12a-12i之中的每一個連接成一體。壩面17由支柱12a，12b，12c等支承，形成橫跨壩10的通路，它支承一導軌(未用數碼表示)一吊車16在導軌上能沿壩10移動，來回通過隔水間14a-h和工作區17a。升降機18作為吊車16的一部分安裝於其上。在以20表示其中有代表性的一個的常規升開變壓器的頂上，安裝有輸電線塔22，輸電電纜架沒於塔上。這些以及多個配電設備間24都支承在水壩10的壩面17上。從圖1A和1c可以很清楚地明白，支柱12a，12b，12c，12d等延伸到到上、下遊間的長度，它足以支承在支柱下遊區的車道28和人行道33。如在圖1A和1C中清楚表示的，籬笆30把車道28和壩面17隔開，籬笆31和人行道33接界。
每一支柱12a-12i具有垂直延伸的擋水圓木槽，並被設計成(圖1C)使這幾對擋水圓木槽相互面對，橫跨每個水隔間14a，14b，14c等。垃圾綱架32(圖1A)設置在上遊壩壁15下部的矩形出水口19內，這些垃圾鋼架32是用來防止河中的漂流物進入相連的水隔間14a-14h的。每一水隔間14a-14h具有一個類似的進水口19(圖1A和1B)，同樣裝有垃圾鋼架32。和圖1A和1C所示，下遊壩壁34和上遊壩壁15是同時延伸的，在每一水隔間14a-h內底端有一矩形水道36。在每一水隔間36內，安裝一水力機械組，在所示實施例中，包括多套水力發電機組38a-38h，在圖1C中僅表示了三套(38a，38b，38c)。38a，38b，38c等的每一套相互之間可以是類同的或一致的。在所示實施例中，每一套水力發電組38a-38h包括100個小的可浸沒於水中的水力發電機組40，它們裝於擋水壁總成42上，後者由多根水管43組成，下面還要作詳細描述。
從圖1B參看水隔間14a及其裝置組38a-38h中有代表性的裝置38a，可以清楚看到，一百個小的浸沒於水中的水力發電機組40和它們相連的水管43布置成10排高的矩陣，每排包括10個發電機組和水管組合體。如下面詳細說明的，這些可浸入水中的發電機組40，它們可以包括燈泡型水渦輪，都被安裝在與之相連的擋水壁總成42上，例如用螺栓把它們連接在上遊面42a(圖1A和1C)處的壁上。和下面還要詳細描述那樣，水管43是相互連接的，構成作為桁架件的擋水壁總成，能夠抵抗由於擋水壁總成42上遊面42a的下遊面42b之間的水壓差引起的衝擊在它上面的浮力。採用這種結構，為修理和/或更換這種發電機組，可以從相連的擋水壁總成42上拆下單獨幾個發電機或幾個發電機組40。
當希望進行這種更換或修理時，可以通過採用擋水圓木的已知緊急手段來關閉經過某一隔水間的水流，例如採用圓木44，通過吊車16上的升降機18將其下放到一對面向支柱的擋水圓本槽21內，如圖1B和1C所示，圖中表示擋水圓木44處在適當位置以阻擋水流流經水隔間14b。
在圖1A和1C中可清楚看到，在每一支柱12a、12b、12c、12d等的相反二側上構成突出的垂直支架，並形成一支座或支持凸肩，擋水壁總成42頂靠著它安裝，以便將水力發電機線38a、38b、38c等保持在一個適當的位置。作用於水力發電機組上的水壓力傾向於迫使水力電機組頂靠由垂直延伸的支架26所構成的保持凸肩。本發明的一個特點是由其桁架或桁架狀結構提供的裝置機械強度，這種結構使它能抵抗作用其上的水壓差力，下面還要充分說明。可以採用諸如螺栓，車軸肖或類似物的適當的保持裝置來有助於把擋水壁總成42，從而把發電機組38a等固定在適當的位置，後者作為一個部件包括在擋水壁總成內。
按照本發明，擋水壁總成42為許多組單獨的發電機或泵裝置的某種安裝裝置和水管提供一種桁架結構，這種衍架結構具有大的強度，重量比較輕，所以，即使對於非常多的行列，在包括前後水位差施加的靜壓頭在內的水壓差力作用下，擋水壁總成仍能保持它們的結構完整性。例如，圖1A和1C中的簡頭F表示作用於水隔間14a和14c中的擋水壁總成42上並被它抵住的淨力。每一個擋水壁42封閉相應的各個水道36，從而構成下遊壩壁34的F力作用其上的有效部分。從圖1C中可以看到，作用於擋水壁總成42上的F力在壓力時作用在其上遊部住、即處在或鄰近上遊面42a處，而在張力時作用在其下遊部位，即處在或鄰近下遊面426處，水管43作為上、下遊區之間的桁架構件，構成強度高、重量較低的結構。
水力發電機組38a、38b、38c等的最初安裝可通過安裝整套水力發電機組來完成，或者把其擋水壁總成42當作一個組件。這樣可以方便地利用吊車16上的升降機18來把這些組件(如在本文中所用的，「組件」係指水力發電機組38a、38b、38c或指其擋水壁總成42)輸送到高於要安裝的相應隔水間14a、14b、14c等的位置、然後下放該組件到和相應水道36對齊而達到。為了簡化這種操作，垂直支架26在支柱12a、12b、12c等的整個高度上延伸，這樣，當把這些組件下放到適當位置期間可利用它們作為導軌。自然，在這樣操作期間，擋水圓木44要放置在水隔間的槽21內，以防止水流從中通過。藉助於設置和垂直安裝支架26嚙合的導向裝置，可以獲但可靠地導向。例如，可以在組件上安裝幾對導向輪，使其和支架26的上遊側和下遊側相嚙合，以便把該組件導入適當的位置。顯然，可以採用任何其它類似的合適的導向裝置。
壩面17的工作區提供一個方便的場所，組件38a-38h的擋水壁總成可以在該處裝配或建造，在帶有或不安裝於其上的燈泡型發電機組40的情況下，裝配後的擋水壁總成被吊車16的升降機18吊起，並輸送到高於如上所述的要安裝於其內的隔間的上部位置。這樣，工作區17a很方便趨被用作遠離要裝入該總成的水源工地(通道36)的製造現場。
一旦安裝了組件38a、38b等，當希望使組件投入運行，讓水流通過組件38a、38b等時，就移走擋水圓木44，以便使其發電機40的轉子轉動，從而發電。輸電線、配電設備和熟知本技術的人眾所周知許多其它裝置，為了圖示清晰，在圖中省略了。
現在參看圖2-2E，圖2用帶有斷開部分的透視圖表示一種按本發明實施例的水力機械裝置50。組件包括一擋水壁總成52，它包括多根單獨的水管54，每一水管包括一個具有進水端57a的配水管罩57和一根具有排水端59a的排水管59。擋水壁總成52的水管54在圖示的實施例中被安排成三排55a、55b和55c，每排有四個水管的寬度。水管54的排水端59a裝在排水端連接板72內，它使由在擋水壁總成52的下遊端的排水端59a構成的下遊面得以加強並增加剛性。在排水端連接板72的頂部可固定一對吊環74a、74b(在圖2-2C中可以看到)，以便於通過吊車或類似設備將整臺設備50提升或下降。
多臺可浸沒於水中的水力機械56，這些機械可以是泵，或如圖示的是水力渦輪發電機，裝於擋水壁總成52上。正如從圖2C中清楚看到的，每一可浸沒於水中的水力機械或發電機56的外形大體上呈圓柱體，並包括一定子外殼58，在定子外殼上裝有一轉子60(圖2C中僅表示出其中的一個)。轉子60包括多個葉片60′，它們裝於一中心輪轂上，在水流流過定子外殼58，並從進水端57a進入和經過水管54而後到排水端59a時便能轉動。圖2C中的中心水管54被部分地斷開以表示轉子60和多個導葉62中的二個，後者用作固定裝置把發電機56安裝到擋水壁總成52的上遊側，即相應的分水管罩57上。導葉62也用於幫助把水流導向轉子60。可以理解，每一發電機56具有相同的轉子和連接於其上的導葉。還可以理解，為使圖示清晰，在其它一些圖中被省略了。根據圖2、2B和2C，可以清楚看出，鄰近排水管59的分水管罩57相互接觸，可以相互固定，構成一分水管組件並增加擋水壁52的剛性和穩定性。分水管57在其進水端或上遊端57a其斷面的正方形的，而在其相反端，其斷面是圓形的，在喉區(未用數碼表示)連接於排水管59的喉區端57b(圖2C和2E)接近轉子60。
配置連接機器56和水管54的結構框架可以為設備提供輔助的支撐和額外的剛性，諸如包括多個垂直的支撐件76、水平的支撐件78和交錯支撐件80的圖示的框架，這些支撐件通過連接板82相互連接。吊環77a和77b可安裝在由各種支撐件共同構成的合成結構框架上，吊環77a和77b便於整套裝置50的提升、輸送和下降。
一水閥連接板64正好配置於分水管罩57和水管54的排水管59的接合處下遊，用於安裝和支撐排水管59，為擋水壁總成52提供額外的支撐和剛性。此外，水閥連接板64用於支撐三個水閥裝置66、68和70(圖2C和2D)並提供一閥門通道90(圖2F)，其中，閥門裝置66，68和70分別用於水管54上層55a、中層55b和下層55c以及與之相連的機器56。排水連接板72和水閥連接板64是典型的「連接裝置」，按照本發明的一個方面，它把水管連接去一起，成為一種桁架結構。這種「連接裝置」，正如本發明書和權利要求書中所用的術語那樣，也可包括簡單的焊接或相互鄰接水管的固定支承部分，或利用杆、棒材、板或其它構件，或這些固定手段和技術的組合。
每一水管54各自包括一分水管罩57，和排水管59成水流連通，排水管59在排水端59a上終止，並具有一個相反才向的喉口端59b(圖2C和2E)。排水端59b和進水端57a一樣其流動橫截面一般是矩形外形，通常是正方形外形，如圖2所示。然而，如下面要敘述的，排水端(和進水端)可以是六角形的或圓形的。如下所述排水管59的喉口端或喉口區59b和罩57通過各自連接到水閘板64的相應的適當孔口102a、102b(圖2D和2E)連成水流連通。在水流橫截面內喉口端59b是圓形的，像分水管罩57的喉口區一樣。
在圖2A中，經水管54的水流的各自的縱向中心線用交錯線C的交點表示，可以看到，在本實施例中，各水管54集中在矩形結構內。這就是說，水管54的排水端59a在水流橫截面內，所有交錯線C的交點形成一矩形結構。通過把排水端集中在矩形結構內，正如根據圖9在下面要充分解釋的，從總成52中按平行流動渦流排水產生了某種優點。擋水壁總成52的水管是直通型的，即水管54的縱軸線基本上是直線，和所述的，例如上述Mayo的美國專利4，319，142中的S形管相區別。
多個垂直濾網支架84和水平瀘網支架86安裝在機器定子殼58的上遊，共同形成一個固定於其上的垃圾瀘網88的結構支撐。垃圾瀘網88設有一種小孔網狀件，具有足夠的強度來保護裝置50不受流動樹枝、圓木或其它流動物的損壞。水力機械56的定子殼58上遊端的比較接近的間隔為垃圾網88提供強大的結構支撐，並允許採用比通常要求來支撐垃圾網的更小的瀘綱支撐件84、86，或者甚至可以把它們一起取消。由於傳統的垃圾網是自身支撐的，它們的支撐結構件通常是由重型工字梁結構製成的，使垃圾網能經受住由於網堵塞作用其上的相當大的水壓力。所示實施例採用了由裝置50提供的結構強度和剛性，以支承其上的垃圾網。
水閥裝置66、68和70裝於閥連接板64上，同時參照圖2C至2G可清楚理解它們的結構與操作。水閥裝置66、68和70(圖2C、2D和2E)各包括一整體閥件，該閥件包括相應的閥門90，92和94，其中每一閥門的結構是相同的，具有四個圓形開孔，沿其長度等間距配置。這樣，開孔90a在閥門90內形成，開孔92a在閥門92內形成，開孔94a在閥門94內形成。相應閥門操作杆91、93和95的閥端固定在閥門的操作端，操作杆的相反端適當地連接於操作機構97、99和101，它們可包括任何用以變換操作杆的適當的裝置，從而沿其相應的縱軸線輪換操作閥門。操作機構可包括液壓油缸，在油缸內，裝於操作杆相反端的活塞頭(見圖2G)可通過傳統的液壓迴路控置裝置(未示出)來定位。
水閥連接板64的結構，參看圖2D和分解圖2E，被清楚描述，從這些圖中可以看到，分水管焊接裝配板98和排水管焊接裝配板100各自有相同的尺寸和矩形輪廓，分別在其中形成一連串12個圓形開孔，102a在板100內，102b在板98內。一系列定位隔板104通過鉚接、焊接或其它方法適當地固定於焊接裝配板98上。在裝配及的連接板64上，定位隔板104跨接焊接裝配板98和100之間的間隔，以形成導向或導軌，閥門90、92和94去其間滑動。一系列矩形襯墊密封件106a和106B相應固定於焊接裝配板98和100上，以構成一種低摩擦支承面，閥門90、92和94上靠著它滑動，同時用作水閥的機械密封。定位間隔板104的頂部和底部(如圖20所示)可襯以相同的低摩擦材料，以便閥門90、92和94的端邊和側面提供一種低摩擦支承面。襯墊封件106a和106b具有圓形開口，和分別在焊接裝配板98、100上的相應開口102a和102b具有相同的尺寸，並且對齊。襯墊封密件106a和106以及定位隔板104的頂層和底層(未示出)可由任何適當的材料，諸如一種合成的有機聚合(塑料)材料製成，例如超高分子重量的聚乙烯。頂部和底部蓋板108a和108b以及側蓋板110a;110b焊在焊接裝配板98和100的周沿，使閥連接板64成為一個整體密封結構，構成一通常的扁平的平面閘閂通道96。(圖2F)閥門90、92和94(圖2D)通過在閘門通道96內滑動一短距離來定位，使閥門90a、92a和94a和水管的候部或者對齊(開啟位置)或錯開(開閉位置)，並和一對開孔102a和102b對齊。當完全對齊時，閥門開孔完全和水管喉部對齊，從而經每一排水管55a，55b或55c形成一個敞通的水流通道。當閥門開孔90a-92a，94a和非流通區89對齊時(圖27)，它們完全和水管喉部錯開，同時關閉流經特定的各排水管開孔的水流。這樣，閥門90、92和94通過與之相連的操作機構97、99和101在關閉位置和開啟位置之間移動。操作機構由任何適當的控制機構控制。在圖2D中，表示閥門92、92和94可以獨立地操作，使選定排的全部排水管打開，而全部其它排的水管關閉。
現在參照圖2G，它表示了安裝於水源內的水力機械裝置50的二個閥門簡略插圖，是從電站的下遊端正面看的。混凝土支柱或閘門112、114在水源，即在小河或河流的相對提岸地點建造，把水力機械裝置降下到某一適當位置，安裝並固定於混凝土支柱112、114，形成一個橫跨於水源的壩或堰形結構。圖2G是破碎視圖，故僅表示分別用於55a排和55c排的閥門90和94。操作機構97和101處在總成的一側，如果需要，可在支柱114內形成一凹槽113容納它們，它裝在相應操作杆91和95上的活塞(未用數碼表示)在它們的相連的操作機構97和101的液壓油缸內用虛線表示。所示閥門90處於開啟位置，在圖2G中表示向左延伸，這樣閥門開孔90a和閥連接板64中的開孔102a、102b(圖2E)完全對齊，允許水經55a排的水管(在圖2G中未示出)流入。所示閥門92處於關閉位置，閥門開孔94a和55c排的開孔102a、102b(圖2E)錯開，這樣，閥門94關閉與其相連的水管(圖2G中未示出)，切斷流經其中的水流。
應當明白，各閥門諸如和閥門90、92和94可以按另一種方式垂直安裝，以控制垂直縱列的水管及其相連的機器。在以情況下，操作機構很方便地分置在垂直縱列水管/水力機械組合體的頂部。
現在參照圖3，它簡略略圖示了本發明另一實施例，其中水力機械裝置裝有三排水管116a、116c及相連的水力機械(在圖3中未示出)，以虛線用118表示。交錯線C表示經裝置118相應水管(未示出)的水流橫面斷中心線，閥門120、122和124備裝備相應的操作杆121、123和125，依次分別連接於適當的操作機構上(未示出)。閥門122和124各設有五個閥門開孔122a和124a，而閥門120是一塊連續的板，不含有閥門開孔和其它的孔。因此，為了打開一個有關的水管，讓水從中流過，閥門120的遠側面126必須通過相連的水管，在圖4中向左方向看。這樣，為了打開所有五個使用閥門120的水管，其遠側面126必須和垂直線V對齊，或處於垂直線V的左方。閥門120是一種順序操作閥，它用順序打開和關閉116a排的水管，從而提供了附加的操他靈活性。與此相反，閥門122和124是同時操作閥，它同時打開或關閉116b或116c各排的水管。
圖4簡略地表示了本發明的另一實施例，在包括一組水管的裝置中，其中只有排水管128被表示出來，在閥連接板132上裝成二排130a和130b。每一排水管128以其排出端128a連接於水箱134、136中相應的一個，其中分別裝有閥裝置138、140。水箱134、136一個疊在另一個上，這樣水箱134成為130a排，而水箱136排成為130b。在本實施例中水閥裝置138、140包括相應的擋板142a，144a和相應的操作件142b，144b。導板可由操作件獨立地控制或一前一後地操作，其它實施例的閥裝置，通常就是這樣。這樣，閥裝置138，140包括擋板142a144a，橫跨相應排130a、130b的排水端128a延伸。擋板在全開，中間範圍，和全關位置之間可移動。作為採用所示單個蝶形板的可供選擇的另一方案是一排或二排的各排水管在其排水端可裝有一個獨立操作的單個的蝶形閥擋板，或可將這些單個的擋板裝於一根共同的操作軸上來聯動操作。
如果希望水力機械，例如水渦輪發電機組連同圖3的裝置118一起順序操作，下一排(當包括三排或多於三排時或最底部的一排即圖3中的116c排時)通常首先打開，以便把在工作的排水管即使在低的尾水位也完全浸於水中，確保該機械，如水渦輪機有效工作。通過打開再高一點的流動控制閥門，即圖3中的門120，再上一排的水渦輪機便起動。
現在參看圖5，圖中表示了水力機械組146的一部分，它包括一水渦輪發電機148，渦輪發電機有一轉子150(用虛線廓線表示)，通過多個導葉152安裝於配水套罩154上，僅其中二個導葉在分水管罩154中用虛線輪廓線表示。發電機148的縱軸線和與它相連的水管，即發電機安裝於其上的水管是共軸線的，在圖5中以點劃線A-A表示;在圖5中以點劃輪廓線表示的水管的縱軸線用A′-A′表示。僅部分表示出來的排水管156焊於或適當地連接於焊連板157上，多根其它的排水管(僅其中的一根在圖5中用點劃輪廓線表示)也連接於其上。連接於焊接板157上的多根排水管157構成了一整體排水組件。多個分水管罩154連接於總成後的排水組件板上，每個被連接的配水管罩和相連的排水管156是水流連通的，分水管罩和排水管合併組成一水管158。為便於這種連接，分水管罩154a具有延伸的突緣154a。如圖5所示，突緣154a通過一間隔板或擋板160用螺栓連接於焊接板157上。按照相對於圖2-2G實施例詳細敘述的方式，安裝一閥門(未示出)，使其在閥門通道162內滑移。第二排發電機和與其連接的水管用水管點劃輪廓線表示，情況和上述機器148和與之相連的水管158一樣。在本實施例中，可以看到分水管罩154包括單個分離的部件，它通過間隔板160分別用螺栓連接到排水組件的焊接板157上。
圖5的水管158是具有這樣形體的，其喉部164是等直徑的，排水管156僅從以P表示的平面開始成喇叭形向外擴張，該平面稍稍在喉口164的下遊。圖6-6B表示了本發明的另一實施例的其中用平面剖視圖表示了包括一排水管156′的水管158′的喉部164′。在用作水管158′的閥門166中形成閥門開孔166a。閥門開孔166a具有一錐形側壁168，它沿水流方向向外成喇叭形擴張，和即喉口164′附近的水管158的內表面擴散角相匹配。
現在參照圖7和7A，圖中表示了本發明的另一實施例，其中一水力機械裝置170包括多根水管172，每根包括一分水管罩區172a和一排水管區172b。在本實施例中，水管172是整體的單一結構，即它們的包括一根具有配水罩區172a和排水區172b的水管。。單獨的單一水管172在其上遊端或進水端172a′和在其下遊端或排水端172b′相互連接。可通過任何適當的或方便的手段將它們連接一起，諸如通過把進水端172a的周邊相互焊接在一起和把排水端172b′的周邊相互焊接在一起。這些管子可以相互焊接在一起或相互直接連接在一起，或利用諸如箱體管道、突緣、隔板或類似物。完成後的擋水壁總成可通過連接板、連接管或隔板或類似物來加強或提高剛度。
包括具有轉子173的水力發電機渦輪機174的多臺機器安裝在裝置172的分水管罩區172a內。該機器174的縱軸線和它們各自相連的水管170是共軸線的，並在圖7中用點劃線A-A表示。水管172的縱軸和機器174的整個縱軸線共軸。
每一水渦輪174包括一定子殼175，它有導葉176和四個(如圖7A中所示)與其整體構成或適當固定其上的靜葉178。發電機水渦輪174藉助於靜葉178安裝在水管172上，通過連接於連接板182的螺栓177，靜葉被連接到或適當地可拆卸地固定到分水管罩區172a。如在圖7A中清楚看到的，每一靜葉178用螺栓被固定在其中一個固定板182上，該固定板，例如通過焊接，被固定在排水管170的進口邊緣172a上。在鑽石形固定板182上安裝有四個靜葉178，導葉處於四個水管172各自的錐形管頭在裝置170上遊面上的會合交接處。上遊面處在各進水口邊緣172a′所處的平面上。
一垃圾網184安裝在支撐框架186上，它包括固定於機器174上遊端的垂直的水平構件。在設備上可設置吊環或其它裝置(未示出)，以便可通過吊車或其它適當的提升卷揚機來移動或吊起整個設備，把它移到並安置在水道中適當的地方。
這樣，圖7和7A解釋了本發明的一個實施例，其中擋水壁總成是通過採用多根整體或單一水管172構成的。通過比較，圖5的實施例表示了多根排水管156相互連接在一起構成一排水管組件，即整體的排水管總成，多個單獨的配水管罩154固定於其上。另一方面，圖2-2G的實施例是由排水管59和一個包括分水管罩57的單獨的分水管組件相互連接成一個整體的排水組件構成。
如圖2-2G、圖5和圖7及圖7A的實施例所表示的，一般說來，水管在分水管罩的進水端的橫截面是矩形，通常是方形，過渡到水管喉部的圓形截面，而後再過渡到排水管排水端的矩形、通常是方形截面。雖然喉部通常是圓形的，然而分水管罩的進水部分和排水管的排水部分其中之一或二者可以有一個不同於矩形或方形的橫截面形狀，例如可以是六角形的或圓形的。圖8表示了在水管上、下遊的任一端或兩端的橫截面是六角形的。圖示了在其進水端和/或排水端具有六角形橫截面的多根水管188安裝於一塊連接板190上，連接板包括壁192，當水管排列成一組、管子的水流中心沿水流方向看是矩形時，壁192被用來封住水流，不讓其通過二個六角形水管內必然留下的空間。雖然水管188是六角形橫斷面端部在圖8中用未編號的圓表示的水管的喉部，其形狀是圓形的，其流動的中心線用十字(未編號)的交點表示。可以看到，儘管水管188端部是六角形橫截面，其喉部是對齊直的水平排和直的垂直行的，這樣，如果需要，該裝置可裝備如在圖3中所示形式的水平或垂直動作的閥裝置。
圖9是本發明又一實施例的簡略圖解，其中水力機械裝置194包括多根水管196，多臺發電機198(僅示出二臺)安裝於其內。機器198由導葉200固定，相鄰機器的轉子(未標數碼)安裝成按相反方向轉動。導葉200相對於各水管適當地扭轉，使水沿適當的方向渦旋，在圖9中以未標數碼的箭頭表示。正如由未標數碼的箭頭指示的，水管組可以這樣安排，使相鄰水管排出水的旋轉渦流方向相反。如圖9中未標數碼的箭頭方向表示的，能在相鄰渦流間形成順渦流，從而減少紊流，為從本發明的設備中順暢地排水創造了條件。
在本發明所提供的優點中，在電力控制和把電力從該設備的發電機輸送到配電系方面，是可以獲得某種經濟效益的。發電機組可以是聯動的，並經裝備一個電路斷電器的簡單輸電線連接於母線，從而避免為每一發電機設置單獨的電路斷電器的必要性。在每一發電機和電路斷電器的控制裝置之間電氣連接著傳統的電流檢測裝置。如果任何一臺發電機出現電故障，例如短路，斷電器立刻應答而跳閘，從而和所有聯動的發電機電氣分離。經電氣分離的的聯動發電機水流終止，從而關閉包含一臺或多臺有故障發電機的被監測發電機組。然後可以按需要檢查、修理和/或更換這些發電機。諸如上述的這些能同時打開和關閉流經聯動的被監測發電機組的水流的整體閥裝置能很方便地與其連接。這就是說，同一組被電監測的發電機受單個閥裝置或一組同時被控的閥裝置支配。當被電監測的發電機組中的一個出現電故障以致切斷用於該被監測組的輸電線的斷電器時，電路斷電器的跳閘會很方便地同時操作用於各組發電機的閥裝置，從而基本上同時切斷流經電氣分離的發電機組的水流。
本發明的這一方面簡略地表示在圖10中的一個實施例中，它能應用於安裝在圖1-1C的水壩10內的水力機械裝置組或組件38a-38h中。如對圖1B描述的那樣，水力發電機裝置組38a-38h中的每一組包括100個發電機組40，安排成10×10的組，即有十個水平排，每排包括十個發電機組和它們相連的水管。在圖10中，發電機組40是逐一標號的，任意從第一排開始從左到右標號，如在圖1B中那樣。這樣，圖1B中的發電機組40在圖10中被表示為相應於第一排的前二個發電機組是40a-1，40a-2，相應於第一排的最後二個發電機組是40a-9，40a-2，中間的六個發電機組未表示，出出圖示清晰起見，作為圖10簡略平面圖的一些部分已被斷開。在圖1B中發電機裝置組或組件38a的水平第二排的發電機，在圖10中表示為發電機40a-11，40a-12-40a-19和40a-20。如圖10所示，每一水平排發電機40具有一閥門裝置，它們類似於，舉例說，圖2D中表示的閥門90、92和94。這樣，安裝閥門202a-1來使包括發電機40a-1至40a\10的頂排發電機組作橫向滑移，而安裝閥門202a-2來使包括發電機40a-11至40a-20的第二排發電機經作橫向滑移。可以理解，圖1B的其餘排的發電機裝置組38a，按照圖10中對頂部二排機器所述的同樣方式進行相同的電連接和備有閥門裝置。閥門裝置202a-1和202a-2各包括多個閥門開孔(圖10中未表示)，它們能移動成對齊和錯開，從而同時打開或關閉流經一排中各發電機水管的水流。操作機構206-1和206-2分別連接在閥門202a-1和202a-2上。單個接線電纜208經分支電纜210將各發電機40a-1至40a-10連接到一條輸電線212上，它依次輸入一母線配電器線路214。一投擲開關213、一保險絲216和一電路斷電器218串聯在輸電線212上。一儀錶板220適當地電連接於輸電線212上，以能進行視頻監測。
每一接線電纜208裝備有一個電流監測裝置222，它通過一連線224，(在圖10中出於圖示清晰，已斷開)和一電路斷電器控制裝置226連接，後者通過控制線路228和電路斷電器218成操作連接。一導線230將閥控制裝置232連接到電路斷電器控制裝置226裝置上，一控制線路234將閥控制裝置232連接到操作機構206-1206-2等上。設備38a的第二排和依次各排具有相同的電連接;第二排(發電機40a-11至40a-20)相應圖示的另件和第一排所標的數碼是一樣的。可以進一步理解，水力裝置組38a-38h中的每一組按圖10中相對於38a組的二排所示方式在電連接方面是類擬的或相同的，並裝置一整體閥裝置。還可以理連接基本上上同時切斷。可以理解，機械的和電氣的故障可被監測，在解，少數或多數單個發電機可以包括單獨監測組的發電機。然而，讓包括一電氣監測發電機組的同組發電機由相同或同時操作的閥來控制是方便的。
若一監測組的一個或多個發電機，比如說，如果發電機40a-1至40a-10的一個或多個開始出現電故障，在經歷了一短的循環後，該故障被電流監測裝置222檢測到，並發出一適當的信號，經線路224傳輸到電路斷電器控制裝置226。作為應答，電路斷電器控制裝置226發出第一個控制信號，它經線路230傳至閥控制裝置232。閥控制裝置232又發出一個閥操作信號，它驗控制線路234傳到操作機構206-1，從而將閥門202-1移至關閉位置。因此，經各電氣監測發電機組40a-1至40a-10的水管的水流同時被切斷。設備組38a中的其餘九排發電機繼續運轉。根據來自線路224的故障信號，控制裝置226還發出經控制線路228傳至投擲電路斷路218的第二控制信號並使輸電線212從母線配電器路214上電氣分離。經監測組的水流和監測組至母線配電器線路214的電連接基本上上同時切斷。可以理解，機械的和電氣的故障可被監測，在發電機出現機械故障的情況下，切斷水流先於斷開電連接。
總括地說，本發明提供了許多優點，包括本發明的水力機械裝置重量較輕，結構強度高，能夠把裝置從建造或裝配地點運輸到水源中沉沒位置的工作現場。與裝置少量的的大型機器相反，通過在某是給定的電站裝置較大量的小型機器，在處理甚至有寬廣的水流漲落範圍工程問題時，這種裝置具有高度機動性。這樣，裝備適當的閥裝置，它們或者如上所說的作為裝置本身的一部分，或者作為裝有本發明裝置的發電現場建築的一部分，當處於低水流或低水位時期，能關閉選定數量的機器。隨著可利用水的增加，相應於水流的該裝置的水力機械總數可以增加。
本發明所提供的一個顯著的優點是改造現有建築物的能力，它通過使一組水管和相連的水力機械構成一定的形狀來適應現有的擋水圓木槽、閘門、水道或類似的現成建築。可設計由一組相互連接的水管組成的、具有足夠的結構強度來經受作用於它二側的壓差的擋水壁總成來適應現存的開孔。本發明的技術允許通過採用許多小型機組來「按規格改制」擋水壁總成的尺寸和橫斷面形狀。對於大型發電機組，這種按規格改制是不可能的。
本發明提供的另一顯著優點是，和採用少得多和大得多的發電機傳統的電站相比較，可顯著節約成本。以本質上來說，由於大大地降低了單位發電量的重量、相應縮小了為支承該發電站所需的基礎、底座和其它土本建築的尺寸，就可節約成本。採用小型機組，可以使單個機組的轉轉子速度提高，從而不需要提高速度，並提供了許多其它的優點。下面通過相對於圖1-1B和圖10所描述的本發明的實施例和在同一點的傳統電站作比較，可以用例子來說明其中的一些優點。
水電工程結構和成本一覽表相當的傳統結構本發明某一實施例的結構電站尺寸長242呎×寬456呎長140呎×寬454呎×高124呎×高124呎所需混凝土116.000立方碼70.000立方碼建造時間4年3年發電機組數量8800(8組，每組100套，每組包括10個重疊的水平排，每排10套)發電機組型式燈泡型燈泡型驅動型式增速器直線驅動單位輸出每套24兆瓦每組100套24兆瓦每一排水閥門數110電站輸出192兆瓦192兆瓦閥門關閉型式排水管排水管每年平均發電量784千兆瓦784千兆水渦輪轉子直徑8.2米0.83米水渦輪轉速52轉/分514轉/分發電機轉速600轉/分514轉/分基礎表面積110，000平方呎63.000平方呎建築費用(a)￥150，000，000￥125，000，000設備費用(b)￥200，000，000￥150，000，000建造期內所付利息￥200，000，000￥125，000，000工程總費用￥550，000，000￥400，000，000(a)設置和拆除防水堰，挖掘工作，基礎工作，混凝土結構，結構鋼材等。
(b)水渦輪機，發電機，控制設備等可以看到，對於這種規模的工程，採用本發明的實施方案，可以節省大約￥150，000，000，而且該工程在三年內完工，而不是四年。注意本發明實施例所需設備的上、下遊長度較傳統電站的短100呎以上，然而卻提供相同的電力輸出。此外，如上指出的，本發明實施例的電站提供更多的靈活性來適應可用的水流量率的變化。再則，在所比較的傳統的結構裡，如果一臺發電機關閉，而在該機組離線時總發電量的1/8或12.5%損失掉;在本發明實施案結構中，如果一臺發電機關閉，那麼一排十臺發電機必須離線，在離線期內僅總發電量的1.25%損失掉。
詳細描述的各實施例只是解釋性的，許多其它的結構變化處在本發明的範圍內。例如，安裝於擋水壁總成上的水力發電機組或泵，例如軸流泵，可以從所示位置上，例如在圖7中的位置上倒過來。這樣，圖7中的機器174可被安裝在裝置170上，其轉子173面對上遊，即面對垃圾網184的方向，其定子殼175在轉子173的下遊。可以要求水管172的尺寸和結構適當的變化來適應這種轉位。
如在各圖中所示那樣，擋水壁總成無須水平定位。在某些情況下，該總成要裝入的水道可能和水平面是有角度的，而本發明的擋水壁總成和安裝於其上的機器可以很方便地以相對於水平某一角度被定位，例如，這樣定位，使流過水管的水流以相對於水平面某一向下的角度流動。
概括地說，本發明成組的機器和水管總成既可以被構成直線型的，也可以被構成矩形組，取決於所用水渦輪發電機組或水泵的尺寸以及在水源或水道內浸沒的運轉位置上可利用的空間。這就是說，許多機器/水管組合體的一個直立組，僅僅一種機器/水管寬度可採用;許多機器/水管組合體的一個水平排，僅僅一種機器/水管高度可採用;或者許多重疊排，每排包含許多機器/排水管組合件，可採用。可以採用下同於所述這些型式的水流控制閥來控制流過水管和它們相連的水渦流發電機組或泵的水流。或者，分水管葉片可用於這種場合。
雖然，就特別圖解的各實施例，本發明已被詳細地描敘，然而，應該明白，對於所示各實施例可作出許多修改和替代而不脫離本發明的精神。
權利要求
1.一種水力機械裝置，包括(a)一個具有構成上遊面的分水管區和構成下遊面的排水管區的擋水壁總成，所述擋水壁總成由一組水管組成，水管的縱軸線相互平行，並相互連接，構成一桁架結構，形成了許多水流通道，自所述上遊面延伸到所述下遊面；(b)許多可浸沒於水中的水力機械，每臺具有一個安裝於其上、可以旋轉的轉子，每臺連同所述的一根水管及其配置於所述水管的水流通道內的轉子安裝於擋水壁總成上。
2.按權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述機械安裝於所述擋水壁總成的分水管區上。
3.按權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述水管分別包括一分水管罩和一排水管，分水管罩形成了所述擋水壁總成的分水管區，排水管形成了所述擋水壁總成的排水區。
4.按權利要求3所述的裝置，其特徵在於所述水力機械安裝於相應一個分水管罩上。
5.按權利要求1，2或3中任一項所述的裝置，其特徵在於所述水管由二個或多個縱向間隔的連接裝置相互連接在一起，至少其中的一個處於所述排水區，使所述擋水壁總成構成一種桁架結構，其中所述水管用作把上述連接裝置相互連接的桁架。
6.按權利要求5所述的裝置，其特徵在於所述連接裝置中的一個處於上述下遊面。
7.按權利要求5所述的裝置，其特徵在於所述連接裝置中的一個連接於所述分水管區，而所述連接裝置中的另一個連接於所述排水區。
8.按權利要求5所述的裝置，其特徵在於所述連接裝置中的一個或多個包括橫向配置於水管並連接於其上的幾塊連接板。
9.按權利要求1所述的裝置，包括把所述機器可拆卸地固定到所述擋水壁總成、並從所述上遊面可以接近、從而可以把所述單個機器原封不動地從所述擋水板總成上拆下來、並在其上遊面重新安裝於其上。
10.按權利要求1、2或3中任一項所述的裝置，其特徵在於所述擋水壁總成包括一整體排水組件，後者包括許多相互連接的排水管，所述單獨的分水管罩固定在所述排水管組件上。
11.按權利要求10所述的裝置，其特徵在於所述擋水壁總成還包括一整體分水管組件，後者包括許多相互連接的分水管罩，所述分水管組件固定在所述排水組件上。
12.按權利要求10所述的裝置，其特徵在於所述排水管各自具有排水端，所述排水組件包括一橫向配置於排水管並與其連接的連接板，還包括把相鄰的上述排水管的排水端相互連接的裝置，被連接的排水端結合在一起構成了所述下遊面。
13.按權利要求3或4所述的裝置，其特徵在於所述分水管罩具有各自的進水端，並且包括將相鄰的分水管罩的進水端相互連接的裝置，被連接的進水端結合在一起構成所述上遊面。
14.按權利要求13所述的裝置，其特徵在於所述排水管具有各自的排水端，並且還包括把相鄰排水管的排水端相互連接的裝置，被連接的排水端結合在一起構成所述的下遊面。
15.按權利要求1、2或3中任一項所述的裝置，其特徵在於所述擋水壁總成包括許多水平延伸排，所述排各自包括許多所述水管，所述排以一排在另一排上的方式被支承。
16.按權利要求1所述的裝置，其特徵在於水管通過相對於水管縱向間隔的連接裝置相互連接，水管作為間隔連接裝置之間的桁架。
17.按權利要求1所述的裝置，其特徵在於包括安裝於所述擋水壁總成上的閥裝置，後者包括一個或多個可在關閉位置和開啟位置之間移動的整體閥件，在關閉位置上，所述整體閥件關閥二個或多個所述水管，不讓水其中流過;在開啟位置上，所述整體閥件打開所述水管，讓水從其中流過。
18.按權利要求17所述的裝置，其特徵在於所述整體閥件包括一個或多個閥門，它們被安裝成可跨過二個或二個以上的所述水管橫向滑動。
19.按權利要求17所述的裝置，其特徵在於所述總成包括一個或多個扁平的平面結構的閥門通道，它至少跨過二個所述水管橫向延伸，上述閥門被安裝成能穿過所述閥門通道滑動。
20.按權利要求19所述的裝置，其特徵在於所述水管至少在所述閥門通道平面內彼此被隔開，在該平面內靠近所述排水管形成非流動區，所述閥門具有多個在其中形成的間隔的閥門開口，該閥門開口其尺寸的形狀被做成當所述閥門裝置處於開啟位置時能和由所述水管構成的流道對齊。
21.按權利要求20所述的裝置，其特徵在於所述閥門通道跨過所述水管的分岔區橫向延伸到其中的圓周空隙，所述閥門開口是由一分岔壁構成的，它的尺寸和形狀被做成當所述閥門處於關閉位時，能關閉所述圓周空隙，並在所述空隙附近構成所述水管分岔的順暢的內表面。
22.按權利要求20所述的裝置，其特徵在於所述總成至少包括二排並聯水管和二個或二個所述閥門通道，各閥門通道和所述一組直線型排水管相連，所述總成還包括多個所述閥門，所述各閥門安裝成能穿過一個相連的閥門通道滑動。
23.按權利要求17所述的裝置，其特徵在於該閥裝置包括一個用於同時控制水流通過多根所述排水管的同時操作閥門裝置。
24.按權利要求17所述的裝置，其特徵在於該閥門裝置包括用於順序控制水流通過多根排水管的順序操作閥門。
25.按權利要求17所述的裝置，其特徵在於該閥門裝置包括跟最初多根排水管相連的同時操作閥裝置及跟另外的多根排水管相連的順序操作裝置。
26.按權利要求18所述的裝置，其特徵在於所述擋水壁總成包括一排或多於一排的水平延伸的許多所述水管，各所述閥門被安裝成一橫跨指定排水管滑動。
27.按權利要求18所述的裝置，其特徵在於所述擋水壁總成包括一縱列或多於一縱列的垂直延伸的許多所述水管，各所述閥門被安裝成橫跨指定一縱列水管滑動。
28.按權利要求1、16或17所述的裝置，其特徵在於所述水管具有各自的下遊端，它們在水流橫截面內集中成的像是鑽石型。
29.按權利要求1、16或17所述的裝置，其特徵在於所述水力機械是燈泡型渦輪發電機。
30.按權利要求1、16或17所述的裝置，其特徵在於所述水管具有各自的下遊端，它們在水流橫截面內集中成好像是矩形。
31.按權利要求30所述的裝置，其特徵在於所述水力機械的近鄰幾對轉子被安裝成相互成反向轉動，從而使水所述下遊端排出成平行流動渦流。
32.按權利要求31所述的裝置，其特徵在於還包括安裝在所述所述分水管罩內的葉片，所述葉片的尺寸和形狀被做成使從相鄰水管排出的水具有相反的渦流方向。
33.按權利要求1、16或17所述的裝置，其特徵在於還包括一個安裝於所述總成上遊端的拉圾網。
34.按權利要求33所述的裝置，其特徵在於所述水力機械由殼體包封，並藉助於它們的殼體安裝，該殼體配置於所述擋水壁總成的上遊端，所述垃圾網至少部分地安裝在所在殼體上。
35.按權利要求1，16或17所述的裝置，其特徵在於所述水管是直通管子。
36.按權利要求1、2、3、4、9、17、18、19、20、21或22中任一項所述的裝置，其特徵在於所述水力機械包括水力渦輪發電機。
37.按權利要求1、2、3、4、9、17、18、19、20、21或22中任一項所述的裝置，其特徵在於所述水力機械包括泵。
38.一種在具有支承裝置的水源現場建造水力機械裝置的方法，該裝置包括一個裝有多臺水力機械的擋水壁總成，其方法包括在遠離水源優點的某一裝配工地，通過相互連接許多水管、使它們各自的縱軸線相互平行來裝配擋水壁總成，這樣，水管的各自的相反縱軸線端相應地構成了上遊面和下遊面，這樣水管結合在一起構成了許多水流通道，從上遊面延伸到下遊面;從上述裝配地點狀所述擋水壁總成移至水源現場，將其固定去攔水設備上。把許多水力機械安裝到擋水壁總成上，每臺機器裝有可轉動的轉子，在安裝該機器時，使它們的轉子配置在相應的一個水流通道內。
39.按權利要求38所述的方法，其特徵在於所述水管各自包括一配水管和一排水管，還包括相互連接許多所述水管，構成排水管組件，此後將所述分水管罩連接到所述排水管組件上，構成擋水壁總成。
40.按權利要求38所述的方法，其特徵在於包括在所述擋水壁總成裝入所述水源現場後，將所述機器連接到所述擋水壁總成。
41.按權利要求38所述的方法，其特徵在於所述水力機械是可浸沒於水中的水力機械。
42.按權利要求38、39、40或41中任一項所述的方法，其特徵在於包括在所述擋水壁的上遊面上安裝所述水力機械。
43.按權利要求38、39、40或41中任一項所述的方法，其特徵在於所述水力機械是水力渦輪發電機。
44.按權利要求38、39、40或41中任一項所述的方法，其特徵在於所述水力機械是泵。
45.按權利要求1、16或17所述的裝置，其特徵在於所述權利要求17的水力機械是水力渦輪發電機，並包括一條把被監測的發電機組的母線裝置進行電連接的輸電線，所述輸電線包括電路斷電器，它應答被監測組的每一臺發電機的電氣狀況，根據被監測線的一臺或多臺發電機的電故障斷開輸電線。
46.按權利要求45所述的裝置，其特徵在於包括發電故障探測器，它連接被監測組的每一發電機和電路斷電器。
47.按權利要求45或46所述的裝置，其特徵在於所述裝置包括許多被監測的發電機組，它們通過許多輸電線中的相連一條和母線裝置電氣連接。
48.按權利要求45或46所述的裝置，其特徵在於還包括跟被監測發電機組相連的水閥裝置和跟水閥裝置操作上相連的水閥控制裝置，後者根據被監測組的一臺或多臺發電機的故障來關閉流過被監測發電組的水流。
49.按權利要求48所述的裝置，其特徵在於所述控制裝置應答所述發電機故障探測器裝置。
全文摘要
一包括擋水壁總成的水力機械裝置，擋水壁總成包括一組相互連接的縱軸線平行的水管，為擋水壁總成提供輕而堅實的桁架狀整體組件，並構成許多穿過其間的水流通道，許多可浸沒於水的水電機械。它們可以是發電機和/或泵，安裝於擋水壁總成上，機器的轉子被配置於由水管構成的相應的水流通道內。該裝置可包括裝於其上的垃圾網，和/或水管相連的一些閥件，以控制流過其間的水流。通過在遠離水源的工地，裝配該裝置，然後作為一個組件將它，或至少將擋水壁總成，移到水源或水道中浸沒於水中的運轉位置來將該裝置裝入水電站。
文檔編號F03B13/08GK1031880SQ8810609
公開日1989年3月22日 申請日期1988年7月21日 優先權日1987年7月21日
發明者亨利·K·奧伯邁耶 申請人:亨利·K·奧伯邁耶