水力水錘發電裝置的製作方法

2023-10-20 14:39:52 2

專利名稱：水力水錘發電裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及水能開發利用技術領域，同時涉及水錘和水力發電技術，具體講是提供一種水力水錘發電裝置。
背景技術：
隨著我國社會經濟的高速發展，燃煤發電所需煤炭能源日益短缺，電力供需矛盾日益突出已在一定程度上影響和制約了我國社會經濟的可持續發展。為了改變這種狀況，調整能源政策，大力發展水力發電，逐漸降低燃煤發電在電網中的比重，已成為我國電力工業建設發展的必然選擇。水力發電不僅在我國有著得天獨厚的水能資源優勢，而且其本身所具有的質優、潔淨環保並可再生的特性，是目前任何其它電力生產能源所無法比擬的。然而多年來，水力發電在我國電網中所佔比重一直不足20％的事實也表明，水力發電事業的建設發展情況並不理想，究其原因主要存在以下幾個方面的問題首先是水力發電技術模式的單一化，攔河築壩，修建水庫，安裝水力發電機組幾乎成為修建水力發電工程的唯一技術模式，其地形、地質條件也成了制約水力發電工程修建的基本條件，這樣，使得許多水能資源由於地形、地質條件的限制並不能進行開發利用；其次是大量土地的淹佔以及由此而造成的大量移民、文物發掘搬遷等問題，也使得工程建設變得異常複雜艱難；第三個方面的問題是水力發電工程單位千瓦投資一直比火力發電較大，建設周期也一直較火力發電長，這在某種程度上也制約了水力發電事業的快速發展。為了使水力發電事業有一個長足的發展，儘快改變我國電力供應一直偏緊的局面，開發水力發電技術的多種模式，降低水力發電工程單位千瓦投資，縮短建設周期，儘量不淹佔土地或少淹佔土地，依然是水力發電事業建設中需要重點研究和解決的問題。

發明內容
本發明的目的就是根據上述水力發電工程建設中需要重點研究和解決的幾個方面的問題，提供一種水力水錘發電技術裝置，該裝置可以在不修建水庫大壩或修建較小庫容的水庫大壩的情況下，同樣進行大容量水力發電。這樣，不僅可以避免大量土地被淹佔，避免造成大量的移民，而且還可以較大幅度地降低單位千瓦投資，縮短工程建設周期。
本發明的目的是這樣實現的在水力水錘發電裝置中，設置引水系統、排水系統、水力水錘發生系統、水錘壓能收集系統和水能電能轉換系統。在江河中，首先利用自然水頭落差修建引水系統和排水系統，在引水系統和排水系統之間設置水力水錘發生系統，水力水錘發生系統的排水管和水能電能轉換系統中的常規低水頭水輪機進水管相連接，水力水錘發生系統的水錘壓能釋放管和水力水錘壓能收集系統接受口相連接，水力水錘壓能收集系統中的水錘壓能輸送管和水能電能轉換系統中的高水頭水輪機進水管相連接，低水頭水輪機和高水頭水輪機尾水管均和排水系統相連通，水輪機主軸均和發電機主軸通過聯軸器連接在一起。為了使水輪發電機組連續平穩運行，兩套水力水錘發生系統為一組並進行並聯運行，一臺高水頭水輪發電機組和一臺低水頭水輪發電機組為一組，同樣也是並聯運行。根據電站裝機容量和每組水輪發電機組的出力，可以設置若干組水輪發電機組。
本發明的工作原理是這樣的當引水系統和排水系統之間有一定水位落差時，水流在某一組中的某一水力水錘發生系統中快速流動，快速流動的水流通過水力水錘發生系統排水管進入低水頭水輪機，低水頭水輪機旋轉帶動發電機進行發電，並通過尾水管將發電後的水流排至排水系統。在水錘發生系統中，當流速達到一定的速度後，水擊閥突然關閉，強行停止水流流動，為了保持低水頭水輪機組連續平穩運行發電，該組中的另外一套水力水錘發生系統，開始向低水頭水輪機輸送水流，這樣一組中的兩套水力水錘發生系統交替地向低水頭水輪機不斷輸送水流。由於高速水流突然在水力水錘發生系統中停止流動，這樣，根據水力學原理，在水力水錘發生系統中就會產生強大的水錘壓力，該水錘壓力實際上是一種由水的動能而轉化的強大壓能，這種壓能和水庫大壩所產生的水力發電壓能的實質是一樣的，該壓能通過水錘壓能釋放管輸送給水錘壓能收集系統，水錘壓能收集系統一邊不斷交替的收集並聯運行的每個水力水錘發生系統中的水錘壓能，一邊又將收集到的壓能通過水錘壓能輸送管輸送給高水頭水輪機，高水頭水輪機在水流及壓能的作用下高速旋轉，從而帶動發電機旋轉發出電能，以實現水能向電能的轉換。水輪發電機組將水能轉換成電能後，將水流通過水輪機尾水管排入排水系統。
該發明具有一定的新穎性，具體體現在在申請日以前沒有同樣的發明或者實用新型，在國內外出版物上公開發表過，在國內外公開使用過或者以其它方式為公眾所知，也沒有同樣的發明或實用新型由他人向專利局提出過申請並且記載在申請日以後公布的專利申請文件中。
該發明也具有一定的創造性，具體體現在在申請日以前，國內外水力發電技術均是以攔河築壩，修建水庫，安裝水力發電機組為修建水力發電工程的基本技術模式，在這種基本建設模式下，大量土地被淹佔以及由此而造成的大量移民、文物發掘搬遷等問題，這些複雜的問題成為必需面對而又必需解決的問題，同時也使得水力發電工程單位千瓦的投資居高不下。本發明在不修水庫大壩或修建小型水庫大壩的情況下，進行大容量水力發電，這樣，不僅可以避免大量土地的淹佔，避免造成大量的移民，而且還可以較大幅度的降低單位千瓦的投資，縮短工程建設周期，和目前國內外同類技術相比，具有突出的實質性特點和顯著的進步。
該發明也具有一定的實用性，具體體現在該發明能夠製造或者使用，並且能夠產生以下積極有益的效果(1)本發明利用水力水錘所產生的壓能進行發電，該發明所產生的水錘壓能一般是引水系統和排水系統水位落差的15～20倍，這就意味著將該發明裝置中的自然水頭放大了15～20倍，如果自然水頭是10m，用於發電的水錘壓能可以達到150～200m，其發電出力和修建至少150～200m高的水庫大壩時的常規水電站發電出力是相等的，由此可見，該發明和目前常規的水力發電技術相比，其巨大的優勢是顯而易見的。
(2)本發明在不修建水庫大壩或修建較小規模的水庫大壩的情況下，實現和常規水力發電站一樣的出力發電，這樣不僅可以避免淹佔大量的土地，避免進行大規模移民，而且還可以大幅度地提高水能的開發利用率。
(3)本發明在不修建水庫大壩或修建較小規模的水庫大壩的同時，也不用增設另外的水工建築物，這樣可以大幅度地降低水力發電工程的單位千瓦投資，縮短工期。
(4)利用本發明可以修建大中小各種類型的水力發電工程，尤其適用於修建中小型水力發電工程。在我國南方廣大地區，可以利用當地水能資源，投入較小數額的資金，即可獲得質優價廉的電能。


圖1是該發明的一實施例的立面剖視圖。
圖2是該發明一實施例的俯視圖。
圖中，1.引水系統 2.排水系統 3.水力水錘進水管 4.電動閘閥 5.水擊閥 6.水錘壓能釋放管 7.水錘發生系統的排水管8.水錘壓能收集進水閥 9.穩壓罐 10.水錘壓能輸送官 11.水錘壓能輸送並聯管 12.高水頭水輪機進水管 13.高水頭水輪機 14.高水頭水輪發電機 15.低水頭水輪機進水管 16.低水頭水輪機 17.低水頭水輪發電機18.水輪機尾水管 19.鋼筋混凝土。
具體實施例方式
在圖1、圖2中，設置有引排水系統、水力水錘發生系統、水錘壓能收集系統、水能電能轉換系統。
引水系統(1)可以是引渠，也可以是進水池，是由鋼筋混凝土修建而成，其作用就是將江河水引過來，並形成較好的流態。排水系統(2)一般是排水渠，是由鋼筋混凝土或漿砌石修建而成，其作用就是將從水輪機尾水管排出的水流排入江河，引水系統(1)一般修建在江河上遊，排水系統(2)一般修建在江河的下遊，二者形成一定自然落差。
水力水錘發生系統主要有水力水錘進水管(3)、電動閘閥(4)、水擊閥(5)、水錘壓能釋放管(6)和水錘發生系統的排水管(7)所組成，該系統的作用就是一方面不斷產生水力水錘，不斷地將水錘壓能輸送到水力水錘壓能收集系統，另一方面不斷地將用於產生水力水錘的水流輸送給水能電能轉換系統中的低水頭水輪機。水力水錘進水管(3)是由較厚鋼板焊接而成，其進水口和引水系統(1)相連通，水力水錘進水管(3)末端設有一向上的出水口，該出水口和水錘壓能釋放管(6)焊接連接，水力水錘進水管(3)的出水口和水錘發生系統的排水管(7)焊接連接，水力水錘進水管(3)用鋼筋混凝土(19)安裝固定。電動閘閥(4)是標準件，安裝在水力水錘進水管(3)的首端，其作用就是控制水力水錘進水管(3)的水流。水擊閥(5)是標準件，安裝在水力水錘進水管(3)的出口端末，該閥在高速水流衝擊力作用下可以快速自動關閉，在沒有水流衝擊力或沒有較大衝擊力的作用下可以快速自動打開。水錘壓能釋放管(6)是由鋼板焊接而成，它的一端和水力水錘進水管(3)焊接連接在一起，另一端和水錘壓能收集系統接收口連接在一起。水錘壓能釋放管(6)的作用就是將水錘壓能輸送給水錘壓能收集系統。水錘發生系統的排水管(7)是由鋼板焊接而成，它的兩埠分別和兩個水力水錘進水管(3)的出水口相連接，在水錘發生系統的排水管(7)的中間部位有一出水口，該出水口和低水頭水輪機進水管(15)相連接，該排水管的作用就是匯集兩個水力水錘進水管(3)的出水水流，將匯集後的水流輸送到低水頭水輪機進水管(15)。
水錘發生系統的工作原理是這樣的在開機運行時，當按一定的時間間隔順序依次打開安裝在兩個水力水錘進水管(3)上的電動閘閥(4)後(假設兩個水力水錘進水管(3)一個為A另一個為B)，假設先打開A水力水錘進水管(3)上的電動閘閥，引水系統(1)中的水流進入A水力水錘進水管(3)，水流在不斷通過排水管(7)流進低水頭水輪機進水管(15)的同時，水流流速也在不斷增加，當流速增加到一定數值後，水擊閥(5)在高速水流衝擊力的作用下快速關閉，這時打開B水力水錘進水管(3)上的電動閥門(4)，水流在該進水管裡同樣重複上述過程。根據水力學有關理論，首先快速關閉水擊閥(5)的A水力水錘進水管(3)裡首先產生強大的水錘壓力，在該水錘壓力作用下，A水力水錘進水管(3)裡的高壓水流通過水錘壓能釋放管(6)進入水錘壓能收集系統中，此時，由於水錘壓能的快速釋放，A水力水錘進入管(3)中壓力迅速降低，水擊閥(5)快速打開，引水系統(1)中的水又開始流入A水力水錘進水管(3)，A水力水錘進水管(3)又開始重複以上工作過程。與此同時，B水力水錘進水管(3)裡正在發生水錘並進行水錘壓能的快速釋放，同樣重複著和A水力水錘進水管(3)裡工作過程一樣的過程。這樣引水系統(1)的水流不斷交替的流入兩個水力水錘進水管(3)，兩個水力水錘進水管(3)不斷交替地將水流輸送到低水頭水輪機進水管(15)，在兩個水力水錘進水管(3)裡不斷交替地發生著水錘，水錘壓能不斷交替地輸送給水錘壓能收集系統。當需要停機檢修時，關閉安裝在兩個水力水錘進水管(3)上的電動閘閥(4)即可。
水錘壓能收集系統主要有水錘壓能收集進水閥(8)、穩壓罐(9)、水錘壓能輸送管(10)和水錘壓能輸送並聯管(11)部件所組成，其作用就是收集水力水錘發生系統中的水錘壓能，並輸送給高水頭水輪機。水錘壓能收集進水閥(8)為標準部件，安裝在穩壓罐(9)進水口處，它的作用是當水錘壓能釋放管(6)裡壓力較大時自動打開，高壓水流進入穩壓罐，當水錘壓能釋放管(6)裡的壓力較低或穩壓罐(9)裡壓力較大時，進水閥(8)自動關閉，這樣可以使高壓水流只能不斷進入穩壓罐(9)，穩壓罐(9)裡的水流不能由此流出。穩壓罐(9)是由鋼板焊接而成，是一個密閉容器，該容器裡裝有一定量的空氣，穩壓罐(9)進水口和水錘壓能釋放管(6)相連接，出水口和水錘壓能輸送管(10)相連接，穩壓罐(9)的作用就是對從每個水力水錘發生系統收集到的不穩定的壓能進行穩壓，使高水頭水輪機能夠獲得連續的、壓力基本不變的水能。水錘壓能輸送管(10)是由鋼板焊接而成，其作用就是將穩壓罐(9)裡的水錘壓能平穩地輸送到水錘壓能輸送並聯管(11)進行匯集。水錘壓能輸送並聯管(11)是由鋼板焊接而成，它的兩端分別和兩個水錘壓能收集系統中的水錘壓能輸送管(10)相連接，實際上是將兩個水錘壓能收集系統進行了並聯，並聯後的出水口和高水頭水輪機進水管(12)相連接。
水錘壓能收集系統的工作原理是這樣的當兩個水力水錘發生系統不斷交替的將水錘高壓水流輸送給兩個穩壓罐(9)後，高壓水流在穩壓罐(9)裡首先對其內空氣進行壓縮，壓縮空氣將部分壓能吸收，隨後壓縮空氣膨脹，對高壓水流產生反作用力，在該作用力的作用下，水錘壓能收集進水閥(8)迅速關閉，高壓水流從兩個穩壓罐(9)裡不斷交替地通過水錘壓能輸送管(10)向水錘壓能輸送並聯管(11)匯集，在此匯集後，一個連續的穩定的高壓水流進入高水頭水輪機進水管(12)。
水能電能轉換系統主要有高水頭水輪機進水管(12)、高水頭水輪機(13)、高水頭水輪發電機(14)、低水頭水輪機進水管(15)、低水頭水輪機(16)、低水頭水輪發電機(17)和水輪機尾水管(18)部件所組成，其作用就是將水能轉換成電能。高水頭水輪機進水管(12)是由鋼板焊接而成，其作用就是將高壓水流輸送給高水頭水輪機。高水頭水輪機(13)為標準部件，通過鋼筋混凝土(19)安裝固定，其作用就是將具有水能的高壓水流轉換成機械能。高水頭水輪發電機(14)為標準部件，主軸和高水頭水輪機主軸通過連軸器連接在一起，其作用就是將水輪機輸送的機械能轉換成電能。低水頭水輪機進水管(15)是由鋼板焊接而成，其作用就是將水力水錘進水管(3)自然流出的水流輸送給低水頭水輪機(16)。低水頭水輪機(16)是標準部件，通過鋼筋混凝土(19)安裝固定，其作用就是將水能轉換成機械能。低水頭水輪發電機(17)為標準件，其主軸通過連軸器和低水頭水輪機(16)主軸連接在一起，其作用就是將低水頭水輪機(16)輸送的機械能轉化成電能。水輪機尾水管(18)是由鋼筋混凝土澆注而成，其作用就是在排放用於水輪機組發電後的水流的同時，回收水流動能。鋼筋混凝土(19)用來安裝和固定水輪機及水力水錘進水管。
水能電能轉換系統工作原理是這樣當兩個水力水錘進水管(3)不斷交替地水流輸送給低水頭水輪機(16)時，低水頭水輪機(16)帶動低水頭水輪發電機(17)旋轉發電。當兩個水錘壓能收集系統不斷交替地將高壓水流輸送給高水頭水輪機(13)時，高水頭水輪機(13)帶動高水頭水輪發電機(14)旋轉發電。
在上述圖示中，雖然列舉了本發明較佳實施例進行了說明，但眾所周知，不應由該實施例反而限制了本發明的權力保護範圍，亦即，任何熟悉該發明創新點的工程技術科學研究人員，若應用本發明主要之特徵，進行若干細節的變動，皆仍應屬於本發明的專利保護範圍。
權利要求
1.一種水力水錘發電裝置，其特徵在於在該裝置中，設置有引排水系統、水力水錘發生系統、水錘壓能收集系統和水能電能轉換系統。
2.根據權利要求1所述的水力水錘發電裝置，其特徵在於引排水系統修建在江河中，並形成一定的自然水頭落差。
3.根據權利要求1所述的水力水錘發電裝置，其特徵在於水力水錘發生系統是由水力水錘進水管、電動閘閥，水擊閥、水錘壓能釋放管和水錘發生系統的排水管所組成，水力水錘進水管進水口和引水系統相連通，出水口和水錘發生系統的排水管相連通，水力水錘進水管水錘壓能釋放口和水錘壓能釋放管相連接，電動閘閥裝設在水力水錘進水管的首端，水擊閥裝設在水力水錘進水管的末端，水錘發生系統的排水管分別和兩個水力水錘進水管的出水口相連接。
4.根據權利要求1所述的水力水錘發電裝置，其特徵在於水錘壓能收集系統是由水錘壓能收集進水閥、穩壓罐、水錘壓能輸送管和水錘壓能輸送並聯管所組成，水錘壓能收集進水閥安裝在穩壓罐進水口處，水錘壓能輸送管和穩壓罐出水口相連接，水錘壓能輸送並聯管和兩個水錘壓能輸送管相連通，穩壓罐是一個密封容器，其內裝有一定量的空氣。
5.根據權利要求1所述的水力水錘發電裝置，其特徵在於水能電能轉換系統是由高水頭水輪機進水管、高水頭水輪機、高水頭水輪發電機、低水頭水輪機進水管、低水頭水輪機、低水頭水輪發電機和水輪機尾水管所組成。高水頭水輪機進水管和水錘壓能收集系統中的水錘壓能輸送並聯管相連通，低水頭水輪機進水管和水力水錘發生系統的排水管相連通，水輪機尾水管和排水系統相連通。
全文摘要
本發明提供了一種水力水錘發電技術裝置，該裝置可以在不修建水庫大壩或修建較小庫容的水庫大壩的情況下，同樣進行大容量水力發電。這樣，不僅可以避免大量土地被淹佔，避免造成大量的移民，而且還可以較大幅度地降低單位千瓦投資，縮短工程建設周期。
文檔編號F03B17/06GK1757911SQ20051011988
公開日2006年4月12日 申請日期2005年11月10日 優先權日2005年11月10日
發明者路金喜, 杜桂榮, 劉宏權, 楊鐵柱, 路新利, 關柯, 張文麗, 董淑惠 申請人:河北農業大學