CN1293300C - 水力水锤发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水力水锤发电技术装置，该装置可以在不修建水库大坝或修建较小库容的水库大坝的情况下，同样进行大容量水力发电。这样，不仅可以避免大量土地被淹占，避免造成大量的移民，而且还可以较大幅度地阵低单位千瓦投资，缩短工程建设周期。

Description

水力水锤发电装置

                        技术领域

本发明涉及水能开发利用技术领域，同时涉及水锤和水力发电技术，具体讲是提供一种水力水锤发电装置。

                        背景技术

随着我国社会经济的高速发展，燃煤发电所需煤炭能源日益短缺，电力供需矛盾日益突出已在一定程度上影响和制约了我国社会经济的可持续发展。为了改变这种状况，调整能源政策，大力发展水力发电，逐渐降低燃煤发电在电网中的比重，已成为我国电力工业建设发展的必然选择。水力发电不仅在我国有着得天独厚的水能资源优势，而且其本身所具有的质优、洁净环保并可再生的特性，是目前任何其它电力生产能源所无法比拟的。然而多年来，水力发电在我国电网中所占比重一直不足20％的事实也表明，水力发电事业的建设发展情况并不理想，究其原因主要存在以下几个方面的问题：首先是水力发电技术模式的单一化，拦河筑坝，修建水库，安装水力发电机组几乎成为修建水力发电工程的唯一技术模式，其地形、地质条件也成了制约水力发电工程修建的基本条件，这样，使得许多水能资源由于地形、地质条件的限制并不能进行开发利用；其次是大量土地的淹占以及由此而造成的大量移民、文物发掘搬迁等问题，也使得工程建设变得异常复杂艰难；第三个方面的问题是水力发电工程单位千瓦投资一直比火力发电较大，建设周期也一直较火力发电长，这在某种程度上也制约了水力发电事业的快速发展。为了使水力发电事业有一个长足的发展，尽快改变我国电力供应一直偏紧的局面，开发水力发电技术的多种模式，降低水力发电工程单位千瓦投资，缩短建设周期，尽量不淹占土地或少淹占土地，依然是水力发电事业建设中需要重点研究和解决的问题。

                        发明内容

本发明的目的就是根据上述水力发电工程建设中需要重点研究和解决的几个方面的问题，提供一种水力水锤发电技术装置，该装置可以在不修建水库大坝或修建较小库容的水库大坝的情况下，同样进行大容量水力发电。这样，不仅可以避免大量土地被淹占，避免造成大量的移民，而且还可以较大幅度地降低单位千瓦投资，缩短工程建设周期。

本发明目的是这样实现的：一种水力水锤发电装置，其特征在于在该装置中设置有：由水力水锤进水管3、电动闸阀4、水击阀5、水锤压能释放管6和水锤发生***的排水管7所组成的水力水锤发生***，其中，在每一根水力水锤进水管3的首端装设一个电动闸阀4，在每一根水力水锤进水管3的末端装设一个水击阀5，两根水力水锤进水管3的进水口和引水***相连通，两根水力水锤进水管3的出水口和一根水锤发生***的排水管7相连通，每一根水力水锤进水管3的水锤压能释放口和一根水锤压能释放管6相连接；由水锤压能收集进水阀8、稳压罐9、水锤压能输送管10和水锤压能输送联络管11所组成的水锤压能收集***，其中，在每个稳压罐9的进水口处安装一个水锤压能收集进水阀8，每一根水能压能输送管10和一个稳压罐9相连接，一根水锤压能输送联络管11将两根水锤压能输送管10进行并联连络后，再和高水头水轮机进水管12相连接，稳压罐9是一个密封容器，其内装有一定量的空气，稳压罐9和过流管道串接在一起；由高水头水轮机进水管12、高水头水轮机13、高水头水轮发电机14、低水头水轮机进水管15、低水头水轮机16、低水头水轮发电机17和水轮机尾水管18所组成的的水能电能转换***，高水头水轮机进水管12和水锤压能联络管11的出水口相连通，低水头水轮机进水管15和水力水锤发生***的排水管7相连通，水轮机尾水管18和排水***相连通；水力水锤发生***通过水锤压能释放管6经水锤压能收集进水阀8与稳压罐9连通，水力水锤发生***通过排水管7与低水头水轮机进水管15相连，水锤压能收集***通过水锤压能联络管11的出水口与高水头水轮机进水管12相连接。

水轮机主轴均和发电机主轴通过联轴器连接在一起。为了使水轮发电机组连续平稳运行，两套水力水锤发生***为一组并进行并联运行，一台高水头水轮发电机组和一台低水头水轮发电机组为一组，同样也是并联运行。根据电站装机容量和每组水轮发电机组的出力，可以设置若干组水轮发电机组。

本发明的工作原理是这样的：当引水***和排水***之间有一定水位落差时，水流在某一组中的某一水力水锤发生***中快速流动，快速流动的水流通过水力水锤发生***排水管进入低水头水轮机，低水头水轮机旋转带动发电机进行发电，并通过尾水管将发电后的水流排至排水***。在水锤发生***中，当流速达到一定的速度后，水击阀突然关闭，强行停止水流流动，为了保持低水头水轮机组连续平稳运行发电，该组中的另外一套水力水锤发生***，开始向低水头水轮机输送水流，这样一组中的两套水力水锤发生***交替地向低水头水轮机不断输送水流。由于高速水流突然在水力水锤发生***中停止流动，这样，根据水力学原理，在水力水锤发生***中就会产生强大的水锤压力，该水锤压力实际上是一种由水的动能而转化的强大压能，这种压能和水库大坝所产生的水力发电压能的实质是一样的，该压能通过水锤压能释放管输送给水锤压能收集***，水锤压能收集***一边不断交替的收集并联运行的每个水力水锤发生***中的水锤压能，一边又将收集到的压能通过水锤压能输送管输送给高水头水轮机，高水头水轮机在水流及压能的作用下高速旋转，从而带动发电机旋转发出电能，以实现水能向电能的转换。水轮发电机组将水能转换成电能后，将水流通过水轮机尾水管排入排水***。

该发明具有一定的新颖性，具体体现在在申请日以前没有同样的发明或者实用新型，在国内外出版物上公开发表过，在国内外公开使用过或者以其它方式为公众所知，也没有同样的发明或实用新型由他人向专利局提出过申请并且记载在申请日以后公布的专利申请文件中。

该发明也具有一定的创造性，具体体现在在申请日以前，国内外水力发电技术均是以拦河筑坝，修建水库，安装水力发电机组为修建水力发电工程的基本技术模式，在这种基本建设模式下，大量土地被淹占以及由此而造成的大量移民、文物发掘搬迁等问题，这些复杂的问题成为必需面对而又必需解决的问题，同时也使得水力发电工程单位千瓦的投资居高不下。本发明在不修水库大坝或修建小型水库大坝的情况下，进行大容量水力发电，这样，不仅可以避免大量土地的淹占，避免造成大量的移民，而且还可以较大幅度的降低单位千瓦的投资，缩短工程建设周期，和目前国内外同类技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步。

该发明也具有一定的实用性，具体体现在该发明能够制造或者使用，并且能够产生以下积极有益的效果：

(1)本发明利用水力水锤所产生的压能进行发电，该发明所产生的水锤压能一般是引水***和排水***水位落差的15～20倍，这就意味着将该发明装置中的自然水头放大了15～20倍，如果自然水头是10m，用于发电的水锤压能可以达到150～200m，其发电出力和修建至少150～200m高的水库大坝时的常规水电站发电出力是相等的，由此可见，该发明和目前常规的水力发电技术相比，其巨大的优势是显而易见的。

(2)本发明在不修建水库大坝或修建较小规模的水库大坝的情况下，实现和常规水力发电站一样的出力发电，这样不仅可以避免淹占大量的土地，避免进行大规模移民，而且还可以大幅度地提高水能的开发利用率。

(3)本发明在不修建水库大坝或修建较小规模的水库大坝的同时，也不用增设另外的水工建筑物，这样可以大幅度地降低水力发电工程的单位千瓦投资，缩短工期。

(4)利用本发明可以修建大中小各种类型的水力发电工程，尤其适用于修建中小型水力发电工程。在我国南方广大地区，可以利用当地水能资源，投入较小数额的资金，即可获得质优价廉的电能。

                        附图说明

图1是该发明的一实施例的立面剖视图。

图2是该发明一实施例的俯视图。

图中，1.引水***  2.排水***  3.水力水锤进水管  4.电动闸阀  5.水击阀  6.水锤压能释放管  7.水锤发生***的排水管8.水锤压能收集进水阀  9.稳压罐  10.水锤压能输送官  11.水锤压能输送联络管  12.高水头水轮机进水管  13.高水头水轮机  14.高水头水轮发电机  15.低水头水轮机进水管  16.低水头水轮机  17.低水头水轮发电机18.水轮机尾水管  19.钢筋混凝土。

                        具体实施方式

在图1、图2中，设置有引排水***、水力水锤发生***、水锤压能收集***、水能电能转换***。

引水***1可以是引渠，也可以是进水池，是由钢筋混凝土修建而成，其作用就是将江河水引过来，并形成较好的流态。排水***2一般是排水渠，是由钢筋混凝土或浆砌石修建而成，其作用就是将从水轮机尾水管排出的水流排入江河，引水***1一般修建在江河上游，排水***2一般修建在江河的下游，二者形成一定自然落差。

水力水锤发生***主要有水力水锤进水管3、电动闸阀4、水击阀5、水锤压能释放管6和水锤发生***的排水管7所组成，该***的作用就是一方面不断产生水力水锤，不断地将水锤压能输送到水力水锤压能收集***，另一方面不断地将用于产生水力水锤的水流输送给水能电能转换***中的低水头水轮机。水力水锤进水管3是由较厚钢板焊接而成，其进水口和引水***1相连通，水力水锤进水管3末端设有一向上的出水口，该出水口和水锤压能释放管6焊接连接，水力水锤进水管3的出水口和水锤发生***的排水管7焊接连接，水力水锤进水管3用钢筋混凝土19安装固定。电动闸阀4是标准件，安装在水力水锤进水管3的首端，其作用就是控制水力水锤进水管3的水流。水击阀5是标准件，安装在水力水锤进水管3的出口端末，该阀在高速水流冲击力作用下可以快速自动关闭，在没有水流冲击力或没有较大冲击力的作用下可以快速自动打开。水锤压能释放管6是由钢板焊接而成，它的一端和水力水锤进水管3焊接连接在一起，另一端和水锤压能收集***接收口连接在一起。水锤压能释放管6的作用就是将水锤压能输送给水锤压能收集***。水锤发生***的排水管7是由钢板焊接而成，它的两端口分别和两个水力水锤进水管3的出水口相连接，在水锤发生***的排水管7的中间部位有一出水口，该出水口和低水头水轮机进水管15相连接，该排水管的作用就是汇集两个水力水锤进水管3的出水水流，将汇集后的水流输送到低水头水轮机进水管15。

水锤发生***的工作原理是这样的：在开机运行时，当按一定的时间间隔顺序依次打开安装在两个水力水锤进水管3上的电动闸阀4后(假设两个水力水锤进水管3一个为A另一个为B)，假设先打开A水力水锤进水管3上的电动闸阀，引水***1中的水流进入A水力水锤进水管3，水流在不断通过排水管7流进低水头水轮机进水管15的同时，水流流速也在不断增加，当流速增加到一定数值后，水击阀5在高速水流冲击力的作用下快速关闭，这时打开B水力水锤进水管3上的电动阀门4，水流在该进水管里同样重复上述过程。根据水力学有关理论，首先快速关闭水击阀5的A水力水锤进水管3里首先产生强大的水锤压力，在该水锤压力作用下，A水力水锤进水管3里的高压水流通过水锤压能释放管6进入水锤压能收集***中，此时，由于水锤压能的快速释放，A水力水锤进入管3中压力迅速降低，水击阀5快速打开，引水***1中的水又开始流入A水力水锤进水管3，A水力水锤进水管3又开始重复以上工作过程。与此同时，B水力水锤进水管3里正在发生水锤并进行水锤压能的快速释放，同样重复着和A水力水锤进水管3里工作过程一样的过程。这样引水***1的水流不断交替的流入两个水力水锤进水管3，两个水力水锤进水管3不断交替地将水流输送到低水头水轮机进水管15，在两个水力水锤进水管3里不断交替地发生着水锤，水锤压能不断交替地输送给水锤压能收集***。当需要停机检修时，关闭安装在两个水力水锤进水管3上的电动闸阀4即可。

水锤压能收集***主要有水锤压能收集进水阀8、稳压罐9、水锤压能输送管10和水锤压能输送联络管11部件所组成，其作用就是收集水力水锤发生***中的水锤压能，并输送给高水头水轮机。水锤压能收集进水阀8为标准部件，安装在稳压罐9进水口处，它的作用是当水锤压能释放管6里压力较大时自动打开，高压水流进入稳压罐，当水锤压能释放管6里的压力较低或稳压罐9里压力较大时，进水阀8自动关闭，这样可以使高压水流只能不断进入稳压罐9，稳压罐9里的水流不能由此流出。稳压罐9是由钢板焊接而成，是一个密闭容器，该容器里装有一定量的空气，稳压罐9进水口和水锤压能释放管6相连接，出水口和水锤压能输送管10相连接，稳压罐9的作用就是对从每个水力水锤发生***收集到的不稳定的压能进行稳压，使高水头水轮机能够获得连续的、压力基本不变的水能。水锤压能输送管10是由钢板焊接而成，其作用就是将稳压罐9里的水锤压能平稳地输送到水锤压能输送联络管11进行汇集。水锤压能输送联络管11是由钢板焊接而成的三通管，它的两进水端口分别和两个水锤压能收集***中的水锤压能输送管10相连接，实际上是将两个水锤压能收集***进行了并联，并联后的出水口和高水头水轮机进水管12相连接。

水锤压能收集***的工作原理是这样的：当两个水力水锤发生***不断交替的将水锤高压水流输送给两个稳压罐9后，高压水流在稳压罐9里首先对其内空气进行压缩，压缩空气将部分压能吸收，随后压缩空气膨胀，对高压水流产生反作用力，在该作用力的作用下，水锤压能收集进水阀8迅速关闭，高压水流从两个稳压罐9里不断交替地通过水锤压能输送管10向水锤压能输送联络管11汇集，在此汇集后，一个连续的稳定的高压水流进入高水头水轮机进水管12。

水能电能转换***主要有高水头水轮机进水管12、高水头水轮机13、高水头水轮发电机14、低水头水轮机进水管15、低水头水轮机16、低水头水轮发电机(17)和水轮机尾水管18部件所组成，其作用就是将水能转换成电能。高水头水轮机进水管12是由钢板焊接而成，其作用就是将高压水流输送给高水头水轮机。高水头水轮机13为标准部件，通过钢筋混凝土19安装固定，其作用就是将具有水能的高压水流转换成机械能。高水头水轮发电机14为标准部件，主轴和高水头水轮机主轴通过连轴器连接在一起，其作用就是将水轮机输送的机械能转换成电能。低水头水轮机进水管15是由钢板焊接而成，其作用就是将水力水锤进水管3自然流出的水流输送给低水头水轮机16。低水头水轮机16是标准部件，通过钢筋混凝土19安装固定，其作用就是将水能转换成机械能。低水头水轮发电机17为标准件，其主轴通过连轴器和低水头水轮机16主轴连接在一起，其作用就是将低水头水轮机16输送的机械能转化成电能。水轮机尾水管18是由钢筋混凝土浇注而成，其作用就是在排放用于水轮机组发电后的水流的同时，回收水流动能。钢筋混凝土19用来安装和固定水轮机及水力水锤进水管。

水能电能转换***工作原理是这样：当两个水力水锤进水管3不断交替地水流输送给低水头水轮机16时，低水头水轮机16带动低水头水轮发电机17旋转发电。当两个水锤压能收集***不断交替地将高压水流输送给高水头水轮机13时，高水头水轮机13带动高水头水轮发电机14旋转发电。

在上述图示中，虽然列举了本发明较佳实施例进行了说明，但众所周知，不应由该实施例反而限制了本发明的权力保护范围，亦即，任何熟悉该发明创新点的工程技术科学研究人员，若应用本发明主要之特征，进行若干细节的变动，皆仍应属于本发明的专利保护范围。

Claims (1)

1、一种水力水锤发电装置，其特征在于在该装置中，设置有：由水力水锤进水管(3)、电动闸阀(4)、水击阀(5)、水锤压能释放管(6)和水锤发生***的排水管(7)所组成的水力水锤发生***，其中，在每一根水力水锤进水管(3)的首端均装设一个电动闸阀(4)，在每一根水力水锤进水管(3)的末端均装设一个水击阀(5)，两根水力水锤进水管(3)的进水口和引水***相连通，两根水力水锤进水管(3)的出水口和一根水锤发生***的排水管(7)相连通，每一根水力水锤进水管(3)的水锤压能释放口和一根水锤压能释放管(6)相连接；由水锤压能收集进水阀(8)、稳压罐(9)、水锤压能输送管(10)和水锤压能输送联络管(11)所组成的水锤压能收集***，其中，在每个稳压罐(9)的进水口处安装一个水锤压能收集进水阀(8)，每一根水能压能输送管(10)和一个稳压罐(9)相连接，一根水锤压能输送联络管(11)将两根水锤压能输送管(10)进行并联连络后，再和高水头水轮机进水管(12)相连接，稳压罐(9)是一个密封容器，其内装有一定量的空气，稳压罐(9)和过流管道串接在一起；水力水锤发生***通过水锤压能释放管(6)经水锤压能收集进水阀(8)与稳压罐(9)连通；由高水头水轮机进水管(12)、高水头水轮机(13)、高水头水轮发电机(14)、低水头水轮机进水管(15)、低水头水轮机(16)、低水头水轮发电机(17)和水轮机尾水管(18)所组成的水能电能转换***，高水头水轮机进水管(12)和水锤压能联络管(11)的出水口相连通，低水头水轮机进水管(15)和水力水锤发生***的排水管(7)相连通，水轮机尾水管(18)和排水***相连通。

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