專利名稱：一種集成水力發(fā)電站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水力發(fā)電設(shè)施。
背景技術(shù)：
常規(guī)水力發(fā)電站，一般都是靠攔截地面徑流，筑壩壅水，抬高水頭，在壩的有利位置，并列安裝數(shù)臺機(jī)組，靠放水沖擊水輪機(jī)組作功發(fā)電。此種發(fā)電方式為單機(jī)棄水發(fā)電。上述常規(guī)水力發(fā)電具有清潔無污染、開停機(jī)靈活、運(yùn)行成本低和管理簡單等優(yōu)點(diǎn)。除具有上述優(yōu)點(diǎn)外，常規(guī)水力發(fā)電方式存在著如下缺點(diǎn)發(fā)電受到水頭落差的制約，當(dāng)水頭落差不能滿足發(fā)電要求時，機(jī)組就不能發(fā)電。受上述條件限制，發(fā)電站一般建在較偏遠(yuǎn)的山區(qū)，并且地域分布不均，分散和規(guī)模小。傳統(tǒng)的發(fā)電方式還存在著水源浪費(fèi)大和一般不能擔(dān)負(fù)基荷的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所述一種集成水力發(fā)電站，可以解決在庫容量較小的同一液面條件下，利用一連串集成的水輪發(fā)電機(jī)組，與按快循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計的壓力管道相結(jié)合，完成當(dāng)壓抽蓄發(fā)電的問題。
本發(fā)明所述一種集成水力發(fā)電站，它由壓力管道和發(fā)動機(jī)組共同組成；其特征在于在同一液面下，設(shè)置有進(jìn)、出水液柱，在進(jìn)、出水液柱之間并接有n條壓力管道，每個壓力管道以高度漸低的走向或水平走向，依序串連有水頭不等或相等的m個立式水輪發(fā)電機(jī)組或貫流式水輪發(fā)電機(jī)組。在n條壓力管道橫向同高度或同位置排列的N個水輪發(fā)電機(jī)組構(gòu)成一個發(fā)電分站；所述發(fā)電分站的首站通過壓力管道直接與進(jìn)水液柱相連通，發(fā)電分站的末站是通過水泵站與出水液柱相連通；在所述相鄰的兩個水輪發(fā)電機(jī)組之間的壓力管道上，呈縱向垂直方向連接有內(nèi)徑比壓力管道內(nèi)徑大的亦壓管道，所述每個亦壓管道另一端均與進(jìn)水液柱或出水液柱中的一個直接連通，也可部分與進(jìn)水液柱，部分與出水液柱分別連通；所述亦壓管與壓力管道之間通過一個內(nèi)徑大于亦壓管內(nèi)徑的球形或球臺形的三通接口裝置實現(xiàn)相互連通；在球形或球臺形接口之上的亦壓管道內(nèi)，可固定有一個或一個以上，且間隔排列的頸口，對應(yīng)于每個頸口的是腰部穿過頸口，呈I字形的浮子，所述浮子內(nèi)腔下部盛有水，以保證其垂直浮于水中，并可在頸口限制下上下浮動；位于發(fā)電機(jī)組處的壓力管道，均由作功管道及控制閘閥和旁通管道及控制閘閥并聯(lián)構(gòu)成；所述壓力管道的進(jìn)、出口閘閥控制的作功管道為高速流段，該段距離應(yīng)盡可能的短，所述壓力管道的球形或球臺形三通接口為喇叭口慢速流漸變段。
如上所述的一種集成水力發(fā)電站，其特征在于所述水泵站的裝機(jī)總?cè)萘繎?yīng)大于或等于三倍的發(fā)電分站末站裝機(jī)容量。
如上所述的一種集成水力發(fā)電站，其特征在于在壓力管道上，由水力發(fā)電站的首站至末站，依次排列的亦壓室浮子中的空容量與水容量的比值，應(yīng)相等或漸增。
本發(fā)明與傳統(tǒng)的水力發(fā)電裝置相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)在水頭同液面情況下，能以高水頭，快循環(huán)的方式完成多機(jī)組大容量的水力發(fā)電，本裝置具有擔(dān)負(fù)基荷，兼腰荷、峰荷、旋轉(zhuǎn)備用等功能，它變單機(jī)棄水發(fā)電為群機(jī)串連集成發(fā)電、充分地利用了有效的水資源。


圖1是本發(fā)明所述一種集成水力發(fā)電站的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述一種集成水力發(fā)電站的一種實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明所述一種集成水力發(fā)電站的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3的沿A-A方向的剖視圖；圖5是本發(fā)明所述一種集成水力發(fā)電站的另一實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明所述一種集成水力發(fā)電站及其亦壓管道實施例示意圖；圖7是本發(fā)明所述一種集成水力發(fā)電站的進(jìn)水液柱及首個分站及亦壓室的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明所述一種集成水力發(fā)電站的壓力管道、發(fā)電機(jī)組和中部亦壓室的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明所述一種集成水力發(fā)電站的出水液柱、水泵站及末個亦壓管的結(jié)構(gòu)示意圖；具體實施方式
圖1中，本裝置為地面式集成水力發(fā)電站，它由n條壓力管道1、n×m臺水輪發(fā)電機(jī)組2、發(fā)電機(jī)組的進(jìn)、出口閘閥3、旁通閘閥4、地下泵站5、主、付泵6、位于山頂?shù)男钏铣?、進(jìn)、出水液柱9、11、由n個發(fā)電機(jī)組構(gòu)成的m個地面分站13、水頭14、亦壓管15和下池22組成。本裝置還包括設(shè)在進(jìn)水液柱8的進(jìn)水口10處的攔污柵8、出水液柱11的出水口12、在靠近壓力管道1的亦壓管道15內(nèi)設(shè)置的亦壓室16、頸口17、浮凸、腰18、19、球形亦壓管道底座20。
所述主、付泵可為n×3，并根據(jù)發(fā)電需要選擇全部或部分投入運(yùn)行。圖1中所給出的亦壓室16與亦壓管道15之間為T型連接，其中部分亦壓管道15與進(jìn)水液柱連通，另一部分的亦壓管道15與出水液柱連通。所述下池22是當(dāng)上池7水位出現(xiàn)低于水頭線14時，經(jīng)出水液柱11向上池7補(bǔ)充水源的河道。
圖2給出的是進(jìn)、出水液柱9、11通過地下循環(huán)管道構(gòu)成上池7的實施例，所涉及的集成水力發(fā)電站結(jié)構(gòu)同上所述。
圖3給出了本裝置的俯視結(jié)構(gòu)圖，在該圖中，利用了江、河、湖、海、水庫等水源作為上池7，進(jìn)、出水液柱均通過江、河、湖、海、水庫等連通，所以不需要下池。所述集成水力發(fā)電站的建站位置可以是遂道、峽谷等處。
圖4是圖3的沿A-A方向的剖視圖。圖中的各發(fā)電機(jī)組依次為逐漸降低的排布方式。
圖5是集成水力發(fā)電站各分站為全密封式，并且潛放在水中的串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式。在此種方式中，亦壓管道可為直筒式，其上口部直接與水源相連通。
圖6中，亦壓室為U型結(jié)構(gòu)。本集成發(fā)電站所述的亦壓室在運(yùn)行中浮子18含有空容，故為液柱當(dāng)量水頭當(dāng)量壓強(qiáng)，簡稱亦壓或當(dāng)壓，亦壓室16的功能是讓浮子18上浮，由于浮子內(nèi)腔下部盛水，使其呈直立狀浮動，在正常運(yùn)行情況下，使浮腰19向上浮抵頸口17，達(dá)到不泄流的效果，同時為下一個分站機(jī)組傳遞當(dāng)量水頭當(dāng)量壓強(qiáng)力。所述亦壓室可為一組或多組。亦壓室內(nèi)的浮子可由安置于其上的潛水泵根據(jù)浮力需要，排出或增加其內(nèi)腔的盛水量。所述頸口17與浮子18之間應(yīng)保持有一定自由間隙，便于其上下自動浮動。在壓力管道設(shè)計中，發(fā)電機(jī)組的高速流管段宜短，而壓力管道大截面慢速流管段宜長。
在集成水力發(fā)電站末部，有當(dāng)壓抽蓄水泵站5，以形成泵吸環(huán)流，其主、付泵6總裝機(jī)容量應(yīng)大于或等于三倍末分站發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量，便于輪番抽蓄、備用、維修更換等工作，以隨時滿足n條壓力管道的流量流速要求。
由于使用了亦壓室、水泵站，使水龍沖擊上分站機(jī)組導(dǎo)葉輪后的水力損失，在水龍沖擊下個分站亦壓室時，就自然恢復(fù)了該分站液柱當(dāng)量水頭的當(dāng)量壓強(qiáng)力，這樣就確保了水龍在不同的當(dāng)壓下有序向前，沖擊力不衰減。水泵站在當(dāng)壓下不停地將循環(huán)水排出出水液柱口，還原至上池冷卻再循環(huán)用。
實施例一參見圖1，為狄諾維克(地面式)集成水力發(fā)電站，由奧清津、帕森扎羅、沼原、大平、玉原、奧吉野、莫托川、赫姆斯和狄諾維克九個分站(13)和水泵站(5)集合而成，在550米高的山脊建有庫容3×106m3的天池(7)，循環(huán)周期2小時/次，首站奧清津(13)建在液柱490m(14)底座周圍的弧形地下廠房(13)內(nèi)，從液柱水頭495m的帕森扎羅分站(13)起，均為地面分站(13)，上下分站間隔100m，坡降5％-6％，末分站狄諾維克(13)當(dāng)量水頭537.5m(14)，九個分站(13)，六條壓力管道(1)，流量均為65.0m3/s，峰荷時54臺機(jī)組(2)可同時投入運(yùn)行。泵站(5)有n×12臺主泵(6)，流量32.5m3/s，另有6×3臺付泵(6)，流量10.8m3/s，均在545m水頭(14)下的地下橢圓形泵房(5)內(nèi)，當(dāng)壓輪番抽蓄循環(huán)水。泵房(5)內(nèi)還有4臺備用多級泵(6)，隨時可用于抽取廠旁河水(22)，來補(bǔ)充上池(7)蒸發(fā)損耗水。
首先關(guān)閉壓力管道(1)線上全部機(jī)組(2)進(jìn)、出水口閘閥(3)，開啟全線機(jī)組(2)旁通閘閥(4)，水泵站(5)啟動水泵(6)12臺，此時水從上池(7)，穿過欄污柵(8)，入進(jìn)水液柱(9)，進(jìn)入壓力管道(1)進(jìn)水口(10)，水龍穿過壓力管道(1)全線，最后由水泵(6)，排入出水液柱(11)，經(jīng)液柱出水口(12)，還原上池(7)，冷卻再循環(huán)使用。與此同時，待壓力管道(1)流速達(dá)到65.0m3/s時，即關(guān)閉首站奧清津分站(13)旁通閘閉(4)，同時開啟奧站(13)機(jī)組(2)進(jìn)、出水口閘閥(3)，適時讓奧站機(jī)組(2)帶上負(fù)荷發(fā)電；之后，水龍串入帕森扎羅分站(13)、亦壓室(16)，上池(7)池水通過495m液柱水頭(14)及帕站亦壓室頸口(17)、浮子(18)、(19)，將當(dāng)壓傳給壓力水管(1)水龍，水龍用495m當(dāng)量壓強(qiáng)向帕站(13)機(jī)組(2)導(dǎo)葉沖擊，當(dāng)達(dá)65.0m3/s流速時，帕站機(jī)組(2)亦帶上負(fù)荷發(fā)電，接下來關(guān)閉沼原分站(13)閘閥(4)，開啟沼站閘閥(3)，水龍從帕站(13)尾水竄入沼站(13)亦壓室(16)，水龍即用501m水頭(14)的當(dāng)量壓強(qiáng)力，繼續(xù)向沼站(13)機(jī)組(2)導(dǎo)葉沖擊。水龍依次沖擊507m水頭(14)的大平分站(13)機(jī)組(2)、513m水頭(14)的玉原分站(13)、519m水頭(14)的奧吉野分站(13)、525m水頭(14)的莫托川分站(13)、531m水頭(14)的赫姆斯分站(13)和537.5m水頭(14)的末分站狄諾維克(13)，最后水龍被水泵站(5)的水泵群(6)在545m液柱水頭(14)當(dāng)壓下，輪番抽蓄排出出水液柱口(12)，還原上池(7)，冷卻后進(jìn)入再循環(huán)……為了保持上池(7)水位經(jīng)常持平水頭線(14)，泵站(5)備用多級泵(6)間歇地向上池(7)抽取山下電站旁河道(22)水，來補(bǔ)充上池(7)自然蒸發(fā)損耗水。
開始試運(yùn)行時，中控室對六條出力管道(1)線路亦壓室(16)中的浮子(18)、(19)，進(jìn)行自動監(jiān)控調(diào)試，即負(fù)荷前排水充氣，增加浮力，使頸口(17)不泄流，讓壓力管道(1)線上所有機(jī)組(2)流量相一致。待壓力管道(1)線上機(jī)組(2)都帶上負(fù)荷且運(yùn)行平穩(wěn)后(18)、(19)再充水排氣，減浮增壓，使(18)、(17)平衡相貼不泄流，各分站水頭(14)當(dāng)壓呈最大值，壓力管道(1)線上所有機(jī)組(2)呈最大出力，即進(jìn)入正常運(yùn)行階段。
集成前，狄諾維克諸分站(13)為分散的抽水蓄能電站，出力得不償失，集成后，可擔(dān)負(fù)基荷、腰荷、峰荷及旋轉(zhuǎn)備用，輪休、維修，峰荷時(54)臺機(jī)組(2)可全部投入運(yùn)行，除泵站(5)廠耗電3200mw外，狄站實際輸出功率13000mw，占本集站功率的80％。
以上分站中，分站1(奧清津)單機(jī)功率為28.1萬千瓦，分站2(帕森扎羅)單機(jī)功率為29萬千瓦，分站3(沼原)單機(jī)功率為29.4萬千瓦，分站4(大平)單機(jī)功率為29.7萬千瓦，分站5(玉原)單機(jī)功率為30萬千瓦，分站6(奧吉野)單機(jī)功率為30.4萬千瓦，分站7(莫托川)單機(jī)功率為30.8萬千瓦，分站8(赫姆斯)單機(jī)功率為31.1萬千瓦，分站9(狄諾維克)單機(jī)功率為31.5萬千瓦，水泵站單機(jī)功率為21萬千瓦。所述水泵站應(yīng)安裝12×3臺主泵，6×3臺付泵，付泵功率應(yīng)為7萬千瓦。
實施例二見圖3、圖4，為巴特溪(地下式)集成水力發(fā)電站，由南原、拉孔山、卡斯塔克、吉爾博阿、莫索爾、柔冬德、卡濱溪、克拉肯和巴特溪等九個分站(13)和水泵站(5)集合而成，在一河道(22)彎道處，1.5公里長的地下坑道內(nèi)建廠，首站南原(13)液柱水頭318m(14)，末站巴特溪(13)液柱當(dāng)量水頭368.8m(14)，上下分站之間按150m間隔，按1/30和1/21坡降建站，九個分站(13)，六條出力管道(1)，主、付泵流量95.3m3/9、16.0m3/9，均在379.5m液柱水頭(14)下橢圓環(huán)形地下泵房內(nèi)(5)當(dāng)壓輪番抽蓄循環(huán)水，各分站有交通廊道(21)相連接，河道下游有一滾水壩(23)，旱季時部分循環(huán)水回流上游進(jìn)水口(10)再出力，另一部分水往下游河道(22)溢泄。
權(quán)利要求
1.一種集成水力發(fā)電站，它由壓力管道和發(fā)電機(jī)組共同組成，其特征在于在同一液面下，設(shè)置有進(jìn)、出水液柱，在進(jìn)、出水液柱之間并接有n條壓力管道，每個壓力管道以高度漸低的走向或水平走向，依序串連有水頭不等或相等的m個立式水輪發(fā)電機(jī)組或貫流式水輪發(fā)電機(jī)組。在n條壓力管道橫向同高度或同位置排列的N個水輪發(fā)電機(jī)組構(gòu)成一個發(fā)電分站；所述發(fā)電分站的首站通過壓力管道直接與進(jìn)水液柱相連通，發(fā)電分站的末站是通過水泵站與出水液柱相連通；在所述相鄰的兩個水輪發(fā)電機(jī)組之間的壓力管道上，呈縱向垂直方向連接有內(nèi)徑比壓力管道內(nèi)徑大的亦壓管道，所述每個亦壓管道另一端均與進(jìn)水液柱或出水液柱中的一個直接連通，也可部分與進(jìn)水液柱，部分與出水液柱分別連通；所述亦壓管與壓力管道之間通過一個內(nèi)徑大于亦壓管內(nèi)徑的球形或球臺形的三通接口裝置實現(xiàn)相互連通；在球形或球臺形接口之上的亦壓管道內(nèi)，可固定有一個或一個以上，且間隔排列的頸口，對應(yīng)于每個頸口的是腰部穿過頸口，呈I字形的浮子，所述浮子內(nèi)腔下部盛有水，以保證其垂直浮于水中，并可在頸口限制下上下浮動；位于發(fā)電機(jī)組處的壓力管道，均由作功管道及控制閘閥和旁通管道及控制閘閥并聯(lián)構(gòu)成；所述壓力管道的進(jìn)、出口閘閥控制的作功管道為高速流段，該段距離應(yīng)盡可能的短，所述壓力管道的球形或球臺形三通接口為喇叭口慢速流漸變段。
2.如權(quán)利要求1所述的一種集成水力發(fā)電站，其特征在于所述水泵站的裝機(jī)總?cè)萘繎?yīng)大于或等于三倍的發(fā)電分站末站裝機(jī)容量。
3.如權(quán)利要求1所述的一種集成水力發(fā)電站，其特征在于在壓力管道上，由水力發(fā)電站的首站至末站，依次排列的浮子中的空容量與水容量的比值，應(yīng)相等或漸增。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集成水力發(fā)電站。該集成電站在同一液面下設(shè)置進(jìn)、出水液柱，且在其間并接n條壓力管道，n條壓力管道上依序串連m座水輪發(fā)電機(jī)組，所述亦壓管道另一端與進(jìn)或出水液柱及水頭相連通。在亦壓管道至球形三通處設(shè)有一個或多個頸口及浮子。由于亦壓室、水泵站的作用，確保水龍在不同的當(dāng)壓下有序向前、沖擊力不衰減，并循環(huán)使用，達(dá)到以高水頭，快循環(huán)的方式完成多機(jī)組大容量的水力發(fā)電。本裝置具有充分利用有效水資源，變單機(jī)棄水發(fā)電為群機(jī)串連當(dāng)壓集成發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號F03B13/06GK1485538SQ0213107
公開日2004年3月31日 申請日期2002年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月28日
發(fā)明者丁華清 申請人:丁華清