一種循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于抽水蓄能發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置，用本實用新型改進后的水輪機，克服了原來的缺點，一種循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置，包括高位水池、通過用以出水的方形管道與高位水池連通的低位水池，所述的低位水池又通過上水管道與高位水池連通，所述的方形管道內(nèi)安裝有水輪機，所述的方形管道至少兩個，相鄰的方形管道之間通過管道連接器連通，所述的方形管道進口通過下水管道與高位水池連通，所述的方形管道出口通過出水閥門與低位水池連通，優(yōu)點是：水輪機運行更加穩(wěn)定，效率更高，由于制作安裝均在地面上，所以制作安裝維修更加安全方便，造價低廉，因此經(jīng)過改進后的這套裝置，完全適合兆瓦級以上大型機組的使用，可加快綠色能源的進程。
【專利說明】一種循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于抽水蓄能發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]抽水蓄能電站也叫循環(huán)水電站，主要由兩個高落差的水庫組成。上庫放水發(fā)電,下庫儲水后再抽回上庫。其功能是:白天用電高峰時，將上水庫的水放至下水庫，將勢能轉(zhuǎn)化為電能，輸入電網(wǎng)；夜里用電低谷時，又將下水庫的水抽回到上水庫，將電能以勢能形式存儲下來。然而，這種由電能一水能一電能的轉(zhuǎn)換過程損耗較大，因此，它僅用于峰谷電價的調(diào)節(jié)、調(diào)頻、調(diào)幅等輔助用電手段。
[0003]根據(jù)恒定流的連續(xù)性原理，并以“循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置”為名，于2009年9月29日申請了實用新型專利，專利號為:200920223871.4。該專利的特征是:用市電將低位水箱的水抽到高位水箱儲存，儲滿后斷開市電電源，打開出水閥門，將高位水箱的水通過方形管道排到低位水箱，方形管道里安裝多臺水輪機，管道外部安裝多臺增速機，且增速機與發(fā)電機相連。所述水輪機由安裝在中心軸上的葉片組成。該葉片分為不做功葉片和做功葉片兩部分。所述中心軸的兩頭超過葉片邊緣的部分，固定安裝有方形鐵框，該方形鐵框上下邊小于葉片的邊，左右邊大于葉片的邊。當遇到水的沖擊力時，葉片呈垂直狀，下邊被鐵框的邊擋著，此時葉片呈做功的狀態(tài)。當遇到回旋阻力時，由于水的反方向的沖力，葉片向上抬起近90度成平行狀態(tài)，極大地降低了流體的回旋阻力。方形管道通過設置在其內(nèi)部的水道與水輪機連通。水流推動水輪機轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機發(fā)電。然后打開自發(fā)電電源，繼續(xù)將水抽到高位水箱。上水管的流量和下水管的流量相同，且高位水箱始終保持一個恒定水位。本專利盡可能合理地利用流體能發(fā)電，水能轉(zhuǎn)化效率高。
[0004]通過四年的制作實驗，收到了預期的效果。但實踐中也發(fā)現(xiàn)存在如下缺點:⑴同一個單位時間里，水輪機呈完全做功狀態(tài)的葉片只有一個，太少，水輪機運行不夠穩(wěn)定。⑵不做功葉片為一輪盤，水的壓力增大時，輪盤受到了水的徑向壓力，影響水輪機的轉(zhuǎn)速。⑶上下底板為鋼板，當跨度增大時鋼板易變形。⑷平時，水輪機葉片維修需要將方形管道的上蓋板打開，小型機組不受影響，而大型機組維修需要動用吊車等大型設備，維修不方便。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種運行穩(wěn)定，造價低廉的循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置。
[0006]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0007]—種循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置，包括高位水池、通過用以出水的方形管道與高位水池連通的低位水池，所述的低位水池又通過上水管道與高位水池連通，所述的方形管道內(nèi)安裝有水輪機，所述的方形管道至少兩個，相鄰的方形管道之間通過管道連接器連通，所述的方形管道進口通過下水管道與高位水池連通，所述的方形管道出口通過出水閥門與低位水池連通，所述的方形管道是由下底板、上蓋板和中間正方形方框組成，所述的下底板和中間正方形方框之間以及上蓋板與中間正方形方框均通過緊固螺栓固定連接。
[0008]所述的每個方形管道內(nèi)均貫穿有一彎形水道，所述的彎形水道的進口與下水管道連通，所述的彎形水道的出口與出水閥門連通。
[0009]所述的彎形水道的弧形邊緣是與水輪機葉片軌跡對應的弧形結(jié)構(gòu)。
[0010]所述的水輪機包括水輪機中心軸、鋼圈、門式葉片、鐵箍、鋼圈支架，所述的鋼圈支架為鋼板或者鋼條結(jié)構(gòu)，所述的鋼圈支架以水輪機中心軸為中心圓周均勻布置，所述的圓周均勻布置的鋼圈支架端部通過鐵箍焊接在一起，所述的鋼圈與鐵箍同圓心布置，所述的鋼圈的直徑小于鐵箍的直徑，所述的鋼圈與鋼圈支架之間也通過焊接的方式連接，所述的門式葉片均勻的布置在鋼圈與鐵箍之間。
[0011]所述的鋼圈支架與下底板之間設置有一用以支撐鋼圈支架的橡膠輪，所述的橡膠輪嵌入至鋼圈支架內(nèi)。
[0012]所述的高位水池與地位水池之間還連通有一備用水道，所述的備用水道入口端通過閥門一與下水管道連通，所述的備用水道中間部位通過閥門二與管道連接器連通。
[0013]所述的下底板、上蓋板和中間正方形方框均為水泥板，所述的上蓋板中心部位設置有與水輪機中心軸對應的中心軸孔，所述的水輪機中心軸穿過中心軸孔后與一主動齒輪同軸連接，所述的主動齒輪與一被動齒輪哨合，所述的被動齒輪與一增速機通過齒輪中心軸同軸連接，所述的增速機與一發(fā)電機連接。
[0014]所述的水輪機中心軸通過一中心軸支架進行支撐，所述的水輪機中心軸與中心軸支架之間安裝有軸承一，所述的齒輪中心軸通過一齒輪鋼支架支撐，所述的齒輪中心軸與齒輪鋼支架之間安裝有軸承二。
[0015]所述的被動齒輪外部設置有齒輪防塵罩，所述的被動齒輪外端部還設置有齒輪拉線。
[0016]所述的上蓋板上設置有用以排氣或者排水的孔。
[0017]本實用新型先對與現(xiàn)有技術(shù)具體分析如下:
[0018]1.采用水泥預制方形管道。該方形管道由兩塊正方形空心水泥預制板與夾在中間同樣大小的水泥預制方框通過緊固件組合而成。該方形管道放在地面上，省去了其支架和橫梁的制作。這種水泥預制方形管道容易制作，跨度大、造價低，而且便于安裝。
[0019]2.不做功葉片由輪盤改為鋼圈。該鋼圈通過鋼支架與中心軸相連，其特點是極大地降低了水的徑向壓力。同時，該鋼圈的半徑還可作為水輪機轉(zhuǎn)輪的杠桿，半徑越長做功的力就越大，半徑的長短可根據(jù)實際情況而定，同樣鋼圈的高低也可根據(jù)實際情況而定。
[0020]3.在每個鋼支架的中間部位與下底板之間安裝一個橡膠輪。該橡膠輪與水輪機同步運轉(zhuǎn)。其優(yōu)點是作為水輪機重力的支點，可減輕水輪機對中心軸的壓力。
[0021]4.中心軸由鋼結(jié)構(gòu)支架托起，在穿過方形管道的連接處安裝有水封。
[0022]5.水輪機運行過程中，鋼圈與上蓋板和下底板之間有一個縫隙，水可以從這里流出而不做功。解決的方法是，在縫隙里各安裝一個轉(zhuǎn)盤，其優(yōu)點是在水輪機運行不受影響的同時消除了縫隙，從而起到了節(jié)水的效果。
[0023]6.水輪機葉片采用門式活動葉片。該葉片均勻固定地安裝在鋼圈的邊緣，而且這種葉片制作容易，安裝方便。
[0024]7在葉片的外側(cè)安裝兩道鐵箍，該鐵箍加固了葉片，增大了葉片承受水流的沖擊力，同時還可作為葉片的限位器。水輪機運行時，由于水的沖擊力，門式葉片自動關(guān)閉，葉片開始做功。當遇到水的回旋阻力時，門式葉片自動打開，葉片緊貼著鐵箍，與流向相同，極大地降低了水流的阻力。
[0025]8增設齒輪傳動。在水輪機中心軸的上邊安裝主動齒輪，并與被動齒輪相齒合。被動齒輪的直經(jīng)大于方形管道的直經(jīng)。該齒輪由鋼結(jié)構(gòu)支架托起，中心軸的下面安裝増速機并與發(fā)電機相連。中心軸在穿過齒輪的上邊與齒輪間安裝有拉線，該拉線可減輕齒輪的承重力。主動齒輪、被動齒輪的邊緣安裝有防塵罩。增設齒輪傳動的優(yōu)點是，I改變了水能傳輸?shù)姆较?，可將增速機、發(fā)電機安裝在地面上。2在水能轉(zhuǎn)化為機械能時，由杠桿的原理可知，增大了被動齒輪的扭矩，起到了擴能的效果。
[0026]9增設排氣孔。由于方形管道里面空間較大，儲水時空氣排不出，容易形成氣蝕，影響水輪機的運行。所以，在方形管道的上邊增設排氣孔，就可將氣體從這里排出。同時，該氣孔在水輪機維修時又可作為排水孔使用。
[0027]10將水道由直變彎，即改成S型。這樣做的目的，就是由原來同一個單位時間里一個葉片做功，改為同一個單位時間里三個葉片做功，從而增加了水輪機運行的穩(wěn)定性，工作
效率更聞。
[0028]11.方形管道與方形管道之間采用管道連接器連接。該管道連接器制作容易，安裝拆卸方便。如果對水輪機葉片進行維修，只需將該管道連接器打開，并將其拆卸下來，人就可以從這里進入方形管道進行維修。
[0029]12.鋪設備用水道。在方形管道的一側(cè)鋪設一條與上水管橫截面積同樣大的鋼管，作為備用水道，并與方形管道相連，在連接處安裝閥門。該水道平時不使用，只在水輪機維修時使用。如果對某一個水輪機進行維修，只需將該水輪機的進水閥門和出水閥門都關(guān)閉，并打開備用水道閥門，讓水通過備用水道流經(jīng)下一個水輪機。然后，打開排水孔，將該段方形管道里面的水排出。打開管道連接器維修水輪機。這樣做的目的在于對某個水輪機進行維修時，整個機組可以照常運行。
[0030]本實用新型具有如下的優(yōu)點:
[0031]用本實用新型改進后的水輪機，克服了原來的缺點。優(yōu)點是:水輪機運行更加穩(wěn)定，效率更高。由于制作安裝均在地面上，所以制作安裝維修更加安全方便，造價低廉。因此經(jīng)過改進后的這套裝置，完全適合兆瓦級以上大型機組的使用，可加快綠色能源的進程。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖2為本實用新型的水輪機的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0034]圖3為中間正方形方框的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖4為下底板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖5為上底板的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0037]如圖1、2所示，一種循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置，包括高位水池1、通過用以出水的方形管道3與高位水池I連通的低位水池12，所述的低位水池12又通過上水管道7與高位水池I連通，所述的方形管道3內(nèi)安裝有水輪機9，所述的方形管道3至少兩個，相鄰的方形管道3之間通過管道連接器10連通，所述的方形管道3進口通過下水管道2與高位水池連通1，所述的方形管道3出口通過出水閥門13與低位水池12連通，所述的方形管道3是由下底板23、上蓋板24和中間正方形方框25組成，所述的下底板23和中間正方形方框25之間以及上蓋板24與中間正方形方框25均通過緊固螺栓29固定連接。
[0038]所述的每個方形管道3內(nèi)均貫穿有一彎形水道5，所述的彎形水道5的進口與下水管道2連通，所述的彎形水道5的出口與出水閥門13連通。
[0039]所述的彎形水道的弧形邊緣30是與水輪機9葉片軌跡對應的弧形結(jié)構(gòu)。
[0040]所述的水輪機9包括水輪機中心軸27、鋼圈6、門式葉片4、鐵箍39、鋼圈支架26，所述的鋼圈支架26為鋼板或者鋼條結(jié)構(gòu)，所述的鋼圈支架26以水輪機中心軸27為中心圓周均勻布置，所述的圓周均勻布置的鋼圈支架26端部通過鐵箍39焊接在一起，所述的鋼圈6與鐵箍39同圓心布置，所述的鋼圈6的直徑小于鐵箍39的直徑，所述的鋼圈6與鋼圈支架26之間也通過焊接的方式連接，所述的門式葉片4均勻的布置在鋼圈6與鐵箍39之間。
[0041]所述的鋼圈支架26與下底板23之間設置有一用以支撐鋼圈支架26的橡膠輪11，所述的橡膠輪11嵌入至鋼圈支架26內(nèi)。
[0042]所述的高位水池I與地位水池12之間還連通有一備用水道8，所述的備用水道8入口端通過閥門一 22與下水管道2連通，所述的備用水道8中間部位通過閥門二 14與管道連接器10連通。
[0043]如圖2、3、4、5所示，所述的下底板23、上蓋板24和中間正方形方框25均為水泥板，所述的上蓋板24中心部位設置有與水輪機中心軸27對應的中心軸孔28，所述的水輪機中心軸27穿過中心軸孔28后與一主動齒輪31同軸連接，所述的主動齒輪31與一被動齒輪32嚙合，所述的被動齒輪32與一增速機20通過齒輪中心軸35同軸連接，所述的增速機20與一發(fā)電機21連接。
[0044]所述的水輪機中心軸27通過一中心軸支架16進行支撐，所述的水輪機中心軸27與中心軸支架16之間安裝有軸承一 17，所述的齒輪中心軸35通過一齒輪鋼支架37支撐，所述的齒輪中心軸35與齒輪鋼支架37之間安裝有軸承二 36。
[0045]所述的被動齒輪32外部設置有齒輪防塵罩33，所述的被動齒輪32外端部還設置有齒輪拉線34。
[0046]所述的上蓋板24上設置有用以排氣或者排水的孔38。
[0047]工作原理:
[0048]先關(guān)閉方形管道3末端的出水閥門13，打開方形管道3上邊的排氣孔38，用市電將低位水池12的水抽到高位水池1，并通過高位水池I將方形管道3的水儲滿，然后關(guān)閉排氣孔38，繼續(xù)將高位水池I的水儲滿。儲滿后斷開市電電源，打開出水閥門13，將高位水池I的水通過方形管道3排到低位水池12，方形管道3里面安裝多臺水輪機9，方形管道3外部安裝多臺增速機20，且增速機20與發(fā)電機21相連。水輪機9由安裝在中心軸27上的鋼圈6、門式葉片4和鉄箍39組成:鋼圈6通過支架固定安裝在中心軸27上，在每個支架的中間部位與下底板23之間安裝橡膠輪11，用以支撐水輪機9的重量。門式葉片4均勻固定地安裝在鋼圈6的邊緣。門式葉片4的外側(cè)安裝兩道鐵箍39，當遇到水的沖擊力時，門式葉片4自動關(guān)閉，葉片4開始做功。當遇到回旋阻力時，門式葉片4自動打開，葉片4緊貼著鐵箍39與流向相同，極大地降低了流水的阻力。中心軸27由鋼結(jié)構(gòu)支架16托起，在穿過方形管道3的連接處安裝水封18，中心軸27的上邊安裝主動齒輪31。并且與被動齒輪32相嚙合，被動齒輪32由鋼結(jié)構(gòu)支架37托起，其中心軸35的下面安裝增速機20，增速機20與發(fā)電機21相連。，鋼圈6與方形管道3的邊組成彎形水道5，彎形水道5的橫截面積小于上水管道的橫結(jié)面積。方形管道3通過設置在其內(nèi)部的彎形水道5與水輪機9連通。水流通過方形管道3里的彎形水道5，沖擊門式葉片4推動水輪機9轉(zhuǎn)動，帶動其中心軸27上的主動齒輪31與被動齒輪32傳動，帶動其中心軸35下面的增速機，帶動發(fā)電機21發(fā)電。然后打開自發(fā)電電源，繼續(xù)將水抽到高位水池I。上水管7的流量和下水管2的流量相同，構(gòu)成一個自循環(huán)狀態(tài)。且高位水池I始終保持一個恒定水位。
[0049]在方形管道3的一側(cè)鋪設一條備用水道8，該水道與方形管道3相連，在連接處安裝閥門一 22。方形管道3與方形管道3之間由管道連接器10相連，所述的管道連接器10為一三通結(jié)構(gòu)或者為一直徑大于方形管道3出水口的管道。維修時將管道連接器10打開，人從這里進入對水輪機9進行維修。
[0050]所胃擴能，就是在水流進流出方形管道時，水的流量流速并沒有改變，但在轉(zhuǎn)化為機械能時，由于杠桿的作用，增大了水輪機和被動齒輪的扭矩，起到了擴能的效果。
[0051]所胃串聯(lián)，就是跟據(jù)恒定流的連續(xù)性原理，在密閉的管道里，通過單位水截面的流量為一個常數(shù)。方形管道是等截面的，因此，沿管向可串聯(lián)安裝多臺水輪機。發(fā)電機可隨方形管道的延長而增加。自用電量為一個恒定值，總發(fā)電量為一個可變值，隨發(fā)電機的增加而增加。然后，將多余的電并網(wǎng)輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置，包括高位水池(1)、通過用以出水的方形管道(3)與高位水池(1)連通的低位水池(12)，所述的低位水池(12)又通過上水管道(7)與高位水池(1)連通，所述的方形管道(3)內(nèi)安裝有水輪機(9)，其特征在于:所述的方形管道(3)至少兩個，相鄰的方形管道(3)之間通過管道連接器(10)連通，所述的方形管道(3)進口通過下水管道(2)與高位水池連通(1)，所述的方形管道(3)出口通過出水閥門(13)與低位水池(12)連通，所述的方形管道(3)是由下底板(23)、上蓋板(24)和中間正方形方框(25)組成，所述的下底板(23)和中間正方形方框(25)之間以及上蓋板(24)與中間正方形方框(25)均通過緊固螺栓(29)固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置，其特征在于:所述的每個方形管道(3)內(nèi)均貫穿有一彎形水道(5)，所述的彎形水道(5)的進口與下水管道(2)連通，所述的彎形水道(5)的出口與出水閥門(13)連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置，其特征在于:所述的彎形水道的弧形邊緣(30)是與水輪機(9)葉片軌跡對應的弧形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置，其特征在于:所述的水輪機(9)包括水輪機中心軸(27)、鋼圈(6)、門式葉片(4)、鐵箍(39)、鋼圈支架(26)，所述的鋼圈支架(26)為鋼板或者鋼條結(jié)構(gòu)，所述的鋼圈支架(26)以水輪機中心軸(27)為中心圓周均勻布置，所述的圓周均勻布置的鋼圈支架(26)端部通過鐵箍(39)焊接在一起，所述的鋼圈(6 )與鐵箍(39 )同圓心布置，所述的鋼圈(6 )的直徑小于鐵箍(39 )的直徑，所述的鋼圈(6 )與鋼圈支架(26)之間也通過焊接的方式連接，所述的門式葉片(4)均勻的布置在鋼圈(6)與鐵箍(39)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置，其特征在于:所述的鋼圈支架(26)與下底板(23)之間設置有一用以支撐鋼圈支架(26)的橡膠輪(11)，所述的橡膠輪(11)嵌入至鋼圈支架(26)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置，其特征在于:所述的高位水池(I)與地位水池(12 )之間還連通有一備用水道(8 )，所述的備用水道(8 )入口端通過閥門一(22)與下水管道(2)連通，所述的備用水道(8)中間部位通過閥門二(14)與管道連接器(10)連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置，其特征在于:所述的下底板(23)、上蓋板(24)和中間正方形方框(25)均為水泥板，所述的上蓋板(24)中心部位設置有與水輪機中心軸(27 )對應的中心軸孔(28 )，所述的水輪機中心軸(27 )穿過中心軸孔(28 )后與一主動齒輪(31)同軸連接，所述的主動齒輪(31)與一被動齒輪(32)嚙合，所述的被動齒輪(32 )與一增速機(20 )通過齒輪中心軸(35 )同軸連接，所述的增速機(20 )與一發(fā)電機(21)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置，其特征在于:所述的水輪機中心軸(27 )通過一中心軸支架(16 )進行支撐，所述的水輪機中心軸(27 )與中心軸支架(16 )之間安裝有軸承一(17)，所述的齒輪中心軸(35)通過一齒輪鋼支架(37)支撐，所述的齒輪中心軸(35 )與齒輪鋼支架(37 )之間安裝有軸承二( 36 )。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置，其特征在于:所述的被動齒輪(32)外部設置有齒輪防塵罩(33)，所述的被動齒輪(32)外端部還設置有齒輪拉線(34)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)抽水蓄能發(fā)電裝置，其特征在于:所述的上蓋板(24)上設置有用以排氣或者`排水的孔(38)。
【文檔編號】F03B13/06GK203655521SQ201320791431
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】牛學豐, 牛鑫宇 申請人:牛學豐