一種節水增效裝置和水利發電機組的制作方法
【專利摘要】一種節水增效裝置和水利發電機組，涉及水力發電領域。適于安裝于貯水池，貯水池具有輸水口，節水增效裝置包括空氣壓縮機、壓力泵和管道系統，空氣壓縮機安裝于所述貯水池的外部，壓力泵安裝于所述貯水池的內部，管道系統包括輸氣管道、混合輸送管道和用于連通發電機組的輸水管道，輸水管道與輸水口連通，壓力泵與混合輸送管道連通，混合輸送管道穿過輸水口伸入輸水管道內，輸氣管道的兩端分別與空氣壓縮機和混合輸送管道連通。水利發電機組包括水輪機、發電機、聯軸器和上述節水增效裝置。水輪機通過聯軸器與發電機連接，節水增效裝置的輸水管與水輪機連通。具有能夠提高水的動能和壓能的效果，提高水的動能和壓能向電能轉化的效率。
【專利說明】
一種節水増效裝置和水利發電機組
技術領域
[0001]本發明涉及水力發電領域，具體而言，涉及一種節水增效裝置和水利發電機組。
【背景技術】
[0002]水力發電(Hydroelectric power)系利用河流、湖泊等位于高處具有勢能的水流至低處，將其中所含勢能轉換成水輪機之動能，再借水輪機為原動力，推動發電機產生電能。利用水力(具有水頭)推動水力機械(水輪機)轉動，將水能轉變為機械能，如果在水輪機上接上另一種機械(發電機)隨著水輪機轉動便可發出電來，這時機械能又轉變為電能。水力發電在某種意義上講是水的位能轉變成機械能，再轉變成電能的過程。
[0003]現有的水利發電過程中，受到地域、氣候、地形等因數影響比較大，且水利發電前期的成本極高。為了提高發電量:一方面，只能通過簡單的抬高水位，形成巨大的落差方式，來增加水的勢能，從而增加水的勢能向電能轉化的效率。另一方面，現有的技術改進主要是針對水輪機的改進，單方面對水輪機進行改進以此來提高對水的動能、壓能和勢能的利用率會產生較高的成本。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種節水增效裝置，其能夠既節水又提高水利發電的效果O
[0005]本發明的另一目的在于提供一種水力發電機組，其能夠與上述節水增效裝置配合使用。
[0006]本發明的實施例是這樣實現的:
[0007]—種節水增效裝置，適于安裝于貯水池，貯水池具有輸水口。節水增效裝置包括空氣壓縮機、壓力栗和管道系統。空氣壓縮機安裝于貯水池的外部，壓力栗安裝于貯水池的內部。管道系統包括輸氣管道、混合輸送管道和用于連通發電機組的輸水管道。輸水管道與輸水口連通，壓力栗與混合輸送管道連通。混合輸送管道穿過輸水口伸入輸水管道內部。輸氣管道的兩端分別與空氣壓縮機和混合輸送管道連通。本發明通過混合輸送管道輸送的氣水以及輸水管道輸送的水兩股流體共同沖擊水輪機的轉輪，增加水的動能和壓能，提高水的動能和壓能向電能轉化的效率。
[0008]—種水利發電機組，其包括水輪機、發電機、聯軸器和上述節水增效裝置，水輪機通過聯軸器與發電機連接，節水增效裝置的輸水管與水輪機連通。
[0009]本發明實施例的有益效果是:本節水增效裝置安裝在水力發電機組的進水方向，能夠增加通過水輪機進水口進入水輪機內部水的動能和壓能，通過混合輸送管道輸送的氣水以及輸水管道輸送的水兩股流體共同沖擊水輪機的轉輪，提高水的動能和壓能向電能轉化的效率，既減少了水的用量，又提高水利發電的效果。
【附圖說明】
[0010]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。
[0011]圖1為本發明實施例提供的水力發電機組的結構示意圖；
[0012]圖2為本發明實施例提供的節水增效裝置的結構示意圖。
[0013]圖3為本發明實施例提供的輸水口的結構示意圖；
[0014]圖4為本發明實施例提供的固定裝置的結構示意圖；
[0015]圖5為本發明實施例提供的輸水管道的結構示意圖；
[0016]圖6為本發明實施例提供的水閘的結構示意圖；
[0017]圖7為本發明實施例提供的水閘的主視圖。
[0018]圖中:
[0019]節水增效裝置100；空氣壓縮機110;壓力栗120 ；進水口 121;出水口 122;管道系統130;輸氣管道131;輸水管道132;第一支柱1321;第二支柱1322;凹槽1323;緊固裝置1324;混合輸送管道133;輸水口 134;弧形壁1341;底壁1342;連接軸孔1343;連接端1344;水閘140;閘葉141;第一閘葉1411;第二閘葉1412;軸孔1413;第一部分1414;第二部分1415;閘葉開口 1416;纜繩142;第一纜繩1421;第二纜繩1422;絞車143;水力發電機組200;水輪機210;水輪機進水口 211;水輪機出水口 212;針型閥213;發電機220;聯軸器230。
【具體實施方式】
[0020]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。
[0021]因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0022]應注意到:相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。
[0023]在本發明的描述中，需要說明的是，術語“上”、“下”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，或者是該發明產品使用時慣常擺放的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0024]此外，術語“水平”、“豎直”等術語并不表示要求部件絕對水平或懸垂，而是可以稍微傾斜。如“水平”僅僅是指其方向相對“豎直”而言更加水平，并不是表示該結構一定要完全水平，而是可以稍微傾斜。
[0025]在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“設置”、“安裝”、“連接”、“貼合”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0026]請參照圖1，圖1中示出了本實施例提供的水利發電機組200的結構示意圖，水利發電機組200包括節水增效裝置100、水輪機210、發電機220和聯軸器230。其中，水輪機210包括水輪機進水口 211、轉輪(圖未繪示)、水輪機出水口 212和針型閥213。水輪機進水口 211位于水輪機210的與水輪機210內部轉輪相對的位置。水輪機進水口 211處安裝有針型閥213，針型閥213用于整體控制通過水輪機進水口 211進入水輪機210內水的流速和流量，水輪機出水口 212位于水輪機210的下方，水輪機210的轉輪通過聯軸器230與發電機220連接。
[0027]請進一步參照圖2，圖2中示出了本實施例提供的節水增效裝置100的結構示意圖，節水增效裝置100包括空氣壓縮機110、壓力栗120和管道系統130。其中，空氣壓縮機100安裝于貯水池的外部，壓力栗120安裝于貯水池的內部。管道系統130包括輸氣管道131、輸水管道132和混合輸送管道133。
[0028]請參照圖2和圖3，本實施例的貯水池的內側壁具有輸水口134，且輸水口 134靠近貯水池的底部。輸水口 134由弧形壁1341和底壁1342圍成，弧形壁1341位于輸水口 134的上端，底壁1342位于輸水口 134的下端。弧形壁1341與底壁1342間的距離從靠近貯水池的一側向遠離貯水池的一側逐漸減小。弧形壁1341和底壁1342遠離貯水池的端部具有與輸水管132尺寸匹配的連接端1344，弧形壁1341和底壁1342通過連接端1344與輸水管道132連接。具體地，弧形壁1341從靠近貯水池的一側到與輸水管道132連通的一側孔型逐漸縮小，貯水池內的水通過輸水口 134進入輸水管132內。根據連續性方程，貯水池內的水通過環形設置的、孔徑逐漸縮小的弧形壁1341進入輸水管132，水的流速逐漸增加；同時根據總能量衡算方程和機械能衡算方程，貯水池內的水通過環形設置的、孔徑逐漸縮小的弧形壁1341能夠減少摩擦從而減少能量損失，在水的流速增加的情況下能夠有效地減少水的動能的損失。底壁1342優選為平面結構，能夠穩定地放置通過輸水口 134的混合輸送管道133。
[0029]在本實施例中優選地，壓力栗120安裝于貯水池底部。壓力栗120包括進水口121和出水口 122，其中，出水口 122的開口方向正對于輸水口 134的開口方向。出水口 122與混合輸送管道133連通。壓力栗120通過進水口 121吸進貯水池內的水，經壓力栗120加壓后通過出水口 122排出進入混合輸送管道133內。為了避免壓力栗120吸水對貯水池內的水通過輸水口 134進入輸水管道132產生影響，壓力栗120在貯水池內的安裝位置與輸水口 134間預留有間隙。
[0030]在本實施例中優選地，空氣壓縮機110可以安裝于擋水建筑物，只要能夠保證空氣壓縮機110吸收足夠的空氣輸送于混合輸送管道133即可，例如貯水池的堤壩。輸氣管道131的一端與空氣壓縮機110連通，輸氣管道131的另一端與位于壓力栗120與輸水口 134之間部分的混合輸送管道133連通。空氣壓縮機110吸入的空氣經空氣壓縮機110壓縮，經輸氣管道131進入混合輸送管道133。通過這樣設置，一方面，通過空氣壓縮機110栗入混合輸送管道133內的氣體與混合輸送管道133內部的水混合并在水壓的作用下與水一起向水利發電機組200的方向流動；另一方面，能夠防止通過空氣壓縮機110栗入混合輸送管道133內的空氣倒吸進入壓力栗120內，防止發生氣蝕或壓力栗120無法吸水等現象。
[0031]節水增效裝置100在使用時，先開啟壓力栗120，再開啟空氣壓縮機110，并保證壓力栗120排出水的壓力高于空氣壓縮機110排出空氣的壓力。空氣與壓力栗120栗入混合輸送管道133內的水混合，空氣壓縮機110將空氣壓縮后栗入混合輸送管道133，水和空氣經過加壓后混合而成的氣水具備較高的動能和壓能；同時，相比于傳統的不使用節水增效裝置100的情況，混合后的氣水占用一定的空間，在同等發電量下，減少了原有的水用量，從而達到節水和增效的效果。請參照圖1，輸水管道132—端與輸水口 134連通，另一端與水輪機進水口 211連通，混合輸送管道133穿過輸水口 134伸入輸水管道132內。輸水管道132內部設有用于固定混合輸送管道133的固定裝置。
[0032]請參照圖4，固定裝置包括座體(圖中未標注)和緊固裝置1324，座體通過例如焊接或螺栓固定于輸水管道132內壁。座體的兩端部具有相對設置的第一支柱1321和第二支柱1322，第一支柱1321和第二支柱1322間形成凹槽1323，混合輸送管道133卡合于凹槽1323，并通過緊固裝置1324進一步固定于座體。緊固裝置1324優選選用例如U型螺栓、抱箍等，防止混合輸送管道133從座體內掉落。由于混合輸送管道133內氣水的流速和流量與輸水管132內水的流速和流量不同，混合輸送管道133的尾部在輸水管132內形成兩股流體，混合輸送管道133在兩股流速和流量均不同的流體作用下在輸水管132內發生振動或搖擺。通過將混合輸送管道133固定于座體，避免了因混合輸送管道133在輸水管道132內發生振動或搖擺而造成的混合輸送管道133自身的損壞以及對輸水管132的損壞。
[0033]在本實施例中優選地，混合輸送管道133在輸水管133內延伸至水輪機進水口211處。混合輸送管道132內氣水的流速和流量與輸水管道132內水的流速和流量不同從而產生兩股流體，氣水和水兩股流體共同沖擊水輪機210的轉輪。一方面，經過加壓和混合而成的氣水具備較高的動能和壓能，能夠直接沖擊水輪機210的轉輪，減少了能連的損失；另一方面，防止排出混合輸送管道133輸送的氣水與輸水管132內部的水混合而成一股流體，減少對水輪機210轉輪的沖擊，導致水力發電機組200的發電效果降低。
[0034]承上述，輸水管道132輸送的水進入水輪機210，待水力發電機組200正常運行后，在依次開啟壓力栗120和空氣壓縮機110，形成混合輸送管道133輸送的氣水和輸水管道132輸送的水兩股流體共同沖擊水輪機210的轉輪現象，進一步增加進入水輪機內部流體的動能，從而提高了水利發電效果。
[0035]請參照圖2和圖5，節水增效裝置還包括用于控制輸水口13 4的開口大小的水閘140。水閘140包括閘葉141、纜繩142和絞車143。閘葉141可活動安裝于輸水口 134并控制輸水口 134的開口大小;絞車143安裝于擋水建筑物，例如貯水池堤壩，絞車143優選安裝于輸水口 134上方的貯水池堤壩;纜繩142的一端與閘葉141連接，另一端與絞車143連接。閘葉141通過自身的重力封閉輸水口 134，通過絞車143收放纜繩142控制閘葉141在輸水口 134的打開和封閉，同時控制輸水口 134開口的大小。
[0036]請參照圖5和圖7，在本實施例中優選地，閘葉141包括第一閘葉1411和第二閘葉1412。纜繩142包括第一纜繩1421和第二纜繩1422。第一閘葉1411和第二閘葉1412對稱設置，第一閘葉1411和第二閘葉1412均包括第一部分1414和第二部分1415，第一部分1414和第二部分1415—體成型，第一部分1414貼合于貯水池的內壁，第二部分1415伸入輸水口 134內。請結合圖6和圖7，輸水口管壁134設有連接軸孔1343，且該連接軸孔1343位于輸水口 134上方的貯水池內壁。第一閘葉1411靠近貯水池的端部和第二閘葉1412靠近貯水池的端部均設有軸孔1413，且軸孔1413位于第一閘葉1411的上端和第二閘葉1412的上端。連接軸孔1343與軸孔1413通過樞軸(圖未繪示)同軸連接。第一纜繩1421的一端與絞車143連接，另一端與第一閘葉1411的靠近底壁1342的端部連接。第二纜繩1422的一端與絞車143連接，另一端與第二閘葉1412的靠近底壁1342的端部連接。通過絞車143收放第一纜繩1421和第二纜繩1422，第一閘葉1411和第二閘葉1412能夠在輸水口 134內運動，從而控制輸水口 134的打開和封閉，同時控制輸水口 134開口的大小。
[0037]請參照圖5和圖6，當閘葉141處于封閉輸水口 13 4的狀態時，此時第一閘葉1411和第二閘葉1412的第一部分1414的貼合于輸水口 134周部的貯水池內壁，實現在輸水口 134的外部對其封閉;第一閘葉1411和第二閘葉1412的第二部分1415的遠離貯水池的端部形成用于混合輸送管道133通過的閘葉開口 1416，此時閘葉開口 1416貼合于混合輸送管道133，實現在輸水口 134的內部對其封閉。第一閘葉1411和第二閘葉1412通過自身重力封閉輸水口134，使貯水池內部的水無法進入輸水管道132。
[0038]請參照圖6和圖7，當閘葉141處于打開輸水口134的狀態時，通過絞車143收放第一纜繩1421和第二纜繩1422，實現第一閘葉1411和第二閘葉1412在輸水口 134內運動，控制輸水口 134的大小。第一閘葉1411和第二閘葉1412連接組成的形狀與弧形壁1341的形狀匹配。第一部分1414靠近貯水池的端部至第二部分1415遠離貯水池的端部與底壁1342間的距離逐漸減小。根據連續性方程，貯水池內的水流經環形設置的、孔徑逐漸縮小的閘葉141并通過閘葉開口 1416進入輸水管132，水的流速逐漸增加；同時根據總能量衡算方程和機械能衡算方程，貯水池內的水流經環形設置的、孔徑逐漸縮小的閘葉141并通過閘葉開口 1416能夠減少與輸水口 134內壁的碰撞從而減少能量損失，在水的流速增加的情況下能夠有效地減少水的動能的損失。第二部分1415的形狀與弧形壁的形狀相同，這樣當第一閘葉1411與第二閘葉1412在輸水口 134張開至最大時，第二部分1415能與弧形壁1341完全貼合。并且，在第一閘葉1411與第二閘葉1412在輸水口 134微張、半張或大時，也能保證第一閘葉1411和第二閘葉1412的第二部分1415間圍成與弧形壁1341相同的環形設置并且孔徑逐漸縮小的水流通道，由此均能起到減少水流動能損失的技術效果。通過水閘140能夠控制輸水管道132內部的水與混合輸送管道133內部的氣水比例，以優選出最佳的節水增效的方案。
[0039]承上述，通過在輸水口 134設置與其形狀匹配的閘葉141，一方面，能夠控制貯水池內部的水向輸水管132流入的流速和流量，方便調節輸水管132內部的水與混合輸送管道133內部的氣水比例。另一方面，相對于傳統的輸水口，貯水池內的水流經第一閘葉1411和第二閘葉1412并通過閘葉開口 1416進入輸水管道132時，能夠減少水的動能的損失。
[0040]閘葉141在使用時，通過絞車143收起纜繩142，纜繩142帶動閘葉141向上運動，第一閘葉1411和第二閘葉1412的伸入到輸水口 134內部的第二部分1415均朝向弧形壁1341運動，并形成閘葉開口 1416，從而打開輸水口 134，貯水池內部的水通過輸水管132進入水輪機210。再依次開啟壓力栗120和空氣壓縮機110，壓力栗120將貯水池內的水栗入混合輸送管道133，空氣壓縮機110將空氣栗入混合輸送管道133并，經過加壓后的水和空氣在輸送管道133混合成氣水并與輸水管道132輸送的水共同沖擊水輪機210的轉輪，水輪機210通過聯軸器230帶動發電機220轉動，從而實現水的動能、壓能和勢能向電能轉化，實現水力發電。
[0041]綜上所述，本節水增效裝置100安裝在水力發電機組200的進水方向，能夠增加通過水輪機進水口 211進入水輪機210內部水的動能和壓能，通過混合輸送管道133輸送的氣水以及輸水管道132輸送的水兩股流體共同沖擊水輪機210的轉輪，提高水的動能和壓能向電能轉化的效率，既減少了水的用量，又提高水利發電的效果。
[0042]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種節水增效裝置，適于安裝于貯水池，所述貯水池具有輸水口，其特征在于，所述節水增效裝置包括空氣壓縮機、壓力栗和管道系統，所述空氣壓縮機安裝于所述貯水池外部，所述壓力栗安裝于所述貯水池內部，所述管道系統包括輸氣管道、混合輸送管道和用于連通發電機組的輸水管道，所述輸水管道與所述輸水口連通，所述壓力栗與所述混合輸送管道連通，所述混合輸送管道穿過所述輸水口伸入所述輸水管道內，所述輸氣管道的兩端分別與所述空氣壓縮機和所述混合輸送管道連通。2.根據權利要求1所述的節水增效裝置，其特征在于，所述節水增效裝置還包括用于控制所述輸水口的開口大小的水閘，所述水閘設置于所述輸水口的靠近所述貯水池內壁的一側。3.根據權利要求2所述的節水增效裝置，其特征在于，所述輸水口由弧形壁和底壁圍成，所述弧形壁與所述底壁間的距離從靠近所述貯水池一側向遠離所述貯水池一側逐漸減小。4.根據權利要求3所述的節水增效裝置，其特征在于，所述水閘包括第一閘葉、第二閘葉、第一纜繩、第二纜繩和絞車，所述絞車安裝于所述貯水池，所述第一閘葉的上端和所述第二閘葉的上端均鉸接于所述貯水池內壁，所述第一纜繩的兩端分別與所述第一閘葉的遠離鉸接點的一端以及所述絞車連接，所述第二纜繩的兩端分別與所述第二閘葉的遠離鉸接點的一端以及所述絞車連接，所述第一閘葉與所述第二閘葉間形成用于供所述混合輸送管道穿過的閘葉開口。5.根據權利要求4所述的節水增效裝置，其特征在于，所述輸水口上端設有連接軸孔，所述第一閘葉和所述第二閘葉均設有軸孔，所述連接軸孔和所述軸孔通過樞軸同軸連接。6.根據權利要求4所述的節水增效裝置，其特征在于，所述第一閘葉和所述第二閘葉對稱設置，所述第一閘葉和所述第二閘葉均包括第一部分和第二部分，所述第一部分貼合于所述貯水池的內壁，所述第二部分伸入所述輸水口內，當所述第一閘葉與所述第二閘葉張開至最大時，所述第二部分與所述弧形壁貼合。7.根據權利要求1所述的節水增效裝置，其特征在于，所述輸水管道內部設有用于固定所述混合輸送管道的固定裝置。8.根據權利要求7所述的節水增效裝置，其特征在于，所述固定裝置為座體，所述座體與所述輸水管道內壁連接，所述座體的兩端部包括相對設置的第一支柱和第二支柱，所述第一支柱和所述第二支柱間形成凹槽，所述混合輸送管道卡合于所述凹槽。9.一種水利發電機組，包括水輪機、發電機和聯軸器，所述水輪機通過所述聯軸器與所述發電機連接，其特征在于，還包括如權利要求1?8任一項所述的節水增效裝置，所述節水增效裝置的所述輸水管的遠離所述輸水口的一端與所述水輪機連通。10.根據權利要求9所述的水利發電機組，其特征在于，所述水輪機設有水輪機進水口，所述水輪機進水口與所述輸水管道連通，所述混合輸送管道延伸至所述水輪機進水口處。
【文檔編號】F17D3/01GK105863931SQ201610427649
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月15日
【發明人】馮建華
【申請人】馮建華