[發(fā)明專利]低水頭大流量川渠水輪機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710582101.8
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107642448B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賴融毅
• 申請（專利權(quán)）人: 賴融毅
• 主分類號: F03B3/18
• 分類號: F03B3/18;F03B3/12;F03B15/04;F03B13/00
• 代理公司: 11139 北京科龍寰宇知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 孫皓晨;李林<國際申請>=<國際公布>=

本發(fā)明提供一種低水頭大流量川渠水輪機(jī)，包括導(dǎo)水座、水輪與閘門片，導(dǎo)水座具有頂板與底板，上、下游側(cè)分別為進(jìn)水口與出水口，中間為水輪間，另兩外側(cè)為第一側(cè)板與第二側(cè)板，分別朝內(nèi)部延伸第一導(dǎo)水壁與第二導(dǎo)水壁至水輪間邊緣；水輪具有轉(zhuǎn)軸與復(fù)數(shù)葉片，設(shè)置于導(dǎo)水座的水輪間；閘門片為圓柱殼形片，可穿過導(dǎo)水座頂板而滑動于水輪上游邊緣，而閘門片滑動調(diào)整閘門開度可調(diào)整流水?dāng)嗝娣e，并控制進(jìn)水流量及關(guān)閉機(jī)組，能夠依據(jù)流量調(diào)節(jié)上游水位于高水位狀態(tài)，使流量變化情況均能穩(wěn)定、高效率運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到結(jié)構(gòu)簡單且易于安裝，適合直接設(shè)置于河川及渠道中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低水頭、大流量、流量變化均有高效率的豎軸水輪機(jī)結(jié)構(gòu)，特別是指一種結(jié)構(gòu)簡單、安裝容易及操作簡便，而能夠直接組裝于河道及渠道等場所進(jìn)行發(fā)電的低水頭大流量川渠水輪機(jī)。

背景技術(shù)

水輪機(jī)是水力發(fā)電站中將水流的位能轉(zhuǎn)化為動能再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的設(shè)備。一般最常見中、高水頭傳統(tǒng)型之中、大型的水力發(fā)電站，系將河水以攔河壩將水流集中，讓水通過引水管線引至廠房內(nèi)水輪機(jī)，沖擊水輪機(jī)水輪，并由水輪機(jī)帶動與其連接的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，即一般的傳統(tǒng)管線式水輪機(jī)，主要代表機(jī)型如佩爾頓(Pelton)及法蘭西斯式(Francis)等水輪機(jī)，所述的這些傳統(tǒng)管線式水輪機(jī)的雖效率高達(dá)0.8～0.93，但并不適合直接設(shè)置于河水或渠道中，故建廠少不了會含括攔水、引水管線及廠房等土木設(shè)施而增加不少工程費(fèi)，在低水頭大流量的水力條件情況下，如采用所述的這些傳統(tǒng)管線式水輪機(jī)尺寸會很變得相當(dāng)龐大，故市場少有這種低水頭大流量的水力條件傳統(tǒng)管線式水輪機(jī)商品，如特別訂制費(fèi)用昂貴，并不經(jīng)濟(jì)，也幾乎沒有建廠商轉(zhuǎn)案例。

一般5公尺至30公尺低水頭的傳統(tǒng)管線式水輪發(fā)電機(jī)組包括管狀式(Tubular)、燈泡式(Bulb)及克普蘭式(Kaplan)等水輪機(jī)組，大都需以壓力水管等引至河水或渠道外側(cè)設(shè)置水輪機(jī)，5公尺以下低水頭大流量水力條件下，所述的這些水輪機(jī)實(shí)際上已不適合直接設(shè)置于河水或渠道中。

近年來也有些尚未商業(yè)發(fā)展成功的水力機(jī)組可直接設(shè)置于河水或渠道中，且可適用于低水頭情況，該些機(jī)組中，部分模仿及改善自傳統(tǒng)管線的阻力型機(jī)組的效率雖較高，但市場上商品只能處理較小流量，在低水頭大流量的情況時(shí)，設(shè)置常無法滿足流量通過需求，需變更加大渠道以設(shè)置多組所述的這些水輪機(jī)組，且仍常有多余流量需處理溢流問題，如特別訂制大尺寸機(jī)組，也會因價(jià)格高昂而經(jīng)濟(jì)性欠佳；部分能于低水頭通過大流量的該些非阻力型機(jī)組大都效率不佳，約在0.1～0.4，因產(chǎn)出能量少而經(jīng)濟(jì)性欠佳，且這些機(jī)組仍各有其設(shè)置條件的限制，故仍需考量其是否可符合其機(jī)組設(shè)置條件才能運(yùn)用，該些機(jī)組包括效率及機(jī)組結(jié)構(gòu)等仍有很大的改善空間。

而有一種水輪機(jī)稱作貫穿流式水輪機(jī)，能于低水頭情況通過稍大水量，其不像大多數(shù)水從徑向或軸向流入的水輪機(jī)類型，而是讓水直接穿過機(jī)組水輪扇葉，作為一種水車衍生類型，即水流自水輪機(jī)的單側(cè)邊小角度切向進(jìn)入，后流入水輪之中，然后水會從水輪機(jī)的相反側(cè)扇葉間隙離開機(jī)組。此種設(shè)計(jì)會使得水流入及流出水輪時(shí)，除入水時(shí)會有沖擊力外，水排出時(shí)的反力也有二次推動水輪轉(zhuǎn)動效益。這種貫穿流式水輪機(jī)型式最早是由美國的Banki Donat教授發(fā)展出來，并于1919年取得US1436933A號專利，而其后更有其他業(yè)者于1986年改良導(dǎo)翼設(shè)計(jì)取得US4579506A的專利，并發(fā)展出橫軸貫穿流式(Cross-flow)而廣泛成功的商業(yè)運(yùn)用，該水輪機(jī)型屬于低水頭的傳統(tǒng)管線式水輪發(fā)電機(jī)組，不適合直接設(shè)置于河水或渠道中，而此類貫穿流式水輪機(jī)均系以橫軸設(shè)計(jì)，且轉(zhuǎn)輪的入水口范圍不大，只讓較小流量流入，使水輪部分露于空氣中，以獲取較高效率，商業(yè)產(chǎn)品效率約0.85～0.75，其后有更多的改變自橫軸貫穿流式的機(jī)種研究，如改變該型水輪機(jī)的水輪入水口范圍加大，讓更多水量進(jìn)入水輪而減少水輪的空氣區(qū)比例，此反而導(dǎo)致效率下降；如改變該型水輪機(jī)的水輪全部浸于水中運(yùn)轉(zhuǎn)，則效率更低。故貫穿流式水輪機(jī)的發(fā)展都以橫軸式發(fā)展，如改變該型水輪機(jī)構(gòu)直接設(shè)置于渠道上運(yùn)用時(shí)，一般會以類似水車方式，其懸掛的水輪大部分位于水面上，也方便發(fā)電機(jī)設(shè)于岸旁，該型水輪全部浸于水中運(yùn)轉(zhuǎn)效率變低，故少有直接將水輪設(shè)置全部浸沒于河川、渠道中運(yùn)用案例。