[發明專利]一種帶流線形尾水流增流裝置的增流式智能水輪機系統

在審

• 申請號: 201811447513.1
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109854440A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 張玉全;張付林;唐肖陽;鄭源;周嘉言
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: F03B15/06
• 分類號: F03B15/06;F03B13/00;F03B3/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 吳樹山

本發明涉及一種帶流線形尾水流增流裝置的增流式智能水輪機系統，包括貫流式水輪發電機組，其特征在于，還包括流線形尾水流增流裝置和尾水流狀態控制器，所述流線形尾水流增流裝置由受力感應單元、增流傳動單元、增流釋放單元和帶流線形轉輪葉片的流線形轉輪單元依次平行軸向設置，所述流線形轉輪葉片均勻布置在流線形轉輪輪轂的周向內壁上，所述尾水流狀態控制器分別控制貫流式水輪發電機組轉輪葉片的葉片角度β₁的大小、流線形轉輪葉片的葉片角度β₂的大小以及感應驅動桿的移動距離x的大小。本發明既能夠使流線形尾水流增流裝置充分利用貫流式水輪發電機組尾水流中大量的剩余動能，又能夠使外部發電機輸出品質優良的電能。

技術領域

本發明屬于水力發電技術領域，特別是涉及一種帶流線形尾水流增流裝置的增流式智能水輪機系統。

背景技術

我國低水頭水力資源十分豐富，該資源一般處于江河中下游的經濟發達地區。近些年，這些地區經濟發展迅速，用電需求增速飛快。但是這些地區一般都是能源緊張地區，可開發的中、高水頭水力資源早在20世紀90年代以前就已開發完畢。為了滿足該地區經濟迅速發展的需要，人們又轉而開發低水頭資源。貫流式水電站是開發低水頭水力資源最好的方式，一般應用于25m水頭以下。它與中、高水頭電站、低水頭立式軸流電站相比，具有流道簡單、過流通道的水力損失小、機組結構緊湊、建設周期短、投資小、收效快、淹沒移民少等優點。

但是，貫流式水輪發電機組結構復雜、體型龐大、機械效率偏低，統計資料表明：貫流式水輪機轉輪出口水流的動能約占總水頭的45％以上，最大可達90％。雖然有尾水管回收這部分動能，但是由于尾水管的水力設計以及考慮實際工程的開挖量問題，其回收能量的能力還是非常有限的。

中國專利申請200810072478.X公開了一種“組合式水能發電裝置”，該裝置包括若干列安裝框，所述各列安裝框沿縱向設有若干個橫向通水孔道，所述各列安裝框上對應設有用以啟閉該列安裝框的升降阻水板，所述各橫向通水孔道上分別設有葉輪，設于同一列的各葉輪轉軸后端分別經一對圓錐換向齒輪與一豎向動力傳動軸傳動連接，以經豎向動力傳動軸帶動設于豎向動力傳動軸上端的發電機工作。該裝置雖然可根據河道實際情況，組合形成相適應的壩體式水力發電裝置，且結構簡單，水流量易于控制，但是該裝置并未考慮不同工況時，葉輪的效率會有較大的差別，由此造成整個裝置的效率不高，水力性能較差。

中國專利申請201410205181.1公開了一種“岸基聚能式波浪能發電裝置”，該裝置能夠聚集波浪能并把波浪轉換成管道內的海流，利用海流驅動渦輪發電。同時，岸邊收縮水道呈喇叭口型，開口處是橢圓形而透平處是圓形，兩者有很大的面積比，因此透平處的水流速度是開口處數倍，起到聚能的作用。該裝置施工簡單，發電機與海水不接觸，可靠性高，而且有效地提高了水流的轉換效率。但是，該聚能裝置進出口面積固定，不能根據來流速度的大小，動態調整聚能的多少，導致輸出的電能頻率不穩，品質較差。

中國專利申請201510601845.0公開了一種“導流聚能式海浪、潮汐、洋流及風力四合一發電系統”，該系統在基座上設若干個沿圓周均布的弧形導流板，當海浪、潮汐、洋流經過本裝置時，海水將在弧形導流板的導向作用下形成海水渦流，由于海水渦流作用使其上方的空氣同時形成空氣渦流，在海水渦流推動葉輪、空氣渦流推動風葉的共同作用下傳動管高速旋轉，傳動管將動能傳遞給增速機，增速機驅動發電機高速旋轉產生電能。該裝置克服了現有發電方式單一、發電效率低的問題，實現了大功率發電。但是本裝置僅依靠橫截面形狀為半月牙形的弧形導流板來導流、聚能，其聚能效果微乎其微，因此不能充分利用水能，造成資源的浪費。

綜上所述，現有的組合式水力發電裝置僅為不同數量發電裝置的串聯，并未考慮工況的改變所造成的裝置效率降低的問題，因此均未能充分發揮裝置的最大性能。同時，聚能裝置僅僅依靠斷面面積的縮小來增流，并不能根據來流流量的大小動態調整增流的多少，導致輸出的電能頻率不定，性能不佳。如何克服現有技術的不足已成為當今水力發電技術領域中亟待解決的重要難題之一。

發明內容