用于水电站坝的可调堤堰的制作方法

专利名称：用于水电站坝的可调堤堰的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于水电站的堤坝装置。更加特别地，本发明涉及控制水 电站坝中通过轮机的水流。
背景技术：
用于水电站的驱动能量通常包括在河流或其他河道系统上建造堤坝而 形成的水库，通过从水库接受沟槽形河源流动的轮机进行驱动的至少一个 发电机，用于失去效能的水从轮机流回到河流或河道系统的下游排放系 统。在这种装置中产生的电量受堤坝中进水立管的水高度的直接影响，该 进水立管将从导水管(penstock)输送的水送给轮机。 一般来说，在建造 过程中增加堤坝的高度可以安装更高的进水立管，由此将更高的水柱输送 给轮机。水柱底部通常由水库的底面限定。正是通过在水从柱顶到柱底垂 直下降过程中水容量的重量产生的压力来确定驱动轮机的力。轮机通常位 于水柱底部或其附近。提供给轮机的水的垂直落差通常称为堤坝的"水 头"。输送到轮机的水压可通过选择进水立管和水渠的直径进行控制，以 及通过流入进水立管的水相对将水输送给的轮机定位的高度进行控制。保 持堤坝水库中充足的水量取决于上游河道中的水流入堤坝的流速，以及给 上游河道提供水的雨、雪和融雪水的年降水量。延长峰值发电量的周期可 通过从堤坝放水路(taiirace)进入邻近堤坝的尾水池的高排放量的失去 效能的水来实现，并常常导致尾水池中的下游水位升高超过轮机装置的水 平，由此直接导致发电量的降低。本领域技术人员应该理解，从最上面的
8立管进水口到邻近堤坝的尾水池中的下游水位的水柱距离被称为堤坝的
"净水头"，其中背压是有影响的，以及该"净水头"是输送到轮机的驱 动力的主要决定因素，因此"净水头"的高度直接影响水力发电。在每个 立管上设置多个垂直定位的进水口能够在水库中的水位在长期的干涸和/ 或干旱时期下降时将水输送给轮机。
当轮机空转的低发电量时期或在长期的十涸或十旱时期，与水力发电 相关的另一个问题是进入轮机的水压的减小会导致更少量的水从放水路流 入下游河道。通常的结果足，下游水位下降到一部分或所有放水路都暴露 在大气中的位置，由此使空气通过放水路基础结构进入轮机，从而使轮机 在水输送一流出基础结构内产生气蚀。高速旋转的轮机叶片使来自放水路 的空气和从水库流入的水混合，从而导致多个局部增强的低压区(即真空 压力)，包括围绕轮机叶片和轴旋转的气泡。这些气泡会剧烈地破裂同时 发出冲击波，以物理的方式冲击周围的固体表面，经过较长的时期或气蚀 作用，最初会导致叶片表面上形式为坑道和磨损的微小损坏，然后可能尺 寸增大在叶片中形成孔隙，并导致用丁成形叶片和轮机轴的材料疲劳。这 样损坏的轮机必须被替换，以便防止严重的设备失常和故障，这可能使水 电站不能工作直到进行维修。
现有技术公开了几种策略用于在不必增大堤坝的高度的情况下增大堤 坝的有效水头，以及响应堤坝上游的季节水流波动控制放水路中的水位。
美国专利No.4,014，173公开了在不透水的坑道处安装驱动发电机的轮机， 该坑道大体上低于尾水的河床高度，然后通过本领域技术人员熟知的自激 励脉冲泵作为压力扬吸机(hydraulic ram)连续地排出从轮机排放的水。 该压力扬吸机优选安装在位于轮机机坑下游的第二不透水的坑道处，并通 过地下管道基础结构与轮机机坑相互连接。该173'系统所需的复杂结构 不适合于许多适合于安装水电站的地形。此外，轮机和压力扬吸机坑道的设计和配置对保养、维修和替换工作的实现施加了种种限制。GB700,320 公开了一种在建造水电站坝过程中安装在水轮机放水路中的可调节堤堰， 其目的是使放水路中的水位保持足够的高，从而防止轮机处的气蚀。该可 调节堤堰由一装置响应放水路中的水位以这样一种方式自动控制，使得只 要水位不下降到低于预定的最低水平就使堤堰保持低于和在从轮机流出的 水流之外。如果水流下降低于最低水平，则升高口J调节堤堰挡起放水路中 的水，由此使水位升高超过防止气蚀所需的最低水平。该'320的可调节 堤堰设计成持续浸没在放水路水流中并因此存在一些操作性的问题，包 括(1)由于被持续浸没而磨损和侵蚀，因此容易使可调节堤堰的个别 元件或装置本身发生故障，(2)难以实现水下保养和维修，和(3)
'320的堤堰不能容许碎石，即任何回冲洗的底部冲刷如石头、树枝和其 他浸水的碎石将阻塞堤堰并和其操作相干涉。

发明内容
木发明的示例性实施例旨在提供一种系统、装置和方法，其用于可控 地操纵和/或调节和/或保持上游和/或在水电站坝中人工降低的下游放水路 河道的水位，从而维持最大可实现的净水头，而不论上游拦蓄水位的变 化。
根据本发明的一个示例性实施例，提供一种可控制调节的堤堰部件， 其安装在下游河道中并与水电站坝联通。该可调节的堤堰部件布置成可收 縮地联通和啮合(engage)从堤坝放水路排出的失去效能的水。当处于完 全收縮的位置时，可调节的堤堰部件处于和堤坝放水路排出的失去效能的 水最小的联通状态。优选的是，当处于完全收縮的位置时，堤堰部件不与 排出的失去效能的水联通。当处于完全啮合的位置时，可调节的堤堰部件 直接阻碍排出失去效能的水的向下流动，由此可操纵地使堤坝放水路附近保持选择的水位。
根据一个方面，提供一种可控制调节的堤堰部件，其邻近水电站坝尾 水池区域的远端。该可调节的堤堰部件包括系在至少一对支撑结构上的至 少一个可控的膨胀一收縮气囊，所述支撑结构与下游河道的底部啮合和配 合。多个可膨胀的气囊通过绳索连接在一起，在与水电站坝的放水路联通 的下游河道上延伸，所述多个气囊通过系在一对支撑结构上而保持在合适 的位置。该至少一个气囊相互连接并与可控制的压缩空气源联通，该压縮 空气源足为了膨胀和收縮的需要而设置的。可替换地，可调节的堤堰部件 包括至少一个可控制膨胀和收縮的组件，该组件由容置在支撑框架内的连 接在一起的气囊基础结构构成，该支撑框架可与下游河道的底面啮合和配 合。可替换地，可调节的堤堰部件包括容置在支撑框架内的多个连接在一 起的气囊基础结构组件，该支撑框架在下游河道上延仲，所述支撑框架可 与相对的河岸配合。可控制的压縮空气源是为了使连接在一起的气囊基础 结构组件膨胀和收縮的需要而设置的。
根据另一个方面，提供一种可控制调节的堤堰部件，其包括固定在合 适位置的构架，该构架由在下游河道上延伸的混凝土屏障组成。该混凝土 屏障具有多个穿过其的间隔开的、开口孔隙(voids)，所述空隙用于门
的铰接和/或滑动安装。该门布置成密封地啮合和脱离混凝土屏障。提供 至少一个控制部件，用于通信和配合所述门，以便可控制地使门啮合混凝 土屏障和使门脱离混凝土屏障c
根据本发明的另-个示例性实施例，提供邻近水电站坝尾水池区域的 远端的下游坑道，用于增大堤坝的水头。坑道的近边靠近尾水池区域的远 端，以便使堤坝底部的坡脚区域和堤坝底部下面的地面支撑基底保持结构 完整性，所述距离由特定地点的地貌和地球物理学性质确定。坑道的深度 对堤坝水头的高度是选择性的、特定地点以及加性的，由此能够从堤坝附
11近上游拦蓄的水库将增大的水压输送给轮机，进而增大发电容量。在--,中
合适的形式中，坑道在与水电站坝联通的下游河道的两对岸之间延伸并与
其联通。可替换地，坑道可以沿下游河道的纵轴布置，而不在河岸上延
伸。可替换地，坑道可以和下游河道的两对岸中的一个河岸联通，而与另 一河岸不联通。
根据一个合适的方面，提供一种精确地增大水电站坝的水头的方法， 包括通过在下游河道的河床中设置坑道，所述坑道邻近堤坝尾水池区域的 远端。根据特定地点的地貌和地球物理学性质，水头高度可通过本领域技 术人员为坑道确定选择的合适深度来增大。
根据本发明的又一个示例性实施例，提供一种如此处所描述的可控制 调节的堤堰部件，该堤堰部件如此处所描述地被设置在邻近水电站坝的坡 脚区域的下游坑道中。
根据再一个示例性实施例，提供一种控制水电站坝的放水路附近的排 放失去效能的水的水位的方法，包括当进入上游拦蓄水库的水流量减小 时，增大木发明的可调节堤堰部件和从堤坝放水路下游排放的失去效能的 水的受控啮合，以及当进入拦蓄水库的上游水流量增大时，减小可调节堤 堰部件的受控啮合。


现在结合附图描述本发明，其巾 图1是示例性的现有技术的水电站坝的横截面视图； 图2示出了图1的水电站坝横截面视图，其具有本发明的一个示例性 实施例；
图3是在图2中示出的水电站坝的平面图4示出了图2的水电站坝的横截面视图，其具有本发明的一个可替换的示例性实施例；
图5示出了图2的水电站坝的横截面视图，其具有根据本发明的可膨
胀堤堰的示例性实施例，其中示出的该堤堰处于收缩模式；
图6示出了图5的水电站坝的横截而视图，其具有处于膨胀模式的堤
堰；
图7是在图6中示出的实施例的平面图8示出了图2的水电站坝的横截面视图，其具有根据本发明的可膨 胀堤堰的可替换的示例性实施例，其中示出的该堤堰处于收縮模式；
图9示出了图5的水电站坝的横截面视图，其具冇处于膨胀模式的堤
堰；
图10足在图9中示出的实施例的平面图11示出了图2的水电站坝的横截面视图，其具有根据木发明的可 调节多元件堤堰的示例性实施例，其中示出的堤堰部件处于打开位置； 图12是在图11中示出的实施例的平面图13示出了图2的水电站坝的横截面视图，其具有根据木发明的可 调节多元件堤堰的示例性实施例，其中示出的堤堰部件处于部分关闭的位 置；
图14示出了图2的水电-站坝的横截面视图，其具有根据本发明的可 调节多元件堤堰的示例性实施例，其中示出的堤堰部件处于完全关闭的位 置；
图15是本发明的另 一个示例性实施例的平面图，其示出了在图1中 作为例子在水电站坝的下游流路上部分延伸的可调节堤堰；
图16是本发明的另一个示例性实施例的平面图，其示出了在图1中 作为例子在水电站坝的下游流路上部分延伸的可调节堤堰的可替换布置；
图17示出了图2的水电站坝的横截面视图，其具有三组在水电站坝下游连续定位的可调节堤堰；
图18示出了图17的示例性实施例的横截面视图，其中处于水电站坝 下游的第一组可调节堤堰处于完全膨胀模式，其他组的可调节堤堰处于部 分膨胀模式；以及
图19示出了图17的示例性实施例的横截面视图，其中处于水电站坝 下游的第一组Rf调节堤堰处于完全膨胀模式，其他组的Bj调节堤堰处于收 缩模式。
具体实施例方式
图1示出了一个示例性的传统的水力发电装置，包括堤坝结构30， 其配置成将"拦蓄的"水10保持在上游水库20中，并将失去效能的水排 放到下游河道中，该下游河道具有fi然河床22和相对的河岸24。下游河 道通常包括设置在其远端邻近堤坝30的尾水池21，固定在合适位置的形 式为护堤(berm)的障碍物21b，其包括挖掘的填充材料21c，其目的是 保持失去效能的水25从处丁下游地表水平的放水路38t排出，并使放水 路38的出口保持浸没状态。传统堤坝设计的底部通常具有位于轮机下方 用于稳定的屮间键槽32和坡脚区域31。堤坝结构30通常还具有用于立 管40的支撑44，该立管具有至少一个进水孔42，用于从水库10接受水 和将所述水输送给压力水管46，由此将水输送给轮机34，该轮机配置成 驱动发电机36。失去效能的水从轮机34排出到放水路38，然后将失去效 能的水从堤坝30排进河岸24限定的下游河道中。容纳在最高进水口 42 和轮机34之间的立管40内的水柱15的高度通常称为拦蓄水10的"水 头"。容纳在最高进水口 42和放水路38之间的立管40内的水柱15的 高度通常称为拦蓄水10的"有效净水头"。立管40内水的重量提供了驱 动轮机34的压力。介于最高进水口 42和下游失去效能的水的水位25之间的水柱部分是"净水头"。增大有效净水头，也就是增大从立管40中
水柱15的表层到放水路38的出口的高度将增大传递给轮机34的水压， 由此增大发电机36的发电能力。仅仅通过增大堤坝结构30的高度就可以 实现在非常常规的装置中增大净水头，由此提高拦蓄水10的水平。然 而，这种方法通常是不可行的或者按照自然规律来说是不可能的。
为了避免在枯水流量状态下轮机中的气蚀，该枯水流量状态是由较长 的干涸期和/或干旱引起的，并会导致卜.游和下游水位下降，常规的堤坝 设计是使放水路的排水口 38从堤坝30尽可能地靠近尾水池底部21a，从 而(1)保持轮机36被水淹没，以及(2)提供最大的净水头。使用挖 掘料21c建造固定在合适位置的障碍物21b以形成尾水池21c，可增大保 持在尾水池21a中的失去效能的水的水位25，从而保持放水路38的出口 被浸没。
在最大发电导致的高水流量期间或在非常降水量和/或融雪期间的结 果是，下游水位25可能升高远超过固定在合适位置的障碍物21b的顶 部，同时净水头减小到最高进水口 42和下游水位25之间的距离，而不是 最高进水口 42和轮机34之间的距离。在这种情况下，净水头的减小将导 致被轮机34驱动的发电机36发出的功率成正比地减小。
由于在低发电需求期间的轮机空转或者可替换地在较长的干旱期，在 轮机34的枯水流量期间导致的结果是，保持在尾水池21a中的下游水位 25可能会显著地下降，由此露出放水路的出水口而促进气蚀的发生。
本发明的示例性实施例提供了 一种系统、装置和方法，其用于使水电 站坝的有效净水头最大，以及响应由于低发电量或在轮机空转期间减少的 进入尾水池的失去效能的水的排放量，和/或响应输送到用于存储拦蓄水 的水库中的水量的环境变化，可控地控制邻近堤坝装置的下游排水水位。 在高发电量期间和/或进入拦蓄水库的高水流量期间，示例性的实施例配
15合成保持水头的"有效净水头"，以及将排放的失去效能的水有效地排出 堤坝，由此保持"有效净水头"的最佳高度。在轮机34的枯水流量期 间，示例性的实施例配合地操纵成保持邻近堤坝的放水路出口的选择的下 游水位，以便排除因空气通过放水路出口回流到轮机室而导致轮机发生气 蚀的可能，同时还保持"有效净水头"的最佳高度。
本发明的某些示例性实施例提供了下游坑道与适当布置在该坑道内的 可调节堤堰部件的组合，该坑道位于水电站坝的尾水池区域的下游并与其
邻近。如图2和3所示，从现有的水电站坝拆除建好的限定了尾水池区域 22a的护堤(未示出)，并用邻近尾水池区域22a的合适的坑道22b替 代。该坑道22b在连接到自然河底之前向下游延伸一段合适的距离。坑道 22b的作用是，给失去效能的水提供从放水路38和尾水池区域22a下降 的更长的垂直距离，因此增大了 "有效净水头"。如果如所期望地由于下 游河床的地形，可以将附加的坑道如图4中的坑道22c设置在邻近第一坑 道22b的下游处，以便保持和提供失去效能的水25从尾水池区域22a的 正流出，由此提供一种重力装置，其用于确保在季节期当拦蓄水10的水 位显著下降时通过水电站坝的轮机的高水流量。
结合随后的和/或邻近尾水池区域布置的坑道，本发明的示例性实施 例还提供至少一个可调节的堤堰部件，以及视需要地提供多个可调节的堤 堰部件，用于如图5 — 14中作为例子处于坑道中的装置。该可调节的堤堰 部件布置成可控地啮合和联通从堤坝的放水路排放的失去效能的水。在通 过堤坝装置的水流量较高的期间，例如在春季径流吋期和/或上游洪水控 制时期，可调节的堤堰部件可控地操纵成给流出放水路38进入尾水池区 域22a的失去效能的水25提供最小的阻力，使得失去效能的水25从堤坝 尽可能快地流向下游。当在季节变化时通过轮机的拦蓄水流量减小时，可 调节的堤堰操纵成对流出尾水池区域22a的失去效能的水可控地提供阻力，使得当通过压力水管46、轮机34并流出放水路38的水流量减小 时，失去效能的水25的期望水位保持邻近堤坝的放水路38，由此作为控 制和防止轮机34中发生气蚀的装置。
根据本发明的可调节部件包括包括可控地膨胀和收缩的气囊部件。图 5至7示出了一个示例性的实施例，其包括多个通过绳索54连接在一起 固定在相对河岸24上的町膨胀气囊50，其布置成横越，或者可替换地部 分地横过，或可替换地坐落在堤坝30下游水的河中央。每个可膨胀的气 囊50通过绳索56与一对支撑结构52连接，该支撑结构牢固地安装在坑 道22b中，该坑道设置在邻近尾水池22a的河底中。在进入拦蓄水库10 的水流量较高的时期，如图5所示气囊50选择性地和可控地收缩，以便 不限制失去效能的水25从放水路38流入尾水池21a中，由此快速流到下 游。在延长的干涸期当水流量持续下降时，如图6和7所示一个或多个气 囊50选择性地和可控地膨胀，以便在尾水池区域22a附近形成越来越升 高的失去效能的水25的临时蓄水堤，进而使水位25保持期望的水平，该 水平足够高以防止空气通过放水路38回流到轮机中，由此防止发生气 蚀。然而，本领域技术人员应该理解，作为图6中的实例在拦蓄水10的 水位下降时，相对于气囊50上游的失去效能的水25的水平来说，气囊 50下游的失去效能的水25a的下降水平将成比例地增大"有效净水 头"，并由此帮助在这种情况下增大发电。
图8至IO示出了本发明的可膨胀调节的堤堰部件的另一个示例性实 施例，其包括安装在保持框架内的多个连接在一起的气囊基础结构60， 该保持框架牢固地建造在坑道22b中，该坑道位于邻近尾水池22a的河 底，并且这些气囊基础结构布置成横跨尾水池22a下游的区域。每个气囊 基础结构60可分别和独立地膨胀和收縮。如图8所示地，在进入拦蓄水 库10的水流量较高的时期，气囊基础结构60收缩，从而不会限制失去效
17能的水25从放水路38进入尾水池21a的流动，并山尾水池快速流向下 游。如图9和所示地，在水流量持续减小的较长的干涸时期， 一个或多个 气囊基础结构60膨胀，以便为邻近放水路38的排出失去效能的水25形 成越来越高的临时蓄水堤，进而使尾水池区域22a中的水位25保持得足 够高，防止空气通过放水路38回流到轮机中。本领域技术人员应该理 解，作为图9中的实例，在拦蓄水10的水位下降的状态下，相对于基础 结构60卜.游的失去效能的水25的水平来说，气囊基础结构60下游的失 去效能的水25a的下降水平将成比例地增大"有效净水头"，并由此帮助 在这种情况下增大发电。
本领域技术人员应该理解，示例性的气囊50和气囊基础结构60可以 通过与压縮空气源配合和联通来进行可控地膨胀和收縮。本领域技术人员 还应该理解，压缩空气设备(未示出)可以安装在邻近可调节堤堰部件的 河道两岸上合适的外壳结构中。可替换地，压縮空气可以通过管路基础系 统从堤坝设施支护设备提供。合适的是连接到可调节堤堰部件的压縮空气 源布置和安装在预定的下游"高水位"之上，以便丁维修和保养。
可替换地，可调节的堤堰部件包括建造在合适位置的基础结构，该基 础结构具有至少一个向上延伸和/或摆动的门形结构，并与该门形结构相 配合。图11至14示出了门(coffre)型堤坝结构的示例性实施例，该堤 坝结构具有加强的混凝土墙和框架70，该混凝土墙和框架在下游河道上 延伸并与河岸连接24在一起。混凝土墙和框架70由多个间隔开的整体连 接在--起的支架74支撑和稳定。多个可控的可调节门72铰接地和/或可 伸长地啮合混凝土墙和框架70。控制设备(未示出)可通信地与每个门 72相互连接，以便使门72与混凝土墙和框架密封地啮合以及与其相分 离。在进入拦蓄水库IO的水流量较高的时期，门72调节成完全打丌的位 置，如图11和12所示，以便不限制失去效能的水25从尾水池22a的放水路38进入尾水池21a的流动，并由尾水池快速流向下游。当轮机空转 或者在较长的干旱时期水流量越来越小时， 一个或多个门72部分地关 闭，如图13所示，以便较大地限制排出失去效能的水25的流动，由此使 水位保持得足够高，防止空气通过放水路38回流到轮机中。图14示出了 与混凝土墙和框架70相密封关闭啮合的门72，由此使失去效能的水25 在框架70和门72之上流动，进而在较长的十涸时期或轮机处于空转时使 尾水池区域22a中的失去效能的水25的水位保持在期望的水平。本领域 技术人员应该理解，在拦蓄水10的水位下降的情况下，如图13和14中 作为实例的那样，或者轮机处于空转模式，相对于气囊基础结构60上游 的失去效能的水25的水平来说，气囊基础结构60下游的失去效能的水 25a的下降水平将成比例地增大"有效净水头"，并由此帮助在这种情况 下增大发电。
包括可控制调节的堤堰的本发明的示例性实施例也可以是安装在尾水 池21a的非挖掘的河床下游，该尾水池具有包括挖掘料的护堤21c，如图 15和16所示。图15示出了门形可调节的堤堰部件90，该堤堰部件与河 岸(shore)连接并部分地横跨河流。可替换地，可调节的堤堰部件90与 河岸分开且独立地定位，例如如图16所示，处于排出失去效能的水的路 径的中流。本发明的可调节堤堰部件的结构和设计可以布置和操纵成使用 具有多种水电站结构设计和/或具有多种环境、地球物理学和地形学场所 的本发明，使得失去效能的水的最小和最大服务排放量可以是可控制调节 和操作的合适的控制设备，该控制设备与本发明的可调节堤堰部件相互连 接和配合。合适的是堤堰的控制设备和机构布置在河道两岸上的控制外壳 结构巾，或者可替换地，布置在堤坝基础结构上。此外合适的是使本发明 的coffer型可调节堤堰部件与门可控地啮合和脱离的机构的布置可以高于 失去效能的水25达到的最高水位，并且水位之上的服务人员能够靠近。本发明的另一个示例性实施例提供了一系列顺序布置在水电站坝下游
的可控制调节的堤堰部件，如图17 — 19所示，由图5—7中的可膨胀气囊 50，绳索54、 56以及支撑结构52作为实例。在拦蓄水位10非常高的季 节期，气囊50可能如图n所示地完全收縮，从而表现成尽可能小的障碍 物以使失去效能的水25从放水路38快速流出。当拦蓄水位IO如图18所 示开始下降时，气囊50可以选择性地膨胀，以改变对来自尾水池区域 22a的失去效能的水的保持和流量。如图19所示在上游拦蓄水位10相对 低的季节期，合适的是使处于堤坝下游的第一可调节堤堰中的气囊50完 全膨胀，同时其他下游可调节的堤堰部件完全收縮。这种组合能够使尾水 池区域22a中的失去效能的水保持选择的目标水平，从而防止轮机34中 的气蚀，同时在尾水池区域22a中失去效能的水水平和第一可调节堤堰的 下游区域之间提供落差，进而使失去效能的水25a从第一可调节堤堰上游 的尾水池区域快速流出。尽管图17 — 19示出了一系列三组连续的可调节 堤堰部件，但是本领域技术人员应该理解，可以根据下游河道和河岸的地 形带来的要求和限制来选择连续的可调节堤堰部件的组数和布置。
本发明的另一个示例性实施例提供了一种障碍物的下游布置，该障碍 物可以潜在地妨碍失去效能的水从水电站坝的快速流出。该障碍物可以是 自然形成的地理高地、巨石构造、较大的岩石等等。然而，应该注意，本 领域技术人员应该理解，如上所述的实施例用于对现有的水电站装置进行 改进，其H的是在本发明的可调节堤堰和坑道实施例的下游给失去效能的 水流动提供下游障碍物。
尽管已经对示例性的第一和第二实施例的组合和配合描述了本发明， 但是本领域技术人员应该理解如何修改和改造这里公开的系统、装置和方
法，以便增大水电站坝的水头高度和可控地操纵邻近堤坝放水路的排出失 去效能的水的水平。此外，本领域技术人员应该理解，可以单独地改进第
20一和第二示例性实施例，即，安装在现有的水电站坝的下游(a)在第 一示例性实施例的情况下增大水头高度以增大堤坝的发电容量，或(b)
在第二示例性实施例的情况T"可控地操纵排放的失去效能的水，以保持选
择的邻近放水路的最低下游水位。在主坑道内设置第二坑道也属于本发明 的范围，其中主坑道布置成用于增大失去效能的水从尾水池区域流出的流
速，而第二坑道布置成将这里公开的nJ调节堤堰部件容纳在其中。第二坑 道可以使可调节堤堰部件收缩到主坑道的水平，使得在较高的拦蓄水位和 通过流量时他们不会对失去效能的水的流出提供障碍和阻碍。
提供以下部件也属于本发明的范围(a)邻近水电站坝装置的尾水
池区域的坑道，该坑道足够深以在通过压力水管时和在轮机的拦蓄水流季
节性地或人为地减小时不会导致轮机发生气蚀，以及(b)根据这里公开 的示例性实施例的可控制调节的堤堰部件，其用于可操纵地保持邻近放水 路的失去效能的水水位处于期望的水平，从而防止发生气蚀。本领域技术 人员应该理解，通过提供邻近尾水池区域的坑道可控地对水电站坝装置施 加压力，同时通过防止轮机气蚀修正压力将在这种情况下增大发电。
因此，应该理解，可以对坑道、可调节的堤堰部件、属于本发明范围 的装置和相关方法进行各种改变和修改，并在此将其包括进来。考虑到对 本领域技术人员来说显而易见的多种变化和改变，本发明的范围完全由随 附的权利要求来限定。
2权利要求
1. 一种系统，用于可控地调节安装在河道内的水力发电站坝的尾水池区域的失去效能的水的水位，该系统包括安装在邻近尾水池区域远端的河道下游的可控制调节的堤堰部件，所述可控制调节的堤堰部件布置成可控地阻碍来自尾水池区域的失去效能的水的流出；具有可操作元件的装置，其布置成操纵所述可控制调节的堤堰部件以可控地增大和减小对来自尾水池区域的失去效能的水的流出的阻碍，所述操作元件可从失去效能的水上方操作，以及布置成与上述装置通信和配合的控制部件，用于操纵可控制调节的堤堰。
2. 如权利要求l所述的系统，其中，可控制调节的堤堰部件安装在 坑道中，该坑道设置在尾水池区域的下游，该坑道具有邻近放水路远端的 近端。
3. 如权利要求1述的系统，其中在尾水池区域的下游设置了多个坑 道，所述多个坑道中的第一坑道具有邻近放水路远端的近端，其中至少一 个可控制调节的堤堰部件安装在多个坑道中。
4. 如权利要求3所述的系统，其中，在其内安装有所述可控制调节 的堤堰部件的坑道附加地具有第二坑道，第二坑道布置成当所述部件操纵 成完全未阻碍的模式时，将所述可控制调节的堤堰部件全部收容在内。
5. 如权利要求1述的系统，其中所述可控制调节的堤堰的一端与河 道下游部分的一侧连接。
6. 如权利要求1所述的系统，其中可控制调节的堤堰的一端与河道 下游部分的一侧连接，可控制调节的堤堰的另一端与河道下游部分的另一侧连接。
7. 如权利要求1所述的系统，其中可控制调节的堤堰包括多个气 囊，所述气囊系在一起形成一排气囊，所述气囊以可控的方式膨胀和收 缩。
8. 如权利要求7所述的系统，其中附加地每个气囊系在至少一个支 撑结构上，该支撑结构嵌入气囊所在的河道中。
9. 如权利要求7所述的系统，其中所述多个气囊中的每个气囊可单独可控地膨胀和收縮。
10. 如权利要求7所述的系统，其中所述多个气囊通过压縮空气源 可控地收縮。
11. 如权利要求IO所述的系统，其中所述控制部件布置成可操纵地 控制连接到所述多个气囊的压缩空气源。
12. 如权利要求1所述的系统，其中可控制调节的堤堰包括多组堆 叠的气囊，所述多组堆叠的气囊系在一起形成一排堆叠气囊的组，每组堆 叠的气囊以可控的方式膨胀和收缩。
13. 如权利要求12所述的系统，其中附加地每组堆叠的气囊系在至 少一个支撑结构上，该支撑结构嵌入在用于其的河道屮。
14. 如权利要求12所述的系统，其中所述多个气囊通过压縮空气源 可控地收縮。
15. 如权利要求14所述的系统，其中所述控制部件布置成可操纵地 控制连接到所述多个气囊的压縮空气源。
16. 如权利要求1所述的系统，其中所述可控制调节的堤堰部件包 括至少一个门形结构，该门形结构包括；框架；布置成密封啮合所述框架的门形元件；以及3与所述框架和所述门形元件配合的操作元件，所述操作元件布置成使 所述框架和所述门形元件可控地啮合、部分地脱离以及完全脱离，其中当 框架和门形兀件密封啮合时，该门形结构阻碍失去效能的水从尾水池区域 流出，当框架和门形元件部分脱离时，该门形结构部分地阻碍失去效能的 水从尾水池区域流出。
17.如权利要求16所述的系统，其中控制部件布置成与装置通信和 配合，以便机械地操纵可调节的堤堰。
18.如权利要求丄6所述的系统，其中控制部件布置成与装置通信和配合，以便液压地操纵可调节的堤堰。
19. 如权利要求1所述的系统，其中所述控制部件包括微处理器和为其提供的操作软件，所述微处理器和软件以下述方式之一进行配置(a) 监控、记录和报告失去效能的水进入和通过尾水池区域的流(b) 计算失去效能的水通过尾水池区域的流量所需的调节量，以便使水电站坝内拦蓄水的有效净水头保持所选择的水位；以及(c) 以通信的方式与装置配合来操纵可控制调节的堤堰部件，从而 可控地增大或减小对来自尾水池区域的失去效能的水的流出的阻碍。
20. 如权利要求19所述的系统，其中所述控制部件收容在水电站坝 下游的河道堤岸上为其设置的设备中。
21. 如权利要求19所述的系统，其中所述控制部件收容在水电站坝 中为其设置的设备中。
22. —种方法，用于可控地调节安装在河道内水力发电站坝的尾水 池区域的失去效能的水的水位，该方法包括提供安装在邻近尾水池区域远端的河道的下游部分的可控制调节的堤 堰部件，所述可控制调节的堤堰部件布置成可控地阻碍来白尾水池区域的失去效能的水的流出；提供具有可操作元件的装置，其布置成操纵所述可控制调节的堤堰部 件以可控地增大和减小对来自尾水池区域的失去效能的水的流出的阻碍， 所述操作元ff^T从失去效能的水的上方操作，以及提供布置成与上述装置通信和配合的控制部件，用于操纵可控制调节 的堤堰，用于监控、记录和报告失去效能的水进入和通过尾水池区域的流 量，用于计算失去效能的水通过尾水池区域的流率所需的调节量，以使水 电站坝内拦蓄水的有效净水头保持所选择的水位，以及用于以通信的方式 与装置配合来操纵可控制调节的堤堰部件，从而Rf控地增大或减小对来自 尾水池区域的失去效能的水的流出的阻碍；监控、记录和报告失去效能的水进入和通过尾水池区域的流量；计算失去效能的水通过尾水池区域的流量所需的调节量，以便使水电 站坝内f:蓄水的有效净水头保持所选择的水位；以及以通信的方式与装置配合来操纵可控制调节的堤堰部件，从而可控地 增大或减小对来自尾水池区域的失去效能的水的流出的阻碍。
23. 如权利要求22所述的方法，其中提供至少一个坑道，以在其中安装至少一个可控制调节的堤堰部件。
24. 如权利要求22所述的方法，其中所述可控制调节的堤堰的-端 与河道下游部分的一侧连接。
25. 如权利要求22所述的方法，其中可控制调节的堤堰的一端与河 道下游部分的一侧连接，可控制调节的堤堰的另端与河道下游部分的另 一侧连接。
26. 如权利要求22所述的方法，其巾可控制调节的堤堰包括多个气 囊，所述气囊系在一起形成一排气囊，所述气囊以可控的方式膨胀和收缩。
27. 如权利要求26所述的方法，其中附加地每个气囊系在至少一个支撑结构上，该支撑结构嵌入在用于其的河道中。
28. 如权利要求26所述的方法，其中所述多个气囊中的每个气囊可 单独可控地膨胀和收縮。
29. 如权利要求26所述的方法，其中所述多个气囊通过压縮空气源 可控地收縮。
30. 如权利要求29所述的方法，其中所述控制部件布置成操纵地控 制连接到所述多个气囊的压缩空气源。
31. 如权利要求22所述的方法，其中可控制调节的堤堰包括多组堆 叠的气囊，所述多组堆叠的气囊系在一起形成一排堆叠气囊的组，每组堆 叠的气囊以可控的方式膨胀和收縮。
32. 如权利要求31所述的方法，其中附加地每组堆叠的气囊系在至 少一个支撑结构上，该支撑结构嵌入在气囊所在的河道中。
33. 如权利要求31所述的方法，其屮所述多个气囊通过压縮空气源 可控地收缩。
34. 如权利要求31所述的方法，其中所述控制部件布置成可操纵地控制连接到所述多个气囊的压縮空气源。
35. 如权利要求22所述的方法，其中所述可控制调节的堤堰部件包 括至少一个门形结构，该门形结构包括；框架；布置成密封啮合所述框架的门形元件；以及与所述框架和所述门形元 件配合的操作元件，所述操作元件布置成使所述框架和所述门形元件可控 地啮合、部分地脱离以及完全脱离，其中当框架和门形元件密封啮合时，该门形结构阻碍失去效能的水从尾水 池区域流出，当框架和门形元件部分脱离时，该门形结构部分地阻碍失去效能的水从尾水池区域流出。
36. 如权利要求35所述的方法，其中控制部件布置成与装置通信和配合，以便机械地操纵可调节的堤堰。
37. 如权利要求35所述的方法，其中控制部fWJ置成与装置通信和 配合，以便液压地操纵可调节的堤堰。
全文摘要
一种系统，用于可控地调节安装在河道内水力发电站坝的尾水池区域的失去效能的水的水位。该系统包括(a)邻近尾水池区域远端安装在河道下游的可控制调节的堤堰部件。所述可控制调节的堤堰部件布置成可控地阻碍来自尾水池区域的失去效能的水的流出；(b)具有可操作元件的装置，其布置成操纵可控制调节的堤堰部件可控地增大和减小对来自尾水池区域的失去效能的水的流出的阻碍。所述操作元件可从失去效能的水的上方操作，以及(c)布置成与上述装置通信和配合的控制部件，用于操纵可控制调节的堤堰。所述可控制调节的堤堰部件可视需要地安装在坑道中，该坑道设置在邻近尾水池区域的下游。
文档编号E02B9/00GK101501277SQ200780030100
公开日2009年8月5日 申请日期2007年6月20日 优先权日2006年6月23日
发明者杰拉尔德·迈克尔·斯托特, 汉斯·克里司汀·贝姆 申请人:汉斯·克里司汀·贝姆;杰拉尔德·迈克尔·斯托特