技术领域本发明涉及一种水力发电机组，尤其是一种大型循环水力发电机组。
背景技术：
现有的大型混流式抽水机多为抽水蓄能电站应用为可逆式机组，吸水管和送水管为直通管，转轮承受负载力大且稳定性能差。现有的高水头大流量的发电机组都是一水一机组式(即一条引水管供一台发电机发电)，发电效率较低。另外，申请人观察了大中型水电站的进水管在进水时的动能相当大还没被利用，所以水能利用率较低。以前曾有很多科技工作者试图研制循环水力发电机组没有成功，其原因主要是单一的小型水力动能差是较小的，不容易得到足够的余力能量进行周转。
技术实现要素：
本发明的发明目的在于克服上述之不足，提供一种以电能差为周转的大中型水力组合机组，以获得较大的多余电量。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：该循环水力发电机组包括：多台混流式旋力抽水机和一水二机混流式水轮发电机组构成的多级混流式水轮发电机组，并在每两级机组间设有一条备用通水道，作为某一级发电机组停机检修或保养时用；混流式抽水机的进水口与与抽水机旋吸管固定连通；混流式抽水机的出水口与与抽水机旋送管固定连通；多根抽水机旋送管与总管固定连通，总管与多级混流式水轮发电机组固定连接。混流式旋力抽水机：把现有的抽水蓄能电站的可逆式大型混流式机组改变：第一，改抽水与发电两用的可逆式机组为专一抽水机，并由立轴式改为卧轴式，增强转轮的稳定性，使转轮转动力大一点；第二，改直通的吸水管为旋曲吸管，由机体向下的旋曲宽度逐渐适当增加，旋坡度为35°-40°；改直通的出水管为旋曲送水管，由机体向上逐渐适当增加宽度，到20曲之后可以保持旋曲宽度，旋坡度为35°-40°；运用了旋力原理的旋力抽水机与原有的对比，用电量小一些，扬程提高一些，机组耐用一些。一水二机混流式水轮发电机组包括：转轮、主轴、发电机、顶盖、固定导叶、蜗壳、油冷轴承、水冷轴承、凹型顶力支撑窝，该机机包括：二个发电机组。第一个发电机组：处于上游的进水管。的上面设有盘型漏斗，盘型漏斗与进水管固定连通，进水管中内设有球型节水阀，进水管的一侧设有备用通水道的入口，入口处设有备用通水道的球型节水阀，进水管的下端出口与内设有固定导叶的蜗室固定连通；第1转轮的下面设有固定安装的第1上发电机，第1转轮的下面设有第1下电机室，第1下电机室内与第1上发电机依次同轴设有第1下发电机和第1顶力支撑窝，第1下发电机组的尾水进入第1曲旋管。第二个发电机组：第1曲旋管的下端出口与内设有固定导叶的蜗室固定连通；第2转轮的上面固定安装有第2上发电机，第2转轮的下面设有第2下电机室，第2下电机室内与第2上发电机依次同轴设有第2下发电机和第2顶力支撑窝；第二个发电机组的尾水进入第2曲旋管。混流式旋力抽水机采用用13台抽水机抽水，每台30万千瓦，管内径为3.5米，吸程为70米，扬程为650米。第1曲旋管呈3～4圈的形状；第2曲旋管呈2～3圈的形状；长度或者不是高度，加大旋曲宽度即得到；长度是第1曲旋管的三分之二，就保证机组出力最大。另外，为了使发电机组多发电的需要，抽水机多备用13台，每两台抽水机共用一根旋吸管和一根旋送管，分别在靠近抽水机的吸水管和送水管设叉管和开关闸门，作为抽水机停机检修或保养时使用轮换。盘型漏斗的直径为3D，D为进水管直径；盘型漏斗能使水体形成初旋；每级进水管口前的盘型漏斗为封闭式；所述的球型节水阀或是备用通水道入口前的备用通水道的球型节水阀能快速开启或关闭，调节水流的大小或截断水流；水体流入呈半弯曲、上大下小的状态，向蜗壳进水口倾斜，坡度为25°-30°，长度是2D，形成助旋转水流；盘型漏斗的水面到蜗壳进水口的高程是2D-3D米，此时上机组的水头计算是另加下个水力机组的旋力进水管高程；水流随后进入蜗室。内设有固定导叶的蜗室与现有常规结构相比：减少活动导叶，并且加大蜗室入口和引水室大通道，大通道逐渐减小并底面向固定导叶倾斜30°；固定导叶改为弯曲型，比常规加长3倍，并且蜗室头入口比尾出水依次逐渐减小，宽度不变，导叶之间呈斜弯状，底坡度为30°，这样，水体大的重推力、旋压力就直接、快速、均衡进入转轮叶片。第1转轮和第2转轮所设的转轮叶片采用传统的厚叶片，第1下发电机和第2下发电机均分别安装在部分敞开的略带尖圆状的第1下电机室和第2下电机室，第1下电机室和第2下电机室的室外面通过的第1曲旋管和第2曲旋管排水，或作为下一个机组的旋力进水；在转轮轴经过圆周顶尖部位前固定安装一个隔水伞，以防止水渗入室内；减少推力轴承、转轮承重支架；在上发电机顶盖即转轮轴上方安装一个油冷轴承，在靠近下发电机下方即转轮轴下方安装一个水冷轴承并有凹型顶力支撑窝，支撑窝承受转轮全部的力；这样的转轮平衡了水的重推力、旋推力和磁拉力；水体的重推力、旋推力直接、快速、均衡进入转轮，转轮转动稳定有力，克服了飞逸转速和振动，能满足机组稳定运行的要求。备用通水道的进水口内设有备用通水道的球型节水阀，备用通水道的下方出口与下一级机组的盘型漏斗固定连通，备用通水道作为某一级发电机组停机检修或保养时使用。本发明的有益效果：运用大型混流式抽水机抽水(每台抽水机为单管)，把抽上的水集合为总管，把总管分级，每级用一水二机混流式水轮发电机发电，只是开始时一次性输送很少电量给予一组抽水机抽水，首次所发电量后即可循环供电抽水和不断多发电，能满足人们所需的一种安全、清洁、可靠的可持续发展的能源，有很高的实用经济价值。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。图1是一水二机混流式水轮发电机组结构示意图。图2是本发明的组合结构示意图。具体实施方式根据图1-图2所示，本发明主要包括：盘形漏斗1、球型节水阀2和备用通水道的球型节水阀3、进水管4、备用通水道5、第1上发电机6、第1下发电机7、第1转轮8、第1顶力支撑窝9、第1下电机室10、第1曲旋管11。第2上发电机12、第2下发电机13、第2转轮14、第2顶力支撑窝15、第2下电机室16、第2曲旋管17、第二级机组盘型漏斗18。蓄水库19、抽水机旋吸管20混流式抽水机21、抽水机旋吸管20、抽水机旋送管22、总管23、第一级混流式发电机组24、第一级机组备用通水道25、第二级机组盘型漏斗26。该发电机组包括：多台混流式旋力抽水机和一水二机混流式水轮发电机组构成的多级混流式水轮发电机组，并在每两级机组间设有一条备用通水道，作为某一级发电机组停机检修或保养时用；混流式抽水机21的进水口与与抽水机旋吸管20固定连通；混流式抽水机21的出水口与与抽水机旋送管22固定连通；多根抽水机旋送管22与总管23固定连通，总管23与多级混流式水轮发电机组固定连接。混流式旋力抽水机：把现有的抽水蓄能电站的可逆式大型混流式机组改变：第一，改抽水与发电两用的可逆式机组为专一抽水机，并由立轴式改为卧轴式，增强转轮的稳定性，使转轮转动力大一点；第二，改直通的吸水管为旋曲吸管，由机体向下的旋曲宽度逐渐适当增加，旋坡度为35°-40°；改直通的出水管为旋曲送水管，由机体向上逐渐适当增加宽度，到20曲之后可以保持旋曲宽度，旋坡度为35°-40°；运用了旋力原理的旋力抽水机与原有的对比，用电量小一些，扬程提高一些，机组耐用一些。一水二机混流式水轮发电机组：包括：转轮、主轴、发电机、顶盖、固定导叶、蜗壳、油冷轴承、水冷轴承、凹型顶力支撑窝，该机机包括：二个发电机组。第一个发电机组：处于上游的进水管4的上面设有盘型漏斗1，盘型漏斗1与进水管4固定连通，进水管4中内设有球型节水阀2，进水管4的一侧设有备用通水道5的入口，入口处设有备用通水道的球型节水阀3，进水管4的下端出口与内设有固定导叶的蜗室固定连通；第1转轮8的下面设有固定安装的第1上发电机6，第1转轮8的下面设有第1下电机室10，第1下电机室10内与第1上发电机6依次同轴设有第1下发电机7和第1顶力支撑窝9，第1下发电机组的尾水进入第1曲旋管11。第二个发电机组：第1曲旋管11的下端出口与内设有固定导叶的蜗室固定连通；第2转轮14的上面固定安装有第2上发电机12，第2转轮14的下面设有第2下电机室16，第2下电机室16内与第2上发电机12依次同轴设有第2下发电机13和第2顶力支撑窝15；第二个发电机组的尾水进入第2曲旋管17。混流式旋力抽水机采用用13台抽水机抽水，每台30万千瓦，管内径为3.5米，吸程为70米，扬程为650米。第1曲旋管11呈3～4圈的形状；第2曲旋管17呈2～3圈的形状；长度或者不是高度，加大旋曲宽度即得到；长度是第1曲旋管的三分之二，就保证机组出力最大；另外，为了使发电机组多发电的需要，抽水机多备用13台，每两台抽水机共用一根旋吸管和一根旋送管，分别在靠近抽水机的吸水管和送水管设叉管和开关闸门，作为抽水机停机检修或保养时使用轮换。盘型漏斗1的直径为3D，D为进水管直径；盘型漏斗1能使水体形成初旋；每级进水管口前的盘型漏斗为封闭式；所述的球型节水阀2或是备用通水道入口前的备用通水道的球型节水阀3能快速开启或关闭，调节水流的大小或截断水流；水体流入呈半弯曲、上大下小的状态，向蜗壳进水口倾斜，坡度为25°-30°，长度是2D，形成助旋转水流；盘型漏斗1的水面到蜗壳进水口的高程是2D-3D米，此时上机组的水头计算是另加下个水力机组的旋力进水管高程；水流随后进入蜗室。内设有固定导叶的蜗室与现有常规结构相比：减少活动导叶，并且加大蜗室入口和引水室大通道，大通道逐渐减小并底面向固定导叶倾斜30°；固定导叶改为弯曲型，比常规加长3倍，并且蜗室头入口比尾出水依次逐渐减小，宽度不变，导叶之间呈斜弯状，底坡度为30°，这样，水体大的重推力、旋压力就直接、快速、均衡进入转轮叶片。第1转轮8和第2转轮14所设的转轮叶片采用传统的厚叶片，第1下发电机7和第2下发电机13均分别安装在部分敞开的略带尖圆状的第1下电机室10和第2下电机室16，第1下电机室10和第2下电机室16的室外面通过的第1曲旋管11和第2曲旋管17排水，或作为下一个机组的旋力进水；在转轮轴经过圆周顶尖部位前固定安装一个隔水伞，以防止水渗入室内；减少推力轴承、转轮承重支架；在上发电机顶盖即转轮轴上方安装一个油冷轴承，在靠近下发电机下方即转轮轴下方安装一个水冷轴承并有凹型顶力支撑窝，支撑窝承受转轮全部的力；这样的转轮平衡了水的重推力、旋推力和磁拉力；水体的重推力、旋推力直接、快速、均衡进入转轮，转轮转动稳定有力，克服了飞逸转速和振动，能满足机组稳定运行的要求。备用通水道5的进水口内设有备用通水道的球型节水阀3，备用通水道的下方出口与下一级机组的盘型漏斗固定连通，备用通水道作为某一级发电机组停机检修或保养时使用。工作原理：用多管抽水，把多管抽上的水集合为总管，用一水多级式机组发电，只是开始时一次性输送很少电量给予一组抽水机抽水，首次所发电量后即可循环供电抽水和不断多发电，即是以电能差为周转的多发电。对于混流式旋力抽水机：把现有的抽水蓄能电站的可逆式大型混流式机组改变：(1)改抽水与发电两用的可逆式机组为专一抽水机，并由立轴式改为卧轴式，增强转轮的稳定性，使转轮转动力大一点；(2)改直通的吸水管为旋曲吸管，由机体向下的旋曲宽度逐渐适当增加，旋坡度是35°-40°；改直通的出水管为旋曲送水管，由机体向上的旋曲宽度逐渐适当增加，到20曲之后可保持旋曲宽度，旋坡度为35°-40°；用13台抽水机抽水，每台30万千瓦，管内径为3.5米，吸程为70米，扬程为650米。对于一水二机混流式水轮发电机组：分析近年来投产的高水头大流量水轮发电机组，尽管技术进步了许多，但是机组的稳定性并没有提高多少，相反，压力脉动增大，振动加剧，转轮裂纹等现象更加普普遍，其主要原因归纳为水力的设计和机组结构的设计没有很好地迎合水体的旋动力。归根到底，是湍流的复杂性，湍流问题曾被称为“经典物理学最后的疑团”，湍流中大旋涡套着中旋涡，中旋涡套着小旋涡，互相交叉又互相混杂，这些运动着的旋涡数量之巨，种类之多，相互作用之繁，不是容易描述的。而最重要特性可归结为随机性、扩散性、有涡性和耗散性。现有的大型机组水体运行太复杂，没有很好地迎合水体的旋动力，并且转轮只用到少量重推力加少量旋动力。另外，申请人观察了大、中型电站的进水管在进水时的动能相当大还没被利用，所以水能利用率较低。为了解决这些问题，本发明运用液体、气体的二次流原理，参照液体、气体、固体的旋力特性，利用数学类比法，对现有机组技术设计存在的问题进行科学分析，得出下面结论：为克服机组飞逸转速和振动，使其多出力：(1)改水力的复杂紊流为基本是单一的二次流，迎合水体的旋动力；(2)改水力的重力流为重力流加旋力流，增加转轮出力；(3)改近似直管为弯曲管，高水头、大流量旋弯管二次流的压力比直管一次流大，直管流压力是水头与管流面积乘积的一次方成正比(不需要考虑库容水体容积关系)；(4)改悬吊的一头驱动转轮为两头固定中间驱动转轮，增强转轮稳定性；(5)改单发电机为比发电机，使磁拉力平衡多发电；(6)改重吸力排水为重吸力+旋吸力排水，使机组出力最大。另外，利用水体在开始流入进水管时的大功能，增设第一个大型混流式水轮发电机组。一水多级式发电机组的设计是用13台抽水机抽上的水集合为总管，把总管分为8级，每级用一水二机混流式水轮发电机组发电，只是开始时一次性输送很少电量给予一组抽水机抽水，首次所发电量后即可循环供电抽水和不断多发电。本发明运用液体、气体二次流原理，参照液体、气体、固体的旋力特性，单一小型水力的永动机没能成功，就要多个介质(电力)加入，利用数据对比，得出下面结论：把抽水蓄能电站的可逆式大型混流机组改变一下结构成为专一抽水机，这种抽水机稳定有力，即是运用高扬程、小流量为升水，集合为高水头、大流量的降水所潜在的特别超大动能差采用分级发电转换得到有特大电量，以电量差为周转的动力组合机组，在转换过程中水力损失很小，所得的动能较大。创新机组设计计算公式与原机组经验计算公式：(1)原机组经验计算公式：Np＝9.81yQpH①(2)创新机组设计计算公式：Np＝9.81yQpHM②以上①②式中：Np——水电站平均出力，KW；Qp——发电站引用平均流量，m3/S；H——设计发电工作水头，m；Y——水电站机组工作效率系数，原大型水电站一般采用0.82-0.90；创新大型水电站一般采用0.88-0.93；M——创新大型水电站可采用的倍数为2-4倍。应用举例：现在广州抽水蓄能电站的可逆式大型混流式抽水机组每台用电量这30万千瓦，管内径为3.5米(中间由4管合为一管)，吸程为70米，扬程为552.8米，用创新设计得到的扬程为650米以上(每台抽水机为专一单管)。现在高水头大流量的三峡水电站应用水头为80.6米，进水内径为12.4米，一水安装一个大型混流式机组(一个发电机)，容量为70万千瓦(实际上，考虑机组的稳定性，还未用足水能，机组还是有振动性)另外，进水口还有巨大的动能未被利用。如果采用创新设计的一水二机(4台发电机)大型混流式发电机组(采用液体、气体的二次流原理，就不需要考虑库容水体容积就能得到较大压力)发电，电量将是原来的2.5-3.5倍，即得到电量175-245万千瓦。所述的大型循环水力发电机组：采用13台旋力抽水机(创新设计广州抽蓄电站的专一抽水机)抽水，把抽上的水集合为总管，管流总面积是124.8平方米，总高程是720米(吸程70+扬程650)，共用去电量为390万千瓦(30×13)；总管的管流面积124.8平方米比三峡电站的一条进水管径12.4米的管流面积120.5平方米多一点(这样，就使降水压力增大，运行加速)，把降水的总管内径(即发电机组进水管径)定为12.4米，将总高程是720米的总管分为8级，每级用三峡电站创新设计的一水二机大型混流式水轮发电机组发电，每级电量为175-245万千瓦，8级所得到的总电量为1400-1960万千瓦，与抽水用去390万千瓦，就能多得电量1010-1570万千瓦。本发明大型循环水力发电机组，模型试验就可体现以电量差(不是单一的水力动能差)为周围的组合机组。能够获得多余电量。要说明一下的是：本发明大型循环水力发电机组不限于文中的数据关系，文中以广州抽蓄电站的升水(抽水)，用“移花接木”的方法，通过科学分析，用数学类比法对比三峡电站的降水(放水)发电来说明：只要是用先进的抽水机抽水(升水)，利用升水的总管流面积略大于降水管流面积，用先进的多发电的机组进行分级发电，如果升水的扬程越高，集合得到的总管(降水)管流面积越大，所得到的剩余电量就越大。本发明要说明一下的是：通过科学分析，用数学类比法得到“较大的剩余电量问题”：(1)现在广州抽蓄电站的可逆式大型混流式直压抽水机每台用电30万千瓦，管内径为3.5米，吸程为70米，扬程为552.8米，如果按照单管抽下库的水到上库蓄水，除去管道、库面蒸发等因素损失，到发电时，再从上库用原管放水发电，也就是说用4度电抽水，到放水发电时只能得到3度电左右；(2)如果把水抽到同样的高度(552.8米)后立即流入与原管相等的管道发电，所得的电量与抽水用的30万千瓦电量相关无几(因为管道的水力损失是微小的)；(3)如果采用创新的旋力抽水机抽水(用电量比原抽水机小一些)，把水抽上同样的高度(552.4米)，立即流入同样的管道用两个水轮发电机组(在水体流入降水管时多安装一个切入式发电机组)发电，所得电量就要超过30万千瓦；(4)如果采用多台旋力抽水机抽水，把水抽上同样的高度(552.4米)，立即流入总管集合为降水，把总管分级(这就象在落差、流量都很大的一条河上分级建设高水头、大流量发电站一样，并且是运用像龙卷风那样大旋力的液体二次流原理的水力进行发电)，每级用一水二机大型混流式水轮发电机组发电，就能得到较大的多余电量。再者，关于“能量守恒定律”问题：据记载，到目前为止，“能量守恒定律”只在电子方面得到证明，其余的不是停留在局限的推理之中，还有提出新的议论，例如：不用太复杂的模型，只用一个简单的模型试验：不管使用什么方法使液体、固体上升到一定高度后立即落下来的动能都比上升时的动能大(因为落下来的动能增加了地球吸引力因素)；所以用13台旋力抽水机抽水(上升)，集合为总管(落下)发电时的动能比抽水时的动能大；前面已说过本发明是用“移花接木”的方法以，通过科学分析，用数学类比法进行对比说明抽水(升水)与发电(降水)的动能不守恒，大动能发电与小动能抽水用电不守恒；所以大型循环发电机组不是单一的水力动能差，而是以电能差为周围的组合机组，能够获得较大的多余电量。电站用的水头为80.6米，每个机组装机容量为70万千瓦，如果采用创新设计的一水二机组式水轮发电机组(采用二次流原理，就不需要考虑库容水体容积就能得到较大压力)发电，每一级就能得到电量175-245万千瓦，8级就能得到电量1400-2000万千瓦，与抽水用去390万千瓦对比，，就能多得电量1010-1610万千瓦。把总管分为8级，每级用一水二机组式水轮发电机组发电。与现有的混流式抽水机对比，把吸水管和送水管改为旋曲型管，运用大型混流式抽水机抽水(每台抽水机为单管)，把抽上的水集合为总管，把总管分级，每级用一水二机组成水轮式发电机，只是开始时一次性输送很少电量给予一组抽水机抽水，首次所发电量后即可循环供电抽水和不断多发电，能满足人们所需的一种安全、清洁、可靠的可持续发展的能源，有很高的实用经济价值。