专利名称：垫水发电站的制作方法
技术领域：
水力发电
背景技术：
传统水电站，可以多得的电功率，放任丢弃了。现样述于下-为便于说明，重温水电方面几个术语定义
落差上游水位与下游水位之差。为方便叙述，本文fe认为下游水位 不变。
必要落差是单机满功率发电的最小落差。亦称为额定水头，相应 的上游水位称最低水位。
在必要落差下满功率发电，水轮机的调节阀门(导叶)全开。认为全开的 调节阀门无阻力，引水管道阻力很小不计，必要落差形成的压力，流速及冲击 力全部作用在水轮机的转轮，效率最高，可达到92%。
落差小于必要落差下发电，尽管调节阀门全开，发电功率也要降低，发电 效率低。甚至带来气蚀、振动和抬机等不安全因素。
落差大于必要落差下发电，水轮发电机为防止超负荷，它会把调节阀门关 小，把多余的落差即富余落差被关在调节阀门之外。
富余落差是超过必要落差的落差。实为多余落差。是财富，但……
富余落差是落差贮备，它增大库内贮水量，是水库愉快所求。水电站在欠 丰季节，总是宁肯少开几台机组，也要保留一定的落差贮备。在伏汛前期迎接 大暴雨腾空水库,贮备出现负值是短暂的。调峰任务的水电站，富余落差大。伏 汛拦洪伏汛期及伏后，库内水位高，自然趁时多发电，富余落差也相应可观。 桃花水季节，水量丰富，可多发电，富余落差大。为春末夏初干旱季节的灌溉， 船运……等，也要留有较大的落差贮备。富余落差的存在，为四个季节持续均 衡发电提供条件。
富余落差是"势"的存在。它不能单独用于发电，也不能参与主水轮机发 电。富余落差与流量的乘积，代表富余功率，它随着发电用水的流出，消亡在 调节阀门上。
总而言之富余落差被关在调节阀门之外，富余功率被消亡在调节阀门上。
本发明垫水发电站，就是改变富余落差不能发电的历史，能收回消亡在调 节阀门上电功率。
发明内容
上游的富余落差，移向下游。在下游以尾水为媒介由副机 发电。——不用库内一滴水。
垫水发电站就是把上游的富余落差移向下游，用围墙垫高水轮机的尾水， 用垫高的尾水供给副机发电。副机坐在围墙尾端矮桥上。
主水轮发电机察觉到尾水被垫，流量和功率有所降低时，会自动地及时开大调节阀门，吃上游的富余落差(最后吃到尾水室强度允许为限)，恢复原流量 和原发功率。此时副机发电功率已很可观了。
当上游水位不高，富余落差不足时，打开围墙底闸放流，主水轮机自由地 发电，停用垫水发电机。
垫水发电机是在下游吃上游的富余落差而多发电，故富余落差已不是"势" 的存在，富于功率已不再消亡在调节阀门上。而被收回供给垫水发电机，水电 站可以做到最经济运行。
水电站的设计工作总是取平均落差的60~80%做为必要落差，也就是在平 常年月，总有15%以上可利用的富余落差。垫水发电站有实施空间，有普遍性。 垫水发电有普遍性，垫水发电功率可观。仅就已知数据，举两例计算于下 一模似计算宝珠寺水电站单机设想的垫水发电的功率。
1、资料数据，川北广元市白龙江中游宝珠寺水电站公示牌数据如下。
① 下游水位489m (拔海)……为叙述方便，认为下游水位不变。
② 最低水位560m……认为是满功率发电的最低水位。
③ 平常水位588m;
④ 装机HL622型17.5万千瓦四台 1998年建成开始担任调峰任务。
1、 单机设想的垫水发电功率计算如下
(1) 求算单机满功率发电的必要落差HB:
HB-上游满功率发电的最低水位一下游水位
=560-489
=71m
(2) 求算单机满功率发电的流量Q:
0=单机额定功率+ (必要落差X 9.8X0.92X0.91) =17.5万+ (71X9.8X0.92X0.91)
=300公方/秒(m3/s)式中0.92X0.91为水轮机发电机的效率
(3) 求算设计的富余落差HsF:
Hs产平常水位一最低水位 =588—560 =28m
(4) 试算运行的富余落差HvF:
Hy^设计的富余落差打6折计算
=28X0.6
=16.8……此数为下游垫水高程，认为主机尾水室强度允许。
(5) 求算单机垫水发电(可能是2台并联)总功率Po:Pf运行的富余落差X单台主机满功率发电的流量X 9.8 X 0.92 X
0.91
=16.8 X 300 X 9.8 X 0.92 X 0.91 =4.1万千瓦
(6) 答宝珠寺水电站设想的单台主机垫水发电功率为4.1万千瓦。
(7) 修正，垫水发电机组，属于低落差，低转速，尺寸l巴大。主机的尾 水区域不宽敞，采取错开安装尽可能大功率2台副机，以期达到吃完主机尾
水流量。一^--经实施工程设计后，才能解决未知问题，或许达不到计算的
垫水功率，有所降低后的垫水发电功率，仍然是很可观的创新能源。社会效益
巨大
°模拟计算三峡水电站单机设想的垫水发电功率
1、 信息资料……(电脑网上数据) 单机功率70万千瓦。
② 下游江面水位75m (拔海)
③ 额定水头80.6m……认为是满功率发电的最小落差亦即为必要落差。
④ 正常蓄水位175m。
2、 单机设想的垫水发电功率计算如下-
(1) 求算单机满功率发电的流量Q: 0=额定功率+ (额定水头X 9.8X0.92X0.91)
=70万+ (80.6X9.8X0.92X0.91) =1065公方/秒(mVs)
(2) 求算设计的富余落差HsF:
Hs产正常蓄水位一额定水头一下游水位 =175—80.1—75 =19.9m
(3) 试算运行的富余落差HYF:,
HY产设计的富余落差打6折计算
=19.9X0.6
=12m
(4) 试算单台机组设想的垫水发电(可能是2台副机并联)总功率Po: Po-运行的富余落差X主机尾水流量X 9.8 X 0.92 X 0.91 =12X1065X9.8X0.92X0.91 '-
=10.5万千瓦
(5) 答案三峡水电站单台机组设想的垫水发电功率为10.5万千瓦
(6) 修正垫水发电机组属于低落差、低转速、尺寸肥大。主机尾水区域不宽敞，釆取错开安装尽可能大功率2台副机，以期达到吃完主机尾水
流量。--经实施工程设计后，才能解决未知问题，或许达不到计算的垫水
功率，有所降低后的垫水发电功率，仍然是很可观的创新能源，社会效益巨大。
图l、模拟宝珠寺水电站设想的垫水发龟示意图。 图2、模拟三峡水电站设想的垫水发电示意图。 图3、水下平面示意图 图4、水轮机涡壳室示意图 图5、发电机室平面图 图6、水下围墙基础施工指示图
具体实施例方式
一、 垫水围墙任务是垫高氷轮机的尾水供给副机发电。施工工作不影响 主机发电。
1、 为少占尾水道空间，采用带拉筋的薄型围墙。左墙右墙骑在尾水道上。
2、 在尾水道上搭建施工平台，安放大口径钻机。在围墙基础部位钻打成排 的直径8O—100厘米的孔穴，深入到坝脚盘石。
3、 把预制的管套插到穴底，再把现制的钢筋笼子插入管套内浇灌混凝土， 形成水下排桩，露出水面。
4、 排桩之间安放护板，插入钢筋笼子，浇灌混凝土，露出水面，形成水下 薄墙。水上围墙现浇。
5、 第一道横向拉筋若干行，在原尾水表面之上，第二道横向拉筋若干行， 在原水面上墙高的2/3处。拉筋为椭圆形。长径150厘米，短径80厘米。第一 道仰角45'，第二道仰角30'，拉筋间隔2.5—3米。
6、 水面上的墙高，等于富余落差再加2米做为备用高度。
7、 主机尾水洞门的水下坝体与薄墙的密接，要清除苔藓，得到裸露新茬， 浇灌高标号砂浆。坝体的水上部分与薄墙的联接，采用重型热镀锌的成排膨胀 螺栓，浇灌混凝土。
8、 围墙顶部有溢流豁口几处，其尺寸为长3m高1.5m。
9、 围墙顶部有通行道和护栏。围墙内用热镀锌钢材制的爬梯二处。
10、 围墙长度以5米为宜，为解决排砂射流冲刷围墙局部表面形成的负压 侧应力，安设文丘里氏空气墙。用密集窗孔的中钢板，安设在围墙局部表面。 空气墙厚度亦即中钢板与墙壁的间隙，可取20厘米。三峡水电站属坝后引水电 站无空气墙。排砂口与尾水口，不在一处。
二、 垫水发电厂房
1、第一层在水下，为三墙两廊，应适当扩大横向尺寸，保证尾水流道面积有所增加。如核算能承受载荷，或轻材料机组，可以采用两墙一廊一机或一廊 两机。
2、 底层每廊都有各自的底闸一座，为便于交替起落，每座底闸为前后二扇。 各有自己的电动提升装置。每廊底层尾端要有检修闸，可以手摇起落，每廊要 有渗漏集水坑及水泵。
3、 第二层为水轮机涡壳室及水轮机室，亦为三墙两廊或两墙一廊，每廊有 两台水轮机。
4、 第三层为发电机室及电气装置房间，没有中间墙，安装二台机或四台机。
5、 第三层有自己的吊车。考虑到垫水水轮发电机都是低落差大流量，其外 形肥大，单机较重，第三层要有坚固的另部件存放区。
6、 厂房要避开排砂、射流的前弧线，或安设文丘里氏空气挡墙。三峡水电 站的排砂口，不在尾水口附近，三峡水电站不要空气墙。
三、对水轮发电机的特殊要求
1、 垫水发电厂房狭窄，低落差，大流量，机组尺寸较大，不能取用单台定 型机组，必须特殊设计制造。
2、 机组的落差范围要广。要采用无调节阀的变浆式水轮机。
3、 订制ZZ582系列改进型适应落差3—15米，变浆角度要在0。 一22.5。之 间。着重强度，不苛求效率。尾水锥管尽量短，插入水下1米。
4、 发电机选用有直流励磁机的同步发电机。特殊要求是瘦高形。
5、 发电机实行减磁而不能实行灭磁，届时实行能耗制动。
权利要求
1、上游水库的富余落差，移向水库下游，用围墙垫高水轮机尾水，供给副机发电的技术。
2、 在水轮机尾水口，或300米以内的尾水区域，取得动力或电 力的技术。
全文摘要
技术领域水力发电。垫水发电站不用库内一滴水，单机能多发10％-15％的电力。它把上游的富余落差移向下游用三面带拉筋的薄型围墙垫高水轮机的尾水，供给副机发电。副机坐在围墙尾部矮桥上。主机察觉到尾水被垫，会自动开大调节阀门，大口吃富余落差(吃到尾水室强度允许为限)，恢复原流量和原功率。此时副机发电功率已可观了。上游水位欠高富余落差不足时，打开围墙尾端底闸放流，主机自主发电，副机停用。富余落差是落差贮备，增大库内贮水量。欠丰季节宁肯少开几台机组，也要留有一定的贮备。富余落差不能参与主机发电，富余落差与流量乘积，代表富余功率，它随水轮机发电用水的流出消亡在调节阀门上。本发明能改变富余落差不能发电的历史，收回损失在调节阀门上的功率。
文档编号E02B9/00GK101575845SQ200810044359
公开日2009年11月11日 申请日期2008年5月7日 优先权日2008年5月7日
发明者历洪德 申请人:历洪德