专利名称：水力发电站尾水余能处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于能源技术领域，涉及一种水力发电站尾水能源收集处理装置，尤 其是能在水力发电站枯水期期间，对发电站尾水池尾水势能实现高效收集利用的装置。
背景技术：
水能发电是一种技术十分成熟的环保无污染的可再生能源，其大规模投入生产应 用的已有一个多世纪的历史了。近年来，我国对于水能资源的开发利用的重视程度也相当 的高。进入2009年，我国水电产业仍保持较快发展，据中投顾问能源行业研究部最新数据 分析显示，2009年1-2月份全国水电发电量达610. 52亿千瓦时，同比增长25. 5%。另外， 1-2月份，全国6000千瓦及以上发电生产设备容量76073万千瓦，同比增长10. 9%。其中， 水电14379万千瓦，同比增长22. 1 %。如何提高我国水能的资源利用率，已是摆在我国科技 工作者面前的一项重大的课题。水力发电站是利用水位差产生的强大水流所具有的动能进行发电的电站。目前， 公知的水力发电方式就是利用水力(具有水头)推动水力机械(水轮机)转动，将水能转 变为机械能，同时在水轮机上接上另一种机械(发电机)，随着水轮机转动便可发出电来， 这时机械能又转变为电能。由于河水存在枯水期与丰水期的变化，水电站在设计时，会在水轮机的尾水口位 置，设置一尾水池。保证在枯水期期间，尾水口有一定的淹没高度，防止水轮机在运行时发 生气蚀等现象。这样水电站运行过程中，尾水池水位与下游河床水位就会产生一个水头差。 这类水头差(尾水渠落差)在库容枯水期时往往较大，有时高达8-10米，而且时间往往也 长达3-5年不等。但是由于这部分能源相对不稳定，如果为此设置一套传统的水力发电设 备，则一是设备投入及运营维护成本太高，二是难以形成持续稳定能量源。因此，目前对尾 水池中所蕴含能源的有效开发利用尚处在空白阶段，若能开发出一种装置，合理地收集利 用好这种能源，则能带来巨大的效益。
实用新型内容为了充分利用传统水电站尾水池中的尾水余能，本实用新型的目的在于提供一种 水力发电站尾水余能处理装置，其投资成本低且运行维护简单，可将尾水余能转化为稳定 的能源并加以储存利用。为达到以上目的，本实用新型的解决方案是一种水力发电站尾水余能处理装置，包括原水电站尾水池、压力管道、空气压缩机 房、尾水池水间、出水管道、固定导叶、水轮机、水封、轴承、增速器、空气压缩机、高压气管。发电机房位于河流岸上地势高处，最好在一般河水汛期水位之上，以保证机房中 的设备不受水患影响而受损害。原水电站尾水池位于水力发电站尾水余能处理装置的上 游，处于地势较高处。由空气压缩机房以及尾水池水闸共同组成的水坝位于原水电站尾水 池的水流方向末端，空气压缩机房及尾水池水间两者并排，将上游水电站排出的尾水拦截
3并蓄于尾水池中。空气压缩机房的结构顶部标高应与尾水池水闸顶部标高一致，或略高于 尾水池水闸顶部。空气压缩机房的机构顶部标高应由如下公式确定Hk = hym+hdz+h，(1)式中Hk——空气压缩机房顶部结构标高。hym——上游原有水电站出水口(尾水渠口)淹没水位高程；此高程可由上游原有 水电站既有的设计技术资料中查得。hdz——下游尾水余能处理装置动作前后可变水位；此数值主要由上游水电站发电 机组性能指标确定。由于本实用新型的安装是依托于原有发电站设施的基础上进行的二次 能源开发，上游水电站发电机组已经安装完毕，技术指标已经确定，故上下游的水文条件变 化过大，则会影响到上游水电站发电机组的出力和发电效率。因此，必须经过对上游原有电 站的发电机情况详细分析研究后才可得出。在允许的范围内，hdz的应取较大值，为下游尾 水余能处理装置提供较大水头，获得更多的能量。h’——尾水池水位缓冲高度，此高度可根据上游水电站尾水池容积大小、上游水 电站尾水口过水量情况取0. 5m Im不等。尾水池容积大、尾水口过水量小的水电站可相 应取较小值，反之取值应稍大，以防尾水池尾水上涨过快漫过空气压缩机房和水闸。由于空气压缩机房在充当工作间的同时也兼有水坝的功能，因此空气压缩机房的 基础及上部结构设计施工必须符合相关水利设施要求。尾水池水闸平时处于关闭蓄水状态，遇到尾水池修缮或设备维护等情况时打开放 水。水轮机来水分别从对应的空气压缩机、增速器等设备左右两侧引入。水轮机包括 水轮机机体、水轮机转轮和水轮机轴承。固定导叶通过焊接及锚栓连接水轮机机体与空气 压缩机房基础内壁，同时由于导叶需要将在转轮前，导叶后的水流形成转轮所需要的环量， 故导叶形状为空间扭曲面。水轮机固定导叶(座环)导水机构的作用，一是形成和改变进 入转轮的水流环量；二是连接固定水轮机机体，承受水流对水轮机产生的冲击荷载，三是为 水轮机轴承提供支撑。水轮机转轮位于水轮机机体沿水流方向末端，转轮上有螺旋桨叶，浆叶开度由Hk、 固定导叶开度、等决定。浆叶的轮径应满足以下条件针对于上游尾水管以及下游水轮机系统都只有一个的情况，则Qsy ^ Qxy(2)Qsy=HX 4 X V砂(3)Qxy=IfXi^Xvx5r(4)式中，Qsy——上游原有水电站尾水渠过水量rsy——上游原有水电站尾水渠口处管径Vsy——上游原有水电站尾水渠口处水流流速Qxy——下游尾水余能处理装置水轮机浆叶断面处过水量Vxy——下游尾水余能处理装置水轮机浆叶断面处水流流速Rxy——下游尾水余能处理装置水轮机浆叶的轮径若上游电站规模较大，发电机组有η台，而下游尾水余能处理装置水轮机浆叶的 轮径由于场地条件、运输条件、设备采购等方面的原因无法满足公式2中要求时，则可分设m台水轮机系统，满足以下公式要求
权利要求1.一种水力发电站尾水余能处理装置，其特征在于包括原水电站尾水池、压力管道、 空气压缩机房、尾水池水闸、出水管道、固定导叶、水轮机、增速器、空气压缩机、高压气管 和发电机房，发电机房位于河流岸上地势高处，原水电站尾水池位于水力发电站尾水余能 处理装置的上游，空气压缩机房及尾水池水闸组成水坝位于原水电站尾水池的水流方向末 端，固定导叶连接水轮机与空气压缩机房基础内壁。
2.如权利要求1所述的水力发电站尾水余能处理装置，其特征在于所述水轮机包括 水轮机机体、水轮机转轮和水轮机轴承，水轮机转轮位于水轮机机体沿水流方向末端，转轮 上设有螺旋桨叶；水轮机轴承通过齿轮连接水轮机转轮和增速器，水轮机轴承中间穿过空 气压缩机房墙体。
3.如权利要求2所述的水力发电站尾水余能处理装置，其特征在于所述水轮机轴承 与空气压缩机房墙体连接处设有水封。
4.如权利要求1所述的水力发电站尾水余能处理装置，其特征在于所述增速器位于 压缩机房内部，连接水轮机轴承与空气压缩机。
5.如权利要求1所述的水力发电站尾水余能处理装置，其特征在于所述高压气管连 接有高压储气罐，通过空气压缩机压缩气体存入高压储气罐。
6.如权利要求1所述的水力发电站尾水余能处理装置，其特征在于所述导叶形状为 空间扭曲面。
7.如权利要求1所述的水力发电站尾水余能处理装置，其特征在于所述空气压缩机 房及尾水池水闸两者并排，空气压缩机房的结构顶部标高与尾水池水闸顶部标高一致，或 略高于尾水池水闸顶部。
专利摘要本实用新型一种水力发电站尾水余能处理装置，包括原水电站尾水池、压力管道、空气压缩机房、尾水池水闸、出水管道、固定导叶、水轮机、增速器、空气压缩机、高压气管和发电机房，发电机房位于河流岸上地势高处，原水电站尾水池位于水力发电站尾水余能处理装置的上游，空气压缩机房及尾水池水闸组成水坝位于原水电站尾水池的水流方向末端，固定导叶连接水轮机与基础内壁。水轮机转轮位于水轮机机体沿水流方向末端，且设有螺旋桨叶；水轮机轴承与水轮机转轮和增速器相连，增速器与空气压缩机相连，水轮机轴承中间穿过空气压缩机房墙体。本实用新型可充分利用尾水池中积蓄的静力势能，且结构简单，设备耐用性好，提高尾水余能的开发利用价值。
文档编号E02B9/00GK201843122SQ20102022100
公开日2011年5月25日 申请日期2010年6月8日 优先权日2010年6月8日
发明者刘匀, 吴水根, 朱大宇, 李辉, 林叶胜, 金瑞珺 申请人:同济大学