一种低水头液气能转换装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种低水头液气能转换装置，所述的装置包括：安装在水堰高水位一侧的上行管，上行管与折流管连接，折流管与水堰低水位一侧的下行管连接，下行管上设置通气点，通气点上设置连接空气涡轮机的吸气管，空气涡轮机与发电机连接。：本实用新型所述的装置以系统输出效率最大为设计起点，设定各个约束条件，以此推出虹吸管液气转换装置(水力空气泵)两个优化的最基本参数：通气点的高度和虹吸管的截面积。与传统的虹吸管液气转换装置相比，本实用新型所述装置更加简单、实用。所提出的液气转换效率计算方法与实测更加接近，从理论上推动了水力空气泵的实际应用。理论研究表明，根据本实用新型所述的液气转换装置的效率最大可以达到86％。
【专利说明】一种低水头液气能转换装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种低水头液气能转换装置，是一种能量转换的装置，是一种将低水头的水流能量转换为气能发电或抽水的装置。
【背景技术】
[0002]水能是目前世界上唯一可大规模商业开发的可再生能源。全世界水电资源技术上可开发量的预计是15000TWh/年，不过大约一半，即6000-9000TWh/年，目前被认为是不能经济开发的。一个主要原因是这些水电资源的水头低，功率小。虽然利用水轮机能够把水能转变为电能，但是系统统效率往往只能达到40%左右，装置单位出力的高昂投资费用常常使得修建水电厂不经济，因而迄今还没有被利用来发电。水力空气泵是一种高效低成本利用微水头发电的系统。这种系统是一种可以利用包括海洋波浪能在内的低水头，或极低水头发电的可再生能源新技术。水力空气泵依靠虹吸管在一定条件下的液气能转换原理，将水能转换成气能，然后可以利用空气涡轮机将气能转换为机械能发电或抽水。
[0003]与传统的水轮机发电厂不同，空气涡轮机可以布置安装在远离河道的地方，可以避免洪水引起的河水升高防洪问题，厂房土建投资少；并且因为在水中只有虹吸管，没有运动部件，维护成本低。另外，与水轮机相比，同样功率的空气涡轮机转速常常是水轮机的几倍，甚至几十倍。另一方面，水力空气泵所使用的空气涡轮机的涡轮体积非常小，对于给定的功率输出，较小的高速旋转机器传递功率的成本较低。最重要的是，在水头只有0.5-2m的地方，基于虹吸的水力空气泵效率可达70%左右，而空气涡轮机的效率可达85%以上。换句话说，将低水头水能转换成气能，然后利用空气涡轮机产生机械能的总效率在60%以上，而相应低水头常规水轮机的效率在60% -70%之间，两者效率非常接近。基于这些原因，水力空气泵系统应当具有广泛的商用市场前景。
[0004]为了预测水力空气泵系统的效率和功率，French和Widden推导得到一个水力空气泵效率的解析解。在分析的过程中，他们假设虹吸管断面的沿程变化能够保证水流的流速是常数。在恒定流条件下，由于管中水压会随着位置高度的下降而增加，从而引起断面气泡体积的压缩，在水体压缩性可忽略不计的条件下，为了满足水流流速沿程不变的假设条件，则管道断面必须随着高程的减少而减小。应该说，他们的方法在了解水力空气泵的性能方面是非常有帮助的，但是也可能引起误解，使人们以为将虹吸管设计成这样会获得较高的效率。Howey和Pullen对一个这样的虹吸系统进行了初步试验，检验了理论预测与实测效率的差异，结果表明使用French和Widden的模型预测的效率和功率偏高。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术的问题，本实用新型提出了一种低水头液气能转换装置。所述的装置是一种优化设计的水力空气泵。
[0006]本实用新型的目的是这样实现的:一种低水头液气能转换装置，所述的装置包括:安装在水堰高水位一侧的上行管，所述的上行管与折流管连接，所述的折流管与水堰低水位一侧的下行管连接，所述的下行管上设置通气点，所述的通气点上设置连接空气涡轮机的吸气管，所述的空气涡轮机与发电机连接，所述的通气点在下行管上的位置是:
[0007]
【权利要求】
1.一种低水头液气能转换装置，所述的装置包括:安装在水堰高水位一侧的上行管，所述的上行管与折流管连接，所述的折流管与水堰低水位一侧的下行管连接，所述的下行管上设置通气点，所述的通气点上设置连接空气涡轮机的吸气管，所述的空气涡轮机与发电机连接，其特征在于，所述的通气点在下行管上的位置是:
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的空气轮机是轴流式涡轮机或向心式涡轮机中的一种。
【文档编号】F03B11/00GK203404014SQ201320344654
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年6月17日 优先权日:2013年6月17日
【发明者】杨开林, 郭新蕾, 付辉, 王涛, 郭永鑫, 李甲振, 董兴林, 谢省宗 申请人:中国水利水电科学研究院