一种具有高效水力发电功能的消能竖井装置的制作方法

本发明属于城市深隧排水，尤其涉及一种具有高效水力发电功能的消能竖井装置。

背景技术：

1、城市深隧排水系统作为一种灰色海绵技术措施，在控制城市水环境污染和防治城市内涝灾害等方面具有显著效果，竖井是将浅层管网中收集到的雨污水，通过不同消能方式(跌水消能、旋流消能)将其从高处输送至深层排水隧道中；若直接将浅层管网中的水流以自由跌落的方式排入深隧，由于较大的落差导致产生高速水流，从而对竖井结构造成空化空蚀，严重影响结构安全；此外，深隧排水系统在运行过程中需要消耗大量的电能，包括泵组启停、闸门启闭、格栅运行、除臭通风和监控设备，以及深隧清淤等维护管理设施；

2、目前的能量回收竖井如发明专利cn108590921b通过水轮机回收水流的势能进行发电，节能减排，但利用效率较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种具有高效水力发电功能的消能竖井装置，能够高效率利用水流的势能，在运行过程中既能够消减跌落水流所携带的能量，又能通过水力发电储蓄成电能，节能减排。

2、本发明目的通过下述技术方案来实现：

3、一种具有高效水力发电功能的消能竖井装置，包括相互连通的进水隧洞和竖井，所述进水隧洞与浅层市政管网连通，所述竖井呈扁平的矩形结构，所述竖井内设置有多个在竖直方向上顺次布置的水轮机，相邻两个所述水轮机的旋转方向相反且在水平方向上间隔设置，所述水轮机的旋转叶片在所述竖井的长度方向上旋转，所述水轮机的两端分别与所述竖井的侧壁连接，所述进水隧洞的位置与最上方的水轮机的位置平齐，且所述进水隧洞的尺寸与所述旋转叶片的尺寸匹配，每个所述水轮机均连接有发电机，所述发电机与设置在竖井外的储能箱电连接。

4、在一个实施方式中，还包括与所述竖井的底部平齐设置的蓄水池，所述竖井的侧壁上开设有与所述蓄水池连通的溢流孔，所述进水隧洞内设置有闸门，通过本实施方式，设置蓄水池以及溢流孔能够在水流流量较大时将其引入蓄水池中，避免对竖井内的设备造成损坏。

5、在一个实施方式中，所述水轮机包括转轮主轴以及与发电机连接的传动轴，所述旋转叶片间隔设置在所述转轮主轴上，相邻两个旋转叶片之间具有叶片肋，所述竖井的侧壁上还设置有多个容纳所述发电机的电机室，通过本实施方式，利用旋转叶片承接水流，将其势能转化为电能，而将发电机设置在竖井侧壁上的电机室内，能够对其进行防水保护。

6、在一个实施方式中，每个所述旋转叶片均为空心三棱柱结构，以盛接跌落的水流，通过本实施方式，即部分水流能够停留在旋转叶片中，进一步提高对水流势能的利用率，避免水力势能损失。

7、在一个实施方式中，所述发电机的电机底座通过锚地螺栓固定在电机室的底面，所述发电机外还套设有防水罩，所述防水罩上还具有散热片，通过本实施方式，防止跌落水流溅入发电机，避免线路短路而损坏电机。

8、在一个实施方式中，所述电机室底面的中间部分向内凹陷，以形成位于电机室底面四周的集水槽，所述锚地螺栓设置在所述电机室底面的中间部分上，通过本实施方式，设置的集水槽能够将飞溅在防水罩上的水流和地下渗水快速排出电机室外，进一步避免发电机损坏。

9、在一个实施方式中，所述水轮机远离所述发电机的一端具有固定在竖井壁上的轴承，所述传动轴的一端与所述发电机连接，另一端与所述轴承连接，通过本实施方式，即水轮机和发电机均与竖井的侧壁连接，不仅提高其稳固性，还使得与竖井的宽度对应，即使得流入竖井的水流能够最大程度的与旋转叶片接触，避免水流的势能浪费。

10、在一个实施方式中，所述进水隧洞内还设置有格栅，以截留水流中的滤渣，通过本实施方式，避免滤渣堆积在竖井内，同时不会对水流的势能造成明显的损失。

11、在一个实施方式中，相邻两个所述电机室之间还连接有固定在竖井侧壁上的检修通道，所述竖井的顶部设置有与最上方的检修通道位置对应的检修口，通过本实施方式，方便检修人员进行维护。

12、在一个实施方式中，所述竖井的底部朝不同的方向延伸有多个出水隧洞，通过本实施方式，便于将水流引入不同方向排出。

13、本发明的有益效果在于：

14、通过将竖井设置为扁平的矩形结构，配合与其宽度方向长度对应的水轮机和发电机，使得无需对进水隧洞内的水流进行引导，避免损失水流的势能，即使其直接落入旋转叶片所在的区域，同时相邻两个水轮机朝相反的方向旋转，高效率利用水流的势能，提高发电量，节能减排。

技术特征：

1.一种具有高效水力发电功能的消能竖井装置，其特征在于，包括相互连通的进水隧洞和竖井，所述进水隧洞与浅层市政管网连通，所述竖井呈扁平的矩形结构，所述竖井内设置有多个在竖直方向上顺次布置的水轮机，相邻两个所述水轮机的旋转方向相反且在水平方向上间隔设置，所述水轮机的旋转叶片在所述竖井的长度方向上旋转，所述水轮机的两端分别与所述竖井的侧壁连接，所述进水隧洞的位置与最上方的水轮机的位置平齐，且所述进水隧洞的尺寸与所述旋转叶片的尺寸匹配，每个所述水轮机均连接有发电机，所述发电机与设置在竖井外的储能箱电连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有高效水力发电功能的消能竖井装置，其特征在于，还包括与所述竖井的底部平齐设置的蓄水池，所述竖井的侧壁上开设有与所述蓄水池连通的溢流孔，所述进水隧洞内设置有闸门。

3.根据权利要求1所述的一种具有高效水力发电功能的消能竖井装置，其特征在于，所述水轮机包括转轮主轴以及与发电机连接的传动轴，所述旋转叶片间隔设置在所述转轮主轴上，相邻两个旋转叶片之间具有叶片肋，所述竖井的侧壁上还设置有多个容纳所述发电机的电机室。

4.根据权利要求3所述的一种具有高效水力发电功能的消能竖井装置，其特征在于，每个所述旋转叶片均为空心三棱柱结构，以盛接跌落的水流。

5.根据权利要求3所述的一种具有高效水力发电功能的消能竖井装置，其特征在于，所述发电机的电机底座通过锚地螺栓固定在电机室的底面，所述发电机外还套设有防水罩，所述防水罩上还具有散热片。

6.根据权利要求5所述的一种具有高效水力发电功能的消能竖井装置，其特征在于，所述电机室底面的中间部分向内凹陷，以形成位于电机室底面四周的集水槽，所述锚地螺栓设置在所述电机室底面的中间部分上。

7.根据权利要求3所述的一种具有高效水力发电功能的消能竖井装置，其特征在于，所述水轮机远离所述发电机的一端具有固定在竖井壁上的轴承，所述传动轴的一端与所述发电机连接，另一端与所述轴承连接。

8.根据权利要求1所述的一种具有高效水力发电功能的消能竖井装置，其特征在于，所述进水隧洞内还设置有格栅，以截留水流中的滤渣。

9.根据权利要求3所述的一种具有高效水力发电功能的消能竖井装置，其特征在于，相邻两个所述电机室之间还连接有固定在竖井侧壁上的检修通道，所述竖井的顶部设置有与最上方的检修通道位置对应的检修口。

10.根据权利要求1所述的一种具有高效水力发电功能的消能竖井装置，其特征在于，所述竖井的底部朝不同的方向延伸有多个出水隧洞。

技术总结
本发明公开了一种具有高效水力发电功能的消能竖井装置，包括相互连通的进水隧洞和竖井，进水隧洞与浅层市政管网连通，竖井呈扁平的矩形结构，竖井内设置有多个在竖直方向上顺次布置的水轮机，相邻两个水轮机的旋转方向相反且在水平方向上间隔设置，水轮机的旋转叶片在竖井的长度方向上旋转，水轮机的两端分别与竖井的侧壁连接，进水隧洞的位置与最上方的水轮机的位置平齐，且进水隧洞的尺寸与旋转叶片的尺寸匹配，每个水轮机均连接有发电机，发电机与设置在竖井外的储能箱电连接。本发明能够高效率利用水流的势能，在运行过程中既能够消减跌落水流所携带的能量，又能通过水力发电储蓄成电能，节能减排。

技术研发人员：杨乾,王仙芝,李永帅,姚博,姚平,何潇,李伟
受保护的技术使用者：中国五冶集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24