本發(fā)明涉及中等流量江河水力發(fā)電水能利用率技術(shù)領域，尤其涉及一種中等流量江河激流式水力發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

水電站是能將水能轉(zhuǎn)換為電能的綜合工程設施，一般由擋水、泄水建筑物形成的水庫、水電站引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房及機電設備等組成。通過將中等流量江河水庫的水經(jīng)引水系統(tǒng)推動水輪發(fā)電機組產(chǎn)生電能，再經(jīng)升壓變壓器、開關站和輸電線路輸入電網(wǎng)，以供其他設備使用。目前很多水電站具有巨大的水能，但是均存在水能利用率較低的問題。全世界大多數(shù)江河流量基本在1000～10000立方米/秒。具有巨大的流量落差的河流，如中國的雅魯藏布江、瀾滄江、金沙江、大渡河等，國外如美國的科羅拉多河、非洲的尼羅河等，都適合建造相當規(guī)模的水力發(fā)電站。總體上看來中國已建成的發(fā)電的水電站水能利用率并不高，造成寶貴的水資源浪費，其主要還是發(fā)電模式上存在問題，如長江三峽水電站：長江三峽壩高185m。蓄水高程175m。洪峰流量＞6萬立方米/秒，年均流量3.8萬立方米/秒，枯水期1.2萬立方米/秒。全壩設32臺機組，總裝機容量2250萬千瓦，2014年年發(fā)電量988億千萬時，采用“軸流式”一水一機發(fā)電模式，單機裝機容量70～80萬千瓦/臺。工作流量＞1000立方米/秒。在此種條件和環(huán)境下，完全可以通過改進現(xiàn)有的水力發(fā)電系統(tǒng)提高發(fā)電效率。同時，現(xiàn)有的水電站的水力發(fā)電系統(tǒng)僅在水道底部配置一臺水力渦輪發(fā)電機機組，而機組裝機存在容量較小的問題，根本無法對水能進行充分的利用，目前，長江三峽水電站水力發(fā)電的發(fā)電率僅約50％。同時，現(xiàn)有的水力發(fā)電系統(tǒng)采用的水力渦輪機在運轉(zhuǎn)時，水力渦輪機一半的葉片會形成反向水流，從而對渦輪機產(chǎn)生逆勢影響，降低了水力渦輪機的工作效率，影響了整機機組的工作效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的中等流量江河水電站采用的水力發(fā)電系統(tǒng)存在水能利用率較低，不能充分地將水能轉(zhuǎn)化為電能等缺陷，目的在于提供一種改進現(xiàn)有的中等流量江河激流式水力發(fā)電系統(tǒng)，有效地提高現(xiàn)有中等流量江河激流式水力發(fā)電系統(tǒng)的水能利用率。

實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的中等流量江河激流式水力發(fā)電系統(tǒng)，具有一固設于所述中等流量江河中的主壩體，若干可與所述主壩體貫通的用于將流入所述水力發(fā)電系統(tǒng)的江河水的動能轉(zhuǎn)化為電能的斜向設置的全封閉式出水通道，所述主壩體內(nèi)從上而下依次設有若干用于流入所述中等流量江河水的全封閉式中間通道，所述中間通道可同時與所述中等流量江河、若干所述出水通道貫通；所述出水通道內(nèi)固設有若干用于將流入所述出水通道的江河水水能轉(zhuǎn)化為電能的連續(xù)發(fā)電機組。

所述中間通道包括所述主壩體內(nèi)從上而下依次設有的一可與所述出水通道貫通的全封閉式豐水期中間通道、一與可與所述出水通道貫通的全封閉式中水期中間通道和一可與所述出水通道貫通的全封閉式枯水期中間通道。

所述豐水期中間通道、所述中水期中間通道和所述枯水期中間通道內(nèi)均設有二用于控制流入的所述中等流量江河水啟閉的柱狀閥門；所述豐水期中間通道、所述中水期中間通道和所述枯水期中間通道經(jīng)由所述柱狀閥門實現(xiàn)各自的全封閉式狀態(tài)。

所述連續(xù)發(fā)電機組具有若干均勻分布于所述出水通道內(nèi)的水力渦輪機的連續(xù)發(fā)電機組，所述水力渦輪機經(jīng)由流入所述出水通道的高程蓄水帶動產(chǎn)生機械能，進而將所述水力渦輪機產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為電能。

所述連續(xù)發(fā)電機組的若干所述水力渦輪機外圍設有一設于所述出水通道內(nèi)的全封閉式水道。

所述水道對應于若干所述水力渦輪機兩側(cè)均設有一用于將流入所述水道的水流不斷導流形成高速水流的反射弧單元，減少水流的逆勢，提高水能利用率。

所述出水通道遠離所述主壩體的一端固設一位于所述中等流量江河水面以下的用于維持所述出水通道遠離所述主壩體一端使用壽命的緩沖區(qū)。

所述緩沖區(qū)具有一直接流入流經(jīng)所述渦輪機的水流的第一緩沖單元、一用于流入經(jīng)由所述第一緩沖單元緩沖的落水洞口、一與所述第一緩沖單元一體成型且與所述落水洞口貫通的L形第二緩沖單元和一用于流出經(jīng)由所述第二緩沖單元緩沖的出水口。

所述出水通道外表面固設有一用于將所述中間通道和所述出水通道抽成真空狀態(tài)的真空泵，利用所述中等流量江河水的水壓和所述中間通道、所述出水通道內(nèi)壓差將所述中等流量江河水吸入所述水力發(fā)電系統(tǒng)進行水力發(fā)電。

所述出水通道為水平傾斜角度為35度～55度的出水通道。

本發(fā)明的積極進步效果在于：

本發(fā)明的中等流量江河激流式水力發(fā)電系統(tǒng)，通過在主壩體內(nèi)從上而下依次設有豐水期中間通道、中水期中間通道和枯水期中間通道，并將豐水期中間通道、中水期中間通道和枯水期中間通道與設有若干反射角單元的水道貫通，同時通過真空泵將中間通道和出水通道抽成真空狀態(tài)，實現(xiàn)流入水力發(fā)電系統(tǒng)的中等流量江河水快速且高速流入出水通道進行產(chǎn)生電能，提高水能的電能轉(zhuǎn)換效率，進一步提高水能利用率。

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中等流量江河激流式水力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中等流量江河激流式水力發(fā)電系統(tǒng)緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合圖1和圖2，對本發(fā)明的中等流量江河激流式水力發(fā)電系統(tǒng)進行詳細的說明。

如圖1所示，本實施例的中等流量江河激流式水力發(fā)電系統(tǒng)，具有固設于中等流量江河中的主壩體10，若干可與主壩體10貫通的用于將流入水力發(fā)電系統(tǒng)的江河水的動能轉(zhuǎn)化為電能的斜向設置的全封閉式出水通道20。主壩體10內(nèi)從上而下依次設有若干用于流入中等流量江河水的全封閉式中間通道30。中間通道30可同時與中等流量江河、若干出水通道20貫通。出水通道20內(nèi)固設有若干用于將流入出水通道20的江河水水能轉(zhuǎn)化為電能的連續(xù)發(fā)電機組21。

中間通道20包括主壩體10內(nèi)從上而下依次設有的可與出水通道20貫通的全封閉式豐水期中間通道31、與可與出水通道20貫通的全封閉式中水期中間通道32和可與出水通道20貫通的全封閉式枯水期中間通道33。豐水期中間通道31、中水期中間通道32和枯水期中間通道33內(nèi)均設有二用于控制流入的中等流量江河水啟閉的柱狀閥門40。豐水期中間通道31、中水期中間通道32和枯水期中間通道33均經(jīng)由柱狀閥門40實現(xiàn)各自的全封閉式狀態(tài)。連續(xù)發(fā)電機組21具有若干均勻分布于所述出水通道內(nèi)的水力渦輪機211的連續(xù)發(fā)電機組21，水力渦輪機211經(jīng)由流入出水通道20的高程蓄水帶動產(chǎn)生機械能，進而將水力渦輪機211產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為電能。連續(xù)發(fā)電機組21的若干水力渦輪機211外圍設有設于出水通道20內(nèi)的與豐水期中間通道31、中水期中間通道32和枯水期中間通道33均貫通的全封閉式水道212。水道212對應于若干水力渦輪機211兩側(cè)均設有用于將流入水道212的水流不斷導流形成高速水流的反射弧單元213，減少水流的逆勢，提高水能利用率。

如圖2所示，出水通道20遠離主壩體10的一端固設位于中等流量江河水面以下的用于維持出水通道20遠離主壩體10一端使用壽命的緩沖區(qū)50。緩沖區(qū)50具有直接流入流經(jīng)水力渦輪機211的水流的第一緩沖單元51、用于流入經(jīng)由第一緩沖單元51緩沖的落水洞口52、與第一緩沖單元51一體成型且與落水洞口52貫通的L形第二緩沖單元53和用于流出經(jīng)由第二緩沖單元53緩沖的出水口54。出水口54位于枯水期水平面5米以下。落水洞口52引水道底端在水平面-20米。出水通道20外表面固設有用于將中間通道30和出水通道20抽成真空狀態(tài)的真空泵60，利用中等流量江河水的水壓和中間通道30、出水通道20內(nèi)壓差將中等流量江河水吸入水力發(fā)電系統(tǒng)進行水力發(fā)電。一優(yōu)選實施例中，出水通道20為水平傾斜角度為35度～55度的出水通道20。另一優(yōu)選實施例中，連續(xù)發(fā)電機組21為具有均勻分布于出水通道20內(nèi)的6～10臺渦輪機的連續(xù)發(fā)電機組21。

本發(fā)明中的一實施例中，中等流量江河激流式水力發(fā)電系統(tǒng)以8000立方米/秒流量(豐水期的流量)，裝機功率30萬千瓦/臺，采用8臺連續(xù)發(fā)電機組21發(fā)電，以每孔水道工作流量2000立方米/秒計算，可裝4孔水道，裝機32臺連續(xù)發(fā)電機組21，總裝機容量960萬千瓦；洪峰期流量1.3萬立方米/秒、總裝機容量是6孔水道、1440萬千瓦；枯水期以3000立方米/秒計算，僅1孔水道，4臺機組運行，裝機120萬千瓦?？菟谶\行1孔×40天×24小時×120萬千瓦＝11.52億千瓦時；常年中等流量期4孔×180天×24小時×180萬千瓦＝311.04億千瓦時；夏季洪峰期高流量期6孔×40天×24小時×240萬千瓦＝138.24億千瓦時；總裝機量：1440萬千瓦，年發(fā)電總量＝460.8億千瓦時。綜上，本發(fā)明中等流量江河激流式水力發(fā)電系統(tǒng)采用豐水期8臺連續(xù)發(fā)電機組21、中等流量期6～8臺連續(xù)發(fā)電機組21、低流量期采用4臺機組連續(xù)發(fā)電機組21，可以廣泛應用于例如長江流域的降水豐沛地區(qū)。

本發(fā)明中等流量江河激流式水力發(fā)電系統(tǒng)的工作原理為：

首先，將開啟真空泵60，將中間通道30和出水通道20抽成真空狀態(tài)。然后打開根據(jù)中等流量江河水的水位高度，打開豐水期中間通道31、中水期中間通道32和枯水期中間通道33內(nèi)設有的柱狀閥門40，使得江河水流入到水力發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)，進而進入出水通道20內(nèi)，帶動連續(xù)發(fā)電機組21的水力渦輪機211轉(zhuǎn)動，同時經(jīng)由設在對應于若干水力渦輪機211兩側(cè)用于將流入水道212的水流不斷導流形成高速水流的反射弧單元213，減少水流的逆勢，提高水能利用率。實現(xiàn)加速帶動通過帶動若干水力渦輪機211的葉片轉(zhuǎn)動將江河水的動能轉(zhuǎn)化為機械能，進而有發(fā)電機組21轉(zhuǎn)化成電能。

以上詳細描述了本發(fā)明的各較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。