單渠多級水利發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬水利發(fā)電技術(shù)，涉及一種在單個引水渠道沿水頭流動方向順序安裝 2個及2個以上的多個水輪機(jī)，前后各級水輪機(jī)為串聯(lián)或串并聯(lián)布置，每級水輪機(jī)與發(fā)電機(jī) 組通過轉(zhuǎn)軸連接，多級水輪發(fā)電機(jī)組預(yù)期可提高水能的利用率。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，現(xiàn)有水利發(fā)電的單個引水渠道安裝有一個水輪機(jī)，水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)組 通過轉(zhuǎn)軸連接，（分渠可按單渠論處）即單渠一級水利發(fā)電。在水利發(fā)電過程中，由于 水位差引水渠道水頭的勢能、位能和動能帶動水輪機(jī)轉(zhuǎn)動由水能E7X (流入水輪機(jī)前的 能量）轉(zhuǎn)化為水輪機(jī)的機(jī)械能、，水輪機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動并切 割磁力線產(chǎn)生感生電動勢而對外輸電，即電能￡_，同時發(fā)電機(jī)組的線圈由于兩端的電 動勢在磁場中會產(chǎn)生一個大小相等方向相反的反向作用力而反向做功即Ee，這個反 向作用力再通過發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)軸傳遞給水輪機(jī)阻礙引水渠道的水頭運(yùn)動。設(shè) 則
這樣引水渠道水頭會進(jìn)一步推動水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)動并最終使發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速加快發(fā)電量增大，當(dāng)增大到時達(dá)到平 衡，水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速到達(dá)峰值并穩(wěn)定下來；同理，當(dāng)時，水輪機(jī)和發(fā) 電機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動減速發(fā)電量Eg減小，當(dāng)Eg減小到$時達(dá)到平衡并穩(wěn)定下來，所以 E電=^設(shè)引水渠道水頭經(jīng)過水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電后的能量為，得=E7X -Ee，又由
現(xiàn)有水利發(fā)電，在不考慮水頭和水輪發(fā) 電機(jī)組能量損失的的情況下，水能的利用率為50%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有水利發(fā)電水能利用率低的不足，本實(shí)用新型提供一種單渠多級水利 發(fā)電裝置，該實(shí)用新型能提高水能的利用效率。
[0004] 本實(shí)用新型要解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：1.方案一，在單個引水 渠道沿水頭流動方向順序安裝2個及2個以上的多個水輪機(jī)，前后各級水輪機(jī)為串 聯(lián)布置，每級水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)組通過轉(zhuǎn)軸連接，上下游各級水輪機(jī)對應(yīng)的引水渠道的 橫截面積相等，橫截面積的相等決定了水頭流經(jīng)上下游各級水輪機(jī)的流速和流量相 等，流速和流量的相等決定了各級水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速相等，轉(zhuǎn)速的相等決定了各級水輪發(fā) 電機(jī)組的發(fā)電量相等。假設(shè)單渠引水渠道共安裝n個水輪機(jī)，并設(shè)流入第1級水輪 機(jī)的水能為E7K，流入第n級水輪機(jī)的水能為Enl7K，流出第n級水輪機(jī)的水能為En27K， 第n級水輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量為Eni，第n級水輪發(fā)電機(jī)組因感生電動勢對水頭的 阻礙做功為EnE，則：
'又
，n級水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電 總量=
?以上公式說明當(dāng)n越大水能的利用率越高。
[0005] 2.方案二，方案二與方案一相同的是，在單個引水渠道沿水頭流動方向順序安 裝2個及2個以上的多個水輪機(jī)，前后各級水輪機(jī)為串聯(lián)布置，每級水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)組 通過轉(zhuǎn)軸連接；方案二不同于方案一的是下一級水輪機(jī)對應(yīng)引水渠道的橫截面積為上 一級水輪機(jī)對應(yīng)引水渠道橫截面積的kV^倍，k的取值為^^ <^1.2,下游水輪機(jī)安 裝在對應(yīng)引水渠道的最前端位置，上一級水輪機(jī)對應(yīng)引水渠道與下一級水輪機(jī)對應(yīng)引 水渠道之間的過渡段為一橫截面積逐漸擴(kuò)大的漸擴(kuò)段，漸擴(kuò)段使引水渠道水頭有一個 由急到緩的緩沖空間，本技術(shù)方案的下一級引水渠道的橫截面積經(jīng)過合理的設(shè)計使之 不影響上一級引水渠道水頭的流量和流速，進(jìn)而不影響上一級水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn) 速和發(fā)電量。設(shè)引水渠道水頭流經(jīng)第1級水輪機(jī)后的水能（即流入第2級水輪機(jī)的水 能）為El7X，水頭質(zhì)量為&，流速為Vi，流量為仏，第1級水輪機(jī)對應(yīng)引水渠道橫截面積 為A1;水頭流經(jīng)第2級水輪機(jī)后的水能為E27K，水頭質(zhì)量為M2，流速為V2，流量為Q2，第2 級水輪機(jī)對應(yīng)引水渠道橫截面積為A2。由下一級水輪發(fā)電機(jī)組不影響上一級水輪發(fā)電 機(jī)組的轉(zhuǎn)速和發(fā)電量得知每一級水輪發(fā)電機(jī)組為相對獨(dú)立的運(yùn)行，所以￡2#=4氐#同 理水頭流經(jīng)第3級水輪機(jī)后的水能為流經(jīng)第2級水輪機(jī)后的水能的|，即E37K=|e2水， 以此類推，
又M2=M渴 _ _ _
，再由流經(jīng)第2級的流量％ 和流經(jīng)第1級的流量仏相等得V2A2=V▲，S
文中的^是理 論計算值即最佳值。所述下一級水輪機(jī)對應(yīng)引水渠道的橫截面積是上一級水輪機(jī)對應(yīng)引水 渠道橫截面積的倍中的k值是充分考慮到實(shí)際施工中的誤差以及對某一級或多級水頭 能量的控制，所以下一級引水渠道的橫截面積設(shè)定了一個較大的取值空間。
[0006] 3.方案三，方案三原理同方案二，在單個引水渠道沿水頭流動方向順序安裝2 個及2個以上的多個水輪機(jī)，每級水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)組通過轉(zhuǎn)軸連接；不同于方案二的是 水輪機(jī)安裝在引水渠道分渠上，前后各級水輪機(jī)為串并聯(lián)布置，下一級水輪機(jī)對應(yīng)引水 渠道的橫截面積之和為上一級水輪機(jī)對應(yīng)引水渠道橫截面積之和的倍，k的取值為 fK12，水輪機(jī)對應(yīng)分渠引水渠道的橫截面積為主渠引水渠道下游末段橫截面積的 i倍、#倍或1倍，第1級水輪機(jī)前續(xù)引水渠道與第1級水輪機(jī)對應(yīng)引水渠道之間的過渡 段為一橫截面積逐漸擴(kuò)大的漸擴(kuò)段，第1級水輪機(jī)前續(xù)引水渠道的橫截面積為第1級水輪 機(jī)對應(yīng)引水渠道橫截面積的f倍及主渠引水渠道下游末段的橫截面積為第1級水輪機(jī)對 應(yīng)引水渠道橫截面積之和的4倍，第1級水輪機(jī)前續(xù)引水渠道或主渠橫截面積的減小有 2 利于減少引水渠道的建造費(fèi)用，分渠引水渠道橫截面積的相對固定更有利于引水渠道的施 工，分渠的合理布置可減少引水渠道對壩基豎向或橫向空間的占位，并且避免了下游引水 渠道因橫截面積過大增加施工難度。
[0007] 本實(shí)用新型的有益效果有以下方面：
[0008] 1.本實(shí)用新型采用的單渠多級水利發(fā)電裝置，能更充分的把水能轉(zhuǎn)化為電能，以 水位差為1〇〇米的水電站為例，按現(xiàn)有的單渠一級發(fā)電技術(shù)，并且不考慮發(fā)電過程中水頭 和水能發(fā)電機(jī)組的能量損失，由前文的E*=5E*:得水能的利用率為50%，由方案二推出 的公式￡1^