一種適用于山區(qū)溪流的柔性雙管引水發(fā)電蓄水一體化設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種適用于山區(qū)溪流的柔性雙管引水發(fā)電蓄水一體化設(shè)備，由上至下依次包括進(jìn)口沉沙段、輸水段、管道機(jī)電一體化發(fā)電段及出口蓄水段。輸水段由兩條柔性管道構(gòu)成，柔性管道的引水口和出水口分別與進(jìn)口沉沙段和管道機(jī)電一體化發(fā)電段連通。柔性管道上設(shè)置檢修閥和沉沙井，柔性管道采取分節(jié)布置的方式，每節(jié)管道之間設(shè)置檢修閥。柔性管道的引水口與出水口之間的管道沿山體同一高程布置；管道機(jī)電一體化發(fā)電段中安裝有發(fā)電機(jī)構(gòu)，出口蓄水段位于管道機(jī)電一體化發(fā)電段之后。本實(shí)用新型通過(guò)柔性輸水管道與剛性承壓發(fā)電管道組合，同時(shí)結(jié)合管道機(jī)電一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)小水電引水發(fā)電一體化，達(dá)到加快農(nóng)村水電建設(shè)周期、減少生態(tài)環(huán)境破壞的目的。
【專利說(shuō)明】—種適用于山區(qū)溪流的柔性雙管引水發(fā)電蓄水一體化設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及水力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域，具體是一種適用于山區(qū)溪流的柔性雙管引水發(fā)電蓄水一體化設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)山區(qū)地域遼闊、溪流落差大、水能資源豐富，適宜就地開(kāi)發(fā)小型水電。此外，農(nóng)村山區(qū)負(fù)荷分散，供電成本高，不適宜大電網(wǎng)長(zhǎng)距離輸送供電，而小水電可以分散布點(diǎn)，就近供電，在解決偏遠(yuǎn)山區(qū)農(nóng)村用電問(wèn)題上起到了關(guān)鍵作用。截至2011年，全國(guó)建成農(nóng)村水電站4.5萬(wàn)座，裝機(jī)容量5900多萬(wàn)kW，并規(guī)劃5年內(nèi)將新增農(nóng)村水電裝機(jī)1500萬(wàn)kW。數(shù)量多、分布廣的小水電建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的影響已日漸突顯。小水電大部分為引水式，傳統(tǒng)的引水設(shè)施采用渠道、隧洞或鋼管等，存在三個(gè)缺點(diǎn)，一是施工過(guò)程中涉及大規(guī)模的開(kāi)挖及回填作業(yè)，大量的渣土棄料對(duì)當(dāng)?shù)厣絽^(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響；二是施工工期長(zhǎng)、投資規(guī)模較大；三是引水渠道的滲漏、蒸發(fā)極大降低了水資源利用效率。國(guó)家提倡大力發(fā)展小水電，同時(shí)也提出有序開(kāi)發(fā)、切實(shí)保護(hù)生態(tài)環(huán)境的原則。隨著管道材料的快速發(fā)展，柔性塑料管道作為引水式小水電的引水設(shè)施，具有顯著的優(yōu)勢(shì)。
[0003]關(guān)于小型引水發(fā)電裝置與管道發(fā)電機(jī)，國(guó)內(nèi)外已開(kāi)展相關(guān)研究。日本研發(fā)一種安裝在自來(lái)水管道或工廠輸水管道內(nèi)小型發(fā)電機(jī)，發(fā)電功率為3-100kW ;香港理工大學(xué)研發(fā)一種水管發(fā)電裝置，由外部水輪發(fā)電機(jī)和球形水渦輪組成，該裝置可為4盞緊湊型熒光燈泡供電；專利CN2711233Y和專利CN20147393IU均公開(kāi)了一種沿河引水發(fā)電裝置，該裝置中的引水管平行于河床，并需要設(shè)置儲(chǔ)水裝置以積聚水量，此項(xiàng)實(shí)用新型研究沒(méi)有考慮農(nóng)村山區(qū)地形彎曲復(fù)雜的特點(diǎn)，引水裝置設(shè)置相對(duì)簡(jiǎn)單；管道發(fā)電機(jī)研究方面，專利CN202579016U、CN201714559U、CN101741175A 和 CN201661409U 均公開(kāi)了一種水管發(fā)電機(jī)，主要用于城市自來(lái)水管和排水管等小直徑硬性管道；專利CN101349245A公開(kāi)了一種人造氣流、水流雙流發(fā)電裝置，該裝置采用垂直山體等高線的斜面布置形式，適用于上千米高差的引水發(fā)電，并不適用于偏遠(yuǎn)山區(qū)的農(nóng)村小水電。以上實(shí)用新型和研究均未對(duì)管道的直徑、材質(zhì)等進(jìn)行論證。
[0004]因此，針對(duì)農(nóng)村水電的就地開(kāi)發(fā)、就近供電的特點(diǎn)，結(jié)合柔性引水管道的研究，開(kāi)發(fā)一種安裝簡(jiǎn)易、使用壽命長(zhǎng)、引水效率高、后期維護(hù)簡(jiǎn)單、環(huán)境友好的山區(qū)溪流引水發(fā)電裝置，是十分有意義的。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型提供一種安裝簡(jiǎn)易、使用壽命長(zhǎng)、引水效率高、后期維護(hù)簡(jiǎn)單的適用于山區(qū)溪流的柔性雙管引水發(fā)電蓄水一體化設(shè)備。
[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種適用于山區(qū)溪流的柔性雙管引水發(fā)電蓄水一體化設(shè)備，由上至下依次包括進(jìn)口沉沙段、輸水段、管道機(jī)電一體化發(fā)電段及出口蓄水段，輸水段由兩條柔性管道構(gòu)成，柔性管道的引水口與進(jìn)口沉沙段連通，柔性管道的出水口與管道機(jī)電一體化發(fā)電段連通，柔性管道上設(shè)置檢修閥和沉沙井，柔性管道采取分節(jié)布置的方式，每節(jié)管道之間設(shè)置檢修閥，柔性管道采用高密度聚乙烯制成，柔性管道的引水口與出水口之間的管道大致沿山體同一高程布置；管道機(jī)電一體化發(fā)電段中安裝有發(fā)電機(jī)構(gòu)，出口蓄水段位于管道機(jī)電一體化發(fā)電段之后，用于蓄積管道機(jī)電一體化發(fā)電段發(fā)電之后的出水。
[0008]進(jìn)一步地，所述進(jìn)口沉沙段包括一個(gè)與溪流或河流連通的沉沙池，用于沉淀去除天然溪流或河流中的粗顆粒懸浮物；沉沙池位于輸水段的進(jìn)口處，兩條柔性管道的一端與所述沉沙池連通。
[0009]進(jìn)一步地，管道機(jī)電一體化發(fā)電段還包括與柔性管道另一端連通的剛性管道、超壓泄壓閥，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)包括安裝在剛性管道中的水輪機(jī)、與水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸對(duì)接的微型發(fā)電機(jī)，柔性管道與剛性管道連接處設(shè)置超壓泄壓閥，水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與剛性管道的中心軸重合。
[0010]進(jìn)一步地，所述剛性管道采用鑄鐵制成。
[0011]進(jìn)一步地，水輪機(jī)所在管段直徑小于水輪機(jī)前端的剛性管道直徑。
[0012]進(jìn)一步地，檢修閥的閥門(mén)與管道連接處安裝伸縮器。
[0013]本實(shí)用新型通過(guò)柔性輸水管道與剛性承壓發(fā)電管道組合，同時(shí)結(jié)合管道機(jī)電一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)小水電引水發(fā)電一體化，達(dá)到加快農(nóng)村水電建設(shè)周期、減少生態(tài)環(huán)境破壞的目的。與傳統(tǒng)的引水發(fā)電設(shè)施相比，本設(shè)備具有自重輕、耐腐蝕、衛(wèi)生安全、避免滲漏與蒸發(fā)、水流阻力小、節(jié)約能源、節(jié)省金屬、使用壽命長(zhǎng)、安裝方便等特點(diǎn)，同時(shí)避免了大規(guī)模坡面開(kāi)挖及回填作業(yè)，十分適用于生態(tài)環(huán)境脆弱的農(nóng)村山區(qū)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型正立面剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中:1 一進(jìn)口沉沙段，2—輸水段，3—管道機(jī)電一體化發(fā)電段，4 一出口蓄水段，5—沉沙池，6—檢修閥，7—柔性管道，8—沉沙井，9一超壓泄壓閥，10—?jiǎng)傂怨艿溃?1—水輪機(jī)，12 一微型發(fā)電機(jī)，13 一畜水池。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將結(jié)合本實(shí)用新型中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0018]本實(shí)用新型其中一個(gè)實(shí)施例提供一種適適用于山區(qū)溪流的柔性雙管引水發(fā)電蓄水一體化設(shè)備，由上至下依次包括進(jìn)口沉沙段1、輸水段2、管道機(jī)電一體化發(fā)電段3及出口蓄水段4。
[0019]所述進(jìn)口沉沙段I包括一個(gè)與溪流或河流連通的沉沙池5，所述沉沙池5位于輸水段2進(jìn)口處，用于沉淀去除天然溪流或河流中的粗顆粒懸浮物，防止輸水段2中的輸水管道淤堵。沉沙池5的尺寸由引水水流中的含沙量、泥沙級(jí)配確定，其工作深度可取4-5m，沉沙段平均流速0.25-0.5m/s，沉沙池5根據(jù)泥沙淤積量定期進(jìn)行清洗。
[0020]輸水段2由兩條柔性管道7構(gòu)成(如圖2所示)，柔性管道7上設(shè)置檢修閥6和沉沙井8。柔性管道7的引水口與沉沙池5連通，柔性管道7的出水口與管道機(jī)電一體化發(fā)電段3連通。柔性管道7的引水口與出水口之間的管道大致沿山體同一高程布置，垂向坡降根據(jù)柔性管道7輸水的水力損失確定，總長(zhǎng)度由引水路徑確定，引水線路根據(jù)引水方式、當(dāng)?shù)厣絽^(qū)的地形地貌、交通運(yùn)輸?shù)葪l件綜合確定，并避免滑坡、崩塌、沉陷等工程地質(zhì)不良地段。
[0021]柔性管道7采取分節(jié)布置的方式，每節(jié)管道之間設(shè)置檢修閥6。柔性管道7材質(zhì)為高密度聚乙烯HDPE，抗腐蝕性能強(qiáng)；柔性管道7的材料密度小于lt/m3，只有鋼管的1/8 ；柔性管道7能夠承受2MPa左右的工作壓力，可以根據(jù)小水電站輸水壓力要求和外部環(huán)境特點(diǎn)，設(shè)計(jì)成滿足各類承受內(nèi)、外壓力要求的管道；柔性管道7的柔韌性好，最大軸向允許變形1%，最大徑向允許變形5%，適應(yīng)山體彎曲地形；柔性管道7直徑300-500mm，管道內(nèi)壁光滑，摩擦系數(shù)小于0.01，輸水能力強(qiáng)；管道彈性模量大于750MPa、抗拉強(qiáng)度大于20MPa、抗壓強(qiáng)度15-1000MPa、抗彎曲強(qiáng)度18_25MPa、抗沖擊強(qiáng)度36kg/m ;根據(jù)小電站外部環(huán)境要求，還可對(duì)柔性管道7采取防凍保溫措施。
[0022]檢修閥6的間距根據(jù)引水管路復(fù)雜情況、管材強(qiáng)度和事故預(yù)期概率等情況確定，一般每2km設(shè)置一個(gè)檢修閥6 ;檢修閥6具有良好的密封性能，在工作壓力范圍內(nèi)關(guān)閉狀態(tài)下，泄漏量為零；檢修閥6的閥門(mén)與管道連接處安裝伸縮器，防止管道地基非均勻沉降和溫度應(yīng)力等損壞管道。
[0023]柔性管道7設(shè)置為兩條，其效果:一是在一根管道檢修時(shí)另一根管道可以正常運(yùn)行，保證持續(xù)發(fā)電，二是同等流量下兩根管道的直徑比一根管道的直徑小，小管道重量輕、更易于施工、成本更低，對(duì)于農(nóng)村山區(qū)很必要。
[0024]沉沙井8井底高程低于柔性管道7最低高程，井頂設(shè)有井蓋，可定期對(duì)沉沙井的淤泥進(jìn)行清除。沉沙井8用于沉淀去除柔性管道7中的細(xì)顆粒懸浮物，防止輸水管道淤堵。柔性管道7的固定采用50m左右布置混凝土固定樁、10-20m左右布置螺旋鉚釘相結(jié)合的方式。
[0025]管道機(jī)電一體化發(fā)電段3由剛性管道10、超壓泄壓閥9、水輪機(jī)11和微型發(fā)電機(jī)12構(gòu)成。剛性管道10材質(zhì)為鑄鐵，最小抗拉強(qiáng)度420MPa，最小屈服強(qiáng)度300MPa，最小延伸率7%，剛性管道10沿山坡脊線布置，管徑400-800mm，壁厚9mm。柔性管道7與剛性管道10連接處設(shè)置超壓泄壓閥9，防止發(fā)電機(jī)故障水流倒灌時(shí)柔性管道7壓力過(guò)大；超壓泄壓閥9的公稱直徑為主管道直徑的1/5-1/4 ;超壓泄壓閥9的泄壓值根據(jù)引水管道的最大使用壓力和管材強(qiáng)度確定，或最大使用壓力加0.15-0.2MPa。
[0026]水輪機(jī)11所在管段直徑小于水輪機(jī)11前端的剛性管道10直徑，這樣可以增大流速、提高發(fā)電效率。水輪機(jī)11和微型發(fā)電機(jī)12通過(guò)傳動(dòng)軸相連。水輪機(jī)11直接安裝在剛性管道10中，水輪機(jī)11的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與剛性管道10的中心軸重合，剛性管道10中的水流經(jīng)過(guò)水輪機(jī)11時(shí)是軸向流進(jìn)和軸向流出；微型發(fā)電機(jī)12位于管道上方，發(fā)電機(jī)功率范圍為100-500kW。
[0027]出口蓄水段4位于管道機(jī)電一體化發(fā)電段3之后，用于蓄積管道機(jī)電一體化發(fā)電段3發(fā)電之后的出水，為山區(qū)居民提供水源。
[0028]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的柔性雙管引水發(fā)電蓄水一體化設(shè)備，主要適用于偏遠(yuǎn)山區(qū)溪流上裝機(jī)容量100-500kW的小型電站。根據(jù)《中華人民共和國(guó)農(nóng)村水能資源調(diào)查評(píng)價(jià)成果2008年總報(bào)告》，未來(lái)我國(guó)100-500kW小型電站待開(kāi)發(fā)量157.3萬(wàn)kW，約5881座，本實(shí)用新型具有廣闊的市場(chǎng)前景。[0029]以上所述，僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何屬于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于山區(qū)溪流的柔性雙管引水發(fā)電蓄水一體化設(shè)備，由上至下依次包括進(jìn)口沉沙段(I )、輸水段(2 )、管道機(jī)電一體化發(fā)電段(3 )及出口蓄水段(4 )，其特征在于:輸水段(2)由兩條柔性管道(7)構(gòu)成，柔性管道(7)的引水口與進(jìn)口沉沙段(I)連通，柔性管道(7)的出水口與管道機(jī)電一體化發(fā)電段(3)連通，柔性管道(7)上設(shè)置檢修閥(6)和沉沙井(8)，柔性管道(7)采取分節(jié)布置的方式，每節(jié)管道之間設(shè)置檢修閥(6)，柔性管道(7)采用高密度聚乙烯制成，柔性管道(7)的引水口與出水口之間的管道大致沿山體同一高程布置；管道機(jī)電一體化發(fā)電段(3)中安裝有發(fā)電機(jī)構(gòu)，出口蓄水段(4)位于管道機(jī)電一體化發(fā)電段(3 )之后，用于蓄積管道機(jī)電一體化發(fā)電段(3 )發(fā)電之后的出水。
2.如權(quán)利要求1所述的適用于山區(qū)溪流的柔性雙管引水發(fā)電蓄水一體化設(shè)備，其特征在于:所述進(jìn)口沉沙段(I)包括一個(gè)與溪流或河流連通的沉沙池(5)，用于沉淀去除天然溪流或河流中的粗顆粒懸浮物；沉沙池(5)位于輸水段(2)的進(jìn)口處，兩條柔性管道(7)的一端與所述沉沙池(5)連通。
3.如權(quán)利要求1或2所述的適用于山區(qū)溪流的柔性雙管引水發(fā)電蓄水一體化設(shè)備，其特征在于:管道機(jī)電一體化發(fā)電段(3)還包括與柔性管道(7)另一端連通的剛性管道(10)、超壓泄壓閥(9)，剛性管道(10)沿山坡脊線布置，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)包括安裝在剛性管道(10)中的水輪機(jī)(11)、與水輪機(jī)(11)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸對(duì)接的微型發(fā)電機(jī)(12 )，柔性管道(7 )與剛性管道(10)連接處設(shè)置超壓泄壓閥(9)，水輪機(jī)(11)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與剛性管道(10)的中心軸重合。
4.如權(quán)利要求3所述的適用于山區(qū)溪流的柔性雙管引水發(fā)電蓄水一體化設(shè)備，其特征在于:所述剛性管道(10)采用鑄鐵制成。
5.如權(quán)利要求3所述的適用于山區(qū)溪流的柔性雙管引水發(fā)電蓄水一體化設(shè)備，其特征在于:水輪機(jī)(11)所在管段直徑小于水輪機(jī)(11)前端的剛性管道(10)直徑。
6.如權(quán)利要求1所述的適用于山區(qū)溪流的柔性雙管引水發(fā)電蓄水一體化設(shè)備，其特征在于:檢修閥(6)的閥門(mén)與管道連接處安裝有伸縮器。
【文檔編號(hào)】E02B9/06GK203383196SQ201320439031
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月23日
【發(fā)明者】李青云, 陳進(jìn), 曹慧群, 林紹忠, 趙偉華, 曹小歡 申請(qǐng)人:長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院