單渠多級水利發(fā)電裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬水利發(fā)電技術，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，前后各級水輪機為串聯(lián)或串并聯(lián)布置，每級水輪機與發(fā)電機 組通過轉軸連接，多級水輪發(fā)電機組預期可提高水能的利用率。
【背景技術】
[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，水輪機與發(fā)電機組 通過轉軸連接，（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轉動由水能E7X (流入水輪機前的 能量）轉化為水輪機的機械能、，水輪機轉軸的轉動帶動發(fā)電機組的轉子轉動并切 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)電機組轉軸傳遞給水輪機阻礙引水渠道的水頭運動。設 則
這樣引水渠道水頭會進一步推動水輪發(fā)電機組轉 子轉動并最終使發(fā)電機組轉子轉速加快發(fā)電量增大，當增大到時達到平 衡，水輪發(fā)電機組轉子轉速到達峰值并穩(wěn)定下來；同理，當時，水輪機和發(fā) 電機組轉子轉動減速發(fā)電量Eg減小，當Eg減小到$時達到平衡并穩(wěn)定下來，所以 E電=^設引水渠道水頭經(jīng)過水輪發(fā)電機組發(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) 電機組能量損失的的情況下，水能的利用率為50%。

【發(fā)明內容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有水利發(fā)電水能利用率低的不足，本實用新型提供一種單渠多級水利 發(fā)電裝置，該實用新型能提高水能的利用效率。
[0004] 本實用新型要解決其技術問題所采用的技術方案是：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，前后各級水輪機為串 聯(lián)布置，每級水輪機與發(fā)電機組通過轉軸連接，上下游各級水輪機對應的引水渠道的 橫截面積相等，橫截面積的相等決定了水頭流經(jīng)上下游各級水輪機的流速和流量相 等，流速和流量的相等決定了各級水輪機的轉速相等，轉速的相等決定了各級水輪發(fā) 電機組的發(fā)電量相等。假設單渠引水渠道共安裝n個水輪機，并設流入第1級水輪 機的水能為E7K，流入第n級水輪機的水能為Enl7K，流出第n級水輪機的水能為En27K， 第n級水輪發(fā)電機組的發(fā)電量為Eni，第n級水輪發(fā)電機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)電機組發(fā)電 總量=
?以上公式說明當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，前后各級水輪機為串聯(lián)布置，每級水輪機與發(fā)電機組 通過轉軸連接；方案二不同于方案一的是下一級水輪機對應引水渠道的橫截面積為上 一級水輪機對應引水渠道橫截面積的kV^倍，k的取值為^^ <^1.2,下游水輪機安 裝在對應引水渠道的最前端位置，上一級水輪機對應引水渠道與下一級水輪機對應引 水渠道之間的過渡段為一橫截面積逐漸擴大的漸擴段，漸擴段使引水渠道水頭有一個 由急到緩的緩沖空間，本技術方案的下一級引水渠道的橫截面積經(jīng)過合理的設計使之 不影響上一級引水渠道水頭的流量和流速，進而不影響上一級水輪發(fā)電機組轉子的轉 速和發(fā)電量。設引水渠道水頭流經(jīng)第1級水輪機后的水能（即流入第2級水輪機的水 能）為El7X，水頭質量為&，流速為Vi，流量為仏，第1級水輪機對應引水渠道橫截面積 為A1;水頭流經(jīng)第2級水輪機后的水能為E27K，水頭質量為M2，流速為V2，流量為Q2，第2 級水輪機對應引水渠道橫截面積為A2。由下一級水輪發(fā)電機組不影響上一級水輪發(fā)電 機組的轉速和發(fā)電量得知每一級水輪發(fā)電機組為相對獨立的運行，所以￡2#=4氐#同 理水頭流經(jīng)第3級水輪機后的水能為流經(jīng)第2級水輪機后的水能的|，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。所述下一級水輪機對應引水渠道的橫截面積是上一級水輪機對應引水 渠道橫截面積的倍中的k值是充分考慮到實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，每級水輪機與發(fā)電機組通過轉軸連接；不同于方案二的是 水輪機安裝在引水渠道分渠上，前后各級水輪機為串并聯(lián)布置，下一級水輪機對應引水 渠道的橫截面積之和為上一級水輪機對應引水渠道橫截面積之和的倍，k的取值為 fK12，水輪機對應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級水輪機前續(xù)引水渠道與第1級水輪機對應引水渠道之間的過渡 段為一橫截面積逐漸擴大的漸擴段，第1級水輪機前續(xù)引水渠道的橫截面積為第1級水輪 機對應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級水輪機對 應引水渠道橫截面積之和的4倍，第1級水輪機前續(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] 本實用新型的有益效果有以下方面：
[0008] 1.本實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，并且不考慮發(fā)電過程中水頭 和水能發(fā)電機組的能量損失，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^