[发明专利]一种带渐伸线形尾水流增流装置的增流式智能水轮机系统

说明书

本发明涉及一种带渐伸线形尾水流增流装置的增流式智能水轮机系统，包括贯流式水轮发电机组，其特征在于，还包括渐伸线形尾水流增流装置和尾水流状态控制器，所述渐伸线形尾水流增流装置由受力感应单元、增流传动单元、增流释放单元和带渐伸线形转轮叶片的渐伸线形转轮单元依次平行轴向设置，所述渐伸线形转轮叶片是根据渐伸线沿渐伸线形转轮轮毂轴向逐渐拉伸，呈空间交叉扭曲形状均匀布置在渐伸线形转轮轮毂的周向内壁上，所述尾水流状态控制器分别控制贯流式水轮发电机组转轮叶片的叶片角度β₁的大小、渐伸线形转轮叶片的叶片角度β₂的大小以及感应驱动杆的移动距离x的大小。本发明能够充分利用尾水流中大量的剩余动能进行发电。

技术领域

本发明属于水力发电技术领域，特别是涉及一种带渐伸线形尾水流增流装置的增流式智能水轮机系统。

背景技术

我国低水头水力资源十分丰富，该资源一般处于江河中下游的经济发达地区。近些年，这些地区经济发展迅速，用电需求增速飞快。但是这些地区一般都是能源紧张地区，可开发的中、高水头水力资源早在20世纪90年代以前就已开发完毕。为了满足该地区经济迅速发展的需要，人们又转而开发低水头资源。贯流式水电站是开发低水头水力资源最好的方式，一般应用于25m水头以下。它与中、高水头电站、低水头立式轴流电站相比，具有流道简单、过流通道的水力损失小、机组结构紧凑、建设周期短、投资小、收效快、淹没移民少等优点。

但是，贯流式水轮发电机组结构复杂、体型庞大、机械效率偏低，统计资料表明：贯流式水轮机转轮出口水流的动能约占总水头的45％以上，最大可达90％。虽然有尾水管回收这部分动能，但是由于尾水管的水力设计以及考虑实际工程的开挖量问题，其回收能量的能力还是非常有限的。

中国专利申请200810072478.X公开了一种“组合式水能发电装置”，该装置包括若干列安装框，所述各列安装框沿纵向设有若干个横向通水孔道，所述各列安装框上对应设有用以启闭该列安装框的升降阻水板，所述各横向通水孔道上分别设有叶轮，设于同一列的各叶轮转轴后端分别经一对圆锥换向齿轮与一竖向动力传动轴传动连接，以经竖向动力传动轴带动设于竖向动力传动轴上端的发电机工作。该装置虽然可根据河道实际情况，组合形成相适应的坝体式水力发电装置，且结构简单，水流量易于控制，但是该装置并未考虑不同工况时，叶轮的效率会有较大的差别，由此造成整个装置的效率不高，水力性能较差。

中国专利申请201410205181.1公开了一种“岸基聚能式波浪能发电装置”，该装置能够聚集波浪能并把波浪转换成管道内的海流，利用海流驱动涡轮发电。同时，岸边收缩水道呈喇叭口型，开口处是椭圆形而透平处是圆形，两者有很大的面积比，因此透平处的水流速度是开口处数倍，起到聚能的作用。该装置施工简单，发电机与海水不接触，可靠性高，而且有效地提高了水流的转换效率。但是，该聚能装置进出口面积固定，不能根据来流速度的大小，动态调整聚能的多少，导致输出的电能频率不稳，品质较差。

中国专利申请201510601845.0公开了一种“导流聚能式海浪、潮汐、洋流及风力四合一发电系统”，该系统在基座上设若干个沿圆周均布的弧形导流板，当海浪、潮汐、洋流经过本装置时，海水将在弧形导流板的导向作用下形成海水涡流，由于海水涡流作用使其上方的空气同时形成空气涡流，在海水涡流推动叶轮、空气涡流推动风叶的共同作用下传动管高速旋转，传动管将动能传递给增速机，增速机驱动发电机高速旋转产生电能。该装置克服了现有发电方式单一、发电效率低的问题，实现了大功率发电。但是本装置仅依靠横截面形状为半月牙形的弧形导流板来导流、聚能，其聚能效果微乎其微，因此不能充分利用水能，造成资源的浪费。

综上所述，现有的组合式水力发电装置仅为不同数量发电装置的串联，并未考虑工况的改变所造成的装置效率降低的问题，因此均未能充分发挥装置的最大性能。同时，聚能装置仅仅依靠断面面积的缩小来增流，并不能根据来流流量的大小动态调整增流的多少，导致输出的电能频率不定，性能不佳。如何克服现有技术的不足已成为当今水力发电技术领域中亟待解决的重要难题之一。

发明内容