改进的可逆式泵水轮机安装制造技术

本发明专利技术涉及改进的可逆式泵水轮机安装。本发明专利技术是一种在立井中而不是常规的地下动力室或深层混凝土动力室的可逆式泵水轮机安装位置。所需的泵站空化系数可以通过简单地将立井钻至所需深度，而不是引导水流流入和流出深埋的动力室。气动控制减压阀可以结合到本发明专利技术中。中。中。

【技术实现步骤摘要】
改进的可逆式泵水轮机安装
[0001]本申请是申请日为2018年04月30日，申请号为201880003305.4，专利技术名称为“改进的可逆式泵水轮机安装”的申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及用于电能储存的可逆式泵水轮机(reversible pump
‑
turbines)。如图1a
‑
图1c所示的常规的抽水蓄能设施(pumped storage facilities)通常使用地下动力室来提供转轮(runner)处的充足的绝对压力以防止破坏性空化(destructive cavitation)。例如，转轮的高度可以为尾水下方100米。建造和维护这样的地下设施很昂贵，并且在设施较小的情况下，费用不会与尺寸成比例地减小。因此，在北美洲，低于100MW的抽水蓄能设施极少。图1b中显示了典型的常规泵水轮机的立剖面图。图1c中示出了在子午平面具有90度转弯的泵水轮机水流路径的现有技术，这与常规的混流式水轮机的子午平面中的水流路径类似。本专利技术涉及单用途水轮机和泵以及可逆式泵水轮机。图2的下部示出(在子午平面中的)常规叶轮(impeller)和扩压器(diffuser)配置，其中转轮(叶轮)向流体赋予的加速度是向外和向下的，与这种情况下发生在扩压器中的最大水路通道直径相比，这导致了不必要的小的转轮尖端直径。这种不必要的小直径导致有限的横跨各级的扬程差，从而导致更多的级和更低的总效率。

技术实现思路

[0003]本专利技术通过将具有电动发电机的可逆式泵水轮机定位成大体上远低于大体直立的井眼(borehole)中的尾水水位(tailwater level)来建立所需的泵站空化系数(plant cavitation coefficient)。本文中所使用的术语“井眼(borehole)”而不是“井筒(shaft)”以避免与位于井眼中的泵水轮机的旋转轴混淆。
[0004]常规抽水蓄能设施将转轮定位成远低于尾水高度，以在保持高的单位功率和特定速度的同时抑制空化现象(cavitation)。可逆式泵水轮机的临界空化系数(critical cavitation foefficient)比水轮机或泵的临界空化系数高，因为水力纵剖面(hydraulic profiles)是泵送和发电之间的折衷，并且二者均未优化。迄今为止，不管机器的尺寸和额定功率如何，在尾水下方定位转轮都需要深度和昂贵的挖掘。挖掘和地下施工的费用对于例如小于100兆瓦的小型装置而言成本已经过高。适合于大型装置的场地受地质、地理、竞争土地使用和适当的输电线路的限制。存在许多合适的较小规模场地，但是即使在尺寸和额定功率上按比例缩小，现有的可逆式泵水轮机仍然需要过高的挖掘和建造成本。
[0005]所提出的配置利用简单且便宜的直径可能1至3米的井眼来将高单位输出的可逆式泵水轮机定位到足够低于尾水高度以抑制空化现象。这样的井眼通常作为价格合理的商业建造服务井眼。例如，用于提升水、电和控制电缆的钢衬和管道可以在井眼内灌浆到位。适用于这种类型的装置的泵水轮机可以配置为单级机器或可配置为利用特定配置的“扩压器碗(diffuser bowls)”的多级机器，该“扩压器碗”的功能类似于在多级潜泵上使用的那些。这些泵水轮机通常不会使用常规的蜗壳(scroll cases)。正因如此，这些泵水轮机的级
可以堆叠以允许标准液压设计在宽范围的扬程(head)条件下使用。通过简单地建立所需的立井眼深度能够获得所需的泵站空化系数，这进一步促进了标准泵水轮机级的使用。与常规地下动力室泵水轮机装置相比，设计和制造场地专用机械的需求较少，并且不需要将压力管道或尾水管道搬运到极其深的地方，那将在大多数地方与小型抽水蓄能装置结合成本过高。标准部件的使用导致以降低的成本增加相同零件数量。降低的成本反过来能够用增加的零件数量建造更多的项目。
[0006]流入和流出可逆式泵水轮机的水流可以通过定位在泵水轮机组件上方的井眼中的同轴压力管道。相关的电动发电机(motor
‑
generator)(其可以根据条件需求用作电动机(motor)或发电机(generator))可以是潜水式的，并在某些优选的实施例中，位于泵水轮机(组)的下方。将电动发电机定位在泵水轮机下方，对于给定的井眼尺寸允许更大的直径、并因此更经济的电动发电机。将基本所有的井眼横截面积分配给水输送(上和下)，而不是分配给电动发电机的空间，对于给定直径的井眼允许最大额定功率。
[0007]可选地，电动发电机可位于水通道之外并用轴连接至转轮。这样的布置可以比提供足够大的地下动力室以便合并蜗壳更加便宜，同时允许了现成的空冷(air
‑
cooled)电动发电机的使用。
[0008]在优选实施例中，可移除的歧管(manifold)可以用于将内管连接至尾水并将外管连接至通向上游水的压力管道。将较小直径的泵入口/水轮机出口与同轴管道中较小的连接、而将较大的泵出口/水轮机入口与两个同轴管道中较大的连接通常更加有效。在安装多个泵水轮机的情况下，本专利技术的可选实施例可以利用另一种布置，例如将多个泵水轮机安装在通用井眼中的防水壁上。可移除的歧管可以包括整体式气动控制减压阀。该整体式减压阀其自身将通过消除对调压井(surge shaft)的需求以及通过减少压力管道的冲击压力来减少建筑工程花费。另外，或可选地，气垫可以留在井眼的盖下面。移除歧管允许从井眼中移除机器。专用的起重设备将便于安装、维修和维护，无需密闭空间工作。附接到可逆式泵水轮机的底部的水压致动活塞可用于升高和降低。活塞和机器之间的间隔件可以用于允许机器完全脱离井眼。
[0009]通过为风力发电产业开发的功率控制电子器件的现成可用性促进了可变速操作。如在风力涡轮机电源转换器的情况下，全电源转换器可以与电动发电机(例如，永磁电动发电机)结合使用，且部分电源转换器可以与(通常较大的)双馈感应发电机结合使用。
[0010]其中安装有可逆式泵水轮机的井眼可以包括以下设置：用于通过与主井眼分开的管道207将加压水流输送到井眼的底部，以便液压地提升装备以进行维护或修理，并可控地将设备降低到运行位置。电源连接优选配置为在机器下降时自动接合，并在机器上升时自动脱离。这种连接器可以使用常规的“湿式配合(wet mate)”船用电连接器技术或可以使用压缩气体、绝缘油和充气式气囊的组合，例如，用于建立与地电位隔离的稳固电连接。
[0011]设备所在的井眼可以终止于上门架(portal)、下门架或任何方便的中间位置。在与现有管道一起安装的情况下，立井眼可以根据由操作、甩负荷和其他注意事项产生的所需的压力曲线而定位。井眼盖可以包含减压阀，并可以用于脱封包含空气的调压井。
[0012]例如，多个机器可以安装在通用的防水壁上的单个井眼中。根据本专利技术的可逆式泵水轮机可以与佩尔顿(Pelton)水轮机结合使用，例如，如果需要，则便于在低功率水平下发电。可逆式泵水轮机可以与非河道季节性蓄水池结合使用，其中他们的主要目的可以是
在高流量期间将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种向流体赋予功并使所述流体重定向的装置，所述装置包括：叶轮入口，所述流体作为叶轮入流在由所述装置限定的子午平面中沿第一方向流过所述叶轮入口；叶轮，所述叶轮建立在所述叶轮入口的下行流，所述叶轮限定叶轮旋转轴线，并且所述叶轮被配置为沿环形流动路径接触和重定向所述叶轮入流以产生具有轴向速度分量和切向速度分量两者的叶轮排出，其中，在所述子午平面中，所述轴向速度分量相对于所述叶轮入流的所述第一方向基本上为180度，所述装置还包括扩压器，所述扩压器具有与所述叶轮旋转轴线对齐的扩压器轴线，所述扩压器围绕所述叶轮旋转轴线建立并且具有扩压器入口和扩压器出口，所述扩压器入口具有扩压器入口环形径向尺寸，所述扩压器出口具有扩压器出口环形径向尺寸，其中所述扩压器出口环形径向尺寸大于所述扩压器入口环形径向尺寸；和作为所述扩压器的一部分而建立的弯曲的扩压器叶片，所述扩压器叶片使所述叶轮排出重定向以减少所述切向速度分量。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述扩压器具有外扩压器半径，所述叶轮具有外叶轮半径，并且所述外扩压器半径不大于所述外叶轮半径。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述扩压器建立在所述叶轮入口周围。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述叶轮入口包括泵入口喷嘴。5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述泵入口喷嘴包括引流管。6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述泵入口喷嘴同轴地位于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨利，
申请(专利权)人：伯哈涡轮机械有限责任公司，
类型：发明
国别省市：