单渠多级水利发电装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属水利发电技术，涉及一种在单个引水渠道沿水头流动方向顺序安装 2个及2个以上的多个水轮机，前后各级水轮机为串联或串并联布置，每级水轮机与发电机 组通过转轴连接，多级水轮发电机组预期可提高水能的利用率。
【背景技术】
[0002] 目前，现有水利发电的单个引水渠道安装有一个水轮机，水轮机与发电机组 通过转轴连接，（分渠可按单渠论处）即单渠一级水利发电。在水利发电过程中，由于 水位差引水渠道水头的势能、位能和动能带动水轮机转动由水能E7X (流入水轮机前的 能量）转化为水轮机的机械能、，水轮机转轴的转动带动发电机组的转子转动并切 割磁力线产生感生电动势而对外输电，即电能￡_，同时发电机组的线圈由于两端的电 动势在磁场中会产生一个大小相等方向相反的反向作用力而反向做功即Ee，这个反 向作用力再通过发电机组转轴传递给水轮机阻碍引水渠道的水头运动。设 则
这样引水渠道水头会进一步推动水轮发电机组转 子转动并最终使发电机组转子转速加快发电量增大，当增大到时达到平 衡，水轮发电机组转子转速到达峰值并稳定下来；同理，当时，水轮机和发 电机组转子转动减速发电量Eg减小，当Eg减小到$时达到平衡并稳定下来，所以 E电=^设引水渠道水头经过水轮发电机组发电后的能量为，得=E7X -Ee，又由
现有水利发电，在不考虑水头和水轮发 电机组能量损失的的情况下，水能的利用率为50%。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有水利发电水能利用率低的不足，本实用新型提供一种单渠多级水利 发电装置，该实用新型能提高水能的利用效率。
[0004] 本实用新型要解决其技术问题所采用的技术方案是：1.方案一，在单个引水 渠道沿水头流动方向顺序安装2个及2个以上的多个水轮机，前后各级水轮机为串 联布置，每级水轮机与发电机组通过转轴连接，上下游各级水轮机对应的引水渠道的 横截面积相等，横截面积的相等决定了水头流经上下游各级水轮机的流速和流量相 等，流速和流量的相等决定了各级水轮机的转速相等，转速的相等决定了各级水轮发 电机组的发电量相等。假设单渠引水渠道共安装n个水轮机，并设流入第1级水轮 机的水能为E7K，流入第n级水轮机的水能为Enl7K，流出第n级水轮机的水能为En27K， 第n级水轮发电机组的发电量为Eni，第n级水轮发电机组因感生电动势对水头的 阻碍做功为EnE，则：
'又
，n级水轮发电机组发电 总量=
?以上公式说明当n越大水能的利用率越高。
[0005] 2.方案二，方案二与方案一相同的是，在单个引水渠道沿水头流动方向顺序安 装2个及2个以上的多个水轮机，前后各级水轮机为串联布置，每级水轮机与发电机组 通过转轴连接；方案二不同于方案一的是下一级水轮机对应引水渠道的横截面积为上 一级水轮机对应引水渠道横截面积的kV^倍，k的取值为^^ <^1.2,下游水轮机安 装在对应引水渠道的最前端位置，上一级水轮机对应引水渠道与下一级水轮机对应引 水渠道之间的过渡段为一横截面积逐渐扩大的渐扩段，渐扩段使引水渠道水头有一个 由急到缓的缓冲空间，本技术方案的下一级引水渠道的横截面积经过合理的设计使之 不影响上一级引水渠道水头的流量和流速，进而不影响上一级水轮发电机组转子的转 速和发电量。设引水渠道水头流经第1级水轮机后的水能（即流入第2级水轮机的水 能）为El7X，水头质量为&，流速为Vi，流量为仏，第1级水轮机对应引水渠道横截面积 为A1;水头流经第2级水轮机后的水能为E27K，水头质量为M2，流速为V2，流量为Q2，第2 级水轮机对应引水渠道横截面积为A2。由下一级水轮发电机组不影响上一级水轮发电 机组的转速和发电量得知每一级水轮发电机组为相对独立的运行，所以￡2#=4氐#同 理水头流经第3级水轮机后的水能为流经第2级水轮机后的水能的|，即E37K=|e2水， 以此类推，
又M2=M渴 _ _ _
，再由流经第2级的流量％ 和流经第1级的流量仏相等得V2A2=V▲，S
文中的^是理 论计算值即最佳值。所述下一级水轮机对应引水渠道的横截面积是上一级水轮机对应引水 渠道横截面积的倍中的k值是充分考虑到实际施工中的误差以及对某一级或多级水头 能量的控制，所以下一级引水渠道的横截面积设定了一个较大的取值空间。
[0006] 3.方案三，方案三原理同方案二，在单个引水渠道沿水头流动方向顺序安装2 个及2个以上的多个水轮机，每级水轮机与发电机组通过转轴连接；不同于方案二的是 水轮机安装在引水渠道分渠上，前后各级水轮机为串并联布置，下一级水轮机对应引水 渠道的横截面积之和为上一级水轮机对应引水渠道横截面积之和的倍，k的取值为 fK12，水轮机对应分渠引水渠道的横截面积为主渠引水渠道下游末段横截面积的 i倍、#倍或1倍，第1级水轮机前续引水渠道与第1级水轮机对应引水渠道之间的过渡 段为一横截面积逐渐扩大的渐扩段，第1级水轮机前续引水渠道的横截面积为第1级水轮 机对应引水渠道横截面积的f倍及主渠引水渠道下游末段的横截面积为第1级水轮机对 应引水渠道横截面积之和的4倍，第1级水轮机前续引水渠道或主渠横截面积的减小有 2 利于减少引水渠道的建造费用，分渠引水渠道横截面积的相对固定更有利于引水渠道的施 工，分渠的合理布置可减少引水渠道对坝基竖向或横向空间的占位，并且避免了下游引水 渠道因横截面积过大增加施工难度。
[0007] 本实用新型的有益效果有以下方面：
[0008] 1.本实用新型采用的单渠多级水利发电装置，能更充分的把水能转化为电能，以 水位差为1〇〇米的水电站为例，按现有的单渠一级发电技术，并且不考虑发电过程中水头 和水能发电机组的能量损失，由前文的E*=5E*:得水能的利用率为50%，由方案二推出 的公式￡1^