多级流道发电泵水循环装置及方法与流程

本发明涉及水利水电工程领域，具体涉及一种多级流道发电泵水循环装置及方法。

背景技术：

1、船闸是应用最广的水运通航建筑物，通过开启和关闭充泄水闸门，调控闸室水位，实现闸室内船舶的阶梯状升降，可克服航道水位落差造成的航行困难；在船舶过闸的过程中，大量水体经船闸输水廊道直接排泄至下游，导致这部分水体所蕴藏的能量处于流失状态，特别是高水头船闸，其航道等级高、船闸尺寸大、上下游水位落差大，当船闸通航运行过程中向下游泄水，会消耗大量的水库大坝蓄水，从而造成巨大的水资源浪费，同时也影响水库电站的发电效益。

2、对于水电工程多级船闸一般仅具有通航功能，但通航的同时因为需从上游用大量的水，平衡各闸室仓位的水位高程，这部分大量的水损失了水的势能和动能，产生了很大的浪费。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种多级流道发电泵水循环装置及方法，优化流道结构，利用船闸通航运行过程中泄水动能和势能进行发电，提高发电和水利用效率。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多级流道发电泵水循环装置，包括船闸机构，所述船闸机构包括下行多级闸和上行多级闸，下行多级闸和上行多级闸均包括多级闸室，闸室的进出端均设有人字门，下行多级闸和上行多级闸之间设有中墩平台，中墩平台内设有流道机构，流道机构包括主流道，主流道内设有两组侧墩将主流道分隔为三组分支流道，分别为左流道、中流道和右流道，分支流道内均设有若干横墩将分支流道分隔为多个蓄水仓，左流道和右流道的蓄水仓分别对应下行多级闸的闸室和上行多级闸的闸室设置，左流道和右流道的蓄水仓和对应的闸室之间设有连通的发电道，发电道内设有支发电机机构，发电道两端设有检修阀，横墩和侧墩对应蓄水仓均设置闸门。

3、优选的方案中，所述下行多级闸和上行多级闸均为五级船闸，下行多级闸从上游到下游依次为一级右闸、二级右闸、三级右闸、四级右闸和五级右闸，上行多级闸从上游到下游依次为一级左闸、二级左闸、三级左闸、四级左闸和五级左闸。

4、优选的方案中，所述发电道一侧设置补水道，补水道的两端均与发电道连通并且设置在支发电机的两端，补水道的两端均设有摆阀，摆阀包括设置在补水道端部的阀座，还包括铰杆，铰杆转动安装在埋件上，铰杆通过电机驱动，阀体安装在铰杆上，阀体通过铰杆驱动进行摆动实现对补水道的打开或关闭以及发电道的封闭或打开。

5、优选的方案中，所述阀体圆周设有密封垫，密封垫通过沉头螺栓安装在阀体外侧。

6、优选的方案中，所述阀体靠近补水道的一侧设置为弧形，另一侧为与发电道的侧壁保持一致的弧面或平面。

7、优选的方案中，所述支发电机机构包括设置在发电道内的第一支臂，第一转轴转动安装在第一支臂上，第一转轴一端设有支叶轮，另一端安装在支发电机上。

8、优选的方案中，所述发电道顶部设有检修口，检修口设有检修板进行封闭。

9、优选的方案中，所述检修阀为闸阀，闸阀设置在发电道两端的第一门槽内。

10、优选的方案中，所述发电道靠近闸室的一端设有第一拦污栅。

11、优选的方案中，所述闸室内设有底板，底板底部设有若干支撑柱，底板下方为进水仓，底板上设有若干与进水仓连通的进出水口，发电道与进水仓连通。

12、优选的方案中，所述闸门为平板闸门，安装在横墩和侧墩的第二门槽内，闸门两侧设置侧水封，底部设置底水封，闸门顶部设置吊环。

13、优选的方案中，所述主流道的上游口设置进水闸，下游口设置尾水闸。

14、优选的方案中，所述主流道的上游口设置第二拦污栅，第二拦污栅设置在进水闸的上游。

15、优选的方案中，所述主流道的下游端设置主流道发电装置，主流道发电装置包括第二支臂，第二转轴转动安装在第二支臂上，第二转轴一端设有主叶轮，另一端安装在主发电机上。

16、优选的方案中，所述主流道的下游端设有导叶装置，导叶装置设置在主流道发电装置的上游，导叶装置包括设置在主流道内的导叶框，导叶框内对应左流道、中流道和右流道均设有导叶机构，导叶机构包括设置在导叶框内的若干导叶轴，导叶轴上设有导叶叶片，每一组导叶机构均设有对导叶轴进行驱动的驱动机构。

17、优选的方案中，所述驱动机构包括设置在导叶框上的导叶电机，导叶电机与其中一个导叶轴连接，相邻两组导叶叶片通过连杆拉动机构连接，连杆拉动机构包括拉杆和铰接设置在拉杆两端的连杆，两组连杆远离拉杆的一端分别铰接安装在两组导叶叶片的端部，当导叶叶片转动至竖直状态时，每一组连杆拉动机构的两个连杆分别与相邻两组导叶叶片的下游端和上游端铰接。

18、优选的方案中，所述导叶框为向上游拱起的弧形结构。

19、优选的方案中，所述中墩平台为阶梯形结构，包括多级平台。

20、优选的方案中，所述中墩平台上设有厂房，厂房内设有发电和泵水作业所需的附件，包括蓄电池，蓄电池用于储存支发电机机构的发电。

21、优选的方案中，所述中墩平台的每级平台上均设有轨道，轨道平行水流方向设置，检修门机沿轨道移动，用于检修或安拆作业，检修门机上设有沿检修门机横向移动的移动提升卷扬机，移动提升卷扬机的吊运钢丝绳下端设有吊钩。

22、优选的方案中，所述中墩平台顶部对应左流道、中流道和右流道设置若干检修门。

23、本发明还提供一种多级流道发电泵水循环装置的操作方法，包括：

24、1）通航

25、当船从上游到下游过船闸时，首先将上行多级闸的一级船闸以及二级船闸对应的闸室一侧的发电道的检修阀打开，所述两级发电道处于打开状态，同时所述两级发电道对应的左流道的蓄水仓之间的横墩上的闸门打开，一级船闸的闸室中的水依次通过最上游的发电道流入对应的蓄水仓中，再通过横墩上的闸门流入下一级的蓄水仓中，然后通过下一级的发电道流入二级船闸对应的闸室中，直至二级船闸对应的闸室中水与一级船闸的闸室中水平齐，此时关闭所有发电道的检修阀以及闸门，打开一级船闸和二级船闸对应的闸室之间的人字门，将一级船闸中的船行驶进入二级船闸，重复以上操作，直至船驶出船闸；

26、当船从下游到上游过船闸时，首先将下行多级闸的最后一级船闸以及倒数二级船闸对应的闸室一侧的发电道的检修阀打开，所述两级发电道处于打开状态，同时所述两级发电道对应的右流道的蓄水仓之间的横墩上的闸门打开，倒数二级船闸的闸室中的水依次通过发电道流入对应的蓄水仓中，再通过横墩上的闸门流入最后一级的蓄水仓中，然后通过最后一级的发电道流入最后一级船闸对应的闸室中，直至倒数第二级对应的闸室中水与最后一级船闸的闸室中水平齐，此时关闭所有发电道的检修阀以及闸门，打开最后一级船闸和倒数第二级船闸对应的闸室之间的人字门，将最后一级船闸中的船闸行驶进入倒数第二级船闸，重复以上操作，直至船驶出船闸；

27、2）发电

28、在通航的过程中，水流经发电道时，对应的支发电机机构进行发电。

29、优选的方案中，当船从上游到下游过船闸时，上行多级闸的最后一级船闸与倒数第二级船闸水位等高后，将船行驶至最后一级船闸后，最后一级船闸中的闸室中的水排入一级船闸中的闸室中，若上行多级闸的一级船闸中有船在工作，则将最后一级船闸中的闸室中的水排入上行多级闸的其他闸室中，按高程由低到高进行选择，直至上行多级闸的最后一级船闸的闸室中的水的高程与下游平齐，船驶出船闸。

30、优选的方案中，当上行多级闸的最后一级船闸中的闸室中的水排入上行多级闸的其他闸室中时，若上行多级闸的各级船闸都处于工作状态，则将上行多级闸的最后一级船闸对应的发电道的检修阀打开，并打开左流道、中流道、右流道的最下游的侧墩上的闸门，同时关闭主流道的进水闸和尾水闸，下行多级闸的最后一级船闸对应的发电道的检修阀打开，同时对应的补水道两端的摆阀打开，上行多级闸的最后一级船闸中的水依次流经下行多级闸的最后一级船闸对应的发电道、左流道、中流道、右流道以及下行多级闸的最后一级船闸对应的补水道，直至上行多级闸的最后一级船闸的闸室中的水的高程与下游平齐，船驶出船闸。

31、优选的方案中，当主流道其中的中流道在不进行左流道和右流道跨区调剂调水的工况下，打开进水闸和尾水闸，主流道发电装置进行发电。

32、本发明提供的一种多级流道发电泵水循环装置及方法，具有以下有益效果：

33、1、通过创新性的多个分支流道、发电道和补水道的并联设计，以及在发电道中设置支发电机装置和满足了各种工况的使用需求，在通航的同时还能发电，创新性很强。

34、2、在满足正常船闸功能的同时，还可以正常顺便利用水的动能和势能发电，也能将水循环使用，节约水的同时也就节约了电，因为船闸多与电站或供水系统配套设置，少用上游的水就能多发电或多产生水利灌溉效益，对缺电缺水区域的船闸特别有价值，产生了更多的额外效益。

35、3、本装置不仅可以在新建的船闸上使用，也可对已经建成的船闸进行改造后使用，通过小改造大幅提高发电和水利用效率。