[发明专利]改进的可逆式泵水轮机安装

说明书

本发明涉及改进的可逆式泵水轮机安装。本发明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中。

本申请是申请日为2018年04月30日、申请号为201880003305.4、发明名称为“改进的可逆式泵水轮机安装”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于电能储存的可逆式泵水轮机。

背景技术

如图1a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(destructivecavitation)。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2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。本发明涉及单用途水轮机及泵和泵以及可逆式泵水轮机。关于现有技术的多级泵，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。

发明内容

本发明通过将具有电动发电机的可逆式泵水轮机定位成通常远低于通常垂直的井眼(bore hole)中的尾水水位(tailwater level)来建立所需的泵站空化系数(plantcavitation coefficient)。具有电动发电机的可逆式泵水轮机(reversible pump-turbines)在本文中将简称为“泵水轮机”或“机器”。本文中所使用的术语“井眼”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。

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(criticalcavitation foefficient)比水轮机或泵的临界空化系数高，因为水力纵剖面(hydraulicprofiles)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。

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垂直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。