一种高水头通航发电船闸的制作方法

1.本实用新型涉及水运船闸，尤其涉及一种高水头通航发电船闸。


背景技术：

2.船闸是应用最广的水运通航建筑物，它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。
3.随着高水头、大型船闸在实际中的运用越来越广泛，目前国内外大都采用在船闸旁设置储水池与闸室互通，或并列设置双线船闸互通的结构方式来节省船闸通航耗水量，上述省水结构方式虽然具有一定的省水效果，但没有考虑对船闸通航泄水所藴藏的能量加以合理开发利用，对于水资源来说属于一种极大的浪费。
4.申请号2012103894204公开了一种具有发电功能的双水轮机式分散输水系统，它采用传统分散式输水系统结合船闸闸室上下端分别安装水轮机组发电的结构方式，能实现利用船闸通航泄水发电，提升发电效益，但由于发电机组设置于船闸闸室的通航范围内，存在发电机组布局不合理的问题，除此之外，当发电机组需要检修时，会直接导致船闸输水过程受阻，容易影响船闸的正常通航。


技术实现要素：

5.针对上述情况，本实用新型的目的在于提供一种高水头通航发电船闸，它采用在船闸闸室的上下端闸墙外两侧分别并列设置灌水、发电、泄水廊道的组合结构，从而克服现有技术高水头船闸通航泄水存在巨大浪费的缺陷，结合在闸室底部中心设有十字形结构的汇合廊道，能实现水资源综合利用，并且通航保证率高，船舶航行安全可靠，整体结构科学合理、简单紧凑，安装和操作方便，市场前景广阔，便于推广使用。
6.为了实现上述目的，一种高水头通航发电船闸，它包括设置于上游进水口与下游出水口之间的船闸闸室，所述船闸闸室上端闸墙外的两侧分别并列设置上发电廊道和灌水廊道，以及所述船闸闸室下端闸墙外的两侧分别并列设置下发电廊道和泄水廊道，所述上发电廊道和下发电廊道上分别设有水轮发电机组，且船闸闸室的底部中心处设有汇合廊道，所述汇合廊道分别与上发电廊道、灌水廊道、下发电廊道、泄水廊道和船闸闸室连通。
7.为了实现结构、效果优化，其进一步的措施是：所述汇合廊道呈十字形结构，且所述汇合廊道的横向两端分别与上发电廊道和灌水廊道的出水口、以及下发电廊道和泄水廊道的进水口连通，所述汇合廊道的纵向两端分别与船闸闸室连通。
8.所述船闸闸室内设有消能系统与汇合廊道的纵向两端分别连接。
9.所述船闸闸室上端闸墙外两侧的上发电廊道和灌水廊道的进水口分别与上游进
水口连通。
10.所述船闸闸室下端闸墙外两侧的下发电廊道和泄水廊道的出水口分别与下游出水口连通。
11.所述船闸闸室的上下两端分别设有上游人字门和下游人字门用于船舶的进出。
12.所述上发电廊道、灌水廊道、下发电廊道和泄水廊道的进水端分别设有检修阀门。
13.所述灌水廊道和泄水廊道的进水端还分别设有工作阀门。
14.本实用新型相比现有技术所产生的有益效果：
15.(ⅰ)本实用新型采用在闸室上下端闸墙外分别设置上发电廊道和下发电廊道的结构，使得船闸闸室在灌水或泄水的过程中均能发电，能有效减少水资源浪费，提升发电效益，结合采用双侧并列布置，能有效提升闸室灌水或泄水的速度，节约通航时间，提升通航效率，有利于保障船闸水运与发电的综合效益；
16.(ⅱ)本实用新型采用在闸室上下端闸墙外两侧分别并列设置发电廊道、灌水泄水廊道的结构，当其中某个水轮发电机组需检修时，因其它的水轮发电机组或灌水泄水廊道仍能正常运行，从而可最大限度保障船闸灌水、泄水、通航的连续正常运行不受影响，实现大幅提升船闸运营的经济效益；
17.(ⅲ)本实用新型采用在闸室底部中心设置十字形结构的汇合廊道，实现分别与上发电廊道和灌水廊道的出水口、下发电廊道和泄水廊道的进水口、以及闸室连通，灌水时水体从两侧向中心汇合经消能系统导向闸室两端释放，泄水时水体从中心向闸室两侧导出引入下游航道，可使闸室内灌水或泄水时水体运行平稳，避免水流对闸室闸墙或闸室内船舶造成冲击，有利于延长整体设备的使用寿命，保障船闸通航运行的安全可靠；
18.(ⅳ)本实用新型采用在船闸闸室的上下端闸墙外分别并列设置灌水、发电、泄水廊道的结构，除了可最大限度保障船闸正常运行，提高运行保证率外，亦可利用灌水廊道与发电廊道同时输水，适当加快输水时间，提高船闸总体输水效率，此外，本实用新型提出的结构型式能够克服现有技术高水头船闸通航泄水存在巨大浪费的缺陷，结合在闸室底部中心设有十字形结构的汇合廊道，能实现综合利用水资源，并且通航安全可靠，整体结构科学合理、简单紧凑，安装和操作方便，具有显著的经济效益和社会效益。
19.本实用新型广泛适用于水运船闸配套使用。
20.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
附图说明
21.构成本技术一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
22.图1为本实用新型整体安装结构的俯视图。
23.图2为本实用新型中水轮发电机组安装结构的侧视图。
24.图中：1
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上游进水口，2
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检修阀门，3
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上游人字门，4
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上发电廊道，5
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灌水廊道，6
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水轮发电机组，7
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船闸闸室，8
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下发电廊道，9
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泄水廊道，10
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下游人字门，11
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下游出水口，12
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工作阀门，13
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汇合廊道，14
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消能系统。
具体实施方式
25.参照图1，本实用新型是这样实现的：一种高水头通航发电船闸，它包括设置于上游进水口1与下游出水口11之间的船闸闸室7，所述船闸闸室7上端闸墙外的两侧分别并列设置上发电廊道4和灌水廊道5，以及所述船闸闸室7下端闸墙外的两侧分别并列设置下发电廊道8和泄水廊道9，所述上发电廊道4和下发电廊道8上分别设有水轮发电机组6，且船闸闸室7的底部中心处设有汇合廊道13，所述汇合廊道13分别与上发电廊道4、灌水廊道5、下发电廊道8、泄水廊道9和船闸闸室7连通。
26.参考图1所示，本实用新型中汇合廊道13呈十字形结构，且所述汇合廊道13的横向两端分别与上发电廊道4和灌水廊道5的出水口、以及下发电廊道8和泄水廊道9的进水口连通，所述汇合廊道13的纵向两端分别与船闸闸室7连通，所述船闸闸室7内设有消能系统14与汇合廊道13的纵向两端分别连接，采用该种结构方式，灌水时水体从两侧向中心汇合经消能系统导向闸室两端释放，泄水时水体从中心向闸室两侧导出引入下游航道，可使闸室内灌水或泄水时水体运行平稳，避免水流对闸室闸墙或闸室内船舶造成冲击，有利于延长整体设备的使用寿命，保障船闸通航运行的安全可靠；一般上发电廊道4、灌水廊道5、下发电廊道8、泄水廊道9的横截面积尺寸大小保持一致，有利于船闸两侧灌水或泄水的流量保持一致，另外，当一侧水轮发电机组需要检修时，可采用相应侧的灌水廊道5或泄水廊道9工作，从而保障任何时候闸室内灌水或泄水都可同时从两侧进行，进一步有利于保持闸室内水体的平稳运行，避免造成冲击发生意外变化，从而保障船闸通航安全可靠。
27.如图1所示，本实用新型中船闸闸室7上端闸墙外两侧的上发电廊道4和灌水廊道5的进水口分别与上游进水口1连通，便于实现将上游航道中的水体经上游进水口1导入上发电廊道4和灌水廊道5中；所述船闸闸室7下端闸墙外两侧的下发电廊道8和泄水廊道9的出水口分别与下游出水口11连通，便于实现将船闸闸室7中的水体导出引入下游航道；所述船闸闸室7的上下两端分别设有上游人字门3和下游人字门10用于船舶的进出，便于保障船闸通航安全；所述上发电廊道4、灌水廊道5、下发电廊道8和泄水廊道9的进水端分别设有检修阀门2，当需要对某廊道进行检修时，只需关闭相对应的检修阀门2即可；所述灌水廊道5和泄水廊道9的进水端还分别设有工作阀门12，当需要加大灌水或泄水速度时，可通过控制工作阀门12的开启和关闭，实现控制灌水廊道5和泄水廊道9的运行。
28.结合图1所示，本实用新型的工作流程如下：船舶从上游航道进入船闸之前，此时上游人字门、下游人字门、灌水廊道、下发电廊道和泄水廊道均处于关闭状态，上游航道中的水体通过上游进水口导入船闸两侧的上发电廊道中，而上发电廊道中的水轮发电机组可将水体势能转化为电能，实现灌水发电作业，同时发电后的水体经汇合廊道导入船闸闸室内，待闸室水位上升与上游航道水位保持齐平时，关闭上发电廊道，使相应的水轮发电机组停止运转；接着打开上游人字门，驱使船舶通过上游人字门驶入船闸闸室内，随后关闭上游人字门，然后打开下发电廊道，可使闸室内的水体经汇合廊道导出进入船闸两侧的下发电廊道中，通过下发电廊道中的水轮发电机组将泄水的势能转化为电能，实现泄水发电，同时发电后的水体通过下游出水口导入下游航道中，直至闸室内的水位下降与下游航道水位保持齐平时，打开下游人字门，驱使船舶通过下游人字门驶入下游航道，再关闭下游人字门，完成船闸的一次通航发电作业；重复循环上述流程，实现船闸的连续通航发电作业；当需要加快船闸闸室内的灌水或泄水速度时，此时可根据需要分别启用灌水廊道或泄水廊道，达
到加快灌水或泄水速度，实现快速完成闸室通航的目的。
29.实施例一：参考图1和图2所示，本实用新型适合我国水利资源比较丰富的西部地区，一般优选用于最大工作水位不少于75m，额定水位36m，船闸长宽尺寸设为180m
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23m，用于通航1000吨级的船舶，能够用于发电的闸室内水体的体积理论为180
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70＝28.98万m3，按照每天船舶通航17次，闸室每次充水或放水的时间为30分钟，船闸一年运行以330天计算，选用四台41mw的水轮发电机组，年发电量理论上约2亿度；当闸室灌水或泄水发电时，水轮发电机组开始启动，大约经过一分钟的时间可完成并网送电准备工作，水轮发电机组开始以额定功率发电，闸室内水位差逐渐变小，当水位差降低至36m时，此时水轮机过水流量开始下降，水轮发电机组的发电功率也同时开始下降，当水位差降至20m时，此时水轮机过流量继续减小，水轮机仍然处于转动状态，但水轮发电机组停止发电，当水位差降至0m时，水轮机停止运转，完成灌水或泄水的发电过程；水轮发电机一般采用直接并网送电的方式，由于船闸发电水位变化较快，在变功率发电阶段，可采用交
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直
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储
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交的并网送电方式，即在发电功率较大阶段将交流电转化为直流电储存起来，待水轮机组发电功率下降后，储能单元工作，将储存的直流电转化为交流电送入电网，以补充降低的功率，从而达到填谷作用，使得水轮机组并网送电功率能够始终稳定；本实用新型采用船闸闸室双侧上端并列布置灌水廊道和上发电廊道、双侧下端并列布置泄水廊道和下发电廊道的结构方式，能利用闸室灌水和泄水的水体发电，从而实现水资源的有效综合利用，以达到船闸绿色通航的目的，同时能够产生显著的经济效益和环境效益，在传统能源面临日益枯竭的今天，具有重大的战略意义。
30.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，并根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，均应包含在本实用新型的保护范围之内。