小水电站尾水余能循环利用试验研究

摘要

水力发电是人类利用水能来满足社会经济发展中日益增长的电力需求的重要的工具之一。山区上修建小型水电站，由于水量不足，水库干涸，造成水轮机出力不足，从而影响水电站的发电效益。库容是水电站发挥发电效益最重要的保障，而水量不足将直接导致库容的损失，这大大降低了水电站的发电效益。因此，寻求更有效可行的增加小型水电站发电效益的途径，尽可能长期保持小水电站的发电效益，保护发电机组安全运行，具有十分重要的意义。
　　本文通过创造一套小水电站尾水余能循环利用系统将小水电站尾水中的水流动能转化为电能或势能。建立概化水槽试验探索小水电站尾水能量转化的方法来研究小水电站尾水余能循环利用的有效途径，主要工作内容和研究成果有:
　　(1)建立了概化水槽系统，试验水槽的尺寸是48m×2m×1m（长×宽×高），底坡是0.05％。能较好模拟小水电站尾水水流特性，为研究小水电站尾水余能循环利用的有效途径奠定了良好的试验基础。
　　(2)针对目前小水电站尾水余能有效利用存在的诸多不足，自主研制了一套小水电站尾水余能循环利用系统，该系统主要有中心转动轴、转动叶轮、皮带轮变速系统、发电机/抽水泵、“L”型支架五部分构成。转动轴的安装高程可调节，达到在不影响电站水轮机出力的同时能更大程度地利用尾水动能的目的。
　　(3)通过13组试验工况，阐述了水力发电试验的原理和试验过程。对水力发电试验结果进行定量的分析得出流速相同的条件下发电量与水轮机受力面积平方成正比。流速与发电量的具有耦合关系，推导出发电量与流速相关的公式。
　　(4)水力抽水试验共进行了13组试验，探讨了水力抽水试验的过程和原理。基于实验实测数据，对水力抽水试验结果进行定量的分析得出扬程与水轮机受力面积成正比。流速与扬程的具有耦合关系，推导出扬程与流速相关的公式。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及选题意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 小水电站科学管理研究现状

1．2．2 水电站尾水变化研究现状

1．2．3 提高水电站水能利用率研究现状

1．2．4 超低水头能量利用的现状

1．3 主要研究内容及技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 小水电站尾水余能循环利用系统原理及其设计

2．1 问题提出

2．2 设计思路及原理

2．2．1 设计思路

2．2．2 设计原理

2．3 小水电站尾水余能循环利用系统设计

2．3．1 小水电站尾水余能水力发电系统工作原理

2．3．2 小水电站尾水余能水力抽水系统工作原理

2．3．3 小水电站尾水余能循环利用系统构造及各部分功能

2．3．4 小水电站尾水余能循环利用系统特点

2．4 小水电站尾水余能利用途径

2．5 本章小节

第三章 小水电站尾水余能循环利用试验设计及量测技术

3．1 尾水余能循环利用试验设计

3．1．1 试验水槽

3．1．2 水流参数拟定

3．2 试验控制系统

3．2．1 试验模型的布置

3．2．2 试验流量的控制

3．2．3 尾水的控制

3．3 实验量测

3．3．3 发电机电压的量测

3．3．4 水泵出水口压强的测定

3．4 本章小节

第四章 小水电站尾水余能循环利用试验研究

4．1 试验装置

4．1．1 机械式发电机发电装置

4．1．2 机械式水泵抽水装置

4．2 系统测试试验

4．2．2 试运行试验

4．3 无装置水流条件试验

4．3．2 水流条件试验过程

4．3．3 水流条件试验分析

4．4 水力发电试验

4．4．1 发电试验工况

4．4．2 水力发电试验过程

4．4．3 水力发电试验分析

4．5 水力抽水试验

4．5．1 抽水试验工况

4．5．2 水力抽水试验过程

4．5．3 水力抽水试验分析

4．6 本章小节

第五章 小水电站尾水余能循环利用试验结果分析

5．1 发电试验结果分析

5．1．1 流量对电压的影响

5．1．2 流速对电压的影响

5．1．3 受力叶轮数量对电压的影响

5．1．4 流速与电压的耦合关系

5．1．5 流速与发电量的耦合关系

5．2 抽水试验结果分析

5．2．1 流量对压强的影响

5．2．2 流速对压强的影响

5．2．3 受力叶轮数量对压强的影响

5．2．4 流速与压强的耦合关系

5．2．5 流速与扬程的耦合关系

5．3 实际工程应用展望

5．3．2 抽水方案的工程应用展望

5．4 本章小节

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在校期间科研及论文情况