水电站离心式水力发电系统技术领域
本发明涉及高坝水电站水力发电水能利用率技术领域，尤其涉及一种水电站离心
式水力发电系统。
背景技术
水电站是能将水能转换为电能的综合工程设施，一般由挡水、泄水建筑物形成的
水库、水电站引水系统、发电厂房及机电设备等组成。通过将水电站水库的高水位水经引水
系统推动水轮发电机组产生电能，再经升压变压器、开关站和输电线路输入电网，以供其他
设备使用。对于水电站，如长江三峡水电站、溪洛渡水电站等超高坝水电站，其具有巨大的
水能，但是现有的水力发电系统均存在水能利用率较低的问题。现有的水电站的水力发电
系统仅在水道底部配置一台水力涡轮发电机机组，而机组装机存在容量较小的问题，根本
无法对水能进行充分的利用，目前，长江三峡水电站水力发电的发电率仅约50％。同时，现
有的水力发电系统采用的水力涡轮机发电机组在运转时，水力涡轮机发电机组一半的叶片
会形成反向水流，从而对涡轮机产生逆势影响，降低了水力涡轮机发电机组的工作效率，影
响了整机机组的工作效率。
发明内容
本发明针对现有技术中的水电站采用的水力发电系统存在水能利用率较低，不能
充分地将水能转化为电能等缺陷，目的在于提供一种改进现有的水电站离心式水力发电系
统，有效地提高现有水电站的水力发电系统的水能利用率。
实现上述目的的技术方案是：
本发明的水电站离心式水力发电系统，具有一与水电站主坝体配合使用的用于水
力发电的离心式发电塔，所述发电塔外表面从上而下固设有一用于加速流入所述发电塔水
流的全封闭式螺旋水道，所述螺旋水道内沿着螺旋方向均匀固设有若干用于将流入所述发
电塔水流的动能转化成电能的水力涡轮机发电机组。
所述螺旋水道内设有若干与所述水力涡轮机发电机组适配的涡轮机半屏U型槽。
所述水力涡轮机发电机组靠近流入水流一侧固设有一用于使流入水流沿着所述
水力涡轮机发电机组的叶片切线方向流动的反射角单元和一固设于靠近所述水力涡轮机
发电机组另一侧的用于对流经所述反射角单元的水流进行引导流向的导流墙。
所述导流墙为设于所述水力涡轮机发电机组下游1～2米处的导流墙。
所述发电塔顶部设有一用于流入水流的进水口；所述水力发电系统具有若干用于
实现所述水电站的主坝体与所述进水口贯通的空中渡槽。
所述水电站主坝体内的全封闭式水道内设有二用于控制所述水电站的水库水流
进入所述空中渡槽流量的柱状阀。
所述发电塔内设有一用于将经由所述发电塔产生的电能集中管理的发电机房。
所述螺旋水道末端固设一位于所述水电站水库水面以下的用于维持所述螺旋水
道末端的使用寿命的缓冲区。
所述缓冲区具有一直接流入流经所述水力涡轮机发电机组的水流的第一缓冲单
元、一用于流入经由所述第一缓冲单元缓冲的落水洞口、一与所述第一缓冲单元一体成型
且与所述落水洞口贯通的L形第二缓冲单元和一用于流出经由所述第二缓冲单元缓冲的出
水口。
所述螺旋水道末端固设有一用于将所述螺旋水道、所述空中渡槽和所述水电站主
坝体的水道抽成真空状态的真空泵，利用所述水电站水库中的水压和所述螺旋水道、所述
空中渡槽、所述水电站主坝体的水道内压差将所述水电站水库中水吸入所述水力发电系统
进行水力发电。
本发明的积极进步效果在于：
本发明的水电站离心式水力发电系统，首先经由真空泵使得螺旋水道、空中渡槽
和水电站主坝体的水道抽成真空状态，再经由空中渡槽将水电站水库中的水从发电塔的进
水口注入发电塔，并通过螺旋水道内设于若干水力涡轮机发电机组的外缘一侧产生离心
力，并由导流墙改变水流流向并提高水流流速，带动水力涡轮机发电机组的叶片转动，转化
为机械能，进而将机械能转化为电能，利用水流在高压的条件下获得巨大的惯性势能、冲击
动能、离心力使得水流加速作用，有效地提高现有的水力发电系统的水能利用率。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以
充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1为本发明水电站离心式水力发电系统的主视图；
图2为本发明水电站离心式水力发电系统的俯视图；
图3为本发明水电站离心式水力发电系统缓冲区结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1至图3，对本发明的水电站离心式水力发电系统进行详细的说明。
如图1所示，本实施例的水电站离心式水力发电系统，具有与水电站主坝体配合使
用的用于水力发电的离心式发电塔10，发电塔10外表面从上而下固设有用于加速流入发电
塔10水流的全封闭式螺旋水道11，螺旋水道11内沿着螺旋方向均匀固设有若干用于将流入
发电塔11水流的动能转化成电能的水力涡轮机发电机组12。
螺旋水道11内设有若干与水力涡轮机发电机组12适配的涡轮机半屏U型槽13U型
槽13起到用于阻止水流逆势的作用。水力涡轮机发电机组12靠近流入水流一侧固设有用于
使流入水流沿着水力涡轮机发电机组12的叶片切线方向流动的反射角单元14和固设于靠
近水力涡轮机发电机组12另一侧的用于对流经反射角单元14的水流进行引导流向的导流
墙15。一优选实施例中，导流墙15为设于水力涡轮机发电机组12下游1～2米处的导流墙15。
螺旋水道11具有上道壁和下道壁，导流墙15的上下端分别与螺旋水道11的上道壁和下道壁
固定连接。发电塔10顶部设有用于流入水流的进水口16。水力发电系统具有若干用于实现
水电站的主坝体与进水口16贯通的空中渡槽17。水电站主坝体内的全封闭式水道19内设有
二用于控制水电站的水库水流进入所述空中渡槽流量的柱状阀18。发电塔10内设有用于将
经由发电塔10产生的电能集中管理的发电机房110。如图3所示，发电塔10上设有用于将经
由螺旋水道11末端固设位于所述水电站水库水面以下的用于维持螺旋水道11末端的使用
寿命的缓冲区20。缓冲区20具有直接流入流经水力涡轮机发电机组12的水流的第一缓冲单
元21、用于流入经由第一缓冲单元21缓冲的落水洞口22、与第一缓冲单元21一体成型且与
落水洞口22贯通的L形第二缓冲单元23和用于流出经由第二缓冲单元23缓冲的出水口24。
螺旋水道11末端固设有用于将螺旋水道11、空中渡槽17和水电站主坝体的水道19抽成真空
状态的真空泵30，利用水电站水库中的水压和螺旋水道11、空中渡槽17和水电站主坝体的
水道19内压差将水电站水库中水吸入水力发电系统进行水力发电。
一实施例中，设江河激流秒流量1万立方米、洪峰期20～45天、流量14300立方米/
秒。枯水期80天以上、流量3200立方米/秒；丰水常态期145天～160天、秒流量9000立方米/
秒～1.1万立方米/秒。落差＞200m高度河段360m。设电站坝高＞338m，蓄水高度＞328m，出
水口高度200m,每孔出水2850立方米/秒，落水75度倾角，距离坝外河床水位0m线38m高度。
螺旋离心式每座可装机20台以上。单台装机功率60万千瓦，工作压力6Kg/cm2，洪峰期可满
足5条孔道连续机组发电；丰水期可满足3条孔道连续机组发电；枯水期可满足1条孔道连续
机组发电。1)1200万千瓦/孔×5(孔)×30(天)×24小时＝6000万千瓦/432亿千瓦时(洪峰
期)；2)1200万千瓦/孔×3(孔)×150(天)×24小时＝3600万千瓦/1296亿千瓦时(丰水期)；
3)1200万千瓦/孔×1(孔)×60(天)×24小时＝172.8亿千瓦时(枯水期)。年发电量：432亿
千瓦时+1296亿千瓦时+172.8亿千瓦时≈1900.8亿千瓦时。本发明的发电塔主体直径小于
160m，高度220m以下，以空中渡槽17向发电建筑核心区顶端以每秒流量＞2900立方米输送
水。高压水流以6.6Kg/cm2的压力喷出，并在绕螺旋水道11一圈半，获得离心力加速后开始
接触第一台水力涡轮机发电机组12，此时水道并未以2800立方米/秒的流量供水，而是以＜
2000立方米/秒流量让水力涡轮机发电机组12缓慢启动，此后逐渐加大进水量，让水力涡轮
机发电机组12转速达到正常运转发电即可。
本发明水电站离心式水力发电系统的工作原理为：
首先，开启真空泵30将螺旋水道11、空中渡槽17和水电站主坝体的水道19抽成真
空状态。开启发电站主坝体的柱状阀18使得水电站水库中的水经由发电站主坝体的水道
19、空中渡槽17流入发电塔10的进水口16，流入发电塔10的水流沿着螺旋水道11的螺旋路
径向下快速流动；经由螺旋水道11内设有的与水力涡轮机发电机组12适配的涡轮机半屏U
型槽13对水力涡轮机发电机组逆向旋转实行50％屏蔽，有效地阻止水力涡轮机发电机组12
在无遮挡条件下逆势加大影响转速。通过水力涡轮机发电机组12一侧的反射角单元14阻挡
水流进入涡轮机半屏U型槽13逆向转动涡轮机旋翼区，同时经由导流墙15对流入水流进行
导流至涡轮机旋翼加大出力并快速导出水流，提高现有水电站水能转换成电能的效率。
以上详细描述了本发明的各较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员
无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技
术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到
的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。