下列哪一個圖可表示水壩的構造及其內壁所受水壓力的大小和方向

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13.在一彈簧下端分別懸掛不同重量物體,測得彈簧全長的數據如下表,請問下列各選項何者錯誤 ?  (A)此彈簧的原長為10.0cm (B)若在此彈簧下懸掛70gw時,可以�...

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27.有關肥皂的敘述,下列何者錯誤? (A)肥皂的結構,一端為親油端,另一端為親水端 (B)肥皂的去污原理與合成清潔劑不同 (C)肥皂是由鹼性物質與油脂反應而�...

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26、下列哪一個圖可表示水壩的構造及其內壁所受水壓 力的大小和方向？
(A)

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國二自然下第三次- 108 年 - 2019新北市市立崇林國中八年級108 下學期自然第三次段考(期末考)翰林#91999

答案：A
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	hoho 國三下 (2021/03/20) 水壓會和接觸面垂直，因此(C)、(D)可★★。... (內容隱藏中) 查看隱藏文字

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8. 將肥皂加入已裝有水和沙拉油的試管中，塞上橡皮塞，搖動半分鐘後，靜置於試管架上，有關試管內的情形，下列何者正確？(A) (B) (C) (D) ...

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29. 小華使用四根管子裝入水銀，倒插於水銀槽中，如右圖所示。已知其中甲、乙兩管直立於槽中之液面，丁管上半部為真空，且乙、丙、丁三管內部之�...

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有一種玻璃製的簡易氣壓計,如圖所示。小平登山與下山時,皆攜帶此氣壓計並仔細觀 察。請問下列敘述何者正確? * 上山氣壓 甲:細管液面上升 乙:細管液面下降 (A)甲是上山,因上山時外界大氣壓力漸減;乙是下山,因下山時外界大氣壓力漸增 (B) 甲是上山,因上山時外界大氣壓力漸增;乙是下山,因下山時外界大氣壓力漸減 (2) 甲是下山,因下山時外界大氣壓力漸減;乙是上山,因上山時外界大氣壓力漸增 (D) 甲是下山,因下山時外界大氣壓力漸增;乙是上山,因上山時外界大氣壓力漸減。

10. )一個熱水瓶欲使瓶內的水流出,應按上方壓盤,壓縮瓶內空氣,使瓶內的氣壓比外界大 氣壓力大。當裝滿水的時候,水位可高到a處,現在只裝到c處,如圖所示,若要將瓶內 的水壓出來,則瓶內的氣壓至少比瓶外的氣壓大多少?(A)bc水柱高的壓力(B)ac水 柱高的壓力 (C)ad 水柱高的壓力 (D)cd 水柱高的壓力。 滿水位 out. b---- C d 17. ( )下列哪一個圖可表示水壩的構造及其內壁所受水壓力的大小和方向? (A) 水 (B) 水 (C) 水 (D) 水 3 11 nt + 1/6 1/ TA to $ In 4h PR ral/

本发明是标题为“水电站及其水力涡轮发电机组”序号为04，440、以Henry    K.obermeyer名义在1987年2月13日提交的专利申请的部分继续申请。

本发明涉及水力机械装置及其制造方法，水力机械装置指的诸如是用于水电站和用于灌溉或泵送大量水的泵系统的水力涡轮发电机组。本发明的水力机械可包括水力涡轮发电机或用于泵水灌溉、供水或其它用途的水泵。

水力机械站的建造通常是通过在为此目的而特殊设计和建造的建筑物里的装置水力机械来实现的，所述建筑物一般是水泥建筑物，诸如一种具有一个或多个适当的溢水道或水涵洞的水坝。承包商通常在坝的下游建造一动力间，借助于在低落差水位的水源地点，诸如在坝下的某一排水涵洞或一些涵洞处的动力间内安装单个水涡轮和发电机组件的方法，然后装配一个或多个水力涡轮发电机组。

这种建造技术显然需要化费时间和费用来建造动力间并设置适当的供水管道，但充许安装一个或几个大型水力涡轮发电机组。然而，使用一个或多个大型发电机组会产生出入口问题，从而可能需要机组在很大程度上分解。在这些情况下，延误修理的时间可能是长的，从而停机时间需要延长。此外，大型水力涡轮发电机组的尺寸和重量可能大得使整套运输成为不可能。这样，常常需要将机组分解成子装件以便于装卸和，如果需要的话，运输。在吊车所处的地点没有设计和建造新的支承结构，甚至吊起发电机组或其组件都是不可能的。采用较小的发电机组可以克服这些缺点。

采用小得能从其工作位置上吊起来或放下去以便安装、装配和修理的水力涡轮发电机组的永久性的水电站是公知的。例如F.J.G.Atencio的美国专利4，143，990和4，207，015公开了各种带有水闸的可移动的水力发电机组，而Ueda的美国专利4，289，971公开了一种能被提升或下降来连接到一固定的排水管的水力涡轮发电机组。如此小的设备显然限制了发电量。尽管在一个坝址上在水电站内装备多套发电机组是传统的做法，然而这一技术也为大型发电机组所采用，证明为用常规方法安装多套机组所需的大的建筑费用是合算的。不仅传统的发电站是这样，而且潮水发电站也是这样，后者的设计布局在L.Bernstein的文章“苏联的潮水发电工程”中有描述，文章刊登在“水力发电和水坝建筑”杂志，1986年5月。

H.A.Mayo，Jr.的美国专利4，319，142公布了包括一装配式的钢通道的装备，后者包括一排水平的三个S形水管，共同连接或一个框架，并安装在提升卷杨机下面的水坝的溢水道处。每一水管和非潜水用水力发电机相联。处于S形水管内的水涡轮转子通过水平延伸轴连接于发电机或安装在高于水源的由管总成支承的框架上的其它机器。水管和安装在其上的机器组成了整个一体的框架，在洪水期内可被升降机提升，以避免或减少对管内水流的阻力。

按照本发明，提供了一种包括下列组件的水力机械装置：一挡水壁总成具有一个构成上游面的配水管区和一个构成下游面的排水区，并包括一排水管，它们的纵向轴线成平行配置，相互连接构成一桁架结构，并形成多个从上游面向下游面延伸的多个水流通道。多个可浸于水中的水力机械，其上装有可旋转的转子的每台机器安装于挡水壁总成上，和其中的一条水管相连，其转子配置于与其相连的水流通道内。可浸于水中的水力机械可以是水力涡轮发电机或泵，例如电动轴流泵，或可逆发电机，它既能作为发电机运转，也能作为泵运转。这些水力机械可被安装在挡水壁总成的分水管区。

本发明的另一方面，保证通过一个或多个纵向间隔的连接装置使水管相互连接，其中至少一个连接装置是处于排水区，使挡水壁总成构成一种桁架结构，其中水管用作桁架，和连接装置相互连接，一方面，连接装置中的一个处于总成件的下游面;另一决面，连接装置中的一个连接于分水管区;另一个连接于排水区。

按照本发明的另一方面，提供了一种水力装置，它包括多根水管，它们的纵轴线相互平行，并在挡水壁总成上相互连接，构成多个水流通道，在挡水水壁总成上安装多个可浸没于水中的水力机械。该装置还包括装于所述总成上的水阀装置，水阀装置至少包括一整体阀件，它可在关闭位置和开启位置之间移动，在关闭位置，整个阀件关闭二个或多个水管，不让水流通过其间;在开启位置，整体阀件打开水管，让水流过其间。

本发明的一个方面，所述水管独自包括一分水管罩和一排水管，分水管罩相互连接，构成挡水壁总成的分水管区，而排水管相互连接，构成或挡水壁总成的排水区。

本发明的另一方面，规定水力机械固定于分水管罩中的相应一个上。更确切地说，该装置可以包括安装装置，它可拆卸地将机器固定于挡水壁，并且从挡水壁的上游面是可及的，从而能把单个机器完整地从挡水壁上卸下，而从其下游面上重新装上。

按照本发明的另一方面，挡水壁总成包括一整体排水组件，它包括多根相互连接的排水管，而分水管罩固定于排水组件。例如，挡水壁总成可以还包括一整体排水组件，后者包括多个相互连接的分水管罩，而分水管罩固定于排水组件上。

按照本发明的方法方面，提供了一种在具有支承装置的水源现场装配一种水力机械装置的方法。该装置包括一挡水壁总成，其上安装有多个水力机械，因此本方法包括如下步骤：在远离水源现场的装配工地，通过相互连接各自的纵轴线相互平行的多根水管来构成挡水壁总成，这样，水管各自相反的纵向端部相应地构成了一上游面和下游面，并且水管结合在一起形成多个水流通道，从上游面延伸到下游面。然后从装配地点把挡水壁总成移至水源现场，并固定于支承装置。多台水力机械，每台机械，它装有一个可旋转的转子，安装在挡水壁总成的上游端面上，在安装该机械时，使转子配置于相应的一个水流通道内。

按照本发明的一种特殊方法，水管各自包括一分水管罩和一排水管，因此该方法还包括相互连接多根排水管以构成一排水管组件。此后，该分水管罩固定于排水管组件上以构成挡水壁总成。按照本发明的另一特殊方面，当该挡水壁总成在水源现场安装成后，所述机械连接于挡水壁总成上。

按照本发明的另一方面，上述装置的水力机械是水力涡轮发电机，该装置包括一输电线，它把发电机的监控组和母线连接器装置相连。输电线包括电路断电器，它应答每一被监控的电机组的电故障或机械故障，例如电故障，有效地断开输电线。

检测装置，诸如电流检测装置，可将每一发电机，例如每一被监控的发电机组的电路，和电路断电器相连，并通过适当的手段，根据其中一个被监控发电机组的电故障产生一个控制信号来操作电路断电器。

按照本发明的另一方面，水阀装置可连接于被监控的发电机，并且水阀控制装置和水阀装置相连，以便根据一个或多个被监控发电机组的电状态来切断流经被监控发电机组的水流。水阀控制装置可以被做成能应答电流检测装置。

总的说来，本发明提供了一种紧凑、重量较轻的水力机械组，诸如一组水力涡轮发电机组，它装于包括一种桁架状结构或水管总成的挡水壁总成上。该种装置，或者至少其挡水壁总成能被容易地输送到一个合适的地点，诸如水电站，或者能在合适的建筑工地，或在非运行位量的装配工地，如在高于水平面的装配工地被装配，然后用传统的设备被装入发电机和/或水泵水源中的运行位置。

本发明的其它方面在下面详细描述。

用于说明书和权利要求中的下列术语具有指示意义。

用来说明水力机械的术语“可浸没于水中的”意指一种包封在适当的防水罩内的水力机械，从而在操作期间整台机械浸没于水中。灯泡型水力涡轮发电机是可浸没于水中的水力机械的一个例子。

术语“转子”具有其平常的技术承可意义，当应用于水力涡轮发电机时，意指这样的转动件，由于水的流动，它被旋转来转动所述机械的转子轴;如果广泛地应用于这里所称的泵，认为是指泵叶轮并包括泵叶轮。

术语“下游”和“上游”在涡轮机按发电工况运转时，即水流从分水管罩流到排水管时被用来指流经本发明装置的水流方向的。

图1是具有许多隔水间的水坝的透视图，作为本发明实施例的水力机械装置装于其内（在图1中看不见）;

图1A是横向取自图1水坝，即沿平行于流过坝的水流方向的简略剖视图，比例较图1放大;

图1B是图1水坝的三个隔水间宽度部分的简略纵剖视图，比例较图1放大，某些部分也省去;

图1C是图1B所示三个隔水间的简略平面图，比例较图1放大;

图2是按本发明另一实施例的水力机械装置下游端的局部透视图，其中一部分断开;

图2A是图2装置下游端的正视图;

图2B是图2装置上游端的正视图，其中一部分断开;

图2C是图2装置的纵剖面侧视图，比例较图2-2B放大;

图2E是图2D阀固定板的部件分解侧向垂直剖面图;

图2E是图2装置的放大的局部平面图，其中一部分断开;

图2G是安装在水源蓄水装置中的图2装置的简略正剖视图，其中部分是破碎剖;

图3是类似于图2G的简图，表示本发明装置的另一实施例;

图4是按本发明另一实施例装有蝶形阀装置的排水管组件的简略透被图;

图5是按本发明另一实施例的水力机械装置的局部侧向纵剖面图，部分是破碎剖;

图6是按本发明另一实施例的装置的水管组件的喉部局部平面剖视图;

图6A是取自所述装置下游的侧视纵剖面图，水管是其中的一个另件，水管阀门口的比例比图6缩小了;

图6B是沿图6A的B-B线所取的剖视图;

图7是按本发明的所述装置的另一实施例的简略局部平面剖视图，表示由水管总成支承的、用螺栓固定的水力发电机组;

图7A是图7装置上游的游端的局部垂直剖面侧视图;

图8是按本发明另一方面的一种装置的简略的垂直剖面侧视图，表示水管六角形结构;

图9是本发明另一实施例的排水端的简略的垂直剖面侧视图，表示反向旋转的排水水涡流;

图10是按本发明另一方面的装置的简图，表示电力输送和控制电路系统。

在水平面上，或在远处装配现场，在一个或几个适当的设备上，通过装配多个小型发电机组，然后将这些设备装入水坝涵洞处的工作位置，或装入适当的水闸或闸门内，这样一种电站设备，以价格和效率观点看，具有明显的吸引力。小型水力涡轮发电机组的组件和铸件比大型发电机组更容易从更多的供应者那里获得;后者除了通过特别定货仅从有限的几个水涡轮发电机制造厂得到外，可能根本买不到，从而延长了准备工期和完工日期。小型水力涡轮发电机组也具有这样的优点，它们可被安装在小水坝或闸门设备内，因为，对于给定的水道形状和装机发电量，水轮机长度是和水涡轮转子直径成正比的。小型水力涡轮发电机也显著缩小了尺寸，从而降低了外围设备及所需支承设备的成本，此外，水涡轮（或泵）单位重量的比功率输出提高了。这样，在采用一排小型水力涡轮发电机组来代替一个或几个大型水力涡轮发电机组产生相同发电量的地方，提升吊车和类似的支承设备可以按比例缩小，小型水力涡轮发电机组还容易由铁路或卡车运输，而在某些情况下，大型水力涡轮发电机组必须在工地建造，因为它们总成后的尺寸或重量超过了提升吊车、车辆和出入道路和桥梁的承载能力。此外，采用一排小型水力涡轮发电机组的水电站还产生长工作周期的经济效益，因为为了修理或更换，个别发电机或发电机子组可能要从使用中撤离，而不会整个地关闭发电设备。然而，这种单个的小型水力涡轮发电机组当然限制了它们所能产生的发电量。此外，建成永久的多涵洞水泥建筑物来适应多个这种小型发电机组的建造工作是极其昂贵的，这种建筑工作常常是行不通的，除非连同单个大型水涡轮发电机组一起安装。

和采用一个或几个大型发电机组相比，采用大量小型发电机组的电站的上述优点通常也应用于泵站，例如采用轴流泵的灌溉泵系统。

一般说来，“小型”发电机组或能很方便地应用于本发明的实践中的其它水力机械的转子直径不大于40时。例如被认为是“小”机器的从而很容易应用于本发明实践中的固定叶距水力涡轮发电机的转子直径应不大于36时左右，最好转子直径大约处于6-8时范围内。对于可变叶距机器，其转子直径处在大约12至40时范围内，最好处于24至36范围内。这种固定叶距机器虽然可以在高至约3600转/分的速度下运转，但通常是在900-1800转/分范围内运转。可变叶距转子机器在指出的尺寸范围内通常约在450-1200转/分转速下运转，最好至少在1500转/分左右运转。具有6时转子直径的小型机器的重量可小到150磅;两台转子直径26吋的小机器和其相联的分水管罩一起可重至800磅左右。

现在参照图1，用透示图表示了一种水坝，常以10表示，水坝包括加强的混凝土建筑物，它包括多个支柱12a-12i，在各相邻支柱之间，形成一连串总共8个隔水间14a-14h。如图1A和1B所示，水坝10具有基础11，它固定于水坝横跨其上的河床上。前部水位H（图1A）是水坝上游的河面，两尾部水位T是水坝下游的河面。横向延伸的上游坝壁15在被水坝10跨接的河的二相对堤岸间延伸，和支柱12a-12i之中的每一个连接成一体。坝面17由支柱12a，12b，12c等支承，形成横跨坝10的通路，它支承一导轨（未用数码表示）一吊车16在导轨上能沿坝10移动，来回通过隔水间14a-h和工作区17a。升降机18作为吊车16的一部分安装于其上。在以20表示其中有代表性的一个的常规升开变压器的顶上，安装有输电线塔22，输电电缆架没于塔上。这些以及多个配电设备间24都支承在水坝10的坝面17上。从图1A和1c可以很清楚地明白，支柱12a，12b，12c，12d等延伸到到上、下游间的长度，它足以支承在支柱下游区的车道28和人行道33。如在图1A和1C中清楚表示的，篱笆30把车道28和坝面17隔开，篱笆31和人行道33接界。

每一支柱12a-12i具有垂直延伸的挡水圆木槽，并被设计成（图1C）使这几对挡水圆木槽相互面对，横跨每个水隔间14a，14b，14c等。垃圾纲架32（图1A）设置在上游坝壁15下部的矩形出水口19内，这些垃圾钢架32是用来防止河中的漂流物进入相连的水隔间14a-14h的。每一水隔间14a-14h具有一个类似的进水口19（图1A和1B），同样装有垃圾钢架32。和图1A和1C所示，下游坝壁34和上游坝壁15是同时延伸的，在每一水隔间14a-h内底端有一矩形水道36。在每一水隔间36内，安装一水力机械组，在所示实施例中，包括多套水力发电机组38a-38h，在图1C中仅表示了三套（38a，38b，38c）。38a，38b，38c等的每一套相互之间可以是类同的或一致的。在所示实施例中，每一套水力发电组38a-38h包括100个小的可浸没于水中的水力发电机组40，它们装于挡水壁总成42上，后者由多根水管43组成，下面还要作详细描述。

从图1B参看水隔间14a及其装置组38a-38h中有代表性的装置38a，可以清楚看到，一百个小的浸没于水中的水力发电机组40和它们相连的水管43布置成10排高的矩阵，每排包括10个发电机组和水管组合体。如下面详细说明的，这些可浸入水中的发电机组40，它们可以包括灯泡型水涡轮，都被安装在与之相连的挡水壁总成42上，例如用螺栓把它们连接在上游面42a（图1A和1C）处的壁上。和下面还要详细描述那样，水管43是相互连接的，构成作为桁架件的挡水壁总成，能够抵抗由于挡水壁总成42上游面42a的下游面42b之间的水压差引起的冲击在它上面的浮力。采用这种结构，为修理和/或更换这种发电机组，可以从相连的挡水壁总成42上拆下单独几个发电机或几个发电机组40。

当希望进行这种更换或修理时，可以通过采用挡水圆木的已知紧急手段来关闭经过某一隔水间的水流，例如采用圆木44，通过吊车16上的升降机18将其下放到一对面向支柱的挡水圆本槽21内，如图1B和1C所示，图中表示挡水圆木44处在适当位置以阻挡水流流经水隔间14b。

在图1A和1C中可清楚看到，在每一支柱12a、12b、12c、12d等的相反二侧上构成突出的垂直支架，并形成一支座或支持凸肩，挡水壁总成42顶靠着它安装，以便将水力发电机线38a、38b、38c等保持在一个适当的位置。作用于水力发电机组上的水压力倾向于迫使水力电机组顶靠由垂直延伸的支架26所构成的保持凸肩。本发明的一个特点是由其桁架或桁架状结构提供的装置机械强度，这种结构使它能抵抗作用其上的水压差力，下面还要充分说明。可以采用诸如螺栓，车轴肖或类似物的适当的保持装置来有助于把挡水壁总成42，从而把发电机组38a等固定在适当的位置，后者作为一个部件包括在挡水壁总成内。

按照本发明，挡水壁总成42为许多组单独的发电机或泵装置的某种安装装置和水管提供一种桁架结构，这种衍架结构具有大的强度，重量比较轻，所以，即使对于非常多的行列，在包括前后水位差施加的静压头在内的水压差力作用下，挡水壁总成仍能保持它们的结构完整性。例如，图1A和1C中的简头F表示作用于水隔间14a和14c中的挡水壁总成42上并被它抵住的净力。每一个挡水壁42封闭相应的各个水道36，从而构成下游坝壁34的F力作用其上的有效部分。从图1C中可以看到，作用于挡水壁总成42上的F力在压力时作用在其上游部住、即处在或邻近上游面42a处，而在张力时作用在其下游部位，即处在或邻近下游面426处，水管43作为上、下游区之间的桁架构件，构成强度高、重量较低的结构。

水力发电机组38a、38b、38c等的最初安装可通过安装整套水力发电机组来完成，或者把其挡水壁总成42当作一个组件。这样可以方便地利用吊车16上的升降机18来把这些组件（如在本文中所用的，“组件”系指水力发电机组38a、38b、38c或指其挡水壁总成42）输送到高于要安装的相应隔水间14a、14b、14c等的位置、然后下放该组件到和相应水道36对齐而达到。为了简化这种操作，垂直支架26在支柱12a、12b、12c等的整个高度上延伸，这样，当把这些组件下放到适当位置期间可利用它们作为导轨。自然，在这样操作期间，挡水圆木44要放置在水隔间的槽21内，以防止水流从中通过。借助于设置和垂直安装支架26啮合的导向装置，可以获但可靠地导向。例如，可以在组件上安装几对导向轮，使其和支架26的上游侧和下游侧相啮合，以便把该组件导入适当的位置。显然，可以采用任何其它类似的合适的导向装置。

坝面17的工作区提供一个方便的场所，组件38a-38h的挡水壁总成可以在该处装配或建造，在带有或不安装于其上的灯泡型发电机组40的情况下，装配后的挡水壁总成被吊车16的升降机18吊起，并输送到高于如上所述的要安装于其内的隔间的上部位置。这样，工作区17a很方便趋被用作远离要装入该总成的水源工地（通道36）的制造现场。

一旦安装了组件38a、38b等，当希望使组件投入运行，让水流通过组件38a、38b等时，就移走挡水圆木44，以便使其发电机40的转子转动，从而发电。输电线、配电设备和熟知本技术的人众所周知许多其它装置，为了图示清晰，在图中省略了。

现在参看图2-2E，图2用带有断开部分的透视图表示一种按本发明实施例的水力机械装置50。组件包括一挡水壁总成52，它包括多根单独的水管54，每一水管包括一个具有进水端57a的配水管罩57和一根具有排水端59a的排水管59。挡水壁总成52的水管54在图示的实施例中被安排成三排55a、55b和55c，每排有四个水管的宽度。水管54的排水端59a装在排水端连接板72内，它使由在挡水壁总成52的下游端的排水端59a构成的下游面得以加强并增加刚性。在排水端连接板72的顶部可固定一对吊环74a、74b（在图2-2C中可以看到），以便于通过吊车或类似设备将整台设备50提升或下降。

多台可浸没于水中的水力机械56，这些机械可以是泵，或如图示的是水力涡轮发电机，装于挡水壁总成52上。正如从图2C中清楚看到的，每一可浸没于水中的水力机械或发电机56的外形大体上呈圆柱体，并包括一定子外壳58，在定子外壳上装有一转子60（图2C中仅表示出其中的一个）。转子60包括多个叶片60′，它们装于一中心轮毂上，在水流流过定子外壳58，并从进水端57a进入和经过水管54而后到排水端59a时便能转动。图2C中的中心水管54被部分地断开以表示转子60和多个导叶62中的二个，后者用作固定装置把发电机56安装到挡水壁总成52的上游侧，即相应的分水管罩57上。导叶62也用于帮助把水流导向转子60。可以理解，每一发电机56具有相同的转子和连接于其上的导叶。还可以理解，为使图示清晰，在其它一些图中被省略了。根据图2、2B和2C，可以清楚看出，邻近排水管59的分水管罩57相互接触，可以相互固定，构成一分水管组件并增加挡水壁52的刚性和稳定性。分水管57在其进水端或上游端57a其断面的正方形的，而在其相反端，其断面是圆形的，在喉区（未用数码表示）连接于排水管59的喉区端57b（图2C和2E）接近转子60。

配置连接机器56和水管54的结构框架可以为设备提供辅助的支撑和额外的刚性，诸如包括多个垂直的支撑件76、水平的支撑件78和交错支撑件80的图示的框架，这些支撑件通过连接板82相互连接。吊环77a和77b可安装在由各种支撑件共同构成的合成结构框架上，吊环77a和77b便于整套装置50的提升、输送和下降。

一水阀连接板64正好配置于分水管罩57和水管54的排水管59的接合处下游，用于安装和支撑排水管59，为挡水壁总成52提供额外的支撑和刚性。此外，水阀连接板64用于支撑三个水阀装置66、68和70（图2C和2D）并提供一阀门通道90（图2F），其中，阀门装置66，68和70分别用于水管54上层55a、中层55b和下层55c以及与之相连的机器56。排水连接板72和水阀连接板64是典型的“连接装置”，按照本发明的一个方面，它把水管连接去一起，成为一种桁架结构。这种“连接装置”，正如本发明书和权利要求书中所用的术语那样，也可包括简单的焊接或相互邻接水管的固定支承部分，或利用杆、棒材、板或其它构件，或这些固定手段和技术的组合。

每一水管54各自包括一分水管罩57，和排水管59成水流连通，排水管59在排水端59a上终止，并具有一个相反才向的喉口端59b（图2C和2E）。排水端59b和进水端57a一样其流动横截面一般是矩形外形，通常是正方形外形，如图2所示。然而，如下面要叙述的，排水端（和进水端）可以是六角形的或圆形的。如下所述排水管59的喉口端或喉口区59b和罩57通过各自连接到水闸板64的相应的适当孔口102a、102b（图2D和2E）连成水流连通。在水流横截面内喉口端59b是圆形的，像分水管罩57的喉口区一样。

在图2A中，经水管54的水流的各自的纵向中心线用交错线C的交点表示，可以看到，在本实施例中，各水管54集中在矩形结构内。这就是说，水管54的排水端59a在水流横截面内，所有交错线C的交点形成一矩形结构。通过把排水端集中在矩形结构内，正如根据图9在下面要充分解释的，从总成52中按平行流动涡流排水产生了某种优点。挡水壁总成52的水管是直通型的，即水管54的纵轴线基本上是直线，和所述的，例如上述Mayo的美国专利4，319，142中的S形管相区别。

多个垂直滤网支架84和水平泸网支架86安装在机器定子壳58的上游，共同形成一个固定于其上的垃圾泸网88的结构支撑。垃圾泸网88设有一种小孔网状件，具有足够的强度来保护装置50不受流动树枝、圆木或其它流动物的损坏。水力机械56的定子壳58上游端的比较接近的间隔为垃圾网88提供强大的结构支撑，并允许采用比通常要求来支撑垃圾网的更小的泸纲支撑件84、86，或者甚至可以把它们一起取消。由于传统的垃圾网是自身支撑的，它们的支撑结构件通常是由重型工字梁结构制成的，使垃圾网能经受住由于网堵塞作用其上的相当大的水压力。所示实施例采用了由装置50提供的结构强度和刚性，以支承其上的垃圾网。

水阀装置66、68和70装于阀连接板64上，同时参照图2C至2G可清楚理解它们的结构与操作。水阀装置66、68和70（图2C、2D和2E）各包括一整体阀件，该阀件包括相应的阀门90，92和94，其中每一阀门的结构是相同的，具有四个圆形开孔，沿其长度等间距配置。这样，开孔90a在阀门90内形成，开孔92a在阀门92内形成，开孔94a在阀门94内形成。相应阀门操作杆91、93和95的阀端固定在阀门的操作端，操作杆的相反端适当地连接于操作机构97、99和101，它们可包括任何用以变换操作杆的适当的装置，从而沿其相应的纵轴线轮换操作阀门。操作机构可包括液压油缸，在油缸内，装于操作杆相反端的活塞头（见图2G）可通过传统的液压回路控置装置（未示出）来定位。

水阀连接板64的结构，参看图2D和分解图2E，被清楚描述，从这些图中可以看到，分水管焊接装配板98和排水管焊接装配板100各自有相同的尺寸和矩形轮廓，分别在其中形成一连串12个圆形开孔，102a在板100内，102b在板98内。一系列定位隔板104通过铆接、焊接或其它方法适当地固定于焊接装配板98上。在装配及的连接板64上，定位隔板104跨接焊接装配板98和100之间的间隔，以形成导向或导轨，阀门90、92和94去其间滑动。一系列矩形衬垫密封件106a和106B相应固定于焊接装配板98和100上，以构成一种低摩擦支承面，阀门90、92和94上靠着它滑动，同时用作水阀的机械密封。定位间隔板104的顶部和底部（如图20所示）可衬以相同的低摩擦材料，以便阀门90、92和94的端边和侧面提供一种低摩擦支承面。衬垫封件106a和106b具有圆形开口，和分别在焊接装配板98、100上的相应开口102a和102b具有相同的尺寸，并且对齐。衬垫封密件106a和106以及定位隔板104的顶层和底层（未示出）可由任何适当的材料，诸如一种合成的有机聚合（塑料）材料制成，例如超高分子重量的聚乙烯。顶部和底部盖板108a和108b以及侧盖板110a;110b焊在焊接装配板98和100的周沿，使阀连接板64成为一个整体密封结构，构成一通常的扁平的平面闸闩通道96。（图2F）阀门90、92和94（图2D）通过在闸门通道96内滑动一短距离来定位，使阀门90a、92a和94a和水管的候部或者对齐（开启位置）或错开（开闭位置），并和一对开孔102a和102b对齐。当完全对齐时，阀门开孔完全和水管喉部对齐，从而经每一排水管55a，55b或55c形成一个敞通的水流通道。当阀门开孔90a-92a，94a和非流通区89对齐时（图27），它们完全和水管喉部错开，同时关闭流经特定的各排水管开孔的水流。这样，阀门90、92和94通过与之相连的操作机构97、99和101在关闭位置和开启位置之间移动。操作机构由任何适当的控制机构控制。在图2D中，表示阀门92、92和94可以独立地操作，使选定排的全部排水管打开，而全部其它排的水管关闭。

现在参照图2G，它表示了安装于水源内的水力机械装置50的二个阀门简略插图，是从电站的下游端正面看的。混凝土支柱或闸门112、114在水源，即在小河或河流的相对提岸地点建造，把水力机械装置降下到某一适当位置，安装并固定于混凝土支柱112、114，形成一个横跨于水源的坝或堰形结构。图2G是破碎视图，故仅表示分别用于55a排和55c排的阀门90和94。操作机构97和101处在总成的一侧，如果需要，可在支柱114内形成一凹槽113容纳它们，它装在相应操作杆91和95上的活塞（未用数码表示）在它们的相连的操作机构97和101的液压油缸内用虚线表示。所示阀门90处于开启位置，在图2G中表示向左延伸，这样阀门开孔90a和阀连接板64中的开孔102a、102b（图2E）完全对齐，允许水经55a排的水管（在图2G中未示出）流入。所示阀门92处于关闭位置，阀门开孔94a和55c排的开孔102a、102b（图2E）错开，这样，阀门94关闭与其相连的水管（图2G中未示出），切断流经其中的水流。

应当明白，各阀门诸如和阀门90、92和94可以按另一种方式垂直安装，以控制垂直纵列的水管及其相连的机器。在以情况下，操作机构很方便地分置在垂直纵列水管/水力机械组合体的顶部。

现在参照图3，它简略略图示了本发明另一实施例，其中水力机械装置装有三排水管116a、116c及相连的水力机械（在图3中未示出），以虚线用118表示。交错线C表示经装置118相应水管（未示出）的水流横面断中心线，阀门120、122和124备装备相应的操作杆121、123和125，依次分别连接于适当的操作机构上（未示出）。阀门122和124各设有五个阀门开孔122a和124a，而阀门120是一块连续的板，不含有阀门开孔和其它的孔。因此，为了打开一个有关的水管，让水从中流过，阀门120的远侧面126必须通过相连的水管，在图4中向左方向看。这样，为了打开所有五个使用阀门120的水管，其远侧面126必须和垂直线V对齐，或处于垂直线V的左方。阀门120是一种顺序操作阀，它用顺序打开和关闭116a排的水管，从而提供了附加的操他灵活性。与此相反，阀门122和124是同时操作阀，它同时打开或关闭116b或116c各排的水管。

图4简略地表示了本发明的另一实施例，在包括一组水管的装置中，其中只有排水管128被表示出来，在阀连接板132上装成二排130a和130b。每一排水管128以其排出端128a连接于水箱134、136中相应的一个，其中分别装有阀装置138、140。水箱134、136一个叠在另一个上，这样水箱134成为130a排，而水箱136排成为130b。在本实施例中水阀装置138、140包括相应的挡板142a，144a和相应的操作件142b，144b。导板可由操作件独立地控制或一前一后地操作，其它实施例的阀装置，通常就是这样。这样，阀装置138，140包括挡板142a144a，横跨相应排130a、130b的排水端128a延伸。挡板在全开，中间范围，和全关位置之间可移动。作为采用所示单个蝶形板的可供选择的另一方案是一排或二排的各排水管在其排水端可装有一个独立操作的单个的蝶形阀挡板，或可将这些单个的挡板装于一根共同的操作轴上来联动操作。

如果希望水力机械，例如水涡轮发电机组连同图3的装置118一起顺序操作，下一排（当包括三排或多于三排时或最底部的一排即图3中的116c排时）通常首先打开，以便把在工作的排水管即使在低的尾水位也完全浸于水中，确保该机械，如水涡轮机有效工作。通过打开再高一点的流动控制阀门，即图3中的门120，再上一排的水涡轮机便起动。

现在参看图5，图中表示了水力机械组146的一部分，它包括一水涡轮发电机148，涡轮发电机有一转子150（用虚线廓线表示），通过多个导叶152安装于配水套罩154上，仅其中二个导叶在分水管罩154中用虚线轮廓线表示。发电机148的纵轴线和与它相连的水管，即发电机安装于其上的水管是共轴线的，在图5中以点划线A-A表示;在图5中以点划轮廓线表示的水管的纵轴线用A′-A′表示。仅部分表示出来的排水管156焊于或适当地连接于焊连板157上，多根其它的排水管（仅其中的一根在图5中用点划轮廓线表示）也连接于其上。连接于焊接板157上的多根排水管157构成了一整体排水组件。多个分水管罩154连接于总成后的排水组件板上，每个被连接的配水管罩和相连的排水管156是水流连通的，分水管罩和排水管合并组成一水管158。为便于这种连接，分水管罩154a具有延伸的突缘154a。如图5所示，突缘154a通过一间隔板或挡板160用螺栓连接于焊接板157上。按照相对于图2-2G实施例详细叙述的方式，安装一阀门（未示出），使其在阀门通道162内滑移。第二排发电机和与其连接的水管用水管点划轮廓线表示，情况和上述机器148和与之相连的水管158一样。在本实施例中，可以看到分水管罩154包括单个分离的部件，它通过间隔板160分别用螺栓连接到排水组件的焊接板157上。

图5的水管158是具有这样形体的，其喉部164是等直径的，排水管156仅从以P表示的平面开始成喇叭形向外扩张，该平面稍稍在喉口164的下游。图6-6B表示了本发明的另一实施例的其中用平面剖视图表示了包括一排水管156′的水管158′的喉部164′。在用作水管158′的阀门166中形成阀门开孔166a。阀门开孔166a具有一锥形侧壁168，它沿水流方向向外成喇叭形扩张，和即喉口164′附近的水管158的内表面扩散角相匹配。

现在参照图7和7A，图中表示了本发明的另一实施例，其中一水力机械装置170包括多根水管172，每根包括一分水管罩区172a和一排水管区172b。在本实施例中，水管172是整体的单一结构，即它们的包括一根具有配水罩区172a和排水区172b的水管。。单独的单一水管172在其上游端或进水端172a′和在其下游端或排水端172b′相互连接。可通过任何适当的或方便的手段将它们连接一起，诸如通过把进水端172a的周边相互焊接在一起和把排水端172b′的周边相互焊接在一起。这些管子可以相互焊接在一起或相互直接连接在一起，或利用诸如箱体管道、突缘、隔板或类似物。完成后的挡水壁总成可通过连接板、连接管或隔板或类似物来加强或提高刚度。

包括具有转子173的水力发电机涡轮机174的多台机器安装在装置172的分水管罩区172a内。该机器174的纵轴线和它们各自相连的水管170是共轴线的，并在图7中用点划线A-A表示。水管172的纵轴和机器174的整个纵轴线共轴。

每一水涡轮174包括一定子壳175，它有导叶176和四个（如图7A中所示）与其整体构成或适当固定其上的静叶178。发电机水涡轮174借助于静叶178安装在水管172上，通过连接于连接板182的螺栓177，静叶被连接到或适当地可拆卸地固定到分水管罩区172a。如在图7A中清楚看到的，每一静叶178用螺栓被固定在其中一个固定板182上，该固定板，例如通过焊接，被固定在排水管170的进口边缘172a上。在钻石形固定板182上安装有四个静叶178，导叶处于四个水管172各自的锥形管头在装置170上游面上的会合交接处。上游面处在各进水口边缘172a′所处的平面上。

一垃圾网184安装在支撑框架186上，它包括固定于机器174上游端的垂直的水平构件。在设备上可设置吊环或其它装置（未示出），以便可通过吊车或其它适当的提升卷扬机来移动或吊起整个设备，把它移到并安置在水道中适当的地方。

这样，图7和7A解释了本发明的一个实施例，其中挡水壁总成是通过采用多根整体或单一水管172构成的。通过比较，图5的实施例表示了多根排水管156相互连接在一起构成一排水管组件，即整体的排水管总成，多个单独的配水管罩154固定于其上。另一方面，图2-2G的实施例是由排水管59和一个包括分水管罩57的单独的分水管组件相互连接成一个整体的排水组件构成。

如图2-2G、图5和图7及图7A的实施例所表示的，一般说来，水管在分水管罩的进水端的横截面是矩形，通常是方形，过渡到水管喉部的圆形截面，而后再过渡到排水管排水端的矩形、通常是方形截面。虽然喉部通常是圆形的，然而分水管罩的进水部分和排水管的排水部分其中之一或二者可以有一个不同于矩形或方形的横截面形状，例如可以是六角形的或圆形的。图8表示了在水管上、下游的任一端或两端的横截面是六角形的。图示了在其进水端和/或排水端具有六角形横截面的多根水管188安装于一块连接板190上，连接板包括壁192，当水管排列成一组、管子的水流中心沿水流方向看是矩形时，壁192被用来封住水流，不让其通过二个六角形水管内必然留下的空间。虽然水管188是六角形横断面端部在图8中用未编号的圆表示的水管的喉部，其形状是圆形的，其流动的中心线用十字（未编号）的交点表示。可以看到，尽管水管188端部是六角形横截面，其喉部是对齐直的水平排和直的垂直行的，这样，如果需要，该装置可装备如在图3中所示形式的水平或垂直动作的阀装置。

图9是本发明又一实施例的简略图解，其中水力机械装置194包括多根水管196，多台发电机198（仅示出二台）安装于其内。机器198由导叶200固定，相邻机器的转子（未标数码）安装成按相反方向转动。导叶200相对于各水管适当地扭转，使水沿适当的方向涡旋，在图9中以未标数码的箭头表示。正如由未标数码的箭头指示的，水管组可以这样安排，使相邻水管排出水的旋转涡流方向相反。如图9中未标数码的箭头方向表示的，能在相邻涡流间形成顺涡流，从而减少紊流，为从本发明的设备中顺畅地排水创造了条件。

在本发明所提供的优点中，在电力控制和把电力从该设备的发电机输送到配电系方面，是可以获得某种经济效益的。发电机组可以是联动的，并经装备一个电路断电器的简单输电线连接于母线，从而避免为每一发电机设置单独的电路断电器的必要性。在每一发电机和电路断电器的控制装置之间电气连接着传统的电流检测装置。如果任何一台发电机出现电故障，例如短路，断电器立刻应答而跳闸，从而和所有联动的发电机电气分离。经电气分离的的联动发电机水流终止，从而关闭包含一台或多台有故障发电机的被监测发电机组。然后可以按需要检查、修理和/或更换这些发电机。诸如上述的这些能同时打开和关闭流经联动的被监测发电机组的水流的整体阀装置能很方便地与其连接。这就是说，同一组被电监测的发电机受单个阀装置或一组同时被控的阀装置支配。当被电监测的发电机组中的一个出现电故障以致切断用于该被监测组的输电线的断电器时，电路断电器的跳闸会很方便地同时操作用于各组发电机的阀装置，从而基本上同时切断流经电气分离的发电机组的水流。

本发明的这一方面简略地表示在图10中的一个实施例中，它能应用于安装在图1-1C的水坝10内的水力机械装置组或组件38a-38h中。如对图1B描述的那样，水力发电机装置组38a-38h中的每一组包括100个发电机组40，安排成10×10的组，即有十个水平排，每排包括十个发电机组和它们相连的水管。在图10中，发电机组40是逐一标号的，任意从第一排开始从左到右标号，如在图1B中那样。这样，图1B中的发电机组40在图10中被表示为：相应于第一排的前二个发电机组是40a-1，40a-2，相应于第一排的最后二个发电机组是40a-9，40a-2，中间的六个发电机组未表示，出出图示清晰起见，作为图10简略平面图的一些部分已被断开。在图1B中发电机装置组或组件38a的水平第二排的发电机，在图10中表示为发电机40a-11，40a-12-40a-19和40a-20。如图10所示，每一水平排发电机40具有一阀门装置，它们类似于，举例说，图2D中表示的阀门90、92和94。这样，安装阀门202a-1来使包括发电机40a-1至40a\10的顶排发电机组作横向滑移，而安装阀门202a-2来使包括发电机40a-11至40a-20的第二排发电机经作横向滑移。可以理解，图1B的其余排的发电机装置组38a，按照图10中对顶部二排机器所述的同样方式进行相同的电连接和备有阀门装置。阀门装置202a-1和202a-2各包括多个阀门开孔（图10中未表示），它们能移动成对齐和错开，从而同时打开或关闭流经一排中各发电机水管的水流。操作机构206-1和206-2分别连接在阀门202a-1和202a-2上。单个接线电缆208经分支电缆210将各发电机40a-1至40a-10连接到一条输电线212上，它依次输入一母线配电器线路214。一投掷开关213、一保险丝216和一电路断电器218串联在输电线212上。一仪表板220适当地电连接于输电线212上，以能进行视频监测。

每一接线电缆208装备有一个电流监测装置222，它通过一连线224，（在图10中出于图示清晰，已断开）和一电路断电器控制装置226连接，后者通过控制线路228和电路断电器218成操作连接。一导线230将阀控制装置232连接到电路断电器控制装置226装置上，一控制线路234将阀控制装置232连接到操作机构206-1    206-2等上。设备38a的第二排和依次各排具有相同的电连接;第二排（发电机40a-11至40a-20）相应图示的另件和第一排所标的数码是一样的。可以进一步理解，水力装置组38a-38h中的每一组按图10中相对于38a组的二排所示方式在电连接方面是类拟的或相同的，并装置一整体阀装置。还可以理连接基本上上同时切断。可以理解，机械的和电气的故障可被监测，在解，少数或多数单个发电机可以包括单独监测组的发电机。然而，让包括一电气监测发电机组的同组发电机由相同或同时操作的阀来控制是方便的。

若一监测组的一个或多个发电机，比如说，如果发电机40a-1至40a-10的一个或多个开始出现电故障，在经历了一短的循环后，该故障被电流监测装置222检测到，并发出一适当的信号，经线路224传输到电路断电器控制装置226。作为应答，电路断电器控制装置226发出第一个控制信号，它经线路230传至阀控制装置232。阀控制装置232又发出一个阀操作信号，它验控制线路234传到操作机构206-1，从而将阀门202-1移至关闭位置。因此，经各电气监测发电机组40a-1至40a-10的水管的水流同时被切断。设备组38a中的其余九排发电机继续运转。根据来自线路224的故障信号，控制装置226还发出经控制线路228传至投掷电路断路218的第二控制信号并使输电线212从母线配电器路214上电气分离。经监测组的水流和监测组至母线配电器线路214的电连接基本上上同时切断。可以理解，机械的和电气的故障可被监测，在发电机出现机械故障的情况下，切断水流先于断开电连接。

总括地说，本发明提供了许多优点，包括本发明的水力机械装置重量较轻，结构强度高，能够把装置从建造或装配地点运输到水源中沉没位置的工作现场。与装置少量的的大型机器相反，通过在某是给定的电站装置较大量的小型机器，在处理甚至有宽广的水流涨落范围工程问题时，这种装置具有高度机动性。这样，装备适当的阀装置，它们或者如上所说的作为装置本身的一部分，或者作为装有本发明装置的发电现场建筑的一部分，当处于低水流或低水位时期，能关闭选定数量的机器。随着可利用水的增加，相应于水流的该装置的水力机械总数可以增加。

本发明所提供的一个显著的优点是改造现有建筑物的能力，它通过使一组水管和相连的水力机械构成一定的形状来适应现有的挡水圆木槽、闸门、水道或类似的现成建筑。可设计由一组相互连接的水管组成的、具有足够的结构强度来经受作用于它二侧的压差的挡水壁总成来适应现存的开孔。本发明的技术允许通过采用许多小型机组来“按规格改制”挡水壁总成的尺寸和横断面形状。对于大型发电机组，这种按规格改制是不可能的。

本发明提供的另一显著优点是，和采用少得多和大得多的发电机传统的电站相比较，可显著节约成本。以本质上来说，由于大大地降低了单位发电量的重量、相应缩小了为支承该发电站所需的基础、底座和其它土本建筑的尺寸，就可节约成本。采用小型机组，可以使单个机组的转转子速度提高，从而不需要提高速度，并提供了许多其它的优点。下面通过相对于图1-1B和图10所描述的本发明的实施例和在同一点的传统电站作比较，可以用例子来说明其中的一些优点。

水电工程结构和成本一览表相当的传统结构    本发明某一实施例的结构电站尺寸    长242呎×宽456呎    长140呎×宽454呎×高124呎    ×高124呎所需混凝土    116.000立方码    70.000立方码建造时间    4年    3年发电机组数量    8    800（8组，每组100套，每组包括10个重叠的水平排，每排10套）发电机组型式    灯泡型    灯泡型驱动型式    增速器    直线驱动单位输出    每套24兆瓦    每组100套24兆瓦每一排水阀门数    1    10电站输出    192兆瓦    192兆瓦阀门关闭型式    排水管    排水管每年平均发电量    784千兆瓦    784千兆水涡轮转子直径    8.2米    0.83米水涡轮转速    52转/分    514转/分发电机转速    600转/分    514转/分基础表面积    110，000平方呎    63.000平方呎建筑费用（a）    ￥150，000，000    ￥125，000，000设备费用（b）    ￥200，000，000    ￥150，000，000建造期内所付利息    ￥200，000，000    ￥125，000，000工程总费用    ￥550，000，000    ￥400，000，000（a）设置和拆除防水堰，挖掘工作，基础工作，混凝土结构，结构钢材等。

（b）水涡轮机，发电机，控制设备等可以看到，对于这种规模的工程，采用本发明的实施方案，可以节省大约￥150，000，000，而且该工程在三年内完工，而不是四年。注意本发明实施例所需设备的上、下游长度较传统电站的短100呎以上，然而却提供相同的电力输出。此外，如上指出的，本发明实施例的电站提供更多的灵活性来适应可用的水流量率的变化。再则，在所比较的传统的结构里，如果一台发电机关闭，而在该机组离线时总发电量的1/8或12.5%损失掉;在本发明实施案结构中，如果一台发电机关闭，那么一排十台发电机必须离线，在离线期内仅总发电量的1.25%损失掉。

详细描述的各实施例只是解释性的，许多其它的结构变化处在本发明的范围内。例如，安装于挡水壁总成上的水力发电机组或泵，例如轴流泵，可以从所示位置上，例如在图7中的位置上倒过来。这样，图7中的机器174可被安装在装置170上，其转子173面对上游，即面对垃圾网184的方向，其定子壳175在转子173的下游。可以要求水管172的尺寸和结构适当的变化来适应这种转位。

如在各图中所示那样，挡水壁总成无须水平定位。在某些情况下，该总成要装入的水道可能和水平面是有角度的，而本发明的挡水壁总成和安装于其上的机器可以很方便地以相对于水平某一角度被定位，例如，这样定位，使流过水管的水流以相对于水平面某一向下的角度流动。

概括地说，本发明成组的机器和水管总成既可以被构成直线型的，也可以被构成矩形组，取决于所用水涡轮发电机组或水泵的尺寸以及在水源或水道内浸没的运转位置上可利用的空间。这就是说，许多机器/水管组合体的一个直立组，仅仅一种机器/水管宽度可采用;许多机器/水管组合体的一个水平排，仅仅一种机器/水管高度可采用;或者许多重叠排，每排包含许多机器/排水管组合件，可采用。可以采用下同于所述这些型式的水流控制阀来控制流过水管和它们相连的水涡流发电机组或泵的水流。或者，分水管叶片可用于这种场合。

虽然，就特别图解的各实施例，本发明已被详细地描叙，然而，应该明白，对于所示各实施例可作出许多修改和替代而不脱离本发明的精神。