柱式水輪機技術及其功用

【摘要】《流放式水利用工程方案》核心特征是柱式水輪機。柱式水輪機模式是令其相關結構及作用優勢相當整和，諸可以從比較現行各種型式的水輪機中，得到可比較優勢點的地方；但其從軸向增布力矩、從減徑增加轉速的效能上看，其必然的優化優勢結構，關鍵是在同樣資源狀態下，其所形成的提升水資源及水力的利用、暨發電效能暨倍數甚大化提升的一面相當理想；如果更考慮機型水利用效率、成本及制造和維修技術的要求，以及環保效能考慮，柱式水輪顯然更是不錯的選擇。

【關鍵詞】柱式水輪機；柱式水輪模式；轉速；比增效果；徑外排水；保水型雙向過魚道；徑外流；蝸殼保水；漏斗形引流道；延伸滯后江心取水方式；流放式

本篇取材自專利項《流放式水利用工程實現方法》（已獲專利授權ZL 201410097388.1），該發明的一個核心技術之一就是“柱式水輪機”（如圖1）。

該發明提供的柱式水輪機事實上是一款集功加強型徑外流渦輪新式水輪機，由于柱式水輪機水輪為軸向延集多層復合單元結構式，形成的集多單元力矩將很大，其通過蝸流道沖流以及及時的徑外排水，排流及外徑力運力優化；相比產生同樣運力，其還可形成具有減徑提速功能，發電效能將比會顯著提高（發電勢能與轉速的積倍數成正比，暨可能產生與半徑縮小倍數值積數成正比的更多積倍數發電量）。它使得該型水輪機形成一款高速比和復合集力渦輪式型、大小型兼能、高效率的堪與主流的發電設備。集功型水輪機具有放大利用水頭及或以集弱流流力驅大的作用效能優勢，而需空間位置卻更小。

柱式水輪機原則上可以就也接受直接流水，也正如它所具有的以集弱流流力驅大的作用效能優勢。該發明所提供的附屬工程壩筑以延伸滯后江心潛開輪閘取水方式以及漏斗形引流道，本身已然形成之與水輪機之前引流道的作用及其它，并且其自身與其周流過流道配合更帶水處理功能與過魚功能，其中包括有附于漏斗形引流道下層部的保水型雙向過魚道。其實該型具有水輪機之前引流道作用的直接壩型構筑本身還兼有由動力水輪連帶過魚輪操控的過魚道功用，而且它們形成于統一處流道，具有魚適導魚作用，也是一款很好的高壩過魚道方式建構方式；因為該型柱式水輪機水輪機排位低，截流高程可以較小，比如區別于之前通常一字橫亙式高程截流或高位引流沖擊等其它形式或方法的之于水利用的工程建設方案，提供為一款及其之與水工程建設的高效、節能、環保、優化合可利用資源分配等必須考量方式的工程建設方法方案。而且其延河流向延伸向量之壩形構筑將更穩定，更形成流放式結構，壩區水域可暨過流道漂流流放以無滯留物；其壩筑更省泄流道構筑，橫亙跨度將更小。

柱式水輪機的水輪可以獨立拆裝，可以方便維修和更換，其因為制造方式便利，成本也低，是一款新穎的可互換水輪的水輪機。柱式水輪機更具有可直觀和可既時的自身故障排除便益條件，一般也采取前半蝸殼結構可打開位移（具有可內部收緊收水或移離讓位功能）的辦法，這很重要。該型水輪機可以水輪與發電機分離安裝方式，可以使發電機較高懸離水輪及水面，這也對發電機保護有利。

柱式水輪機采取的是徑外流方式，水流在既使瞬時沖流水輪葉的情況后，仍然通過徑外蝸殼保水作用，充分利用水流作用，導流形成對于水輪多葉的同時作用能，其水利用效率將積數提高。（有點渦輪發動機的味道）——當然，柱式水輪機對于增大水頭以及加長引水道管提高沖流速的方式也本來同樣有效。

該型柱式水輪機通流無阻掛、好做、內充填板材制作成本低、可更換，這很重要，這也說明該型柱式水輪機完全可以勝任直接接受大顆粒水體，在水輪機被受磨損時可以采取便益更換水輪的方式，而不必如之前類型的水輪機須要對水體事先攔壩澄清而后，這是該型水輪機及其水利用工程與以前水電工程的最大區別。而非致澄清水對流域魚類生存也更有利，具有維護生態的考量。

由此認為柱式水輪機是一款明顯區別于現有各式水輪機，由渦流、徑外流方式的新式高效率沖流式水輪機，茲可以減徑高速、軸向增元增力矩的提供茲高功率效能作用。具有是一款全新式的高效能水輪機及其水電站構設工程結構方式。并且對水況本來生態不必行糾要求介改，之與水利用工程也將大大簡化、更加直接。

標號說明：1放水閘壩中的輪閘，2放水閘壩【2】， 3引流道【3】，4截攔漂流物的斜擋墻【4】，5集流口【5】，6關合扇閘【6】，7涌流道【7】，8過流道【8】，9下游出口，10過流道【10】，11階梯坡魚道【11】，12柱式水輪機【12】，13溢流道【13】，14（雙月虧輪）過流道快速機動閘門一閘【14】、15（雙月虧輪）過流道快速機動閘門二閘【15】，16過流道快速機動閘門折合省力拉牽鉸鏈結構【16】，17過流道快速機動閘門雙保鉸鏈結構【17】，18為過流道補水流道【18】，19為集流道【3】清排沉積物用的加深溝【19】，20為為集流道獨立過魚道分隔板【20】，21過魚道【21】，22為泄流道【22】，23為連梁橋，24為魚柵【24】。

參考文獻：

[1]. 《流放式水利工程方案及其過魚功能探討》——《海峽科技與產業》2015年第07期 作者：高文標

[2].《流放式水利用工程實現方法》ZL 201410097388.1，發明人：高文標

[3].《十五 魚類過壩技術研究》http：//www.docin.com/p-774111591.html

作者簡介：高文標（64，10，31），性別：男，籍貫：福建福州，職稱：機械高級工程師， 研究方向：產品結構設計、自動化機械設備研發及制造、生態保護理論與實踐

《流放式水利用工程實現方法》（201410097388.1）專利發明人（非職務發明）