節能高效技術在水輪發電設備中的應用分析

翟建忠

摘要：隨著科學技術日新月異的發展，人們對電力的需求越來越大。相比較而言，水力發電最清潔、安全，相對光伏發電和風力發電要更穩定。所以說水力發電的技術更新換代也尤為迅速，以追求節能高效安全為主。本文涉及水輪發電設備技術領域，解析一些在水輪社保發電中運用的節能高效技術。

關鍵詞：加力水輪發電一體裝置，管路對接密封式自散熱，節能高效技術

1.背景

隨著新能源行業的不斷發展，逐漸增多的如風力、水力等節能發電設備逐漸推廣使用開來，其中水輪發電機就是指以水輪機為原動機將水能轉化為電能的發電機，其使用過程中當水流經過水輪機時，可將水能轉換成機械能，水輪機的轉軸又帶動發電機的轉子，將機械能轉換成電能而輸出。

目前，現有水輪發電裝置一般安裝在修筑的大壩上，利用水壩抬高水位，產生的水頭壓力（或水頭轉換的沖擊力）帶動水輪旋轉，水輪帶動發電機旋轉發電，攔河筑壩，不僅影響生態環境，而且受季節性影響，在北方地區冬季水面結冰，導致無法正常發電;另外，現有水輪發電裝置還通過河流、湖泊、灌溉水渠等水流沖擊水輪進行發電，但是，不僅在北方地區受東節性影響，在出現暴雨或洪水的情況下極易造成電機超負荷運行，影響系統使用壽命，而且在沒有水流的情況下無法使用，具有一定的局限性，發電量效益不高。

另外，現有水輪發電站裝置都是由水輪、轉軸、傳動機構以及發電機組成，通過水輪帶動轉軸轉動，轉軸帶動通過傳動機構帶動發電機的轉子在定子內轉動，進行發電，但是此類發電方式部件較多，結構復雜，增加了生產成本，降低了經濟效益。

2.新型高效節能加力水輪發電一體裝置

針對現有技術的不足，提供一種新型高效節能加力水輪發電一體裝置，解決了現有技術中水輪發電裝置影響生態環境、受季節影響、受地理環境影響的問題以及現有技術中發電裝置結構復雜，生產成本高的問題。

2.1 技術方案

一種新型高效節能加力水輪發電一體裝置，包括蓄水槽、水輪、發電機、水泵，蓄水槽內固定有支架，支架上安裝有發電機，發電機包括安裝軸、定子、轉子，安裝軸固定在支架上，安裝軸上固定有定子，定子套接安裝有轉子，轉子套接固定有外殼，其中，外殼與安裝軸可轉動連接，外殼套接固定有水輪，水輪包括水輪軸輥，水輪軸輥為圓柱形管兩端外圓周端面固定有圓環板的結構，水輪軸輥固定有沿圓周等距分布的若干個水輪葉片，水輪軸輥的圓環型結構之間安裝有略靠近環形板側端且略靠近水輪葉片擋水罩，其中，擋水罩為與水輪適配的圓弧形結構，擋水罩通過連接桿與支架連接，擋水罩與環形板之間的間隙安裝有適配的密封條，密封條與擋水罩可拆裝固定連接，擋水罩開有安裝口，安裝口密封固定有進水通道，其中，進水通道通過水泵和輸水管與蓄水槽連接，且進水通道的進水量大于進水通道的出水量。

外殼與水輪軸輥之間通過若干個沿圓周分布的拉條組件固定連接，拉條組件為兩個拉條交叉分布的結構，其中，拉條為鋼性結構。所水輪葉片之間固定有加強桿，用于保證水輪葉片的穩固性。水輪、蓄水槽、進水通道均采用白鋼材料，用于，白鋼具有高硬度、高耐磨性和高耐熱性。水輪葉片為圓弧形結構。

進水通道的出水口的橫斷面為扁平長條狀結構，其中出水口的長度略小于水平葉片的長度，用于扁平長條狀結構能夠使增壓后餓水流均勻沖擊水輪葉片，不僅能夠調高水輪葉片的轉動效率，而且能夠防止水輪葉片被水流沖擊后易損壞。蓄水槽內可添加水或環保防凍不易蒸發型液體。進水通道的出水口位置固定有閥門，用于調節出水口的水壓，進而能夠調節水輪的轉速。

2.2 技術原理示意圖

2.3 具體實施方法

一種新型高效節能加力水輪發電一體裝置，包括蓄水槽、水輪、發電機、水泵，蓄水槽內焊接固定有支架，支架上安裝有發電機，發電機包括安裝軸、定子、轉子，安裝軸固定在支架上，其中安裝軸的兩端焊接固定有支座，支座通過緊固螺栓固定安裝在支架上端，安裝軸上通過花鍵固定有定子，定子套接安裝有可轉動環形結構的的轉子，轉子外端套接有外殼，其中外殼與轉子通過緊固螺栓固定連接，外殼與安裝軸通過軸承可轉動連接，軸承的外圈與外殼焊接固定連接，軸承的內圈與安裝軸焊接固定連接，外殼外端套接固定有水輪，水輪包括水輪軸輥，水輪軸輥為圓柱形管兩端外圓周端面焊接固定有圓環板的結構，水輪軸輥焊接 固定有沿圓周等距分布的若干個水輪葉片，水輪軸輥的圓環型結構之間安裝有 略靠近環形板側端且略靠近水輪葉片擋水罩，其中擋水罩為與水輪適配的圓弧形結構，擋水罩通過對稱的連接桿與支架連接，其中連接桿的兩端分別于支架和擋水罩焊接固定連接，擋水罩與環形板之間的間隙安裝有適配的密封條，密封條與擋水罩可拆裝固定連接，其中，擋水罩通過緊固螺栓固定有與密封條適配的壓條，壓條與防水罩之間安裝密封條，并通過緊固螺栓使得壓條壓緊密封條，實現密封條的可拆裝固定，擋水罩開有安裝口，安裝口密封焊接固定有進水通道，且進水通道的進水量大于進水通道的出水量其中，進水通道通過水泵和輸水管與蓄水槽連接，其中進水通道的出水口與安裝口密封焊接固定，進水通道的進水口與輸水管連通且焊接密封固定，輸水管上安裝有水泵，且輸水管底部靠近蓄水槽底部，并通過緊固螺栓固定有過濾網。

外殼與水輪軸輥之間通過若干個沿圓周分布的拉條組件固定連接，拉條組件為兩個拉條交叉分布的結構，其中拉條為鋼性結構，拉條兩端分別于外殼和水輪軸輥焊接固定，用于拉條具有剛性能夠保證外殼與水輪軸輥之間的穩固性，而且還具有一定的減震效果。所水輪葉片之間焊接固定有加強桿，用于保證水輪葉片的穩固性。所水輪葉片=之間焊接固定有加強桿=，用于保證水輪葉片的穩固性。

進水通道的出水口的橫斷面為扁平長條狀結構，其中，出水口的長度略小于水平葉片的長度，用于扁平長條狀結構能夠使增壓后餓水流均勻沖擊水輪葉片，不僅能夠調高水輪葉片的轉動效率，而且能夠防止水輪葉片被水流沖擊后易損壞。蓄水槽內可添加水或環保防凍不易蒸發型液體。蓄水槽內可添加水或環保防凍不易蒸發型液體。

2.4 工作原理

現將蓄水槽內添加一定量的水或環保防凍不易蒸發型液體，啟動水泵，水泵通過輸水管向進水通道注水，通過調節進水通道的閥門能夠調節進水通道的水壓，進而能夠調節水輪的轉速，水流沖擊水輪葉片轉動，水輪轉動，水輪帶動外殼轉動，外殼帶動轉子轉動，轉子繞定子轉動，產生電流，同時由于水輪葉片與水輪 軸輥構成若干個水流槽，水流槽轉動后，由于水落差產生杠桿力，向水輪進一步加力，調高水輪的轉速，具有節能效果，相比直接水流沖擊水輪葉片能夠使得提高水輪轉速，進而提高發電量。

2.5 有益效果

能夠通過水泵增壓后吸取蓄水槽的水沖擊水輪，水輪帶動發電機轉動進行 發電，沖擊水輪后的水由于水輪位于蓄水槽內，直接從水輪下端流入蓄水槽內，不僅實現水循環利用，避免了水資源浪費，而且能夠防止破壞生態環境，實現節能減排、環保的目的。通過水流沖擊水輪葉片，實現水輪轉動，同時相鄰水輪葉片與環形板構成水流槽，水流槽收集水流在轉動過程中由于水落差產生杠桿力，進一步向水輪加力，提高水輪轉速，實現高效節能的目的。

可放置在室內或室外全天候發電，不僅不受氣候影響，可以避免在北方地區冬季水面結冰，或出現暴雨或洪水的情況，無法正常發電，降低發電效率，而且不受地理位置影響，在沒有水流的情況下依舊能夠正常發電，適用性較高;同時全天候發電，具有較高的經濟效益。

發電方式與現有水輪發電裝置的發電方式不同，現有的發電方式為：水輪帶動轉軸轉動，轉軸通過聯軸器或傳動機構帶動轉子在定子內轉動，進行發電，而本技術的發電方式為：水輪與外殼固定，外殼與轉子固定，轉子套接在定子外，定子通過安裝軸固定，通過轉子在定子外繞定子轉動，直接進行發電，而不需要通過聯軸器或傳動機構等與發電機的輸入端連接，減少了零部件，降低了生產制造成本，另外，相比現有水輪發電裝置的發電方式，能夠避免轉軸受力不均，使用時間久后易損壞，降低使用壽命 ，由于發電機安裝在水輪內腔，能夠減少占地空間。

3.管路對接密封式自散熱的節能型水輪發電設備

本技術的目的在于提供一種管路對接密封式自散熱的節能型水輪發電設備，以解決無法穩定便捷的讓使用者對所需對接的預設管路進行密封式的便捷拆裝工作，同時導致其使用過程中易出現液體泄露的現象，在受力轉動生電的過程中 會產生大量的熱能，其無法實現自散熱的工作效果，長期受熱的情況下易導致裝置的整體使用壽命降低的問題。

3.1 技術方案

一種管路對接密封式自散熱的節能型水輪發電設備，包括基體、水輪軸葉片、進液通管、對接管道、安裝塊和連接塊，基體的內端軸承連接有水輪軸葉片，且基體的外端內側螺栓安裝有固定塊，并且水輪軸葉片的軸端固定連接有散熱螺旋片，基體的下端貫穿安裝有進液通管，且進液通管外端嵌套安裝有對接管道，并且對接管道的外端固定連接有限位塊，進液通管的內端開設有對接槽，且對接槽的外端開設有暗槽，并且暗槽與進液通管的內端相連接，對接管道的內表面軸承連接有傳動齒輪，且傳動齒輪的軸端固定連接有牽引繩，并且牽引繩與進液通管 和基體的內表面相連接，基體的前端固定連接有固定桿，且固定桿的外端嵌套安裝有活動套件，并且活動套件的外端固定連接有連接塊，活動套件的中端內側粘接連接有固定氣囊，且固定氣囊與對接管道的外側相連接，固定桿的外側開設有滑槽，且滑槽的內側固定連接有第二復位彈簧，并且第二復位彈簧的外端與活動套件相連接，進液通管的外表面固定連接有安裝塊，且安裝塊與固定氣囊的外端相連接，基體的外側開設有導向槽，且導向槽的內側軸承連接有活動塊，并且活動塊與活動套件的外側相連接。

固定塊設置有第一復位彈簧和導熱塊，且固定塊的內端嵌套安裝有第一復位彈簧，并且第一復位彈簧的內側貫穿安裝有導熱塊，同時導熱塊與固定塊的內側相連接。導熱塊為銅材質，且導熱塊關于散熱螺旋片的中心點等角度分布，并且導熱塊通過第一復位彈簧與固定塊的內側構成伸縮結構，同時導熱塊的外表面與基體的外表面相貼合。對接管道的外端等角度設置有限位塊，且對接管道通過限位塊與進液通管的內端構成拆卸安裝結構。暗槽側視呈圓弧狀結構，且暗槽與對接槽相接通，并且對接槽通過限位塊與暗槽構成卡合結構，同時限位塊的內端與傳動齒輪之間相互嚙合。活動套件通過第二復位彈簧與固定桿的外端構成伸縮結構，且活動套件的外表面與進液通管和對接管道構成嵌套結構，并且活動套件通過牽引繩與傳動齒輪構成滑動結構。

固定氣囊與活動套件的內端為粘接連接，且固定氣囊的外表面分別與安裝塊、進液通管和對接管道外表面相貼合。活動塊設置有連接軸和扭力彈簧，且活動塊的中端貫穿安裝有連接軸，并且連接軸的外端固定連接有扭力彈簧，同時扭力彈簧與活動塊的內端相連接。活動塊俯視呈曲折狀結構，且活動塊通過扭力彈簧與導向槽的內側構成彈性結構，并且活動塊的外端與活動套件的外端構成卡合結構。

3.2 技術原理示意圖

3.3 具體實施方法

在使用該管路對接密封式自散熱的節能型水輪發電設備時，首先將該裝置放置在需要進行工作的位置，當使用者需要對外接對接管道進行安裝時，只需手持其通過外端等角度分布的限位塊沿著進液通管邊端的對接槽進行嵌套對接工作，待其位置確定后，即可手持其進行定向角度旋轉，此時限位塊將穩定的沿著暗槽進行卡合對接工作，同時其內端將接觸到傳動齒輪，進而使得傳動齒輪受力進行角度轉動帶動軸端的牽引繩進行收卷工作，此時與牽引繩末端對接的活動套件將隨之受力沿著固定桿的外側向內活動，對進液通管和對接管道的外端進行自動嵌套二次對接工作，讓使用者操作便捷的同時，進一步的加強了裝置的對接穩定性。

在活動套件受力拉伸第一復位彈簧內移的同時，其外端對接的連接塊將隨之對接觸到的曲折狀活動塊進行定向擠壓，使其受力收卷扭力彈簧轉動， 直至對活動套件外卡合端實現自限位的工作效果，同時內移的活動套件將配合進液通 管外端的安裝塊對固定氣囊擠壓，使其發生形變，進而對進液通管與對接管道之間的縫隙處進行填充工作，保證了裝置對接過程中的密封性。

基體內端的水輪軸葉片2傳動端工作過程中產生的熱量，將穩定的沿著貼合接觸的銅材質導熱塊進行熱傳導工作，同時裝置本體內置的輸出軸進行傳動工作的過程中，可穩定的帶動外端的散熱螺旋片隨之進行圓周轉動，進而對輸出的熱量穩定的進行散發工作，避免其傳動端受熱過大，增加了整體的實用性。

3.4 有益效果

設置有嵌套安裝的對接管道，讓使用者操作便捷的同時，進一步的加強了裝置的對接穩定性;設置有貼合安裝的固定氣囊，保證了裝置的對接密封性;設置有等角度分布的導熱塊，避免其傳動端受熱過大，保證了裝置的使用壽命。

4.結語

隨著科學技術日新月異的發展，人們對電力的需求越來越大。相比較而言，燃煤發電會污染環境，核電站存在由地震導致核事故發生的可能，光伏發電易受天氣的影響，導致發電不穩定，風力發電同樣受氣候影響較大，而水力發電最清潔、安全，相對光伏發電和風力發電要更穩定。而水輪發電機作為水力發電機的重要一環，對于其更新改造不斷加強，為提高其性能而不斷研發，為社會做出更好的貢獻。

參考文獻：

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[2]汪淼，張培毅，劉曉日.基于水輪發電的管道自驅動測溫系統的試驗研究[J].《節能》， 2019年