翟建忠

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，人們對電力的需求越來越大。相比較而言，水力發(fā)電最清潔、安全，相對光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電要更穩(wěn)定。所以說水力發(fā)電的技術(shù)更新?lián)Q代也尤為迅速，以追求節(jié)能高效安全為主。本文涉及水輪發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，解析一些在水輪社保發(fā)電中運(yùn)用的節(jié)能高效技術(shù)。

關(guān)鍵詞：加力水輪發(fā)電一體裝置，管路對接密封式自散熱，節(jié)能高效技術(shù)

1.背景

隨著新能源行業(yè)的不斷發(fā)展，逐漸增多的如風(fēng)力、水力等節(jié)能發(fā)電設(shè)備逐漸推廣使用開來，其中水輪發(fā)電機(jī)就是指以水輪機(jī)為原動機(jī)將水能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電機(jī)，其使用過程中當(dāng)水流經(jīng)過水輪機(jī)時(shí)，可將水能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)軸又帶動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能而輸出。

目前，現(xiàn)有水輪發(fā)電裝置一般安裝在修筑的大壩上，利用水壩抬高水位，產(chǎn)生的水頭壓力（或水頭轉(zhuǎn)換的沖擊力）帶動水輪旋轉(zhuǎn)，水輪帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，攔河筑壩，不僅影響生態(tài)環(huán)境，而且受季節(jié)性影響，在北方地區(qū)冬季水面結(jié)冰，導(dǎo)致無法正常發(fā)電;另外，現(xiàn)有水輪發(fā)電裝置還通過河流、湖泊、灌溉水渠等水流沖擊水輪進(jìn)行發(fā)電，但是，不僅在北方地區(qū)受東節(jié)性影響，在出現(xiàn)暴雨或洪水的情況下極易造成電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，影響系統(tǒng)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(fā)電量效益不高。

另外，現(xiàn)有水輪發(fā)電站裝置都是由水輪、轉(zhuǎn)軸、傳動機(jī)構(gòu)以及發(fā)電機(jī)組成，通過水輪帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸帶動通過傳動機(jī)構(gòu)帶動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動，進(jìn)行發(fā)電，但是此類發(fā)電方式部件較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了生產(chǎn)成本，降低了經(jīng)濟(jì)效益。

2.新型高效節(jié)能加力水輪發(fā)電一體裝置

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型高效節(jié)能加力水輪發(fā)電一體裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中水輪發(fā)電裝置影響生態(tài)環(huán)境、受季節(jié)影響、受地理環(huán)境影響的問題以及現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高的問題。

2.1 技術(shù)方案

一種新型高效節(jié)能加力水輪發(fā)電一體裝置，包括蓄水槽、水輪、發(fā)電機(jī)、水泵，蓄水槽內(nèi)固定有支架，支架上安裝有發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)包括安裝軸、定子、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子套接固定有外殼，其中，外殼與安裝軸可轉(zhuǎn)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(huán)板的結(jié)構(gòu)，水輪軸輥固定有沿圓周等距分布的若干個(gè)水輪葉片，水輪軸輥的圓環(huán)型結(jié)構(gòu)之間安裝有略靠近環(huán)形板側(cè)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(jié)構(gòu)，擋水罩通過連接桿與支架連接，擋水罩與環(huán)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(jìn)水通道，其中，進(jìn)水通道通過水泵和輸水管與蓄水槽連接，且進(jìn)水通道的進(jìn)水量大于進(jìn)水通道的出水量。

外殼與水輪軸輥之間通過若干個(gè)沿圓周分布的拉條組件固定連接，拉條組件為兩個(gè)拉條交叉分布的結(jié)構(gòu)，其中，拉條為鋼性結(jié)構(gòu)。所水輪葉片之間固定有加強(qiáng)桿，用于保證水輪葉片的穩(wěn)固性。水輪、蓄水槽、進(jìn)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(jié)構(gòu)。

進(jìn)水通道的出水口的橫斷面為扁平長條狀結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)能夠使增壓后餓水流均勻沖擊水輪葉片，不僅能夠調(diào)高水輪葉片的轉(zhuǎn)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(nèi)可添加水或環(huán)保防凍不易蒸發(fā)型液體。進(jìn)水通道的出水口位置固定有閥門，用于調(diào)節(jié)出水口的水壓，進(jìn)而能夠調(diào)節(jié)水輪的轉(zhuǎn)速。

2.2 技術(shù)原理示意圖

2.3 具體實(shí)施方法

一種新型高效節(jié)能加力水輪發(fā)電一體裝置，包括蓄水槽、水輪、發(fā)電機(jī)、水泵，蓄水槽內(nèi)焊接固定有支架，支架上安裝有發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)包括安裝軸、定子、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動環(huán)形結(jié)構(gòu)的的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子外端套接有外殼，其中外殼與轉(zhuǎn)子通過緊固螺栓固定連接，外殼與安裝軸通過軸承可轉(zhuǎn)動連接，軸承的外圈與外殼焊接固定連接，軸承的內(nèi)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(huán)板的結(jié)構(gòu)，水輪軸輥焊接 固定有沿圓周等距分布的若干個(gè)水輪葉片，水輪軸輥的圓環(huán)型結(jié)構(gòu)之間安裝有 略靠近環(huán)形板側(cè)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(jié)構(gòu)，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(huán)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(shí)現(xiàn)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(jìn)水通道，且進(jìn)水通道的進(jìn)水量大于進(jìn)水通道的出水量其中，進(jìn)水通道通過水泵和輸水管與蓄水槽連接，其中進(jìn)水通道的出水口與安裝口密封焊接固定，進(jìn)水通道的進(jìn)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(wǎng)。

外殼與水輪軸輥之間通過若干個(gè)沿圓周分布的拉條組件固定連接，拉條組件為兩個(gè)拉條交叉分布的結(jié)構(gòu)，其中拉條為鋼性結(jié)構(gòu)，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(wěn)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(qiáng)桿，用于保證水輪葉片的穩(wěn)固性。所水輪葉片=之間焊接固定有加強(qiáng)桿=，用于保證水輪葉片的穩(wěn)固性。

進(jìn)水通道的出水口的橫斷面為扁平長條狀結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)能夠使增壓后餓水流均勻沖擊水輪葉片，不僅能夠調(diào)高水輪葉片的轉(zhuǎn)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(nèi)可添加水或環(huán)保防凍不易蒸發(fā)型液體。蓄水槽內(nèi)可添加水或環(huán)保防凍不易蒸發(fā)型液體。

2.4 工作原理

現(xiàn)將蓄水槽內(nèi)添加一定量的水或環(huán)保防凍不易蒸發(fā)型液體，啟動水泵，水泵通過輸水管向進(jìn)水通道注水，通過調(diào)節(jié)進(jìn)水通道的閥門能夠調(diào)節(jié)進(jìn)水通道的水壓，進(jìn)而能夠調(diào)節(jié)水輪的轉(zhuǎn)速，水流沖擊水輪葉片轉(zhuǎn)動，水輪轉(zhuǎn)動，水輪帶動外殼轉(zhuǎn)動，外殼帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子繞定子轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生電流，同時(shí)由于水輪葉片與水輪 軸輥構(gòu)成若干個(gè)水流槽，水流槽轉(zhuǎn)動后，由于水落差產(chǎn)生杠桿力，向水輪進(jìn)一步加力，調(diào)高水輪的轉(zhuǎn)速，具有節(jié)能效果，相比直接水流沖擊水輪葉片能夠使得提高水輪轉(zhuǎn)速，進(jìn)而提高發(fā)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(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動進(jìn)行 發(fā)電，沖擊水輪后的水由于水輪位于蓄水槽內(nèi)，直接從水輪下端流入蓄水槽內(nèi)，不僅實(shí)現(xiàn)水循環(huán)利用，避免了水資源浪費(fèi)，而且能夠防止破壞生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、環(huán)保的目的。通過水流沖擊水輪葉片，實(shí)現(xiàn)水輪轉(zhuǎn)動，同時(shí)相鄰水輪葉片與環(huán)形板構(gòu)成水流槽，水流槽收集水流在轉(zhuǎn)動過程中由于水落差產(chǎn)生杠桿力，進(jìn)一步向水輪加力，提高水輪轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的目的。

可放置在室內(nèi)或室外全天候發(fā)電，不僅不受氣候影響，可以避免在北方地區(qū)冬季水面結(jié)冰，或出現(xiàn)暴雨或洪水的情況，無法正常發(fā)電，降低發(fā)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(fā)電，適用性較高;同時(shí)全天候發(fā)電，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)電方式與現(xiàn)有水輪發(fā)電裝置的發(fā)電方式不同，現(xiàn)有的發(fā)電方式為：水輪帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器或傳動機(jī)構(gòu)帶動轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動，進(jìn)行發(fā)電，而本技術(shù)的發(fā)電方式為：水輪與外殼固定，外殼與轉(zhuǎn)子固定，轉(zhuǎn)子套接在定子外，定子通過安裝軸固定，通過轉(zhuǎn)子在定子外繞定子轉(zhuǎn)動，直接進(jìn)行發(fā)電，而不需要通過聯(lián)軸器或傳動機(jī)構(gòu)等與發(fā)電機(jī)的輸入端連接，減少了零部件，降低了生產(chǎn)制造成本，另外，相比現(xiàn)有水輪發(fā)電裝置的發(fā)電方式，能夠避免轉(zhuǎn)軸受力不均，使用時(shí)間久后易損壞，降低使用壽命 ，由于發(fā)電機(jī)安裝在水輪內(nèi)腔，能夠減少占地空間。

3.管路對接密封式自散熱的節(jié)能型水輪發(fā)電設(shè)備

本技術(shù)的目的在于提供一種管路對接密封式自散熱的節(jié)能型水輪發(fā)電設(shè)備，以解決無法穩(wěn)定便捷的讓使用者對所需對接的預(yù)設(shè)管路進(jìn)行密封式的便捷拆裝工作，同時(shí)導(dǎo)致其使用過程中易出現(xiàn)液體泄露的現(xiàn)象，在受力轉(zhuǎn)動生電的過程中 會產(chǎn)生大量的熱能，其無法實(shí)現(xiàn)自散熱的工作效果，長期受熱的情況下易導(dǎo)致裝置的整體使用壽命降低的問題。

3.1 技術(shù)方案

一種管路對接密封式自散熱的節(jié)能型水輪發(fā)電設(shè)備，包括基體、水輪軸葉片、進(jìn)液通管、對接管道、安裝塊和連接塊，基體的內(nèi)端軸承連接有水輪軸葉片，且基體的外端內(nèi)側(cè)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(jìn)液通管，且進(jìn)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(jìn)液通管的內(nèi)端開設(shè)有對接槽，且對接槽的外端開設(shè)有暗槽，并且暗槽與進(jìn)液通管的內(nèi)端相連接，對接管道的內(nèi)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(jìn)液通管 和基體的內(nèi)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(nèi)側(cè)粘接連接有固定氣囊，且固定氣囊與對接管道的外側(cè)相連接，固定桿的外側(cè)開設(shè)有滑槽，且滑槽的內(nèi)側(cè)固定連接有第二復(fù)位彈簧，并且第二復(fù)位彈簧的外端與活動套件相連接，進(jìn)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(cè)開設(shè)有導(dǎo)向槽，且導(dǎo)向槽的內(nèi)側(cè)軸承連接有活動塊，并且活動塊與活動套件的外側(cè)相連接。

固定塊設(shè)置有第一復(fù)位彈簧和導(dǎo)熱塊，且固定塊的內(nèi)端嵌套安裝有第一復(fù)位彈簧，并且第一復(fù)位彈簧的內(nèi)側(cè)貫穿安裝有導(dǎo)熱塊，同時(shí)導(dǎo)熱塊與固定塊的內(nèi)側(cè)相連接。導(dǎo)熱塊為銅材質(zhì)，且導(dǎo)熱塊關(guān)于散熱螺旋片的中心點(diǎn)等角度分布，并且導(dǎo)熱塊通過第一復(fù)位彈簧與固定塊的內(nèi)側(cè)構(gòu)成伸縮結(jié)構(gòu)，同時(shí)導(dǎo)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(shè)置有限位塊，且對接管道通過限位塊與進(jìn)液通管的內(nèi)端構(gòu)成拆卸安裝結(jié)構(gòu)。暗槽側(cè)視呈圓弧狀結(jié)構(gòu)，且暗槽與對接槽相接通，并且對接槽通過限位塊與暗槽構(gòu)成卡合結(jié)構(gòu)，同時(shí)限位塊的內(nèi)端與傳動齒輪之間相互嚙合?；顒犹准ㄟ^第二復(fù)位彈簧與固定桿的外端構(gòu)成伸縮結(jié)構(gòu)，且活動套件的外表面與進(jìn)液通管和對接管道構(gòu)成嵌套結(jié)構(gòu)，并且活動套件通過牽引繩與傳動齒輪構(gòu)成滑動結(jié)構(gòu)。

固定氣囊與活動套件的內(nèi)端為粘接連接，且固定氣囊的外表面分別與安裝塊、進(jìn)液通管和對接管道外表面相貼合。活動塊設(shè)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(shí)扭力彈簧與活動塊的內(nèi)端相連接。活動塊俯視呈曲折狀結(jié)構(gòu)，且活動塊通過扭力彈簧與導(dǎo)向槽的內(nèi)側(cè)構(gòu)成彈性結(jié)構(gòu)，并且活動塊的外端與活動套件的外端構(gòu)成卡合結(jié)構(gòu)。

3.2 技術(shù)原理示意圖

3.3 具體實(shí)施方法

在使用該管路對接密封式自散熱的節(jié)能型水輪發(fā)電設(shè)備時(shí)，首先將該裝置放置在需要進(jìn)行工作的位置，當(dāng)使用者需要對外接對接管道進(jìn)行安裝時(shí)，只需手持其通過外端等角度分布的限位塊沿著進(jìn)液通管邊端的對接槽進(jìn)行嵌套對接工作，待其位置確定后，即可手持其進(jìn)行定向角度旋轉(zhuǎn)，此時(shí)限位塊將穩(wěn)定的沿著暗槽進(jìn)行卡合對接工作，同時(shí)其內(nèi)端將接觸到傳動齒輪，進(jìn)而使得傳動齒輪受力進(jìn)行角度轉(zhuǎn)動帶動軸端的牽引繩進(jìn)行收卷工作，此時(shí)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(cè)向內(nèi)活動，對進(jìn)液通管和對接管道的外端進(jìn)行自動嵌套二次對接工作，讓使用者操作便捷的同時(shí)，進(jìn)一步的加強(qiáng)了裝置的對接穩(wěn)定性。

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

基體內(nèi)端的水輪軸葉片2傳動端工作過程中產(chǎn)生的熱量，將穩(wěn)定的沿著貼合接觸的銅材質(zhì)導(dǎo)熱塊進(jìn)行熱傳導(dǎo)工作，同時(shí)裝置本體內(nèi)置的輸出軸進(jìn)行傳動工作的過程中，可穩(wěn)定的帶動外端的散熱螺旋片隨之進(jìn)行圓周轉(zhuǎn)動，進(jìn)而對輸出的熱量穩(wěn)定的進(jìn)行散發(fā)工作，避免其傳動端受熱過大，增加了整體的實(shí)用性。

3.4 有益效果

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

4.結(jié)語

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

參考文獻(xiàn)：

[1]彭凌云. 水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案[J].《黑龍江科學(xué)》， 2020年

[2]汪淼，張培毅，劉曉日.基于水輪發(fā)電的管道自驅(qū)動測溫系統(tǒng)的試驗(yàn)研究[J].《節(jié)能》， 2019年