节能高效技术在水轮发电设备中的应用分析

翟建忠

摘要：随着科学技术日新月异的发展，人们对电力的需求越来越大。相比较而言，水力发电最清洁、安全，相对光伏发电和风力发电要更稳定。所以说水力发电的技术更新换代也尤为迅速，以追求节能高效安全为主。本文涉及水轮发电设备技术领域，解析一些在水轮社保发电中运用的节能高效技术。

关鍵词：加力水轮发电一体装置，管路对接密封式自散热，节能高效技术

1.背景

随着新能源行业的不断发展，逐渐增多的如风力、水力等节能发电设备逐渐推广使用开来，其中水轮发电机就是指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机，其使用过程中当水流经过水轮机时，可将水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出。

目前，现有水轮发电装置一般安装在修筑的大坝上，利用水坝抬高水位，产生的水头压力（或水头转换的冲击力）带动水轮旋转，水轮带动发电机旋转发电，拦河筑坝，不仅影响生态环境，而且受季节性影响，在北方地区冬季水面结冰，导致无法正常发电;另外，现有水轮发电装置还通过河流、湖泊、灌溉水渠等水流冲击水轮进行发电，但是，不仅在北方地区受东节性影响，在出现暴雨或洪水的情况下极易造成电机超负荷运行，影响系统使用寿命，而且在没有水流的情况下无法使用，具有一定的局限性，发电量效益不高。

另外，现有水轮发电站装置都是由水轮、转轴、传动机构以及发电机组成，通过水轮带动转轴转动，转轴带动通过传动机构带动发电机的转子在定子内转动，进行发电，但是此类发电方式部件较多，结构复杂，增加了生产成本，降低了经济效益。

2.新型高效节能加力水轮发电一体装置

针对现有技术的不足，提供一种新型高效节能加力水轮发电一体装置，解决了现有技术中水轮发电装置影响生态环境、受季节影响、受地理环境影响的问题以及现有技术中发电装置结构复杂，生产成本高的问题。

2.1 技术方案

一种新型高效节能加力水轮发电一体装置，包括蓄水槽、水轮、发电机、水泵，蓄水槽内固定有支架，支架上安装有发电机，发电机包括安装轴、定子、转子，安装轴固定在支架上，安装轴上固定有定子，定子套接安装有转子，转子套接固定有外壳，其中，外壳与安装轴可转动连接，外壳套接固定有水轮，水轮包括水轮轴辊，水轮轴辊为圆柱形管两端外圆周端面固定有圆环板的结构，水轮轴辊固定有沿圆周等距分布的若干个水轮叶片，水轮轴辊的圆环型结构之间安装有略靠近环形板侧端且略靠近水轮叶片挡水罩，其中，挡水罩为与水轮适配的圆弧形结构，挡水罩通过连接杆与支架连接，挡水罩与环形板之间的间隙安装有适配的密封条，密封条与挡水罩可拆装固定连接，挡水罩开有安装口，安装口密封固定有进水通道，其中，进水通道通过水泵和输水管与蓄水槽连接，且进水通道的进水量大于进水通道的出水量。

外壳与水轮轴辊之间通过若干个沿圆周分布的拉条组件固定连接，拉条组件为两个拉条交叉分布的结构，其中，拉条为钢性结构。所水轮叶片之间固定有加强杆，用于保证水轮叶片的稳固性。水轮、蓄水槽、进水通道均采用白钢材料，用于，白钢具有高硬度、高耐磨性和高耐热性。水轮叶片为圆弧形结构。

进水通道的出水口的横断面为扁平长条状结构，其中出水口的长度略小于水平叶片的长度，用于扁平长条状结构能够使增压后饿水流均匀冲击水轮叶片，不仅能够调高水轮叶片的转动效率，而且能够防止水轮叶片被水流冲击后易损坏。蓄水槽内可添加水或环保防冻不易蒸发型液体。进水通道的出水口位置固定有阀门，用于调节出水口的水压，进而能够调节水轮的转速。

2.2 技术原理示意图

2.3 具体实施方法

一种新型高效节能加力水轮发电一体装置，包括蓄水槽、水轮、发电机、水泵，蓄水槽内焊接固定有支架，支架上安装有发电机，发电机包括安装轴、定子、转子，安装轴固定在支架上，其中安装轴的两端焊接固定有支座，支座通过紧固螺栓固定安装在支架上端，安装轴上通过花键固定有定子，定子套接安装有可转动环形结构的的转子，转子外端套接有外壳，其中外壳与转子通过紧固螺栓固定连接，外壳与安装轴通过轴承可转动连接，轴承的外圈与外壳焊接固定连接，轴承的内圈与安装轴焊接固定连接，外壳外端套接固定有水轮，水轮包括水轮轴辊，水轮轴辊为圆柱形管两端外圆周端面焊接固定有圆环板的结构，水轮轴辊焊接 固定有沿圆周等距分布的若干个水轮叶片，水轮轴辊的圆环型结构之间安装有 略靠近环形板侧端且略靠近水轮叶片挡水罩，其中挡水罩为与水轮适配的圆弧形结构，挡水罩通过对称的连接杆与支架连接，其中连接杆的两端分别于支架和挡水罩焊接固定连接，挡水罩与环形板之间的间隙安装有适配的密封条，密封条与挡水罩可拆装固定连接，其中，挡水罩通过紧固螺栓固定有与密封条适配的压条，压条与防水罩之间安装密封条，并通过紧固螺栓使得压条压紧密封条，实现密封条的可拆装固定，挡水罩开有安装口，安装口密封焊接固定有进水通道，且进水通道的进水量大于进水通道的出水量其中，进水通道通过水泵和输水管与蓄水槽连接，其中进水通道的出水口与安装口密封焊接固定，进水通道的进水口与输水管连通且焊接密封固定，输水管上安装有水泵，且输水管底部靠近蓄水槽底部，并通过紧固螺栓固定有过滤网。

外壳与水轮轴辊之间通过若干个沿圆周分布的拉条组件固定连接，拉条组件为两个拉条交叉分布的结构，其中拉条为钢性结构，拉条两端分别于外壳和水轮轴辊焊接固定，用于拉条具有刚性能够保证外壳与水轮轴辊之间的稳固性，而且还具有一定的减震效果。所水轮叶片之间焊接固定有加强杆，用于保证水轮叶片的稳固性。所水轮叶片=之间焊接固定有加强杆=，用于保证水轮叶片的稳固性。

进水通道的出水口的横断面为扁平长条状结构，其中，出水口的长度略小于水平叶片的长度，用于扁平长条状结构能够使增压后饿水流均匀冲击水轮叶片，不仅能够调高水轮叶片的转动效率，而且能够防止水轮叶片被水流冲击后易损坏。蓄水槽内可添加水或环保防冻不易蒸发型液体。蓄水槽内可添加水或环保防冻不易蒸发型液体。

2.4 工作原理

现将蓄水槽内添加一定量的水或环保防冻不易蒸发型液体，启动水泵，水泵通过输水管向进水通道注水，通过调节进水通道的阀门能够调节进水通道的水压，进而能够调节水轮的转速，水流冲击水轮叶片转动，水轮转动，水轮带动外壳转动，外壳带动转子转动，转子绕定子转动，产生电流，同时由于水轮叶片与水轮 轴辊构成若干个水流槽，水流槽转动后，由于水落差产生杠杆力，向水轮进一步加力，调高水轮的转速，具有节能效果，相比直接水流冲击水轮叶片能够使得提高水轮转速，进而提高发电量。

2.5 有益效果

能够通过水泵增压后吸取蓄水槽的水冲击水轮，水轮带动发电机转动进行 发电，冲击水轮后的水由于水轮位于蓄水槽内，直接从水轮下端流入蓄水槽内，不仅实现水循环利用，避免了水资源浪费，而且能够防止破坏生态环境，实现节能减排、环保的目的。通过水流冲击水轮叶片，实现水轮转动，同时相邻水轮叶片与环形板构成水流槽，水流槽收集水流在转动过程中由于水落差产生杠杆力，进一步向水轮加力，提高水轮转速，实现高效节能的目的。

可放置在室内或室外全天候发电，不仅不受气候影响，可以避免在北方地区冬季水面结冰，或出现暴雨或洪水的情况，无法正常发电，降低发电效率，而且不受地理位置影响，在没有水流的情况下依旧能够正常发电，适用性较高;同时全天候发电，具有较高的经济效益。

发电方式与现有水轮发电装置的发电方式不同，现有的发电方式为：水轮带动转轴转动，转轴通过联轴器或传动机构带动转子在定子内转动，进行发电，而本技术的发电方式为：水轮与外壳固定，外壳与转子固定，转子套接在定子外，定子通过安装轴固定，通过转子在定子外绕定子转动，直接进行发电，而不需要通过联轴器或传动机构等与发电机的输入端连接，减少了零部件，降低了生产制造成本，另外，相比现有水轮发电装置的发电方式，能够避免转轴受力不均，使用时间久后易损坏，降低使用寿命 ，由于发电机安装在水轮内腔，能够减少占地空间。

3.管路对接密封式自散热的节能型水轮发电设备

本技术的目的在于提供一种管路对接密封式自散热的节能型水轮发电设备，以解决无法稳定便捷的让使用者对所需对接的预设管路进行密封式的便捷拆装工作，同时导致其使用过程中易出现液体泄露的现象，在受力转动生电的过程中 会产生大量的热能，其无法实现自散热的工作效果，长期受热的情况下易导致装置的整体使用寿命降低的问题。

3.1 技术方案

一种管路对接密封式自散热的节能型水轮发电设备，包括基体、水轮轴叶片、进液通管、对接管道、安装块和连接块，基体的内端轴承连接有水轮轴叶片，且基体的外端内侧螺栓安装有固定块，并且水轮轴叶片的轴端固定连接有散热螺旋片，基体的下端贯穿安装有进液通管，且进液通管外端嵌套安装有对接管道，并且对接管道的外端固定连接有限位块，进液通管的内端开设有对接槽，且对接槽的外端开设有暗槽，并且暗槽与进液通管的内端相连接，对接管道的内表面轴承连接有传动齿轮，且传动齿轮的轴端固定连接有牵引绳，并且牵引绳与进液通管 和基體的内表面相连接，基体的前端固定连接有固定杆，且固定杆的外端嵌套安装有活动套件，并且活动套件的外端固定连接有连接块，活动套件的中端内侧粘接连接有固定气囊，且固定气囊与对接管道的外侧相连接，固定杆的外侧开设有滑槽，且滑槽的内侧固定连接有第二复位弹簧，并且第二复位弹簧的外端与活动套件相连接，进液通管的外表面固定连接有安装块，且安装块与固定气囊的外端相连接，基体的外侧开设有导向槽，且导向槽的内侧轴承连接有活动块，并且活动块与活动套件的外侧相连接。

固定块设置有第一复位弹簧和导热块，且固定块的内端嵌套安装有第一复位弹簧，并且第一复位弹簧的内侧贯穿安装有导热块，同时导热块与固定块的内侧相连接。导热块为铜材质，且导热块关于散热螺旋片的中心点等角度分布，并且导热块通过第一复位弹簧与固定块的内侧构成伸缩结构，同时导热块的外表面与基体的外表面相贴合。对接管道的外端等角度设置有限位块，且对接管道通过限位块与进液通管的内端构成拆卸安装结构。暗槽侧视呈圆弧状结构，且暗槽与对接槽相接通，并且对接槽通过限位块与暗槽构成卡合结构，同时限位块的内端与传动齿轮之间相互啮合。活动套件通过第二复位弹簧与固定杆的外端构成伸缩结构，且活动套件的外表面与进液通管和对接管道构成嵌套结构，并且活动套件通过牵引绳与传动齿轮构成滑动结构。

固定气囊与活动套件的内端为粘接连接，且固定气囊的外表面分别与安装块、进液通管和对接管道外表面相贴合。活动块设置有连接轴和扭力弹簧，且活动块的中端贯穿安装有连接轴，并且连接轴的外端固定连接有扭力弹簧，同时扭力弹簧与活动块的内端相连接。活动块俯视呈曲折状结构，且活动块通过扭力弹簧与导向槽的内侧构成弹性结构，并且活动块的外端与活动套件的外端构成卡合结构。

3.2 技术原理示意图

3.3 具体实施方法

在使用该管路对接密封式自散热的节能型水轮发电设备时，首先将该装置放置在需要进行工作的位置，当使用者需要对外接对接管道进行安装时，只需手持其通过外端等角度分布的限位块沿着进液通管边端的对接槽进行嵌套对接工作，待其位置确定后，即可手持其进行定向角度旋转，此时限位块将稳定的沿着暗槽进行卡合对接工作，同时其内端将接触到传动齿轮，进而使得传动齿轮受力进行角度转动带动轴端的牵引绳进行收卷工作，此时与牵引绳末端对接的活动套件将随之受力沿着固定杆的外侧向内活动，对进液通管和对接管道的外端进行自动嵌套二次对接工作，让使用者操作便捷的同时，进一步的加强了装置的对接稳定性。

在活动套件受力拉伸第一复位弹簧内移的同时，其外端对接的连接块将随之对接触到的曲折状活动块进行定向挤压，使其受力收卷扭力弹簧转动， 直至对活动套件外卡合端实现自限位的工作效果，同时内移的活动套件将配合进液通 管外端的安装块对固定气囊挤压，使其发生形变，进而对进液通管与对接管道之间的缝隙处进行填充工作，保证了装置对接过程中的密封性。

基体内端的水轮轴叶片2传动端工作过程中产生的热量，将稳定的沿着贴合接触的铜材质导热块进行热传导工作，同时装置本体内置的输出轴进行传动工作的过程中，可稳定的带动外端的散热螺旋片随之进行圆周转动，进而对输出的热量稳定的进行散发工作，避免其传动端受热过大，增加了整体的实用性。

3.4 有益效果

设置有嵌套安装的对接管道，让使用者操作便捷的同时，进一步的加强了装置的对接稳定性;设置有贴合安装的固定气囊，保证了装置的对接密封性;设置有等角度分布的导热块，避免其传动端受热过大，保证了装置的使用寿命。

4.结语

随着科学技术日新月异的发展，人们对电力的需求越来越大。相比较而言，燃煤发电会污染环境，核电站存在由地震导致核事故发生的可能，光伏发电易受天气的影响，导致发电不稳定，风力发电同样受气候影响较大，而水力发电最清洁、安全，相对光伏发电和风力发电要更稳定。而水轮发电机作为水力发电机的重要一环，对于其更新改造不断加强，为提高其性能而不断研发，为社会做出更好的贡献。

参考文献：

[1]彭凌云. 水轮发电机设计优化方案[J].《黑龙江科学》， 2020年

[2]汪淼，张培毅，刘晓日.基于水轮发电的管道自驱动测温系统的试验研究[J].《节能》， 2019年