一种水伏发电机用分级防塞低压管道系统构筑方法

摘要

本发明提供一种水伏发电机用分级防塞低压管道系统构筑方法，将顶端贮水区到最底部出水口的区域划分为多个发电单元，在每个发电单元中分别设置顶部贮水区、水伏发电机、低压区、缩口水道、防塞管道与防水固定层，获得水伏发电机用分级防塞低压管道系统。本发明所构筑的分级防塞低压管道系统能够多级次利用水的重力势能，形成电能的多级输出；利用水流速度的差异形成低压区提升发电效率；避免某一水伏发电机发生堵塞产生的一系列问题。

说明书

技术领域

本发明涉及水伏发电机系统构筑领域，尤其是一种水伏发电机用分级防塞低压管道系统构筑方法。

背景技术

水力发电机组作用是将河川、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，经水轮机推动发电机发电，具体的过程为：在水流的冲击作用下，水轮机开始旋转，将水的位能转换为机械能；水轮机又带动同轴相连的发电机旋转，在励磁电流的作用下，旋转的转子带动励磁磁场旋转，发电机的定子绕组切割励磁磁力线在其中产生感应电动势，在输出电能的同时会在转子上产生一个与其旋转方向相反的电磁制动转矩。由于水流不间断地作用于水轮机，水轮机从水流中获得的旋转力矩用于克服电机转子上产生的电磁制动转矩，当两个力矩达到平衡时，水力发电机组将以某一恒定的转速运转，稳定地发出电力，实现能量的转换。水力发电机组一般由水轮机、发电机、调速器、励磁系统、冷却系统和电站控制设备等组成。常用的水轮机有冲击式和反击式两种，发电机大部分采用同步发电机，其转速较低，一般均在750r/min以下，磁极数较多，结构尺寸和重量都较大。小型水力发电机的冷却主要采用空气冷却，以通风系统向发电机定、转子以及铁心表面进行冷却。但随着单机容量的增长，定、转子的热负荷不断提高，为了在一定转速下提高发电机单位体积的输出功率，大容量水力发电机采用了定、转子绕组直接水冷的方式。传统的水能利用模式受自然条件的限制大，容易被地形、气候等外部因素所影响，大型设施设备的建造和使用容易导致生态破坏和成本提升。

材料是门古老而又充满活力的新学科，为水能利用带来了新的途径。纳米材料具有显著的量子效应和表面效应，可与各种形式的水发生耦合而输出显著的电信号，如石墨烯可通过双电层的边界运动将拖动和下落水滴的能量直接转化为电能、也可将海水波动能转化为电能。碳黑等纳米结构材料可通过大气环境下无所不在的水的自然蒸发，持续产生伏级的电能。这类直接转化水能为电能的现象称为“水伏效应”。水伏效应为全链条式捕获地球水循环的水能开辟了全新的方向，提升了水能利用能力。水伏效应的研究刚刚起步，需要开发应用环境多样化、能量转化高效、发电成本低廉的新材料、新器件与新系统。

发明内容

本发明提出一种水伏发电机用分级防塞低压管道系统构筑方法，充分将水的势能转化为电能，用以提升水伏发电机系统发电效率与稳定性。

本发明采用如下技术方案：

一种水伏发电机用分级防塞低压管道系统构筑方法，包括如下步骤：

(1)将顶端贮水区到最底部出水口的区域划分为多个发电单元；

(2)在每个发电单元中分别设置顶部贮水区、水伏发电机、低压区、缩口水道、防塞管道与防水固定层，获得水伏发电机用分级防塞低压管道系统。

步骤(1)中的发电单元的数量与顶端到底端的距离、发电单元的大小相关，发电单元整体高度为0.2-6m。

步骤(2)中的顶部贮水区位于每个发电单元中水伏发电机的顶部，其上面为上一发电单元的缩口水道，其间的空间通过防塞管道互联，气压为大气压。

步骤(2)中的水伏发电机为氧化铝基或者碳基水伏材料构筑的发电装置，发电装置高度为0.1-4.5m，能够利用毛细水流的定向移动产生流动电势，获得输出电能的能力。

步骤(2)中的低压区位于水伏发电机与缩口水道之间，低压区的形成原因为下方缩口水道流出的水流速度远高于上方水伏发电机毛细水流的流入速度，低压区形成后可促进毛细水流通过水伏发电机的速度，从而提升发电效率。

步骤(2)中的缩口水道中段存在孔洞用于水流向下泄放，缩口的形状设计更有利于形成低压区，孔洞的直径与管道直径比为1∶10-1∶100，缩口水道的斜度为10°-85°。

步骤(2)中的防塞管道具有进水口与出水口，分别连通各个发电单元，防止某一水伏发电机发生堵塞导致的一系列问题。

本发明具有如下优势：

(1)本发明所构筑的分级防塞低压管道系统能够多级次利用水的重力势能，形成电能的多级输出。

(2)本发明所构筑的分级防塞低压管道系统能够利用水流速度的差异形成低压区，低压区可促进毛细水流通过水伏发电机的速度，从而提升发电效率。

(3)本发明所构筑的分级防塞低压管道系统能够避免某一水伏发电机发生堵塞产生的一系列问题。

(4)本发明方法实现简单，实用性强，可推广性好。

附图说明

图1为分级防塞低压管道结构示意图，1为顶端贮水区，2为水伏发电机，3为引出电极，4为缩口水道，5为防水固定层，6为防塞管道，7为低压区。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

(1)将质量比为1∶10∶4∶20的乙基纤维素、氧化铝纳米颗粒、氧化铝纳米纤维与无水乙醇中混合并加热搅拌，温度为80℃，时间为2小时，获得均匀的浆料，氧化铝纳米颗粒平均尺寸为100nm，氧化铝纳米纤维直径为20nm，长度为20-200μm。

(2)将浆料放入顶端开口的立方体状的氧化铝陶瓷模型中，在两端安置并固定好石墨烯基折叠电极，石墨烯薄膜的厚度为100nm，电极呈折叠状，折叠电极相邻顶点间距为10mm，电极整体的长度与宽度对应于氧化铝陶瓷模型的内部长度与内部宽度，折叠电极具有引出端，用于电能输出。

(3)将填满浆料的氧化铝陶瓷模型放入马弗炉中，在空气氛围中退火，温度为370℃，时间为2小时，自然冷却至室温，得到氧化铝基水伏发电机功能区。

(4)将氧化铝基水伏发电机功能区取出，除顶端及底端外，在功能区四周涂覆硅酮密封胶，防止水分子从四周渗出。

(5)将顶端贮水区到最底部出水口的区域划分为3个发电单元，每个发电单元高为1m。

(6)每个发电单元中水伏发电机的顶部设置为贮水区，其上面为上一发电单元的缩口水道，其间的空间通过防塞管道互联，气压为大气压。

(7)缩口水道中段存在孔洞用于水流向下泄放，孔洞的直径与管道直径比为1∶50，缩口水道的斜度为60°。

(8)低压区位于水伏发电机与缩口水道之间，低压区的形成原因为下方缩口水道流出的水流速度远高于上方水伏发电机毛细水流的流入速度，低压区形成后可促进毛细水流通过水伏发电机的速度，从而提升发电效率。

(9)防塞管道具有进水口与出水口，分别连通各个发电单元，防止某一水伏发电机发生堵塞导致的一系列问题。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。