本發(fā)明涉及水利發(fā)電，具體涉及循環(huán)式二級增能水利發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在水利發(fā)電這一至關(guān)重要的領(lǐng)域，不斷提升發(fā)電效率、優(yōu)化資源利用始終是行業(yè)追求的核心目標(biāo)。當(dāng)前，傳統(tǒng)水利發(fā)電系統(tǒng)雖然應(yīng)用廣泛，但其存在的諸多問題嚴(yán)重制約了行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，亟待解決。

2、如專利cn222316526u公開了一種雙發(fā)電機的水力發(fā)電設(shè)備，此方案在水輸送環(huán)節(jié)，未對水流阻力進(jìn)行有效管控，管道摩擦、局部阻力致使大量能量損耗。從流體力學(xué)角度分析，水流在管道中流動時，管壁粗糙度、管道結(jié)構(gòu)等因素會增加水流的沿程阻力與局部阻力，造成壓力能損失，使到達(dá)水輪機的水流能量大幅降低，進(jìn)而影響水輪機的輸入功率。在機械能向電能轉(zhuǎn)化過程中，該設(shè)備同樣缺乏優(yōu)化設(shè)計。水輪機葉片設(shè)計未充分考慮水流動力學(xué)特性，導(dǎo)致水流沖擊葉片時能量分散，無法高效轉(zhuǎn)化為機械能；發(fā)電機內(nèi)部電磁轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，因磁路與繞組設(shè)計欠佳，存在較大的磁滯損耗與銅損，降低了電能轉(zhuǎn)換效率。此外，水輪機與發(fā)電機耦合不佳，動力傳遞過程存在機械能損失，進(jìn)一步限制了整體發(fā)電效率。

3、綜上所述，研發(fā)一種不受自然條件過度制約、高效節(jié)能、對環(huán)境友好且能循環(huán)利用水資源的水利發(fā)電系統(tǒng)意義重大，這也正是本循環(huán)式二級增能水利發(fā)電系統(tǒng)著力解決的關(guān)鍵問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述問題，提供循環(huán)式二級增能水利發(fā)電系統(tǒng)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、循環(huán)式二級增能水利發(fā)電系統(tǒng)，包括循環(huán)水池、水增壓輸送組件、水輪發(fā)電組件、回水導(dǎo)流組件以及輔助組件。循環(huán)水池的出水口通過管道與水增壓輸送組件的進(jìn)水口密封連接，水增壓輸送組件的出水口與水輪發(fā)電組件的進(jìn)水口剛性連接，水輪發(fā)電組件的出水口通過回水導(dǎo)流組件與循環(huán)水池的回水口形成閉環(huán)連接。

4、循環(huán)水池在整個系統(tǒng)中扮演著不可或缺的水源供應(yīng)與循環(huán)樞紐角色。一方面，它負(fù)責(zé)儲存足量的水，為系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運行提供基礎(chǔ)保障，源源不斷地為其他組件供應(yīng)所需水源。另一方面，它接收回水導(dǎo)流組件回流的水，實現(xiàn)水的循環(huán)利用，維持系統(tǒng)內(nèi)的水量平衡，確保整個發(fā)電系統(tǒng)能夠持續(xù)穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)。

5、水增壓輸送組件是系統(tǒng)的動力輸送核心單元，承擔(dān)著提升水壓和輸送水流的關(guān)鍵任務(wù)。它從循環(huán)水池中抽取水，通過一系列設(shè)備將水增壓，使其具備足夠的能量驅(qū)動后續(xù)發(fā)電過程。經(jīng)過增壓的水被穩(wěn)定地輸送至水輪發(fā)電組件，為水能轉(zhuǎn)化為電能提供動力來源，是實現(xiàn)高效發(fā)電的重要環(huán)節(jié)。

6、進(jìn)一步地，水增壓輸送組件包括潛水泵、真空壓力罐、輸水管以及高壓水管。潛水泵通過法蘭底座固定于循環(huán)水池底部；輸水管的兩端分別通過法蘭、螺栓以及石棉橡膠墊片組成的密封結(jié)構(gòu)與潛水泵的出水口和真空壓力罐的進(jìn)水口相連；高壓水管兩端分別與真空壓力罐的出水口以及水輪發(fā)電組件相連。

7、真空壓力罐包括立式壓力容器，其底部焊接有四個均布的支撐支腳，右側(cè)通過螺紋固定連接有壓力傳感器。高壓水管上安裝有閘閥，閘閥通過屏蔽電纜與真空壓力罐上的壓力傳感器形成信號回路。

8、潛水泵通過法蘭底座穩(wěn)固地固定于循環(huán)水池底部，這種安裝方式既保證了其運行時的穩(wěn)定性，又便于從循環(huán)水池底部吸水。它將循環(huán)水池中的水抽出并增壓，為后續(xù)的發(fā)電過程提供具有一定壓力的水流，是整個系統(tǒng)水流動力的初始來源。并且，采用一用一備的配置模式，確保了系統(tǒng)能夠24小時不間斷運行，有效提升了系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。

9、真空壓力罐主要由立式壓力容器、支撐支腳和壓力傳感器構(gòu)成。立式壓力容器用于儲存潛水泵輸送來的水，并通過壓縮內(nèi)部空氣進(jìn)一步提升水壓，使水獲得更高的能量，為驅(qū)動水輪發(fā)電組件提供更強的動力。支撐支腳焊接在立式壓力容器底部，均勻地分散罐體重量，保證設(shè)備在各種工況下都能穩(wěn)固地放置。壓力傳感器安裝在真空壓力罐右側(cè)，它實時監(jiān)測罐內(nèi)壓力變化，并將壓力信號傳輸給控制系統(tǒng)，進(jìn)而控制閘閥的開啟和關(guān)閉，精確調(diào)節(jié)水流的輸出壓力和流量，確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和高效性。

10、進(jìn)一步地，輸水管兩端分別通過由法蘭、螺栓以及石棉橡膠墊片組成的密封結(jié)構(gòu)，緊密連接潛水泵的出水口和真空壓力罐的進(jìn)水口。

11、水輪發(fā)電組件作為系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化關(guān)鍵組件，實現(xiàn)了從水能到電能的轉(zhuǎn)換。它利用水增壓輸送組件提供的高壓水流沖擊水輪機，使水輪機運轉(zhuǎn)，將水能轉(zhuǎn)化為機械能。然后，通過與發(fā)電機的連接，將機械能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電能輸出，是整個發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生電力的核心部分。

12、水輪發(fā)電組件包括封閉式水輪機和發(fā)電機組件。封閉式水輪機通過地腳螺栓固定在支撐平臺上；封閉式水輪機的進(jìn)水口與水增壓輸送組件的高壓水管連接；封閉式水輪機通過聯(lián)軸器與發(fā)電機組件相連。

13、進(jìn)一步地，封閉式水輪機包括水輪機外殼、轉(zhuǎn)輪以及傳動輪。轉(zhuǎn)輪可轉(zhuǎn)動地固定在水輪機外殼的內(nèi)部；傳動輪安裝在水輪機外殼的外側(cè)。

14、轉(zhuǎn)輪可轉(zhuǎn)動地固定在水輪機外殼內(nèi)部，是實現(xiàn)水能向機械能轉(zhuǎn)化的核心部件。當(dāng)高壓水從水增壓輸送組件的高壓水管進(jìn)入封閉式水輪機后，直接沖擊轉(zhuǎn)輪。轉(zhuǎn)輪在水流的沖擊力作用下開始高速轉(zhuǎn)動，將水的動能轉(zhuǎn)化為自身的機械能，為后續(xù)的發(fā)電過程提供動力來源。

15、傳動輪安裝在水輪機外殼外側(cè)，它與轉(zhuǎn)輪相連，隨著轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。進(jìn)一步地，發(fā)電機組件包括發(fā)電機、以及底座。發(fā)電機固定安裝在底座上；固定在發(fā)電機的動力輸出軸上，并與聯(lián)軸器一端相連接。

16、進(jìn)一步地，回水導(dǎo)流組件包括回水管、濾網(wǎng)以及流量調(diào)節(jié)閥。回水管一端焊接于水輪機外殼的出水口，另一端連接循環(huán)水池；濾網(wǎng)安裝在回水管與循環(huán)水池的連接處；流量調(diào)節(jié)閥安裝在回水管上。

17、進(jìn)一步地，輔助組件包括聯(lián)軸器與支撐平臺，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了重要保障。聯(lián)軸器連接封閉式水輪機的傳動輪和發(fā)電機組件的，在傳遞動力的同時，能夠緩沖設(shè)備運行過程中產(chǎn)生的震動和沖擊。這不僅保護(hù)了設(shè)備的關(guān)鍵部件，延長設(shè)備使用壽命，還能確保動力傳輸?shù)姆€(wěn)定性，避免因震動和沖擊導(dǎo)致動力損失或設(shè)備故障，保證機械能能夠高效地從水輪機傳遞至發(fā)電機。

18、支撐平臺用于固定封閉式水輪機和發(fā)電機組件，承受設(shè)備的重量和運行時產(chǎn)生的作用力。它為設(shè)備提供了穩(wěn)定的安裝基礎(chǔ)，確保設(shè)備在運行過程中保持精確的相對位置和姿態(tài)，避免設(shè)備位移或晃動對發(fā)電效率產(chǎn)生負(fù)面影響，保障系統(tǒng)穩(wěn)定、高效地運行。

19、本發(fā)明的優(yōu)點在于：

20、1、本發(fā)明構(gòu)建了完備且高效的水循環(huán)回路，循環(huán)水池、水增壓輸送組件、水輪發(fā)電組件、回水導(dǎo)流組件緊密配合。循環(huán)水池能儲存并循環(huán)利用水資源，減少對外部水源的依賴。在二級增能方面，水增壓輸送組件是關(guān)鍵，潛水泵先將水提升到一定高度，初步增加勢能，隨后水進(jìn)入真空壓力罐，罐內(nèi)真空的壓力環(huán)境使水進(jìn)一步增壓。當(dāng)高壓水流沖擊水輪機轉(zhuǎn)輪時，相較于傳統(tǒng)方式釋放出更多能量。水輪機高效地將水能轉(zhuǎn)化為機械能，再經(jīng)發(fā)電機組件轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)了能量的高效傳遞與轉(zhuǎn)化，經(jīng)測試，本發(fā)明減少了能量在傳輸和轉(zhuǎn)換過程中的損耗，提升了發(fā)電效率。

21、2、本發(fā)明中，輔助組件中的支撐平臺為封閉式水輪機和發(fā)電機組件提供穩(wěn)固支撐，確保設(shè)備在運行過程中保持穩(wěn)定的相對位置和姿態(tài)；聯(lián)軸器不僅實現(xiàn)動力傳遞，還能緩沖震動和沖擊，保護(hù)設(shè)備關(guān)鍵部件。回水導(dǎo)流組件中的濾網(wǎng)過濾雜質(zhì)，流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)回水流量，維持系統(tǒng)內(nèi)水循環(huán)穩(wěn)定。真空壓力罐的壓力傳感器與高壓水管上的閘閥形成信號回路，可根據(jù)罐內(nèi)壓力精確調(diào)節(jié)水流輸出，使系統(tǒng)能適應(yīng)不同工況。一用一備的潛水泵配置保證了系統(tǒng)24小時不間斷運行。