CN103452740A - 置于污水管道内部的液力透平发电装置 - Google Patents

置于污水管道内部的液力透平发电装置 Download PDF

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史广泰
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Abstract

置于污水管道内部的液力透平发电装置，涉及污水利用,它主要包括：电机(19)、法兰(22)、引流壳(23)、叶轮(25)、进水室(26)、旋转轴(27)、电缆(28)、导叶(37)、圆柱环(41)、密封圈(42)、污水管道(43)等，该液力透平利用输送到总污水管的高层建筑的居民生活污水和雨水，以及地势较高地区的污水和雨水具有的势能来工作，进而带动发电机发电，将发电机产生的电能输送到控制箱，经过稳压后可供路灯用电及照明使用。该装置适合于有较多高层建筑且地势复杂的城市使用。

Description

置于污水管道内部的液力透平发电装置
技术领域
本发明涉及污水及雨水势能的利用和透平的技术领域，特别是适合高层建筑和地势复杂的山区城市的污水和雨水本身具有的势能利用。
背景技术
随着经济的发展，社会的进步，城市中的高层建筑越来越多，因此，居民生活产生的污水也越来越多，且这些污水从高处流下时具有势能。特别是在一些山区城市，由于地势复杂，产生的污水和雨水从高处流下时也具有势能，而这些能量都被浪费掉，目前关于这些能量利用的文献极少，更无实际利用。
发明内容
本发明的目的是利用液力透平来高效利用高层建筑和地势复杂的山区城市产生的污水和雨水的势能，将势能转换成电能。
本发明是置于污水管道内部的液力透平发电装置，有一个液力透平12，楼层污水管5与第一高层建筑污水管4相接，第一高层建筑污水管4、第二高层建筑污水管6和路面下水道2以及泄流管13与总污水管1相接，过滤器3置于第一高层建筑污水管4与楼层的交界处，且其相接处分别为液力透平12的进出口，在液力透平12的进口处安装控制阀9，在泄流管13的中部安装调节阀11，在液力透平12的进出口分别安装第一压力表10、第二压力表14，控制箱7通过电缆8与液力透平12中的电机19相连，液力透平12通过圆柱环41和密封圈42将其固定于污水管43之中，前盖板40和后盖板39为叶轮25的前后盖板，叶轮25和导叶37一起构成过流部件，旋转轴27和电机的旋转轴通过法兰22连接在一起。
本发明的有益效果是：
1、对污水和雨水具有的势能加以利用，实现了能量的有效利用，且可解决居民一部分的用电需求；
2、由于液力透平12安装于污水管内，无需建立专门的机房；
3、液力透平12与电机一起在液体之中工作，视觉效果好；
4、本发明的导叶出口边和叶轮进口边平行，且叶轮为混流式叶轮，对导叶流道的弯曲程度要求小，易于制造；
5、由于叶轮进口安放角较大，所以叶轮的摩擦损失小，效率高。
附图说明
图1为本发明液力透平发电装置示意图，图2为液力透平结构图，图3为过水部件结构图，图4为液力透平安装图，图5为叶轮进出口速度三角形。
具体实施方式
 如图1所示，本发明是置于污水管道内部的液力透平发电装置，有一个液力透平12，楼层污水管5与第一高层建筑污水管4相接，第一高层建筑污水管4、第二高层建筑污水管6和路面下水道2以及泄流管13与总污水管1相接，过滤器3置于第一高层建筑污水管4与楼层的交界处，且其相接处分别为液力透平12的进出口，在液力透平12的进口处安装控制阀9，在泄流管13的中部安装调节阀11，在液力透平12的进出口分别安装第一压力表10、第二压力表14，控制箱7通过电缆8与液力透平12中的电机19相连，液力透平12通过圆柱环41和密封圈42将其固定于污水管43之中，前盖板40和后盖板39为叶轮25的前后盖板，叶轮25和导叶37一起构成过流部件，旋转轴27和电机的旋转轴通过法兰22连接在一起。
如图1所示，利用液力透平12对污水进行循环利用，主要是将高层楼宇中产生的生活污水和地势较高地区的污水和雨水收集到一起，利用这些液体的势能来发电。
如图2所示，本发明的液力透平12的旋转轴27和电机19的旋转轴通过法兰22连接使其一起旋转，且液力透平12与电机19一起安装于污水管43内部。
如图2所示，本发明的液力透平12主要用于地势复杂的山区城市，扬程介于20m-40m之间，取液力透平12的叶轮级数为两级，对于有更大扬程的情况，可增加叶轮级数进而达到增加扬程的目的；叶轮25为混流式叶轮。
如图3所示，液力透平12的叶轮进口35的前盖板40和后盖板39的进口为圆形；导叶进口等于，导叶出口边和叶轮进口边平行。
如图4所示，本发明的液力透平12安装于污水管43内部，在液力透平12的进口通过螺柱和螺母使其与污水管43相连，且螺柱和液力透平12的进口为一整体，而在液力透平12的出口处通过一有螺纹的圆柱环41将液力透平12的出口部分固定，且在圆柱环41和液力透平12之间安装一密封圈42。
如图5所示，叶轮25的叶片进口安放角β2=90°，叶轮25的叶片出口安放角由以下公式计算：
Figure 143708DEST_PATH_IMAGE001
,
其中Vm3表示叶轮出口处的轴面速度，
Figure 354241DEST_PATH_IMAGE002
，
QT表示通过叶轮的流量，F03表示叶轮出口处的过水断面面积，Ψ 3 表示排挤系数；u3表示叶轮出口处的圆周速度，
Figure 958529DEST_PATH_IMAGE003
，
D3表示叶轮出口处的直径；V3表示叶轮出口处的绝对速度，α 3 表示叶轮出口处的圆周速度和绝对速度的夹角。
    如图5所示，液力透平12从导叶进口到出口，污水所具有的势能转化为动能，导叶出口绝对速度V1大于导叶进口绝对速度V0，从而产生速度环量 
Figure 37343DEST_PATH_IMAGE004
，其中D1表示导叶出口处的直径，β1表示导叶出口角，且在导叶出口和叶轮进口处有：
Figure 410687DEST_PATH_IMAGE005
，r1表示叶轮进口处的半径。因此，环量的形成将使叶轮转动。
本发明的工作过程如下：
1、开启阀9和阀11，在液力透平12工作后，慢慢关闭阀11，使液力透平12在最优工况附近运行，同时记录液力透平12进出口处的压力。
    2、从导叶进口到出口，污水所具有的势能转化为动能，导叶出口绝对速度V1大于导叶进口绝对速度V0，从而产生速度环量
Figure 57700DEST_PATH_IMAGE006
，其中D1表示导叶出口处的直径，β1表示导叶出口角，且在导叶出口和叶轮进口处有：
Figure 8339DEST_PATH_IMAGE005
，r1表示叶轮进口处的半径。因此，环量的形成将使叶轮转动。
3、液力透平12工作后，在控制箱中对机组进行检测，当污水量小于液力透平12的额定流量时，关闭阀11，使流过液力透平12的流量增加，而当污水量超过液力透平12的最大流量时，开启阀11，使一部分污水从泄流管13流向下游。
4、定期对过滤器3中的固体废弃物进行处理，以防堵塞污水管。

Claims (4)

1.置于污水管道内部的液力透平发电装置，有一个液力透平（12），其特征在于楼层污水管（5）与第一高层建筑污水管（4）相接，第一高层建筑污水管（4）、第二高层建筑污水管（6）和路面下水道（2）以及泄流管（13）与总污水管（1）相接，过滤器（3）置于第一高层建筑污水管（4）与楼层的交界处，且其相接处分别为液力透平（12）的进出口，在液力透平（12）的进口处安装控制阀（9），在泄流管（13）的中部安装调节阀（11），在液力透平（12）的进出口处分别安装第一压力表（10）、第二压力表（14），控制箱（7）通过电缆（8）与液力透平（12）中的电机（19）相连，液力透平（12）通过圆柱环（41）和密封圈（42）将其固定于污水管（43）之中，前盖板（40）和后盖板（39）为叶轮（25）的前后盖板，叶轮（25）和导叶（37）一起构成过流部件，旋转轴（27）和电机的旋转轴通过法兰（22）连接在一起。
2.根据权利要求1所述的置于污水管道内部的液力透平发电装置，其特征在于所述的液力透平（12）的进口通过螺柱和螺母使其与污水管（43）相连，且螺柱和液力透平（12）的进口为一整体，而在液力透平（12）的出口处通过一有螺纹的圆柱环（41）将液力透平（12）的出口部分固定，且在圆柱环（41）和液力透平（12）之间安装一密封圈（42）。
3.根据权利要求1所述的置于污水管道内部的液力透平发电装置，其特征在于所述的液力透平（12）的叶轮进口的前盖板（40）和后盖板（39）的进口为圆形；导叶进口等于90°
，导叶（37）的出口边和叶轮（25）的进口边平行，叶轮（25）的叶片进口安放角β2=90°，叶轮（25）的叶片出口安放角由下式计算：
Figure 225310DEST_PATH_IMAGE001
，
其中Vm3表示叶轮出口处的轴面速度，
，
QT表示通过叶轮的流量，F03表示叶轮出口处的过水断面面积，Ψ 3 表示排挤系数；u3表示叶轮出口处的圆周速度，
Figure 617425DEST_PATH_IMAGE003
，D3表示叶轮出口处的直径；V3表示叶轮出口处的绝对速度，α 3 表示叶轮出口处的圆周速度和绝对速度的夹角。
4.根据权利要求1所述的置于污水管道内部的液力透平发电装置，其特征在于所述的液力透平（12）与电机（19）一起安装于污水管（43）的内部，扬程介于20m-40m之间，取液力透平（12）的叶轮级数为两级，叶轮（25）为混流式叶轮。
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