CN104500312B - 一种管道水能回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管道液体压力能回收的装置。它包括蜗形室和引流室，在蜗形室的蜗壳上固定引流室，在机壳上安装转轴，转轴一端连接转轮，另一端驱动发电机，在引流室内沿圆周方向均布若干引流腔，引流腔即是流体流过的流道，流道分为前段流道和后段流道，前段流道面积渐缩，与蜗形室相通，后段流道面积不变，与转轮相通；转轮的出水口连接泄水管。本发明具有的有益效果是：该减压装置安装有蜗形室和引流室，在有效降低管道压力的同时，可高效回收管道中流体的压力能，能量回收效率≥65％。

Description

一种管道水能回收装置

技术领域

一种管道水能回收装置，涉及管道液体压力能回收的装置。

背景技术

目前，在公开的文献资料中，在水管道上安装水能回收装置来发电的很多，该水能回收装置的主要部件是转轮，通过水流冲击转轮转动，从而带动发电机发电。该类装置对于某些压力较高、流量较大的管道，能量回收效率较高，是比较合适的。但是在管道直径较小(管径50～100mm)、液体压力能较小(水头20～80m)的情况下，会损失较多的能量，回收效率较低，一般小于50％。

发明内容

本发明要解决的问题就是针对以上不足而提供一种用于小管径、低水头的压力管道上，能有效减压、能量回收率高的装置。其技术方案如下：

一种管道水能回收装置，其关键技术在于包括蜗形室和引流室，在蜗形室的蜗壳上固定引流室，在机壳上安装转轴，转轴一端连接转轮，另一端驱动发电机，在引流室内沿圆周方向均布若干引流腔，引流腔即是流体流过的流道，流道分为前段流道和后段流道，前段流道面积渐缩，与蜗形室相通，后段流道面积不变，与转轮相通；转轮的出水口连接泄水管。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、该减压装置安装有蜗形室和引流室，工作时，高压流体通过管道进入一个面积减缩的蜗形室中，这样可使进入引流室的流体分布更均匀。利用蜗形室和引流室把液体所具有的压力能转换为高速流动的速度能。液体离开引流室之后，流入转轮流道，依据叶栅理论，将水流的高速动能转换为转轮的旋转机械能，在有效降低管道压力的同时，可高效回收管道中流体的压力能，和同步发电机直联，通过转轴带动发电机发电。实验正常运行发电300天左右，能量回收效率≥65％。如果采用异步发电机发电，将工作转轮转速降低为1530r/min 或更低时，能量回收效率可进一步提高，可达70％左右。

2、引流室内流道分为两段，前段为面积渐缩流道，流体通过该段流道时，随着流道面积的不断减小，根据贝努利方程，流体流动速度不断增加；后段流道面积不变，宽度方向为平行结构，主要起稳流和引流作用，保证液体以正确的角度进入转轮内。

3、本发明主要适用于高层建筑的采暖等供回水管路上压力能的回收，但不限于此。装置内部流动工质为供暖回水或清水。本发明适用于水头比较低(20～120m，优选为60m，80m，100m和120m)，管道直径比较小(50～150mm)，流量比较小(50～150m³/h，优选流量段主要有50m³/h，100m³/h和150m³/h)，流量范围较宽，发电功率小(10kW左右)的场合。

4、本发明结构紧凑(整个减压装置的尺寸约为500mm×500mm×300mm，不包含发电机部分)，简单，体积小，机械加工方便，装拆方便，安装维护简便。

5、叶片为直纹面时，非扭曲型叶片，加工方便；叶片为曲面时，加工略复杂，但流场分布更均匀，压力脉动更小。

6、当流量、水头等运行条件变化较大时，只需调整引流室入射角、引流腔截面积和引流腔个数、转轮叶片个数、叶片安放角等参数(如表1、表2所示)，并重新制造引流室和转轮即可，涡形室和泄水管不需做任何改动，从而降低制造成本，并方便系列化生产，并可进行分布式联网发电。

附图说明

图1，是本发明总体结构剖面图；

图2，是本发明总体结构俯视图；

图3，是本发明引流室剖面图；

图4，是本发明引流室引流腔周向截面为矩形示意图；

图5，是本发明引流室引流腔对齐布置示意图；

图6，是本发明引流室引流腔交错布置示意图；

图7，是本发明转轮结构示意图(叶片各表面为直纹面)；

图8，是本发明转轮另一结构示意图(叶片各表面为曲面)；

图9，是本发明叶片截面形状示意图；

图10，是本发明叶片结构示意图(叶片各表面为直纹面)；

图11，是本发明叶片另一结构示意图(叶片各表面为曲面)；

图12，是本发明试验数据和数值模拟结果的对比图。

具体实施方式

参见图1～图11，本发明包括蜗形室1和引流室2，在蜗形室1的蜗壳上通过螺栓固定引流室2，在机壳上安装转轴6，转轴6一端连接转轮3，另一端驱动发电机，在引流室2内沿圆周方向均布若干引流腔7，引流腔即是流体流过的流道，流道分为前段流道8和后段流道9，前段流道8面积渐缩，与蜗形室1相通，后段流道9面积不变，与转轮相通；转轮3的出水口连接泄水管5。泄水管5和蜗形室1可以整体铸造在一起，也可单独铸造后通过螺栓联接。

使用时，蜗形室1通过法兰连接进水管，泄水管5通过法兰连接出水管。

所述引流腔7腔室的周向截面为矩形(如图4所示)，方便进行铣削加工。

所述引流腔7在引流室内呈环列栅状分布。

所述引流腔7在引流室内对齐分布(如图5所示)或者交错分布(如图6所示)。

所述转轮3包括轮毂10、叶片11和轮盖12，在轮毂10和轮盖12上通过轴或螺钉安装叶片11。

所述叶片11的截面形状15如图9所示为前钝后尖的类月牙形。无论叶片表面是直纹面还是曲面，其截面形状是相同的，都是前钝后尖的类月牙形。

叶片11包括进水边13、出水边16、工作面17和背面14。叶片各表面(进水边13、出水边16、工作面17和背面14)可以如图10所示加工为直纹面，而非扭曲型叶片，这样加工方便；叶片各表面(进水边13、出水边16、工作面17和背面14)也可以如图11所示加工为曲面，这样加工略复杂，但流场分布更均匀，压力脉动更小。

当叶片轴向积叠规律为直线时，叶片各表面(工作面、背面、进水边和出水边)为直纹面；当叶片轴向积叠规律为曲线时，叶片各表面(工作面、背面、进水边和出水边)为曲面。

所述转轮3直径为150mm～200mm。

图中4是导流帽

本发明工作原理如下：

该装置工作时，高压流体通过进水管进入一个面积减缩的蜗形室中，这样可使进入引流室的流体分布更均匀。之后流体流入引流室，在引流室中使流体的压力能转化为动能，使流速增加，以高速流向转轮，转轮将动能转换为旋转机械能，带动发电机发电，而后流体流入面积渐扩的泄水管，使出水口处的流速进一步下降，以减少余能损失，被减压后的低压流体最后从排水管流出。

图12给出了试验数据和数值模拟结果的对比数据，证明该装置是可靠的。

该装置中的引流腔个数、引流腔最小宽度、引流腔高度将影响引流腔内流体流速，转轮叶片的安放角、叶片高度和叶片数将影响能量转换效率的高低，引流腔和转轮参数的匹配也影响能量转换效率。所以，这些参数均可根据具体情况调整，以适应不同的流量和不同管道液体压力情况。如表1、表2所示：

表1所示涡形室进口压力：0.75MPa；泄水管出口压力：0.20MPa；流量:80m³/h(即22.22L/s)；额定转速：直接驱动同步发电机，转速为3000r/min；流动介质：清水，温度约25℃。

表1

表2所示装置涡形室进口压力：1.0MPa；泄水管出口压力：0.20MPa；流量:50m³/h(即13.89L/s)；额定转速：1500r/min，直接驱动异步发电机；流动介质：清水，温度约25℃。

表2

Claims (8)

1.一种管道水能回收装置，其特征在于包括蜗形室(1)和引流室(2)，在蜗形室(1)的蜗壳上固定引流室(2)，在机壳上安装转轴(6)，转轴(6)一端连接转轮(3)，另一端驱动发电机，在引流室(2)内沿圆周方向均布若干引流腔(7)，引流腔即是流体流过的流道，流道分为前段流道(8)和后段流道(9)，前段流道(8)截面积渐缩，与蜗形室(1)相通，后段流道(9)截面积不变，与转轮相通；转轮(3)的出水口连接泄水管(5)。

2.根据权利要求1所述管道水能回收装置，其特征是引流腔(7)腔室的周向截面为矩形。

3.根据权利要求1所述管道水能回收装置，其特征是引流腔(7)在引流室内呈环列栅状分布。

4.根据权利要求1所述管道水能回收装置，其特征是引流腔(7)在引流室内对齐分布或者交错分布。

5.根据权利要求1所述管道水能回收装置，其特征是转轮(3)包括轮毂(10)、叶片(11)和轮盖(12)，在轮毂(10)和轮盖(12)上安装叶片(11)。

6.根据权利要求5所述管道水能回收装置，其特征是叶片(11)的截面形状(15)为前钝后尖的月牙形。

7.根据权利要求5所述管道水能回收装置，其特征是叶片(11)包括进水边(13)、出水边(16)、工作面(17)和背面(14)，进水边(13)、出水边(16)、工作面(17)和背面(14)为直纹面或曲面。

8.根据权利要求1所述管道水能回收装置，其特征是转轮(3)直径为150mm～200mm。