CN104632640B - 具有限速和大风保护功能的离心管式风力提水机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有限速和大风保护功能的离心管式风力提水机，其结构为，管式叶轮旋转安装泵体塔架上，管式叶轮的一端安装在管式叶轮椎体上，另一端外侧设有集水槽，叶轮椎体下方连接进水管的一端，进水管的另一端伸入水井并连接止回阀；桨叶安装在偏航平台上，导流罩安装在偏航平台上，偏航平台的下方通过风力连接机构安装在泵体塔架上；泵轴的一端通过联轴器51与管式叶轮连接，泵轴的另一端连接泵轴伞齿并固定在偏航平台上，泵轴伞齿对应连接有主轴伞齿，主轴伞齿穿过空心主轴；偏航平台连接有尾舵和风速舵。本发明抗阵风、安全可靠，降低了启动风速提高了风力机的效率，成本低，阻力低能耗小，便于维护。

Description

具有限速和大风保护功能的离心管式风力提水机

技术领域

本发明涉及一种风力提水机，特别是一种利用风速舵来自动调整尾翼偏转角度，从而通过调整桨叶迎风角度来调整转速和避风的具有限速和大风保护功能的离心管式风力提水机。

背景技术

目前风力提水机的限速和大风保护主要是手动调整尾翼偏转角度来限制转速，由于风速时时变化而手动无法做到时时调整，所以降低了提水机的效率，还增加了风力提水机超速损坏的风险，另外目前风力提水机的提水装置主要以活塞往复式柱塞泵为主，它的优点是扬程高可以低转速运行，缺点是水泵活塞摩擦阻力大易磨损、不便维护、效率低。离心式水泵属于高速水泵，提水用风车属于低速型风车，把风车的几十转增速到离心泵需要的两千多转，增速机成本过高，也很难启动，所以尽管离心泵效率高、寿命长、扬程大也无法使用，如果先发电再带动离心式水泵，不但成本高，由于二次转换所以也降低了效率，仍不适用。

发明内容

本发明针对上述现有风力提水机存在的技术问题，提供了一种具有限速和大风保护功能的离心管式风力提水机，解决了现有技术中风力提水机效率低，寿命短的问题，而且降低了成本。

本发明的技术方案如下：

管式叶轮旋转安装泵体塔架上，管式叶轮的一端安装在管式叶轮椎体上，管式叶轮的另一端外侧设有集水槽，叶轮椎体下方连接进水管的一端，进水管的另一端伸入水井并连接止回阀；桨叶通过桨榖、空心主轴、主轴轴承安装在偏航平台上，导流罩由导流罩轴穿过空心主轴安装在偏航平台上，偏航平台的下方通过风力连接机构安装在泵体塔架上；泵轴的一端通过联轴器与管式叶轮连接，泵轴的另一端连接泵轴伞齿并固定在偏航平台上，泵轴伞齿对应连接有主轴伞齿，主轴伞齿穿过空心主轴；偏航平台连接有尾舵和风速舵。

所述的管式叶轮倾斜二十度至四十度伞型安装在管式叶轮椎体上，管式叶轮由离心管辐射式安装组成，离心管的直径为二十至六十毫米，离心管的长度为两米至十米；管式叶轮由泵轴中端轴承、泵下端轴承、叶轮下端支架及泵外塔架加强筋安装在泵体塔架上。

所述的集水槽为圆环槽状结构，集水槽固定在泵体塔架上，集水槽上部内侧设有用于集水的环形开口，集水槽下部设有排水口。

所述的叶轮椎体与进水管之间设有密封件，密封件外设有水槽，水槽固定在进水管的上端或泵体塔架上，水槽下设有排污阀。

所述的进水管上设有用于提水前加水排气的加水管和加水阀，加水阀设置在加水管上；进水管上设有用于冬季排水防冻的排水拉杆、拉绳和密封套管，拉绳的一端与止回阀内的止回阀片连接，拉绳的另一端穿过密封套管与排水拉杆连接。

所述的导流罩4的导流罩轴承固定在桨榖上。

所述的风力连接机构为: 偏航套筒设置在偏航平台的下方，偏航套筒内部设有偏航轴承，偏航套筒通过偏航轴承连接塔架上塔筒，塔架上塔筒连接风力机塔架的上端，风力机塔架的下端固定在泵体塔架上。

所述的偏航平台连接有尾舵轴套和风速舵安装杆，尾舵由尾舵杆用轴插入尾舵轴套中，并可以横向偏转九十度；风速舵安装杆连接风速舵轴套，风速舵通过风速舵杆、风速舵轴插入风速舵轴套中，风速舵竖直悬挂安装，并可以向上方摆动九十度，风速舵轴上焊接有摇臂，摇臂通过球头、连杆与摆臂连接，摆臂与尾舵杆成水平四十五度夹角焊接。

所述的管式叶轮加装与管式叶轮管数相等的竖管，竖管的上端连接倾斜二十度至四十度安装的出水管，出水管的长度为管式叶轮半径的三分之一到四分之一；所述的竖管外套装整流罩，整流罩为翼形。

所述的联轴器上下两部分设置成皮带轮，皮带轮设有若干的竖直通孔，通孔内有销钉，下端皮带轮内设有轴承，下端皮带轮与管式叶轮连接，上端皮带轮与泵轴固定连接，泵轴穿过上端皮带轮插入轴承内孔。

本发明所具有的优点与效果是：

风速舵由风吹动，属于机械式主动对风，当强列的阵风吹来时，在风车桨叶还未提速时，风速舵已经开始摆动并调整桨叶的对风角度，因此抗阵风、安全可靠，由于安装有加大的导流罩，流经桨叶的风速提高了，也就降低了启动风速提高了风力机的效率。由于采用独特的离心管式风力提水机，叶轮所需的精密度极低，只需焊接无需机加工，又由于只有集水槽而没有泵壳，所以成本低，也由于没有泵壳，叶轮在空气中旋转而不是在水中转动所以阻力低能耗小，由于进水管内没有水泵的运动部件，进水管可以弯曲延长，就可以将水井设置在风力机塔架外，便于二者的维护。由于可以自行控制转速所以可以做到无人值守。值得注意的是由于没有泵壳，提水机要做好安全防护，防止人畜接近时叶轮对人畜造成的伤害。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为图1中风力机部分的俯视结构示意图。

图3为图1中管式叶轮的俯视结构示意图。

图4为实施例2的结构示意图。

图中：1、桨叶，2、桨根，3、桨榖盘，4、导流罩，5、导流罩轴承，6、泵轴轴承，7、主轴轴承，8、空心主轴，9、主轴伞齿，10、导流罩轴，11、泵轴伞齿，12、导流罩安装架，13、尾舵轴套，14、尾舵杆，15、拉杆，16、尾舵，17、摇臂，18、球头，19、风速舵轴套，20、风速舵安装杆，21、风速舵杆，22、风速舵，23、偏航套筒，24、偏航平台，25、偏航轴承，26、塔架上塔筒，27、泵轴，28、泵轴中段轴承，29、集水槽，30、出水口，31、管式叶轮，32、泵塔架加强筋，33、管式叶轮加强筋，34、泵下端轴承，35、管式叶轮锥体，36、排污阀，37、水槽，38、排水拉杆，39、密封套管，40、进水管，41、排水拉绳，42、止回阀片，43、止回阀,44、水井，45、加水阀，46、加水管，47、密封件，48、泵体塔架，49、叶轮下端轴承支架，50、风力机塔架，51、联轴器，52、尾舵轴，53、摆臂，54、风速舵轴，55、竖管，56、减速电机，57、轴承，58、销钉，59、上端皮带轮，60、传动带，61、下端皮带轮，62、发电机，63、出水口，64、整流罩。

具体实施方式

实施例1

如图1-3所示，数根离心管组成的管式叶轮31倾斜二十度至四十度伞型安装在管式叶轮椎体35上，管式叶轮31由离心管辐射式安装组成，离心管的直径为二十至六十毫米，离心管的长度为两米至十米；管式叶轮31由泵轴中端轴承28、泵下端轴承34、叶轮下端支架49及泵外塔架加强筋32安装在泵体塔架48上。管式叶轮31外侧上方有集水槽29，集水槽29固定在泵体塔架48上，集水槽29上部内侧设有用于集水的环形开口，积水槽29下方有一个或数个出水口30，向外供水。叶轮椎体35下方连接进水管的一端，进水管40的另一端伸入水井并连接止回阀43，叶轮椎体35与进水管之间设有密封件47，密封件外设有水槽，水槽固定在进水管的上端或泵体塔架48上，进水管40可弯曲延长，进水管上设有用于提水前加水排气的加水管46和加水阀45，加水阀设置在加水管上，进水管上设有用于冬季排水防冻的排水拉杆38、拉绳41和密封套管39，拉绳41的一端与止回阀43内的止回阀片42连接，拉绳的另一端穿过密封套管与排水拉杆连接，水槽37内有水用于密封件47的润滑和水密封，水槽下有排污阀36，需定期排污。

桨叶1由桨榖3、空心主轴8、主轴轴承7安装在偏航平台24上，导流罩4由导流罩轴10穿过空心主轴8通过导流罩安装架12安装在偏航平台24上，为防止导流罩4晃动，由导流罩轴承5固定在桨榖3上。偏航套筒23设置在偏航平台24的下方，偏航套筒内部设有偏航轴承25，偏航套筒23通过偏航轴承25连接塔架上塔筒26，塔架上塔筒26连接风力机塔架50的上端，风力机塔架50的下端固定在泵体塔架48上。泵轴27的一端通过联轴器51与管式叶轮31连接，泵轴27的另一端连接泵轴伞齿11并固定在偏航平台24上，泵轴伞齿11对应连接有主轴伞齿9，主轴伞齿9穿过空心主轴8。

在使用时首先打开加水阀45由加水管46向进水管40加水，直到管式叶轮31出水时关闭加水阀45，到达启动风速后桨叶1开始旋转，并通过空心主轴8、主轴伞齿9带动泵轴伞齿11、泵轴27、管式叶轮31转动，管式叶轮31内的水由于离心力的作用向外运动并产生真空吸力，当这一吸引力大于止回阀43外部的吸引力，水冲开止回阀片42向上运动，管式叶轮31出口开始出水并由集水槽29收集集中到一个或几个出水口出水，转速越高离心力越大吸引力越大出水量越大。

所述的偏航平台24连接有尾舵轴套13和风速舵安装杆20，尾舵16由尾舵杆14用轴插入尾舵轴套13中，并可以横向偏转九十度；风速舵安装杆20连接风速舵轴套19，风速舵22通过风速舵杆21、风速舵轴54插入风速舵轴套19中，风速舵22竖直悬挂安装，并可以向上方摆动九十度，风速舵轴54上焊接有摇臂17，摇臂17通过球头18、连杆15与摆臂53连接，摆臂53与尾舵杆14成水平四十五度夹角焊接。

当风速大于设定风速时，风速舵22向右摆动，并通过摇臂17、连杆15、摆臂53、推动尾舵杆14、尾舵16横向偏转，从而带动偏航平台24、桨叶1偏转限速，风速越大风速舵22摆动角度越大，桨叶1偏转角度越大直至停车。

实施例2

如图4所示，由于此种离心管式提水机属于一种无扬程的提水机，如果需要扬程可以如实施例2所示，在管式叶轮31的基础上加装与管式叶轮管数相等的竖管55，竖管55的上端有倾斜二十度至四十度安装的出水管63，出水管63的长度为管式叶轮31半径的三分之一左右，这样一来可以将水提升至六至八米左右。由于竖管55会产生阻力，所以在竖管55外套装整流罩，整流罩为翼形，不但可以减轻阻力还可以产生旋转的扭力。风力提水机并不是全年提水，有半年闲置时间，可以将联轴器51上下两部分设置成皮带轮，上下皮带轮均有若干的竖直通孔，通孔内有销钉58，离合器下端皮带轮内有轴承57，离合器上端皮带轮59与泵轴27固定连接，离合器下端皮带轮61与管式叶轮连接，泵轴27穿过离合器上皮带轮59插入轴承57内孔，由此构成一个简易的离合器，在用风力机抽水的时候，将销钉插入上下离合器皮带轮的通孔，将传动带60卸下，在不需要抽水的时候，将传动带60装在离合器上端皮带轮59与发电机62上，将销钉58卸掉，上下皮带轮分离，风力机不再带动水泵，而带动发电机62发电，在没有风又需要抽水的时候，将销钉58卸下，将传动带60连在减速电机56与离合器下端皮带轮61上，减速电机56也可以替换成柴油机,。由于进水管40内没有泵水的运动部件，所以可以弯曲延长，可以将水井设置在提水机外侧便于二者的维护。

本发明的工作原理如下：

利用风速舵通过连杆摆臂来自动调整尾翼偏转角度，从而通过调整桨叶迎风角度来调整风力机转速的风车，由于风速提高百分之二十风力机的输出功率提高百分之七十三，为了提高风车效率，将导流罩加大从而加大流经桨叶的风速，但旋转的导流罩加大后会产生震动和阻力，所以将导流罩通过导流罩轴穿过空心的风力机主轴固定在偏航平台上，在水泵的配用上，本发明采用一种离心管式的提水机，用数根旋转的辐射状水管代替叶轮，离心管直径二十至六十毫米以上，制成的水泵叶轮直径与风力机桨叶直径大小基本相同，可以一米或十几米以上，叶轮直径越大离心力越大，转速可以设计的越低，每分钟超过八十转就可出水，适合低风速风力提水机的设计要求，从外观上看很难说它是一种泵，就是多个旋转的管子，但具备离心水泵应具有的部件，如进水端、管状叶轮 、集水部件，所以叫他离心管式提水机，管状叶轮下有进水管，管状叶轮和进水管之间有密封件，密封件外有水槽，固定在进水管的上端或支架上，用于密封件的润滑和水密封，水槽下有排污阀，定期排污，防止密封件磨损，管状叶轮旋转而进水管和水槽不转，所以进水管可以弯曲延长，进水管下端有止回阀，进水管上端有加水管、阀和排水装置，加水管、阀用于泵水前的排气，排水装置用于冬季排水防冻。由于用集水槽积水而没有泵壳所以只有吸程没有扬程，扬程会略低于提水机的离心管式叶轮出水点的最高点，属于一种低转速、无扬程、大流量、高效率离心式提水机，为了增加提水高度，可以根据扬程的需要将离心管向上倾斜二十度至四十度安装，或在离心管末端加竖管，提水高度可以高于地面一至八米，也可以用另一台风力提水机进行二次或三次提水，本发明有限速和大风保护功能的离心管式风力提水机，既可以抽取江河水也可以提取地下水，风力提水机每年有半年的闲置时间，本发明在泵轴与泵之间设计了一个简易的离合器，离合器上下两部分设置成皮带轮，在不需要抽水的时候，可以用风力机带动发电机发电。风速舵对风和离心管式提水机相结合形成一种可无人值守的自动化程度高、环保低碳、简易、安全、高效、耐用的风力提水设备。

本发明风力机叶轮直径两米至十几米，转数几十转至几百转，大小及转速由风力机的大小、翼型、桨叶数及需求有关，风力机桨叶数越多扭矩越大转速越低，所需的管式叶轮的离心管组成的泵叶数越多、越长，反之越少、越短，阻力型风力机的泵叶多、长，升力型的风力机泵叶短、少。

所述的风力机部份也可以带动其他类型的提水机、发电机、空压机等负载。

所述的风速舵为低航速固定翼飞行器的机翼翼型，可在风速为每秒八米时产生需要的偏航摆动力。

所述的风力提水机尾翼活动铰接安装在偏航平台上，与桨叶相对比可横向偏转九十度。

所述的风速舵的摆动角度和尾舵的横向旋转角度与风速有关。

所述的风力机桨叶数量根据当地平均风速和翼型设定在二至十八叶均可。

所述的风力机桨叶翼型可以是阻力型也可是升力型。

Claims (10)

1.具有限速和大风保护功能的离心管式风力提水机，其特征在于管式叶轮（31）旋转安装泵体塔架（48）上，管式叶轮（31）的一端安装在管式叶轮椎体（35）上，管式叶轮（31）的另一端外侧设有集水槽（29），叶轮椎体（35）下方连接进水管的一端，进水管（40）的另一端伸入水井并连接止回阀（43）；桨叶（1）通过桨榖（3）、空心主轴（8）、主轴轴承（7）安装在偏航平台（24）上，导流罩（4）由导流罩轴（10）穿过空心主轴（8）安装在偏航平台（24）上，偏航平台（24）的下方通过风力连接机构安装在泵体塔架（48）上；泵轴（27）的一端通过联轴器（51）与管式叶轮（31）连接，泵轴（27）的另一端连接泵轴伞齿（11）并固定在偏航平台（24）上，泵轴伞齿（11）对应连接有主轴伞齿（9），主轴伞齿（9）穿过空心主轴（8）；偏航平台（24）连接有尾舵（16）和风速舵（22）。

2.根据权利要求1所述的具有限速和大风保护功能的离心管式风力提水机，其特征在于所述的管式叶轮（31）倾斜二十度至四十度伞型安装在管式叶轮椎体（35）上，管式叶轮（31）由离心管辐射式安装组成，离心管的直径为二十至六十毫米，离心管的长度为两米至十米；管式叶轮（31）由泵轴中端轴承（28）、泵下端轴承（34）、叶轮下端支架（49）及泵外塔架加强筋（32）安装在泵体塔架（48）上。

3.根据权利要求1所述的具有限速和大风保护功能的离心管式风力提水机，其特征在于所述的集水槽为圆环槽状结构，集水槽（29）固定在泵体塔架（48）上，集水槽（29）上部内侧设有用于集水的环形开口，集水槽（29）下部设有排水口。

4.根据权利要求1所述的具有限速和大风保护功能的离心管式风力提水机，其特征在于所述的叶轮椎体（35）与进水管之间设有密封件（47），密封件外设有水槽，水槽固定在进水管的上端或泵体塔架（48）上，水槽下设有排污阀。

5.根据权利要求1所述的具有限速和大风保护功能的离心管式风力提水机，其特征在于所述的进水管上设有用于提水前加水排气的加水管（46）和加水阀（45），加水阀设置在加水管上；进水管上设有用于冬季排水防冻的排水拉杆（38）、拉绳（41）和密封套管（39），拉绳（41）的一端与止回阀（43）内的止回阀片（42）连接，拉绳的另一端穿过密封套管与排水拉杆连接。

6.根据权利要求1所述的具有限速和大风保护功能的离心管式风力提水机，其特征在于所述的导流罩（4）的导流罩轴承（5）固定在桨榖（3）上。

7.根据权利要求1所述的具有限速和大风保护功能的离心管式风力提水机，其特征在于所述的风力连接机构为: 偏航套筒（23）设置在偏航平台（24）的下方，偏航套筒内部设有偏航轴承（25），偏航套筒（23）通过偏航轴承（25）连接塔架上塔筒（26），塔架上塔筒（26）连接风力机塔架（50）的上端，风力机塔架（50）的下端固定在泵体塔架（48）上。

8.根据权利要求1所述的具有限速和大风保护功能的离心管式风力提水机，其特征在于所述的偏航平台（24）连接有尾舵轴套（13）和风速舵安装杆（20），尾舵（16）由尾舵杆（14）用轴插入尾舵轴套（13）中，并可以横向偏转九十度；风速舵安装杆（20）连接风速舵轴套（19），风速舵（22）通过风速舵杆（21）、风速舵轴（54）插入风速舵轴套（19）中，风速舵（22）竖直悬挂安装，并可以向上方摆动九十度，风速舵轴（54）上焊接有摇臂（17），摇臂（17）通过球头（18）、连杆（15）与摆臂（53）连接，摆臂（53）与尾舵杆（14）成水平四十五度夹角焊接。

9.根据权利要求1所述的具有限速和大风保护功能的离心管式风力提水机，其特征在于所述的管式叶轮（31）加装与管式叶轮管数相等的竖管（55），竖管（55）的上端连接倾斜二十度至四十度安装的出水管（63），出水管（63）的长度为管式叶轮（31）半径的三分之一到四分之一；所述的竖管（55）外套装整流罩，整流罩为翼形。

10.根据权利要求1所述的具有限速和大风保护功能的离心管式风力提水机，其特征在于所述的联轴器（51）上下两部分设置成皮带轮，皮带轮设有若干的竖直通孔，通孔内有销钉（58），下端皮带轮内设有轴承（57），下端皮带轮（61）与管式叶轮连接，上端皮带轮（59）与泵轴（27）固定连接，泵轴（27）穿过上端皮带轮（59）插入轴承（57）内孔。