CN104747345A - 一种可正反转的水泵、水轮机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可正反转的水泵水轮机，包括壳体、转子；所述壳体包括形状相同的两块端板、用于连接两块端板的机壳，所述端板包括同轴但不同半径的大半圆板和小半圆板，所述大半圆板和小半圆板在直径方向连为一体，所述机壳包括第一环状板和第二环状板，所述第一环状板分别开设有第一进出水口和第二进出水口；所述转子包括转轴，转轮和至少两片叶片，所述转轮与第二环状板之间形成工作通道，与第一环状板之间形成返回通道，所述叶片的几何尺寸与所述工作通道的几何尺寸相匹配，所述壳体在返回通道设置有第一阻水装置和有第二阻水装置，以及用于驱动第一阻水装置和第二阻水装置交替开闭的驱动装置。本发明的转子可以实现正转和反转，工作效率高。

Description

一种可正反转的水泵、水轮机

技术领域

本发明属于水泵、水轮机的技术领域，具体涉及一种可正反转的水泵、水轮机。

背景技术

现代的水轮机技术往往要依赖修筑拦水坝提高水的势能，水能资源才能有效地被利用；而现有的无需水坝利用水流动能转换为机械能的水轮机技术，存在着效率低，成本高的瓶颈。江河和海洋里的水能资源量极为巨大，不过由于条件的限制，大部份的地方因未适合修筑拦水坝，水头的高低对水轮机的性能影响很大，低水头的水轮机就很难应用在无法修筑水坝的江河和海洋中。

另一方面，水泵是农业灌溉养殖的重要设备，水泵是农业灌溉养殖的重要设备，一般水泵抽水只能单方向抽水，无法正反转双向抽水。

发明内容

本发明为了解决上述水泵只能单方向抽水、水轮机使用效率低、成本高等技术问题，提供一种能利用包括高中低水头和自然状态下江河和海洋里的水能资源的可正反转的水泵、水轮机。

为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：

本发明所述可正反转的水泵水轮机，其特征在于：包括壳体、活动设置在壳体内的转子；

所述壳体包括相对设置且形状相同的两块端板以及用于连接两块端板的机壳，所述端板包括同轴但不同半径的大半圆板和小半圆板，所述大半圆板和小半圆板在直径方向连为一体，所述大半圆板和小半圆板的共同轴心位置设置有轴孔；所述机壳包括用于封闭大半圆板圆弧部的第一环状板和用于封闭小半圆板圆弧部的第二环状板，所述第一环状板在靠近两个端部处分别开设有第一进出水口和第二进出水口；

所述转子包括转轴，设置在转轴上的转轮和设置在转轮外壁上的至少两片叶片，所述转轮与第二环状板在小半圆板之间形成工作通道，与第一环状板在大半圆板之间形成返回通道，所述叶片径向的几何尺寸与所述工作通道的径向截面的几何尺寸相匹配，所述工作通道的径向截面面积小于返回通道的径向截面面积；

所述壳体在返回通道靠近第一进出水口一侧设置有第一阻水装置，在返回通道靠近第二进出水口一侧设置有第二阻水装置，以及用于驱动第一阻水装置和第二阻水装置交替开闭的驱动装置，所述第一阻水装置与第二阻水装置在第一环状板上的相对角度在60度-120度之间。

进一步地，所述第一阻水装置和第二阻水装置均设置有密封套，所述密封套设于壳体上，所述密封套内均设置有导杆、导杆套座、窗口、阻水门板以及设置于壳体上的导轨，所述阻水门板活动设置在所述导轨上，所述导轨沿大半圆板的径向设置。所述窗口开在笫一环状板上并可容纳导轨和能让阻水门板进出返回通道，所述导轨连接第一环状板并往大半圆板的径向沿伸，所述导杆的一端与阻水门板连接，另一端通过导杆套座与凸轮导槽活动连接，所述阻水门板活动设置在所述导轨上，所述阻水门板进入返回通道与所述转轮接触时隔断所述返回通道，所述阻水门板退出返回通道时可让叶片通过，所述导杆套座与密封套连接，所述密封套与笫一环状板连接，用于密封设置在密封套的窗口、导轨、导杆、导杆套座和阻水门板。

进一步地，为了控制方便，所述驱动装置包括固定于转轴上的凸轮盘，所述凸轮盘的周沿设置有凸轮导槽，所述凸轮导槽上设置有分别与所述阻水门板连接的导杆，每条导杆的一端活动设置于凸轮导槽内，另一端与阻水门板连接，凸轮的转动经导杆带动所述阻水门板线性往复运动使得始终至少有一个所述阻水门板隔断所述返回通道。

进一步地，所述驱动装置包括液压系统，所述液压系统包括动力源、触发元件、控制阀及执行元件，所述执行元件与阻水门板连接，所述控制阀设置于机壳上，所述转轴上设置有用于控制阀开关的触发元件。

进一步地，由于进水口与出水口之间水压的差异，导至阻水门板两侧受到的压力不均勻，为了减少打开阻水门板的阻力，在所述阻水门板的两侧设置一个水压平衡装置，所述水压平衡装置的两端通过管道设置在所述阻水门板处于关闭时两侧的端板上，开启所述阻水门板之前，连接在转轴上的凸轮盘的顶端推压打开水压平衡装置的开关使所述阻水门板两侧的水体联通，平衡阻水门板两侧的压力，所述凸轮盘的顶端脱离水压平衡装置时关闭所述水压平衡装置，阻止水流从该开关中通过。

进一步地，所述叶片为两个，分别设置于转子的相对方向。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明将转子与机壳形成环形通道，叶片可以实现正转和反转，设置两个进出口，可以根据需要正反转抽水，或者作为正反转的水轮机。

2、本发明中叶片在水流推动下旋转，利用两个阻水装置交替性地打开与关闭叶片的返回通道，使得所述叶片通过，并阻止水流从该通道通过，使得水轮机能高效工作。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明所述可正反转的水泵水轮机的端板示意图；

图2是本发明所述可正反转的水泵水轮机的结构示意图；

图3是本发明所述可正反转的水泵水轮机的转子结构示意图；

图4是本发明所述可正反转的水泵水轮机的壳体结构示意图；

图5是本发明所述可正反转的水泵水轮机的凸轮控制装置结构示意图；

图6是本发明所述可正反转的水泵水轮机的内部结构示意图；

图中1-端板,2-壳体,21-第一进出水口,22-第二进出水口,23-第一环状板,231-返回通道,24-第二环状板,241-工作通道,25-密封套,,3-转子，31-转轴，32-转轮，33-第一叶片，34-第二叶片，4-第一阻水装置，41-第一阻水门板，42-导轨，43-水压均衡装置，5-凸轮，51-凸轮导槽，6-导杆，61-导杆套座，7-第二阻水装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1～图6所示，本发明所述可正反转的水泵水轮机，包括壳体2、活动设置在壳体2内的转子3，所述壳体包括相对设置且形状相同的两块端板1以及用于连接两块端板1的机壳2，所述端板1包括同轴但不同半径的大半圆板和小半圆板，所述大半圆板和小半圆板在直径方向连为一体，所述大半圆板和小半圆板的共同轴心位置设置有轴孔；所述机壳2包括用于封闭大半圆板圆弧部的第一环状板23和用于封闭小半圆板圆弧部的第二环状板24，所述第一环状板23在靠近两个端部处分别开设有第一进出水口21和第二进出水口22；

所述转子3包括转轴31，设置在转轴31上的转轮32和设置在转轮32外壁上的至少两片叶片，本实施例中的叶片为两个，分别设置于转子3的相对方向的第一叶片33和第二叶片34，但本发明的叶片不局限于两片，也可以是三片、四片等多片叶片。

所述转轮32与第二环状板24在小半圆板之间形成工作通道241，与第一环状板23在大半圆板之间形成返回通道231，所述叶片的径向几何尺寸与所述工作通道241的径向截面的几何尺寸相匹配，所述工作通道241的径向截面面积小于返回通道231的径向截面面积；

所述壳体2在返回通道231靠近第一进出水口21一侧设置有第一阻水装置4，在返回通道靠近第二进出水口22一侧设置有第二阻水装置7，以及用于驱动第一阻水装置4和第二阻水装置7交替开闭的驱动装置，所述第一阻水装置4与第二阻水装置7在第一环状板23上的相对角度在60度-120度之间。

所述笫一阻水装置4和笫二阻水装置7均设置包括有窗口、导轨42、导杆6、导杆套座61、阻水门板41和密封套25，所述窗口设置在大半圆板上可容纳导轨并能让阻水门板41进出返回通道231，所述导轨42连接第一环状板23并往大半圆板的径向沿伸，所述导杆6的一端与阻水门板41连接，另一端的端部呈直角形通过导杆套座61与凸轮导槽51活动连接，所述阻水门板41活动设置在所述导轨42上，所述阻水门板进入返回通道231与所述转轮32接触时可隔断所述返回通道231，所述阻水门板41退出返回通道231时可让叶片通过，所述导杆套座61与密封套25连接，所述密封套25与大半圆板连接，所述密封套25用于密封设置在密封套25内的窗口、导轨62、导杆6、导杆套座61和阻水门板41。本实施例中的阻水门板为推拉式的阻水门板，但本发明的阻水门板不局限于推拉式的，也可以是卷闸式的阻水门板，或者其它活动设置并且可以密封返回通道的阻水门板。

所述驱动装置包括固定于转轴31上的凸轮5，所述凸轮5的周沿设置有凸轮导槽51，所述凸轮导槽51与导杆6呈直角的一端活动连接，导杆6的一端与所述阻水门板41连接，凸轮5的转动经导杆6带动所述阻水门板41线性往复运动使得始终至少有一个所述阻水门板41隔断所述返回通道231。本实施例采用凸轮转动，驱动阻水门板41的关闭与打开，但是本发明中的控制装置不局限于该种形式，也可以是通过液压系统、气压系统由设置在转子的触发元件提供驱动信号驱动所述阻水门板41的关闭与打开，或者其它可以控制阻水门板关闭与打开的结构。

所述返回通道231的径向截面的几何尺寸比叶片33的径向几何尺寸大，所述叶片的径向几何尺寸与所述工作通道的径向截面的几何尺寸相匹配，使得所述叶片的面积与所述工作通道径向截面面积相当并配合密封，使进入水轮机的水流能量都作用在叶片上。

另外，在返回通道中设置的两个阻水装置始终有一个处在关闭的状态,阻止水流从返回通道中通过,使得所有进入水轮机的水流只能往工作通道流动，用两个阻水装置在动态的打开与关闭的过程之中让叶片通过并实现阻断水流从返回通道中通过。

返回通道231的径向截面面积比叶片的径向截面面积大,返回通道中的水可以通过叶片与第一环状板23之间的空间流动,使叶片能顺利通过返回通道。

由于第一进出水口21与第二进出水口22之间存在水压的差异，使得阻水门板41两侧受到的水压力不均勻，为了减少打开阻水门板41的阻力，在所述阻水门板的两侧设置一个水压平衡装置43，使得在打开阻水门板之前，阻水门板两侧受到压力均匀，减小阻水门板因两侧存在压力差而导致在开启过程中产生的阻力。

如图2所示，所述水压平衡装置43的开关的两端通过管道设置在所述阻水门板41处于关闭时两侧的大半圆板上，在开启所述阻水门板41之前，连接在转轴31上的凸轮导槽51的顶端推压打开水压平衡装置的开关使所述阻水门板41两侧的水体联通，消除阻水门板41两侧水体的水压差，所述凸轮导槽51的顶端脱离水压平衡装置43的开关时关闭所述水压平衡装置43的开关。阻止水流从该开关中通过。

本发明所述可正反转的水泵水轮机工作原理是：

水流从笫二进出水口22进入,由于返回通道231中设置的第一阻水装置4和第二阻水装置7始终有一个处在关闭的状态,水流无法在返回通道231流通,水流推动水轮机的笫一叶片33从笫二进出水口22经工作通道241转动至笫一进出水口21时,水流从笫一进出水口21流出,固定在转轴31上的凸轮导槽51的凸起部推动笫一阻水装置4的导杆6使笫一阻水装置4的笫一阻水门板41打开,同时笫一叶片33往笫一阻水门板方向转动,当笫一阻水门板完全打开时,笫一叶片33通过笫一阻水门板41,当笫一叶片33通过笫一阻水门板41后,凸轮导槽51的凸起部推动导杆6使笫一阻水门板41关闭,当笫一阻水门板41完全关闭后并保持,固定在转轴31上的凸轮导槽51的凸起部推动笫二阻水装置7的导杆使笫二阻水门板打开,当笫二阻水装置7的阻水门板全打开时,笫一叶片33通过笫二阻水装置7的阻水门板,当笫一叶片33通过笫二阻水装置7的阻水门板时,凸轮导槽51的凸起部推动笫二阻水装置7的导杆使笫二阻水装置7的阻水门板向下关闭,当笫二阻水门板完全关闭后并保持,笫一叶片33转动一周返回到笫二进出水口22处,水轮机的笫二叶片34重复笫一叶片33的工况,水流不断地推动叶片使水轮机转动将水流的能量转换为机械能。

为了减少阻水门板打开时由于两侧受到的压力不均匀产生的阻力，在开启所述阻水门板前，开启一通孔，使得阻水门板两侧受到的压力均匀，从而减少打开阻水门板的阻力。

第一进出口21也可以作为进水口，而第二进出口22作为出水口，水轮机可以正反转，水轮机反转的工作原理与其正转的工作原理一样。

在转轴上施加动力，即将本发明作为水泵，使得其能从低处往高处泵水，对于水泵，第一进出口21和第二进出口22任意一个作为进水口，另一个则作为出水口，其也是能正反转的，能实现双向泵水。

本实施例所述可正反转的水泵水轮机的其它结构参见现有技术。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种可正反转的水泵水轮机，其特征在于：包括壳体、活动设置在壳体内的转子；

所述壳体包括相对设置且形状相同的两块端板以及用于连接两块端板的机壳，所述端板包括同轴但不同半径的大半圆板和小半圆板，所述大半圆板和小半圆板在直径方向连为一体，所述大半圆板和小半圆板的共同轴心位置设置有轴孔；所述机壳包括用于封闭大半圆板圆弧部的第一环状板和用于封闭小半圆板圆弧部的第二环状板，所述第一环状板在靠近两个端部处分别开设有第一进出水口和第二进出水口；

所述转子包括转轴，设置在转轴上的转轮和设置在转轮外壁上的至少两片叶片，所述转轮与第二环状板在小半圆板之间形成工作通道，与第一环状板在大半圆板之间形成返回通道，所述叶片的径向几何尺寸与所述工作通道的径向截面的几何尺寸相匹配，所述工作通道的径向截面面积小于返回通道的径向截面面积；

所述壳体在返回通道靠近第一进出水口一侧设置有第一阻水装置，在返回通道靠近第二进出水口一侧设置有第二阻水装置，以及用于驱动第一阻水装置和第二阻水装置交替开闭的驱动装置，所述第一阻水装置与第二阻水装置在第一环状板上的相对角度在60度-120度之间。

2.根据权利要求1所述可正反转的水泵水轮机。其特征在于：所述第一阻水装置和第二阻水装置均设置有密封套，所述密封套设于壳体上，所述密封套内均设置有导杆、导杆套座、阻水门板以及设置于壳体上的导轨，所述阻水门板活动设置在所述导轨上，所述导轨沿大半圆板的径向设置。

3.根据权利要求2所述的可正反转的水泵水轮机，其特征在于：所述驱动装置包括固定于转轴上的凸轮盘，所述凸轮盘的周沿设置有凸轮导槽，所述凸轮导槽上设置有分别与所述阻水门板连接的导杆，每条导杆的一端活动设置于凸轮导槽内，另一端与阻水门板连接，凸轮的转动经导杆带动所述阻水门板线性往复运动使得始终至少有一个所述阻水门板隔断所述返回通道。

4.根据权利要求2所述可正反转的水泵水轮机，其特征在于：所述驱动装置包括液压系统，所述液压系统包括动力源、触发元件、控制阀及执行元件，所述执行元件与阻水门板连接，所述控制阀设置于机壳上，所述转轴上设置有用于控制阀开关的触发元件。

5.根据权利要求2所述可正反转的水泵水轮机，其特征在于：所述阻水装置还包括用于使所述阻水门板两侧连通或封闭的水压平衡装置。

6.根据权利要求1所述可正反转的水泵水轮机，其特征在于：所述叶片为两个，分别设置于转子的相对方向。