CN106090424A - 一种可回收流体能量的阀门 - Google Patents
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Abstract
一种可回收流体能量的阀门，包括：启闭件、启闭件开度调节机构和涡轮。涡轮安装在启闭件的流体出口端；流体从启闭件流出后直接冲击涡轮的叶轮；或者，从启闭件流出的流体经导流部件导流后以适合的角度冲击涡轮的叶轮，从而提高能量回收效率；叶轮在流体冲击下旋转，叶轮通过传动部件或能量转换装置将其机械能输出，实现流体能量的回收。如此，从启闭件流出的流体减少了与阀门本体的摩擦和碰撞，因而能量损失得以减少；与此同时，更多的流体能量被转化为叶轮的机械能；特别是当启闭件节流时，经启闭件节流后速度增加的流体冲击叶轮做功，流体能量回收效率得到极大提高。该阀门结构简单，易于制造，可广泛使用，从而节约大量能源。
Description
技术领域
本发明涉及流体能量回收领域，具体而言，涉及一种可回收流体能量的阀门。
背景技术
日常生活中，人们在开启水龙头用水时，经常听到较大的声响。究其原因，声响主要来自两个方面，其一为水龙头流出的水因与台盆等物件碰撞而发出；其二为从水龙头阀芯的节流口喷射出的高速流体因与水龙头碰撞而产生。
压力管道或压力容器的流体出口处往往安装有阀门以控制管路的通断及流体的出流速度。阀门中的启闭件既是启闭装置又是节流装置，流体流经启闭件后流速往往很大；启闭件至阀门流体出口之间的管道将流体减速并将流体导向人们希望的方向，在该段管道中，流体因与管道壁摩擦、碰撞而损失能量。目前，公开资料中还缺乏既能减少所述流体能量损失又能高效地回收经阀门节流产生的高速流体的能量的装置。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种可回收流体能量的阀门，其包括启闭件、启闭件开度调节机构和涡轮；涡轮安装在启闭件的流体出口端；流体从启闭件流出后直接冲击涡轮的叶轮；或者，从启闭件流出的流体经导流部件导流后以适合的角度冲击涡轮的叶轮，从而提高能量回收效率；叶轮在流体冲击下旋转，进而带动涡轮转子一起旋转，流体的一部分能量被转化为涡轮转子的机械能，涡轮转子通过传动部件或能量转换装置将其机械能输出，实现流体能量的回收；如此，从启闭件流出的流体与启闭件至阀门流体出口间的管道接触的机会减少，因而流体与所述管道发生摩擦、碰撞而损失的能量得以减少，与此同时，更多的流体能量被转化为涡轮转子的机械能；特别是当启闭件节流时，经启闭件节流后速度增加的流体冲击叶轮做功，流体能量回收效率得到极大提高。
作为优选，所述启闭件包括阀片组，所述启闭件开度调节机构通过旋转阀片组中的阀片改变阀片组的通流截面大小，从而启闭件的开度得以调节；阀片组中各阀片配合形成的可改变节流截面的节流机构，可简便地调节节流面积，并使流体以更具能量的流体束的形式从启闭件中喷出，从而起到提高所述涡轮流体能量回收效率的作用。
作为优选，所述启闭件包括喷嘴和喷针，所述启闭件开度调节机构通过调整喷嘴和喷针的相对位置改变喷嘴和喷针之间的流道大小，从而启闭件的开度得以调节；喷嘴和喷针配合形成的可改变节流截面的节流机构，可简便地调节节流面积，并使流体以更具能量的流体束的形式从启闭件中喷出，从而起到提高所述涡轮流体能量回收效率的作用。
作为优选，所述涡轮为轴流式涡轮，该涡轮中的叶轮由圆锥形或大致呈圆锥状的导流罩和叶片组成，叶片均匀分布在所述导流罩的侧面，各叶片与所述导流罩形成顺滑的导流槽；叶轮安装在涡轮壳体中，叶轮与涡轮壳体之间形成顺滑的流道，并且该流道的通流截面面积沿流体流动方向逐渐增大；如此，叶轮与涡轮壳体之间的流道起到对流体进行扩压的作用，流体扩压时流体的压力能也更多地转化为涡轮转子的机械能。
进一步，所述轴流式涡轮还包括圆锥形或大致呈圆锥状的泄流锥，该泄流锥与所述导流罩固定连接，从而组成整体呈梭状的导流体；泄流锥也处于涡轮壳体中，它与涡轮壳体之间形成顺滑的流道，并且该流道的最小通流截面面积大于或等于所述启闭件开度达到最大时的节流面积，从而流体被顺畅地导出。
作为优选，所述涡轮还包括磁性联轴器，磁性联轴器将所述涡轮的转子的转矩传递给所述涡轮外部的机械元件，实现动力输出。所述涡轮依靠磁性联轴器传动可省掉传动过程中的动密封件，从而减少能量传递过程中的损失。
作为优选，所述涡轮还包括永磁发电机，该永磁发电机包括定子和转子；所述涡轮的转子中固定安装有线圈或永磁体，该线圈或永磁体随所述涡轮的转子一起转动，所述涡轮的转子与线圈或永磁体一起构成永磁发电机的转子；永磁发电机的转子与定子之间通过电磁感应产生电流，从而将所述涡轮的转子的机械能转化成电能输出。所述涡轮将机械能转化为电能输出，使该涡轮省掉动密封件，从而减少能量传递过程中的损失。
所述可回收流体能量的阀门能量回收效率高，特别是当所述启闭件将流体汇聚成更具能量的流体束时，所述涡轮的能量回收效率将得到进一步提高。
所述可回收流体能量的阀门对流体能量进行回收的方式有利地适用于水龙头及混水阀，尽管并不限定于此。
所述可回收流体能量的阀门结构简单，易于制造，应用领域广泛，可大量应用于自来水、燃气等流体的余压回收领域，从而节约大量能源。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为实施例1的结构图(启闭件开启时)
图2为实施例1的结构图(启闭件关闭时)
图3为实施例2的结构图(启闭件开启时)
图4为实施例2的结构图(启闭件关闭时)
图5为实施例3的结构图(启闭件开启时)
图6为实施例3的结构图(启闭件关闭时)
附图标记说明：101.阀体，1011.流体入口段，1012.流体出口段，1013.阀片座，102.阀盖，1021.阀杆套向筒，1031.阀杆，1032.上阀片，1033.下阀片，1034.密封圈，1035.密封垫，104.手柄，105.涡轮外壳，1051.外壳壳体，1052.入口端转子轴承，1053.径向连接板，1054.出口端转子轴承，1055.径向连接板，106.涡轮转子，1061.轴，1062.叶轮，1063.永磁体，1064.泄流锥，107.滚动轴承，1071.滚动轴承内圈，1072.滚动轴承外圈，1073.球形滚动体，1081.永磁体，1082.齿轮，208.发电机定子，2081.接线柱，200.导叶，305.涡轮外壳，306.涡轮转子，3061.叶轮，3062.轴
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例作详细说明，各实施例均以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例1
如图1、图2所示，本实施例所示的可回收流体能量的阀门，其部件包括：阀体101、阀盖102、阀杆1031、上阀片1032、下阀片1033、密封圈1034、密封垫1035、手柄104、涡轮外壳105、涡轮转子106、滚动轴承107、永磁体1081、齿轮1082。
阀体101由流体入口段1011、流体出口段1012及阀片座1013组成。环形阀片座1013设置在流体出口段1012的末端，下阀片1033(下阀片1033为静阀片)固定地安装在阀片座1013的上部，它们之间由密封垫密封。阀盖102通过螺纹与流体入口段1011固定连接，它们之间由密封圈密封。阀盖102的中心还设置有阀杆套向筒1021。
阀杆1031的一端固定连接有手柄104，其另一端与上阀片1032(上阀片1032为动阀片)固定连接；阀杆1031的中部还固定套设有密封圈1034和密封垫1035；阀杆1031、上阀片1032、密封圈1034及密封垫1035共同组成该阀门的阀芯。阀芯安装在阀体101中，阀杆1031与阀杆套向筒1021之间由密封圈1034和密封垫1035密封。在阀盖102向下的压力作用下，阀芯中的上阀片1032与下阀片1033相互贴合组成密封副，它们组成的阀片组是该阀门的启闭件；上阀片1032和下阀片1033中都设置有两个圆形孔洞；当转动手柄104使阀芯顺时针旋转时，上阀片1032与下阀片1033的圆形孔洞的相对的面积减小，即启闭件的开度变小；当转动手柄104使阀芯逆时针旋转时，上阀片1032与下阀片1033的圆形孔洞的相对的面积增大，即启闭件的开度变大。
本实施例中的涡轮为轴流式涡轮，它主要由涡轮外壳105、涡轮转子106及传动部件组成。涡轮外壳105由外壳壳体1051、入口端转子轴承1052、径向连接板1053、出口端转子轴承1054及径向连接板1055组成；入口端转子轴承1052设置在外壳壳体1051的流体入口端，它通过径向连接板1053与外壳壳体1051固定连接；出口端转子轴承1054设置在外壳壳体1051的流体出口端，它通过径向连接板1055与外壳壳体1051固定连接。
叶轮1062由圆锥形导流罩和均匀分布在该导流罩侧面的叶片组成，各叶片与圆锥形导流罩形成顺滑的导流槽；叶轮1062中导流罩的底部与圆锥形泄流锥1064的底部固定连接，并且它们中间还固定镶嵌有圆环状的永磁体1063，导流罩、永磁体1063及泄流锥1064共同组成梭状的导流体；轴1061处于所述导流体的轴线上，并与导流体固定连接；轴1061、叶轮1062、永磁体1063及泄流锥1064共同组成涡轮转子106。涡轮转子106安装在涡轮外壳105中，轴1061安装在入口端转子轴承1052和出口端转子轴承1054中。叶轮1062与涡轮外壳105之间形成顺滑的流道，并且该流道的通流截面面积沿流体流动方向逐渐增大。永磁体1063及泄流锥1064与涡轮外壳105之间形成顺滑的流道，并且该流道的最小通流截面面积大于启闭件开度达到最大时的节流面积。
传动部件由永磁体1063、滚动轴承107、永磁体1081和齿轮1082组成。滚动轴承107由滚动轴承内圈1071、滚动轴承外圈1072和球形滚动体1073组成。滚动轴承内圈1071固定地安装在涡轮外壳105的外侧。滚动轴承外圈1072中固定地镶嵌有永磁体1081，永磁体1081与永磁体1063相对并且同轴；永磁体1063与永磁体1081之间的构件均采用不导磁的非磁性材料制作，因而磁力线能够穿透。齿轮1082固定地连接在滚动轴承外圈1072外侧。永磁体1063与永磁体1081共同组成磁性联轴器，它们通过磁力作用将涡轮转子106旋转时的转矩传递给齿轮1082，实现动力输出。
涡轮的流体入口端与阀体101流体出口段1012固定连接，并且使安装在涡轮流体入口的入口端转子轴承1052和径向连接板1053避开下阀片1033的圆形孔洞正对的方向，因此，从阀片组中排出的流体直接冲击叶轮1062而过程中没有障碍。
流体从阀体101流体入口段1011进入，流体流经启闭件后直接冲击叶轮1062，叶轮1062在流体冲击下旋转，进而带动涡轮转子106一起旋转，流体的一部分能量被转化为涡轮转子106的机械能，涡轮转子106通过传动部件将动力输出，实现流体能量的回收；特别是当启闭件节流时，经启闭件节流后速度增加的流体冲击叶轮1062做功，流体能量回收效率得到极大提高。流体流经启闭件和涡轮后流速得以降低，更利于人们使用。
实施例2
如图3、图4所示，本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：安装在实施例1涡轮外壳外侧的滚动轴承107、永磁体1081和齿轮1082替换为发电机定子208，此外，本实施例中还设置有导叶200；导叶200固定安装在阀体流体出口段的末端，并处在下阀片的下方；导叶200具有与涡轮转子中叶轮的叶片相匹配的倾角，从阀片组中排出的流体经导叶200导流后以更加适合的角度冲击涡轮转子中的叶轮，从而使更多的流体能量转化为涡轮转子的机械能；涡轮中的磁性涡轮转子也是永磁发电机的转子，它与发电机定子208组成永磁发电机，磁性涡轮转子旋转时产生旋转磁场，发电机定子208中的线圈切割磁感线产生电流，电流由发电机定子208上的接线柱2081输出。
实施例3
如图5、图6所示，本实施例与实施例1也基本相同，不同之处仅在于：本实施例中的涡轮与实施例1中的涡轮不同，此外，本实施例中的上阀片和下阀片中都只有一个圆形孔洞；具体而言：本实施例中的涡轮主要由涡轮外壳305和涡轮转子306组成；涡轮转子306由叶轮3061和轴3062组成，轴3062固定地镶嵌在叶轮3061的中心；涡轮转子306安装在涡轮外壳305中，并由设置在涡轮外壳305中的轴承承托；轴3062的一端伸出涡轮外壳305并与涡轮外部的机械部件相连接，轴3062与涡轮外壳305之间由轴封密封；涡轮的流体入口端与阀体流体出口段固定连接，并且使下阀片中圆形孔洞的出口方向与叶轮3061的轮毂相切，因此，从阀片组中排出的流体直接冲击叶轮3061的叶片；涡轮转子的机械能通过轴3062直接传递给涡轮外部的机械部件，实现动力输出。
以上所述实施例仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种可回收流体能量的阀门，包括启闭件和启闭件开度调节机构，其特征在于：还包括涡轮，该涡轮安装在启闭件的流体出口端；流体从启闭件流出后直接冲击涡轮的叶轮；或者，从启闭件流出的流体经导流部件导流后以适合的角度冲击涡轮的叶轮，从而提高能量回收效率。
2.根据权利要求1所述的一种可回收流体能量的阀门，其特征是：所述启闭件包括阀片组，所述启闭件开度调节机构通过旋转阀片组中的阀片改变阀片组的通流截面大小，从而启闭件的开度得以调节。
3.根据权利要求1所述的一种可回收流体能量的阀门，其特征是：所述启闭件包括喷嘴和喷针，所述启闭件开度调节机构通过调整喷嘴和喷针的相对位置改变喷嘴和喷针之间的流道大小，从而启闭件的开度得以调节。
4.根据权利要求1所述的一种可回收流体能量的阀门，其特征是：所述涡轮为轴流式涡轮，该涡轮中的叶轮由圆锥形或大致呈圆锥状的导流罩和叶片组成，叶片均匀分布在所述导流罩的侧面，各叶片与所述导流罩形成顺滑的导流槽；叶轮安装在涡轮壳体中，叶轮与涡轮壳体之间形成顺滑的流道，并且该流道的通流截面面积沿流体流动方向逐渐增大。
5.根据权利要求4所述的一种可回收流体能量的阀门，其特征是：所述轴流式涡轮还包括圆锥形或大致呈圆锥状的泄流锥，该泄流锥与所述导流罩固定连接，从而组成整体呈梭状的导流体；泄流锥也处在涡轮壳体中，它与涡轮壳体之间形成顺滑的流道，并且该流道的最小通流截面面积大于或等于所述启闭件开度达到最大时的节流面积。
6.根据权利要求1所述的一种可回收流体能量的阀门，其特征是：所述涡轮还包括磁性联轴器，磁性联轴器将所述涡轮的转子的转矩传递给所述涡轮外部的机械元件。
7.根据权利要求1所述的一种可回收流体能量的阀门，其特征是：所述涡轮还包括永磁发电机，该永磁发电机包括定子和转子；所述涡轮的转子中固定安装有线圈或永磁体，该线圈或永磁体随所述涡轮的转子一起转动，所述涡轮的转子与线圈或永磁体一起构成永磁发电机的转子；永磁发电机的转子与定子之间通过电磁感应产生电流，从而将所述涡轮的转子的机械能转化成电能输出。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20161109 |