CN106870261A - 一种利用下水管道污水进行发电的小型水力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用下水管道污水进行发电的小型水力发电装置，涉及水力发电技术领域。锁紧螺母、叶轮、短固定支座、中心转轴、轴承、同步永磁发电机、绝缘层、长固定支座均放置于壳体管道内部，锁紧螺母和叶轮安装在中心转轴上，同步永磁发电机、轴承、中心转轴、放置于一体式壳状绝缘层的内部，绝缘层通过短固定支座和长固定支座固定于壳体管道内，长固定支座的其中一个辐条与壳体管道的连接处外设置有并网变频器、保护控制设备和储能设备。并网变频器可使同步永磁发电机并网简单，机组的转速在一定的转速范围内不受限制，可以取消调速设备，简化发电辅助系统。本发明采用同步永磁发电机，可使得发电机取消同步励磁机控制装置。

Description

一种利用下水管道污水进行发电的小型水力发电装置

技术领域

本发明涉及水力发电技术领域，特别是涉及一种用于下水管道的利用下水管道污水的水流进行发电的小型水力发电装置。

背景技术

水力发电是目前为止人类找到的最好的清洁可再生绿色能源之一，在当今世界能源日益缺乏的情况下，如何节约能源、充分有效地利用能源、开发利用更多的清洁能源已经成为当前世界发展必须解决的一个重要问题。因此，世界各国都把开发水能发电放在了能源开发的优先位置。水力发电为利用水力对水力发电装置做功进行发电，水力发电装置的核心部件为装有叶轮的转子，利用具有一定落差的水冲击在该叶片上，带动转子转动，转子连接到发电机，转子的转动即成为发电机的动力来源。而由于水资源的严重不足，开发一种能充分有效利用污水资源的水力发电方法，具有重要的意义。

我国的国土面积很大，管道铺设也很多。在各个角落里我们都可以看到各式的管道，如生活用水管道，污水排放管道，工业用水管道，河流的水泥输水管道等。当水流过这些管道时都具有很大的动能。而这些能量的利用率却不高。为了有效利用这些浪费的水能，我们设计了一种利用下水管道污水的水流进行发电的小型水力发电装置。

发明内容

本发明提供一种利用下水管道污水的水流进行发电的小型水力发电装置，该装置结构简单，其目的在于充分有效地利用污水资源进行水力发电，弥补污水资源能量的利用不足，并且可以节省大量的改建费用及设备造价，便于市场上的普及与推广。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种利用下水管道污水进行发电的小型水力发电装置，包括壳体管道、锁紧螺母、叶轮、短固定支座、转子的中心转轴、轴承、同步永磁发电机、绝缘层、长固定支座、密闭安装室；

所述的锁紧螺母、叶轮、短固定支座、中心转轴、轴承、同步永磁发电机、绝缘层、长固定支座均放置于壳体管道内部；

所述的锁紧螺母和叶轮安装在中心转轴上；

所述的同步永磁发电机、轴承、中心转轴、放置于壳状绝缘层的内部；

所述绝缘层通过短固定支座和长固定支座固定于壳体管道内；

所述的长固定支座的其中一个辐条为中空，其与壳体管道的连接处外设置有并网变频器、保护控制设备和储能设备。通过变频后的低压电源，通过线缆送出，或通过电力变压器接入电力系统，或直接存入储能设备。

根据所述的水力发电装置，壳体管道的水流进口设置为渐扩渐缩式的水流进口。

根据所述的水力发电装置，转子的中心转轴处于竖直方向，水流垂直冲击叶轮叶片。

根据所述的水力发电装置，转子为回转体，转子的轴线与壳体管道的轴线相同，叶轮的宽度接近于该处壳体管道圆柱形空腔的宽度。

根据所述的水力发电装置，叶轮的叶片数为八片，叶片为涡轮叶片，叶片的受力面为凹面。

根据所述的水力发电装置，短固定支座的内圈和外圈为环形结构，且内圈和外圈之间带有辐条；辐条数为六，周向呈等距离环形分布。

根据所述的水力发电装置，长固定支座的内圈和外圈为环形结构，且内圈和外圈之间带有辐条；辐条数为六，周向呈等距离环形分布，且其中一个辐条为中空，用于穿出同步永磁发电机线缆。

根据所述的水力发电装置，叶轮的锁紧螺母的外侧表面为流线型。

根据所述的水力发电装置，线缆穿出后，穿入密闭安装室，并网变频器、保护控制设备及储能设备均放置于密闭安装室内。

根据所述的水力发电装置，壳体管道的水流出口设置为渐扩渐缩式的水流出口。

综合来看，本发明的一种利用下水管道污水进行发电的小型水力发电装置除了常规水力发电装置具有的优点以外，还具有以下优点：

1.与普通水力发电装置相比，有效地利用了污水资源的能量，扩宽了水力发电装置的应用范围。

2.本发明采用并网变频器可使发电机并网简单，机组的转速在一定的转速范围内不受限制，可以取消调速设备，简化发电辅助系统。

3.本发明采用同步永磁发电机，可使得发电机取消同步励磁机控制装置。因此使发电机的结构简单，防止堵塞，节省空间及造价的同时，便于市场推广及普及。

4.本发明的壳体管道的进出口均采用渐扩渐缩式的流道，使得在充分利用污水能量的同时，预防了管道的堵塞。

5.本发明获得的通过变频后的低压电源，可通过线缆送出，或通过电力变压器接入电力系统，或直接存入储能设备，应用便捷、广泛。

附图说明

利用附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1为利用下水管道污水进行发电的一体化小型水力发电装置整体结构示意图。

图2为利用下水管道污水进行发电的一体化小型水力发电装置局部结构示意图。

图3为图1所示叶轮的结构示意图。

图4为图1所示短固定支座的结构俯视图。

图5为图1所示长固定支座的结构俯视图。

图中：1-壳体管道，2-锁紧螺母，3-叶轮，4-短固定支座，5-中心转轴，6-轴承，7-同步永磁发电机，8-绝缘层，9-长固定支座，10-密闭安装室。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

图1为利用下水管道污水进行发电的一体化小型水力发电装置整体结构示意图。一种利用下水管道污水进行发电的一体化小型水力发电装置，包括壳体管道(1)、锁紧螺母(2)、叶轮(3)、短固定支座(4)、中心转轴(5)、轴承(6)、同步永磁发电机(7)、绝缘层(8)、长固定支座(9)、密闭安装室(10)。所述的锁紧螺母(2)、叶轮(3)、短固定支座(4)、中心转轴(5)、轴承(6)、同步永磁发电机(7)、绝缘层(8)、长固定支座(9)均放置于壳体管道(1)内部，所述的锁紧螺母(2)和叶轮(3)安装在中心转轴(5)上，所述的同步永磁发电机(7)、轴承(6)、中心转轴(5)、放置于一体式壳状绝缘层(8)的内部，所述绝缘层(8)通过短固定支座(4)和长固定支座(9)固定于壳体管道(1)内，所述的长固定支座(9)的其中一个辐条与壳体管道(1)的连接处外设置有并网变频器、保护控制设备和储能设备。

本发明的水力发电装置采用集成式的结构，便于生产加工、便于机组的组装。

本发明的壳体管道(1)的进出口分别于上下端管道连接，且皆采用渐扩渐缩型的流道，在预防了管道的堵塞的同时，充分收集利用了污水流下时的动能。转子的中心转轴(5)处于竖直方向，水流垂直冲击叶轮(3)叶片。转子为回转体，转子的轴线与壳体管道(1)的轴线相同，叶轮(3)的宽度接近于该处壳体管道(1)圆柱形空腔的宽度。叶轮(3)的锁紧螺母(2)的外侧表面为流线型，减少了污水流下携带的能量的损失。

本发明采用同步永磁发电机(7)，可使得发电机取消同步励磁机控制装置，由于使用了并网变频器，可使同步永磁发电机并网简单，机组的转速在一定的转速范围内不受限制，可以取消调速设备，简化发电辅助系统，从而使发电机的结构简单，节省空间防止管道内堵塞，节省大量的土建费用及设备造价。

图2为利用下水管道污水进行发电的一体化小型水力发电装置局部结构示意图。展示了内部结构细节。

图3为叶轮(3)的结构示意图。叶轮(3)的叶片数为八片，叶片为涡轮叶片，叶片的受力面为凹面。污水水流冲击叶片，使得叶轮(3)发生转动，然后通过中心转轴(5)带动同步永磁发电机(7)轴转动，从而使得同步永磁发电机(7)发电，最后将电能传输出去或进行储存。

图4为短固定支座(4)的结构俯视图。短固定支座(4)与壳体管道(1)和绝缘层(8)的接触处为环状，分别卡入卡槽中。短固定支座(4)的辐条数为六，周向呈等距离环形分布。

图5为长固定支座(9)的结构俯视图。长固定支座(9)与壳体管道(1)和绝缘层(8)的接触处为环状，分别卡入卡槽中。长固定支座(9)的辐条数为六，周向呈等距离环形分布。其中一个辐条为中空，其与壳体管道(1)的连接处外设置有并网变频器、保护控制设备和储能设备。并网变频器、保护控制设备和储能设备均放置于密闭安装室(10)内。

本发明的一种利用下水管道污水进行发电的小型水力发电装置工作过程如下：

整体装置竖直放置。壳体管道(1)的水流进口与上方管道连接，水流出口与下方管道连接。污水水流垂直冲击叶轮(3)叶片，使得叶轮(3)发生转动，然后通过中心转轴(5)带动同步永磁发电机(7)轴转动，从而使得同步永磁发电机(7)发电，最后通过长固定支座(9)的中空辐条穿出线缆，将电能进行储存或接入电力系统。且该装置可以进行多级串联工作，以达到更充分地利用水资源。

应理解上述施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种利用下水管道污水进行发电的小型水力发电装置，其特征在于：由壳体管道(1)、锁紧螺母(2)、叶轮(3)、短固定支座(4)、转子的中心转轴(5)、轴承(6)、同步永磁发电机(7)、绝缘层(8)、长固定支座(9)、密闭安装室(10)组成；叶轮(3)通过中心转轴(5)与同步永磁发电机(7)连接；同步永磁发电机(7)置于绝缘层(8)内，绝缘层(8)通过短固定支座(4)和长固定支座(9)固定于壳体管道(1)内，长固定支座(9)一端与绝缘层(8)连接，长固定支座(9)的另一端与壳体管道(1)的内壁连接；其中长固定支座(9)的一个辐条与壳体管道(1)壁连接处开设有用于穿设同步永磁发电机(7)线缆的线缆穿出口，线缆穿出口外设置有并网变频器、保护控制设备及储能设备，线缆分别于并网变频器、保护控制设备和储能设备连接。

2.根据权利要求1所述的一种利用下水管道污水进行发电的小型水力发电装置，其特征在于：壳体管道(1)的水流进口设置为渐扩渐缩式的水流进口。

3.根据权利要求1所述的一种利用下水管道污水进行发电的小型水力发电装置，其特征在于：使转子的中心转轴(5)处于竖直方向，水流垂直冲击叶轮(3)叶片。

4.根据权利要求1所述的一种利用下水管道污水进行发电的小型水力发电装置，其特征在于：转子为回转体，转子的轴线与壳体管道的轴线相同，叶轮(3)的宽度接近于该处壳体管道(1)圆柱形空腔的宽度。

5.根据权利要求1所述的一种利用下水管道污水进行发电的小型水力发电装置，其特征在于：叶轮(3)的叶片数为八片，叶片为涡轮叶片，叶片的受力面为凹面。

6.根据权利要求1所述的一种利用下水管道污水进行发电的小型水力发电装置，其特征在于：短固定支座(4)的内圈和外圈为环形结构，且内圈和外圈之间带有辐条；辐条数为六，周向呈等距离环形分布。

7.根据权利要求1所述的一种利用下水管道污水进行发电的小型水力发电装置，其特征在于：长固定支座(9)的内圈和外圈为环形结构，且内圈和外圈之间带有辐条；辐条数为六，周向呈等距离环形分布，且其中一个辐条为中空，用于穿出同步永磁发电机(7)线缆。

8.根据权利要求1所述的一种利用下水管道污水进行发电的小型水力发电装置，其特征在于：叶轮(3)的锁紧螺母(2)的外侧表面为流线型。

9.根据权利要求1所述的一种利用下水管道污水进行发电的小型水力发电装置，其特征在于：线缆穿出后，穿入密闭安装室(10)，并网变频器、保护控制设备及储能设备均放置于密闭安装室(10)内。

10.根据权利要求1所述的一种利用下水管道污水进行发电的小型水力发电装置，其特征在于：壳体管道(1)的水流出口设置为渐扩渐缩式的水流出口。