CN108869155A - 可处理废水的虹吸排水高效涡轮发电设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种可处理废水的虹吸排水高效涡轮发电设备，解决了现有技术中水资源浪费严重的问题。该设备包括第一水箱，所述第一水箱的上部设有进水口，下部设有出水口；胶体清除器，所述胶体清除器通过止水阀连接于所述第一水箱的下游位置；第二水箱，所述第二水箱连接于所述胶体清除器的下游位置，所述第二水箱的上端设有增压进气口，所述增压进气口连接增压涡轮；虹吸喷水管路，所述虹吸喷水管路通过虹吸排水管道连接于所述第二水箱的下部，所述虹吸喷水管路还连接有竖直的加速与整流管道；涡轮机组，所述涡轮机组为多个并串联连接于所述加速与整流管道的下游。

Description

可处理废水的虹吸排水高效涡轮发电设备

技术领域

本发明涉及集排水发电装置技术领域，特别是指一种可处理废水的虹吸排水的高效涡轮发电设备。

背景技术

中国是一个水资源贫乏的国家，又是一个水污染严重的国家。人均水资源占有量仅为世界平均量的1/4，是世界13个人均水资源最贫乏的国家之一，水资源短缺已经影响中国的可持续发展。可持续发展要求以有限水资源的可持续利用支撑和保障经济社会的可持续发展,这就要求节水减污在城市的应用中,应充分考虑城市供水、用水、节水、城市的生态环境和城市水系统等因素之间的关系,并兼顾经济效益、环境效益和社会效益。

在生活中，我们每个人每天必做的是用水与喝水，同时我们也倒掉了数以亿吨的淡水，所产生废水的量大到让我们发愁，有的则较为洁净。比如:据观察，学生在宿舍楼的水房中洗涤衣物的时候，平均一人清洗一件衣物就需要用一桶近20升的水。可想而知，在你来我往的水房里会产生多少吨相对洁净的废水！而在现今的大环境中，要想收集每个人的举手之劳则并非易事。

生活废水是日常生活中所产生的污水，主要包括饮用、炊煮、洗澡、洗涤、浇灌及其他用水，主要来源于居住建筑和公共建筑，如住宅、机关、学校(尤其是宿舍)、医院、商店、公共场所及工业企业等。生活废水所含的污染物主要是有机物(如蛋白质、碳水化合物、脂肪、氨氮等)和大量病原微生物(如寄生虫卵和肠道传染病毒等)。存在于生活污水中的有机物极不稳定，容易腐化而产生恶臭。细菌和病原体以生活污水中有机物为营养而大量繁殖，可导致传染病蔓延流行。这些水源大多不能直接利用，需要经过复杂的再处理才能成为我们使用的自来水。而这些废水在被排出后，依然含有由原水厂所产生的水头压力和势能，但都未被加以有效的利用。这个问题虽然引起了人们的注意，但广大创新创造人士并没有努力去成功地解决这个问题，所以现在该领域的一些实用设备还比较稀少。

发明内容

本发明提出一种可处理废水的虹吸排水高效涡轮发电设备，解决了现有技术中水资源浪费严重的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：可处理废水的虹吸排水高效涡轮发电设备，包括

第一水箱，所述第一水箱的上部设有进水口，下部设有出水口；

胶体清除器，所述胶体清除器通过止水阀连接于所述第一水箱的下游位置；

第二水箱，所述第二水箱连接于所述胶体清除器的下游位置，所述第二水箱的上端设有增压进气口，所述增压进气口连接增压涡轮；

虹吸喷水管路，所述虹吸喷水管路通过虹吸排水管道连接于所述第二水箱的下部，所述虹吸喷水管路还连接有竖直的加速与整流管道；

涡轮机组，所述涡轮机组为多个并串联连接于所述加速与整流管道的下游。

作为一种优选的实施方式，所述第一水箱内设有两个上下布置的过滤网，两个过滤网均呈倒凸台形，上方过滤网的孔径大于下方过滤网的孔径，所述过滤网的中间位置为污垢收集区；

所述过滤网的下方设有V形斜槽，所述V形斜槽横向布置，其开口朝向所述出水口，水面越过所述V形斜槽的上端后进入所述出水口。

作为一种优选的实施方式，所述胶体清除器的内部设有上端封死下端开放的隔层，所述隔层的一侧设有若干层叠的V形斜板，水流自下而上穿过所述V形斜板并流出所述胶体清除器；

所述V形斜板的下方设有板间距与其相等的垂直板段，所述胶体清除器的下端设有用螺母盖封死的吸附孔。

作为一种优选的实施方式，所述第二水箱的底部设有虹吸排水管道，第二水箱内部设有用于封闭所述虹吸排水管道的浮标活塞，所述浮标活塞通过牵引线连接有橡胶浮子。

作为一种优选的实施方式，所述第二水箱内设有上下延伸的两根导杆，所述浮标活塞与橡胶浮子均套设于所述导杆上并沿所述导杆往复直线移动。

作为一种优选的实施方式，所述加速与整流管道包括外循环空气吸收管道、水流加速管道，所述水流加速管道的内壁上设有螺纹肋，水流沿所述螺纹肋呈螺旋形下落，所述水流加速管道的中央形成空气柱。

作为一种优选的实施方式，所述涡轮机组包括壳体、碟片和中心转轴挡圈；

所述壳体内均匀排列有多个所述的碟片，所述碟片的两端设有所述的中心转轴挡圈，所述碟片的表面还设置有等高度差台阶状涡状线形凸起。

作为一种优选的实施方式，所述增压涡轮与涡轮机组的转轴串联，所述涡轮机组驱动增压涡轮，为所述第二水箱增压供气。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：本发明的设备可以建设在各类高层建筑物中实现污水的过滤、沉降、去胶体、传递和加速，以及发电，能够最大限度地减小水资源的浪费，并使其发挥最大的社会经济效益。废水在经过过滤、沉降和去胶体后，再经过加速整流到达涡轮机组，利用水流自身的势能达到发电的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例的结构示意图；

图2为第一水箱和胶体清除器的结构示意图；

图3为第一水箱的结构示意图；

图4为第一水箱的内部结构示意图；

图5为胶体清除器的内部结构示意图；

图6为胶体清除器的局部剖视示意图；

图7为第二水箱处的结构示意图；

图8为第二水箱处的内部结构示意图；

图9为虹吸喷水管路处的结构示意图；

图10为涡轮机组的内部结构示意图；

图中：1-第一水箱；2-出水口；3-胶体清除器；4-止水阀；5-增压进气口；6-虹吸喷水管路；7-虹吸排水管道；8-加速与整流管道；9-涡轮机组；10-粗孔径过滤网；11-细孔径过滤网；12-污垢收集区；13-V形斜槽；14-隔层；15-V形斜板；16-垂直板段；17-吸附孔；18-浮标活塞；19-牵引线；20-橡胶浮子；21-导杆；22-外循环空气吸收管道；23-水流加速管道；24-螺纹肋；25-壳体；26-碟片；27-中心转轴挡圈；28-涡状线形凸起；29-第二水箱；30-增压涡轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1所示，本发明的可处理废水的虹吸排水高效涡轮发电设备主要包括以下几部分：第一水箱1、胶体清除器3、第二水箱29、虹吸排水管道7、虹吸喷水管路6、加速与整流管道8、增压涡轮30和涡轮机组9，下面就每一部分的结构做详细说明。

如图2、图3和图4所示，第一水箱1的上方设有进水口，下方设有出水口2，第一水箱1内设有两个可抽拉拆装倒凸台形的过滤网(包括粗孔径过滤网10和细孔径过滤网11)和一个横置的V形斜槽13，粗孔径过滤网10和细孔径过滤网11呈漏斗状且为自边缘朝圆心向下设置，在具体过滤的过程中存积在过滤网表面的杂质颗粒容易在自身重力以及水流冲击下移进入中间的污垢收集区12，从而能够大幅度的减少杂质颗粒存积在过滤网表面，使得过滤网能够更加长久的保持良好过滤效果。第一层滤网为粗孔径过滤网10，第二层滤网为细孔径过滤网11，通过两层过滤网过滤水流中的悬浮物质，达到初步过滤与去除大颗粒污渍的效果。而且两个过滤网的边缘均设有耳状法兰，粗孔径过滤网10的耳状法兰比细孔径过滤网11的耳状法兰尺寸要大，其可以保证当过滤网底部污垢聚集过多时，取出粗孔径过滤网10之后，细孔径过滤网11也能顺利的取出并加以清洗。

在第一水箱1下部设置横置的V形斜槽13，水流沿V形斜槽13先进入左侧区域，水面逐渐上升后越过横置的V形斜槽13的上端，进入排水区域经由出水口2流出第一水箱1。横置的V形斜槽13可利用汇集于设备中的流体上升流道截面差造成的水流沿重力方向的速度差实现强化接触沉淀、提高絮体沉淀分离的目的。接触絮凝即微小絮体或脱稳颗粒在滤层中发生絮凝、沉积，滤料颗粒起到了强化水体颗粒物絮凝的作用，横置的V形斜槽13可以有效地降低出水中细小絮体颗粒的含量,实现了稳定的低出水浊度，同时具有较好的抗冲击负荷能力，该过程可有效利用物理方法实现对水中颗粒以及水溶物的沉积作用，总体来说，第一水箱1可对水流中的悬浮物质和水溶物进行深度过滤，因为该装置适用对象多为宿舍楼、居民楼的生活废水，水质情况复杂恶劣，若不进行过滤，水流中的胶体长时间流经后续的水箱以及管道会粘附沉积在水箱和管道侧壁，难以清理并且会严重妨碍发电机高效发电功用的实现。

如图1、图5和图6所示，第一水箱1的出水口2外接管道设有止水阀4，为有效避免水流胶体长时间沉积粘附对该装置的影响，止水阀4的下游连接胶体清除器3，胶体清除器3的下端吸附孔17可用螺母盖封住，可以定期将螺母盖打开通过吸附孔17清理沉积的污垢，操作简单可行，可有效去除胶体，降低水浊度，提高出水水质，可长期运行稳定有效。

在胶体清除器3的右侧内嵌有V形斜板15，可以起到强化接触凝絮沉淀的作用，V形斜板15可自由取放，当水流从左端入口进入胶体清除器3内部时，由于胶体清除器3中间设有上端封死而下方开放的隔层14，故其无法直接通过右端的管道流出。因此，水流将由下而上的进入V形斜板15。V形斜板15沿重力方向会形成一个速度差，由于速度差的存在，V形流道中流体上升方向处的颗粒所受到的绕流阻力减小，利于较小的絮体颗粒沉降。同时，由于V形流道入口处流体的流速相对较大，滑落的絮体在此处受到的绕流阻力较大，沉淀速度减小，且大量滑落的絮体使流道发生改变并使流体的上升流速增大，部分絮体返回流道并在流道入口处形成一定厚度的具有自我更新能力的絮体颗粒动态悬浮泥渣层，对絮体起到接触絮凝的作用。此外，在V形斜板15的下方还安装有板间距与其相等的垂直板段16，以起到强化接触絮凝的作用。

从V形斜板15区沉降的絮体进入较窄的竖直流道后，由于流道受到限制而使流体通道变小、流速增加，从而使絮体颗粒的绕流阻力增加，沉降速度下降。而同时，更多的絮体颗粒会返回斜板并在斜板口聚集，增加了絮体颗粒的碰撞机会，当絮体颗粒增大到一定尺度后会再次沉降到垂直板段16中。由于垂直板段16流道内絮体的聚集会在板间形成絮体床层，当流体流过絮体床层时，流体中较大的絮体颗粒会与沉降的絮体碰撞，形成更大的絮体或在絮体颗粒间形成架桥作用，使小尺度的颗粒可以在床层中的絮体颗粒间发生接触絮凝作用，从而达到去除小尺度胶体颗粒的目的。由于垂直板段16下出口外流体的流速小于板间流速，因此絮体颗粒离开垂直板段16后的沉降速度都会增加。因此，对于一定的上升流速，在确定的垂直板段16长度下，床层内絮体与流体实现逆流动态平衡，提高了对水中胶体杂质的沉积率。最终，沉积过后的水可以通过小孔流入上方并沿右侧管道源源不断地流出。

在胶体清除器3的下游位置连接有第二水箱29，该第二水箱29实质为虹吸水箱，如图7和图8所示，第二水箱29的上端同时连有增压进气口5，增压进气口5通过软管与设在一楼地面的增压涡轮30出气口相连，增压涡轮为现有技术较为常见的部件，其结构在此不再赘述，其作用是为第二水箱29供气增压，以提高排水压差。第二水箱29内部设有浮标活塞18，还固定有竖直的两根导杆21，同时第二水箱29底部连接虹吸排水管道7，浮标活塞18通过柔性的牵引线19与橡胶浮子20相连，浮标活塞18与橡胶浮子20均套设在导杆21上并沿其往复直线移动。水位的上升会引起橡胶浮子20的上升，当水位升至一定高度，浮力增大，橡胶浮子20牵引与浮标活塞18连接的牵引线19，浮标活塞18被拔开，从而浮标活塞18和虹吸排水管道7协同实现一次性排出第二水箱29中的全部水体。橡胶浮子20不仅可显示水位的高度变化，还可以防止在下方浮标活塞18打开的时候，橡胶浮子20被吸入下方排水通道的入口中。当浮标活塞18被拔起时，由于水流快速进入下方排水通道入口，浮标活塞18会在水体即将排完的情况下，重新堵住排水通道入口，以发挥橡胶浮子20与浮标活塞18的定量开关作用。而且第二水箱29为封闭的上下圆底状，其可以有效利用在排水的过程中水体流速方向上的剪切力来带走可能固着在箱体内壁的沉淀物，从而达到自我清洁的目的。

如图1和图9所示，水体经第二水箱29、虹吸排水管道7后进入虹吸喷水管路6，并进入竖直的加速与整流管道8，加速与整流管道8由外循环空气吸收管道22和水流加速管道23组成，水流加速管道23内设置有螺纹肋24。在管内壁螺纹肋24的导流作用下，管内水流贴管内壁保持螺旋状下落状态，在管道中央形成畅通的空气柱，减少了气流阻力，保证了管道内部良好的通气性，水流沿管道内壁形成稳定且密实的水流，充分实现对来自上端的水流加速的作用。

如图1和图10所示，水流经加速后进入装备有碟片26的涡轮机组9，其中涡轮机组9为多个并同轴串联相接，起到力矩叠加的作用。所述涡轮机组9包含壳体25、碟片26和中心转轴挡圈27，壳体25内部均匀排列有数个碟片26，数个碟片26并排平行排列，其两端设置有中心转轴挡圈27。而且该实施例还将涡轮机组9和增压涡轮30的转轴串联起来，由涡轮机组9驱动增压涡轮30工作。

该实施例中的碟片26表面设置有等高度差台阶状的涡状线形凸起28，且呈圆周阵列分布的波浪起伏状。当水流进入涡轮机组9内时，贴近碟片26的水体在向切线方向运动的过程中，在90度的扇形区域，涡状线形凸起28逐渐增高，水流不仅和碟片26的表面有粘滞阻力的相互作用力，还会有朝向涡状线形凸起28竖直面法向的作用力，从而额外产生一个切向力，进而降低了水流的流速并增大了水体压力和产生更大的相对于旋转中心的转矩，即降低了流速，但相应地增大了水流作用点到中心的转矩，即反抗切割磁感线所产生作用力的逆向转矩，在转速值逐渐增大时，极限速度和转矩将得到提高，并增大发电输出电压，从而有利于电能的产生和储存。

结上所述，本发明解决了水体有效能源浪费，传统发电依靠冲量互换而实现能量转换的叶片式涡轮机发电效率低，而特斯拉涡轮机效率高，但输出转矩小，极限速度上不去，从而致使发电电压低的问题。另外，值得指出的是：因为转速越大，切割磁感线的反作用力越大，随着液体速度的增加，液体与圆盘面的接触面积会增大，拖拽作用也更加明显，最终达到一个速度与力的平衡。涡轮转子转速最终也相应增加。

值得指出的是：该实施例的涡轮机组9选用的是特斯拉涡轮机，其原理是流体的边界层效应，流体受黏滞力影响，会在管壁或者其它物体边缘形成一层很薄的边界层，在边界层内，固定表面的流速为0，离表面越远速度越大。利用这个效应可以让高速运动的液体带动一组圆盘转动。由于消除了流体与叶片撞击的能量损失，相比于普通叶片式涡轮机，特斯拉涡轮机的效率更高，一般在60％以上。此外，在使用气流时，特斯拉涡轮机的转速可以达到非常高的速度，其极限速度约在100000r/mi n左右。在使用水流的情况下，水流速较大时，特斯拉涡轮机的转速也很高，其速度也可达10000r/mi n左右。即使小于这个转速，在降低其力敏感性，即增大反抗电磁感应转矩的情况下，也完全可以带动小型发电机以产生可供使用的电能。

此设备理论上每个楼层设有一套上述的集排水装置，其出水管各连接位于地面的一个特斯拉涡轮机，且楼层越高出水速度越大，也将在特斯拉涡轮机中产生更高的转度。位于地面的发电装置为多个特斯拉涡轮机同轴相连，并且主轴与发电机转子亦同轴相连，以增大发电转子的转矩和转速。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (8)

1.可处理废水的虹吸排水高效涡轮发电设备，其特征在于：包括

第一水箱，所述第一水箱的上部设有进水口，下部设有出水口；

胶体清除器，所述胶体清除器通过止水阀连接于所述第一水箱的下游位置；

第二水箱，所述第二水箱连接于所述胶体清除器的下游位置，所述第二水箱的上端设有增压进气口，所述增压进气口连接增压涡轮；

虹吸喷水管路，所述虹吸喷水管路通过虹吸排水管道连接于所述第二水箱的下部，所述虹吸喷水管路还连接有竖直的加速与整流管道；

涡轮机组，所述涡轮机组为多个并串联连接于所述加速与整流管道的下游。

2.如权利要求1所述的可处理废水的虹吸排水高效涡轮发电设备，其特征在于：所述第一水箱内设有两个上下布置的过滤网，两个过滤网均呈倒凸台形，上方过滤网的孔径大于下方过滤网的孔径，所述过滤网的中间位置为污垢收集区；

所述过滤网的下方设有V形斜槽，所述V形斜槽横向布置，其开口朝向所述出水口，水面越过所述V形斜槽的上端后进入所述出水口。

3.如权利要求2所述的可处理废水的虹吸排水高效涡轮发电设备，其特征在于：所述胶体清除器的内部设有上端封死下端开放的隔层，所述隔层的一侧设有若干层叠的V形斜板，水流自下而上穿过所述V形斜板并流出所述胶体清除器；

所述V形斜板的下方设有板间距与其相等的垂直板段，所述胶体清除器的下端设有用螺母盖封死的吸附孔。

4.如权利要求1至3任一项所述的可处理废水的虹吸排水高效涡轮发电设备，其特征在于：所述第二水箱的底部设有虹吸排水管道，第二水箱内部设有用于封闭所述虹吸排水管道的浮标活塞，所述浮标活塞通过牵引线连接有橡胶浮子。

5.如权利要求4所述的可处理废水的虹吸排水高效涡轮发电设备，其特征在于：所述第二水箱内设有上下延伸的两根导杆，所述浮标活塞与橡胶浮子均套设于所述导杆上并沿所述导杆往复直线移动。

6.如权利要求1所述的可处理废水的虹吸排水高效涡轮发电设备，其特征在于：所述加速与整流管道包括外循环空气吸收管道、水流加速管道，所述水流加速管道的内壁上设有螺纹肋，水流沿所述螺纹肋呈螺旋形下落，所述水流加速管道的中央形成空气柱。

7.如权利要求1所述的可处理废水的虹吸排水高效涡轮发电设备，其特征在于：所述涡轮机组包括壳体、碟片和中心转轴挡圈；

所述壳体内均匀排列有多个所述的碟片，所述碟片的两端设有所述的中心转轴挡圈，所述碟片的表面还设置有等高度差台阶状涡状线形凸起。

8.如权利要求1所述的可处理废水的虹吸排水高效涡轮发电设备，其特征在于：所述增压涡轮与涡轮机组的转轴串联，所述涡轮机组驱动增压涡轮，为所述第二水箱增压供气。