CN110011516B - 空气储能永磁浮微水发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气储能永磁浮微水发电机，包括高压罐、低压罐、增压泵、磁悬浮转轮及发电机；所述高压罐与低压罐通过一压力管相连；在低压罐内设有一磁悬浮主轴，在该磁悬浮主轴上设有冲击式转轮和发电机构，所述压力管与低压罐相连的一端与一高压射流喷嘴相连；在高压罐的出水口处设有一止出阀；在高压罐的底部设有第一回流管，在低压罐的底部设有第二回流管，第二回流管与第一回流管相连通；在第一回流管远离高压罐的一端设有一增压泵。本发明能够有效增加放电持续时间，并且能量转换效率高，发电操作更简单、方便，实际应用效果更好。
Description
技术领域
本发明涉及发电机技术领域，尤其涉及一种空气储能永磁浮微水发电机。
背景技术
常规的火电、核电，以及利用水力、风力、太阳能、潮汐、波浪等发电，或者燃油燃气发电等，都是利用自然资源的发电方式。这些发电都需要具有自然能源资源。然而在某些偏远地方，常规发电电网未曾覆盖，而风力、水力、太阳、波浪等自然资源，在某些季节或者时间上，非常匮乏，能量密度极低。在这样的地方与时间上，发电得不到保障，其通讯、照明等，也没有保障。采用电池进行通讯或照明，成本高且污染环境。因此开发人力发电机，对于偏远贫困无电地区的微照明和通讯，意义重大。
现有的人力发电机多为手摇式发电，这类型的发电机成本低，结构简单。但手摇动就发电，手不摇就停电。稍微好一些的手摇发电，在发电与用电之间加装蓄电池，进行能量缓冲，持续的时间可以稍长一些，然而电池充电过程持续时间长，放电时间较短，电力持续时间仍然短，而且成本高，电池寿命短、自放电等因素控制较困难。
因此有必要开发一种低成本，能实际应用的高效人力发电机。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有人力发电机放电持续时间短，能量转换效率低，发电操作费时费力，实际应用效果差的问题，提供一种空气储能永磁浮微水发电机，能够有效增加放电持续时间，并且能量转换效率高，发电操作更简单、方便，实际应用效果更好。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种空气储能永磁浮微水发电机，其特征在于：包括高压罐、低压罐、增压泵、磁悬浮转轮及发电机，其中，在高压罐内填充有水和高压空气；所述高压罐的底部具有一出水口，低压罐的侧壁上部具有一进水口，该出水口与进水口通过一压力管相连，在该压力管上设有一喷水控制阀；
在低压罐内设有一磁悬浮主轴，所述磁悬浮主轴位于低压罐上部，其两端通过磁悬浮轴承与低压罐的相对两侧相连，且磁悬浮主轴的轴向与低压罐上的进水口的轴向垂直；在该磁悬浮主轴上设有冲击式转轮和发电机构，其中，所述冲击式转轮套设并固定在磁悬浮主轴上，通过该冲击式转轮能够带动磁悬浮主轴转动；所述发电机构位于冲击式转轮的一侧，其包括永磁转子盘和定子盘，其中，所述永磁转子盘套设并固定在磁悬浮主轴上，所述定子盘空套在磁悬浮主轴上，并与低压罐的侧壁固定连接；在永磁转子盘朝向定子盘的一侧绕其一周均匀分布有偶数个永磁块，其中，若永磁转子盘上只有两块永磁铁则两块永磁块的磁极相同，若永磁转子盘上有四块及以上永磁铁,则相邻两块永磁块的磁极相反；在定子盘的一侧面或两侧面，对应各永磁体的位置均分布有一线圈绕组，所述线圈绕组的出线穿出低压罐后，按输出感应电压的极性进行顺次串联连接；所述压力管与低压罐相连的一端伸入低压罐内，并与一高压射流喷嘴相连，所述高压射流喷嘴的出水端向下倾斜，其中轴线与冲击式转轮下部的叶片的节圆相切，使从高压射流喷嘴喷出的水能够带动冲击式转轮转动；在低压罐的一侧还设有一排气排水管，该排气排水管位于冲击式转轮的下方，并靠近冲击式转轮的下侧；
在高压罐的出水口处设有一止出阀，所述止出阀包括阀座、阀体、浮球和连接线，所述阀座安装于出水口内，阀体安装于阀座内，并通过连接线与浮球相连，通过浮球能够带动阀体将阀座关闭或开启；
在高压罐的底部设有第一回流管，在低压罐的底部设有第二回流管，所述第一回流管呈L形，第二回流管与第一回流管的水平段相连通；所述增压泵设于在第一回流管远离高压罐的一端，该增压泵具有一增压泵操作杆，通过该增压泵操作杆能够控制增压泵工作；在第一回流管靠近第二回流管的位置设有第一止回阀，在第二回流管内设有第二止回阀；当向外拉增压泵操作杆时，增压泵产生的吸力能够将第二止回阀打开，同时将第一止回阀封闭，从而使低压罐内的空气或水流入第一回流管内；当向内推增压泵操作杆时，增压泵产生的推力能够将第一止回阀打开，同时将第二止回阀封闭，从而将从第二回流管流入第一回流管的空气或水推入高压罐内。
进一步地，在高压罐和低压罐的侧壁上均设有一液位计。
进一步地，高压罐中水的高度为高压罐高度的2/3-3/4。
进一步地，所述高压罐的底面为一斜面，所述出水口靠近底面的下侧，第一回流管靠近底面的上侧。
进一步地，所述低压罐的底面也为一斜面，所述第二回流管靠近底面的下侧。
进一步地，在低压罐的底部还设有一水气进出管，其中，该水气进出管靠近低压罐底面的下侧；在该水气进出管上设有水气进出阀。
进一步地，在高压罐的顶部还设有压力表和安全阀。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、采用高压空气推动水形成高压射流，避免了高压空气的压力扩散，增加了能量密度，提高了能量转化效率。
2、发电机构与磁悬浮主轴配合形成无磁极效应的盘式永磁发电机，这使得在小水量低冲击速度下也容易启动并高速旋转，从而增高输出电压。
3、只需要通过外力驱动增压泵操作杆，从而向高压罐内注入适当比例的水以及高压空气；在此之后，若密封严格并忽略水对空气的溶解，则每次在高压罐内水位较低时，注入高压水即可继续使用，转换效率极高，并能够持续发电，使发电时间更长；并能够重复使用，可以为偏远无电区域提供清洁高效的电源，实际应用效果更好。
4、通过增压泵能够使低压罐内的水回流到高压罐内，从而进一步增加放电持续时间，并且操作更加方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1—高压罐，2—低压罐，3—增压泵，31—增压泵操作杆，4—磁悬浮主轴，5—冲击式转轮，6—水，7—压力管，8—喷水控制阀，9—高压射流喷嘴，10—排气排水管，111—阀体，112—浮球，113—连接线，12—第一回流管，13—第二回流管，14—第一止回阀，15—第二止回阀，16—液位计，17—水气进出管，18—压力表，19—安全阀。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例：参见图1，一种空气储能永磁浮微水发电机，包括高压罐1、低压罐2、增压泵3、磁悬浮转轮及发电机；在高压罐1内填充有水6和高压空气；其中，高压罐1中水6的高度为高压罐1高度的2/3-3/4；从而避免水量太低、水量太少时，导致发电输出总能量小，同时，防止水位太高、水量太大时，导致高压罐1内压缩空气较少，不断的射流过程中高压罐1内空气压力急剧降低，进而降低出力，或者引起出力较大的波动。具体实施时，在高压罐1的顶部还设有压力表18和安全阀19；这样，在初始充入水和高压空气过程中，在内部压力大到接近高压罐1破坏前，开启安全阀19，从而向大气喷射压缩空气或者水，迅速释放内部压力，达到压力超限保护目的，并便于将高压罐1内的压力调节到预设的压力值，从而达到最佳喷射效果。在低压罐2的底部还设有一水气进出管17，其中，该水气进出管17靠近低压罐2底面的下侧；在该水气进出管17上设有水气进出阀；这样，在首次使用时，通过外力驱动增压泵操作杆31，在增压泵3的作用下，把低压罐2内的水和空气通过第二回流管13和第一回流管12注入高压罐1，并保持高压罐1内适当比例的水以及压缩空气；在此之后，若密封严格并忽略水对空气的溶解，则每次在高压罐1内水位较低时，注入（高压）水即可继续使用；从而使发电操作更加方便、快捷。在高压罐1和第压罐的侧壁上均设有一液位计16，从而便于监控高压罐1和低压罐2内的液位高度；同时，方便使用或者运行人员观察整个装置运行情况。
所述高压罐1的底部具有一出水口，低压罐2的侧壁上部具有一进水口，该出水口与进水口通过一压力管7相连，在该压力管7上设有一喷水控制阀8；通过该喷水控制阀8能够控制喷水的启动和停止，从而控制发电和停止发电。
在低压罐2内设有一磁悬浮主轴4，所述磁悬浮主轴4位于低压罐2上部，其两端通过磁悬浮轴承与低压罐2的相对两侧相连，且磁悬浮主轴4的轴向与低压罐2上的进水口的轴向垂直。其中，所述磁悬浮轴承由永磁外环和永磁内环构成，永磁内环位于永磁外环内侧，并与永磁外环之间具有间隙，且永磁外环和永磁内环相邻一侧的极性相同，从而使永磁外环和永磁内环相互排斥，使永磁内环形成悬浮状态。在该磁悬浮主轴4上设有冲击式转轮5和发电机构；其中，所述冲击式转轮5套设并固定在磁悬浮主轴4上，通过该冲击式转轮5能够带动磁悬浮主轴4转动。所述发电机构位于冲击式转轮5的一侧，其包括永磁转子盘和定子盘；其中，所述永磁转子盘套设并固定在磁悬浮主轴4上，所述定子盘空套在磁悬浮主轴4上，并与低压罐2的侧壁固定连接。在永磁转子盘朝向定子盘的一侧绕其一周均匀分布有偶数个永磁块，其中，若永磁转子盘上只有两块永磁铁则两块永磁块的磁极相同，若永磁转子盘上有四块及以上永磁铁,则相邻两块永磁块的磁极相反。在定子盘的一侧面或两侧面，对应各永磁体的位置均分布有一（无铁芯）线圈绕组，所述线圈绕组的出线（两端）穿出低压罐2后，按输出感应电压的极性进行顺次串联连接。这样，发电机构与磁悬浮主轴4配合形成无磁极效应的盘式永磁发电机；从而在小水量低冲击速度下也容易启动并高速旋转，能够增高输出电压。所述压力管7与低压罐2相连的一端伸入低压罐2内，并与一高压射流喷嘴9相连，所述高压射流喷嘴9的出水端向下倾斜，其中轴线与冲击式转轮5下部的叶片的节圆相切，使从高压射流喷嘴9喷出的水能够带动冲击式转轮5转动。在低压罐2的一侧还设有一排气排水管10，该排气排水管10位于冲击式转轮5的下方，并靠近冲击式转轮5的下侧；该排气排水管10与外界大气相通；以使高压压力罐与低压罐2压力差最大；并能及时释放低压罐2内部压力或者排放过多的水或者空气；从而不会因为低压罐2内水位过高，影响到冲击式转轮5和发电机转子的正常旋转。
在高压罐1的出水口处设有一止出阀，所述止出阀包括阀座、阀体111、浮球112和连接线113；所述阀座安装于出水口内，阀体111安装于阀座内，并通过连接线113与浮球112相连，通过浮球112能够带动阀体111将阀座关闭或开启。当高压罐1内水位较高时，浮球112大部分浸没在水中，浮力较大，较大的浮力上拉阀体111，打开阀门，使得高压罐1内底部的高压水经压力管7后通过低压罐2内的喷嘴流出，喷射到冲击式转轮5的叶片（水斗）上，冲击磁悬浮转轮，使连接的发电机旋转发电；当高压罐1内水位较低时，浮球112随水位下降而下降，拉索弯曲时，阀体111自然下沉而堵住阀门，切断由高压罐1内流入到低压罐2的水流，喷嘴不喷射高压水，发电机不旋转也不发电；这样，能够有效防止液位过低时，内部的高压空气经压力管7迅速逃逸到低压罐2并泄漏到外部空气中。
在高压罐1的底部设有第一回流管12，在低压罐2的底部设有第二回流管13，所述第一回流管12呈L形，第二回流管13与第一回流管12的水平段相连通。所述增压泵3设于在第一回流管12远离高压罐1的一端，该增压泵3具有一增压泵操作杆31，通过该增压泵操作杆31能够控制增压泵3工作。在第一回流管12靠近第二回流管13的位置设有第一止回阀14，在第二回流管13内设有第二止回阀15。当向外拉增压泵操作杆31时，增压泵3产生的吸力能够将第二止回阀15打开，同时将第一止回阀14封闭，从而使低压罐2内的空气或水流入第一回流管12内；当向内推增压泵操作杆31时，增压泵3产生的推力能够将第一止回阀14打开，同时将第二止回阀15封闭，从而将从第二回流管13流入第一回流管12的空气或水推入高压罐1内,达到增压的目的。通过本方案，能够有效将水循环起来，从而延长持续发电时间，并且操作方便，简单，省时省力，高效发电。
在实际加工过程中，所述高压罐1的底面为一斜面，所述出水口靠近底面的下侧，第一回流管12靠近底面的上侧。这样，更便于将高压罐1内的水充分利用，从而更好地延长持续发电时间。所述低压罐2的底面也为一斜面，所述第二回流管13靠近底面的下侧；这样，更有利于低压罐2内的水回流到高压罐1内，从而使水循环效果更好，能进一步增加持续发电时间。
本发明采用高压气体推动水形成高压自由水射流，推动冲击式转轮5并发电，避免了通常直接采用压缩空气推动汽轮机发电时在喷嘴出口处高压气体的周向扩散，而严重降低换能效率的问题，增加了能量密度，提高了能量转化效率。发电机构与磁悬浮主轴4配合形成无磁极效应的盘式永磁发电机，这使得在小水量低冲击速度下也容易启动并高速旋转，从而增高输出电压。在实用过程中，只需在首次使用时，通过外力驱动增压泵3把低压罐2内的水和空气按比例注入高压罐1内；在此之后，若密封严格并忽略水对空气的溶解，则每次在高压罐1内水位较低时，注入高压水即可继续使用，转换效率极高，并能够持续发电，使发电时间更长；并能够重复使用，可以为偏远无电区域提供清洁高效的电源，实际应用效果更好。同时，通过增压泵3能够使低压罐2内的水回流到高压罐1内，从而进一步增加放电持续时间，并且操作更加方便。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种空气储能永磁浮微水发电机，其特征在于：包括高压罐、低压罐、增压泵、磁悬浮转轮及发电机，其中，在高压罐内填充有水和高压空气；所述高压罐的底部具有一出水口，低压罐的侧壁上部具有一进水口，该出水口与进水口通过一压力管相连，在该压力管上设有一喷水控制阀；
在低压罐内设有一磁悬浮主轴，所述磁悬浮主轴位于低压罐上部，其两端通过磁悬浮轴承与低压罐的相对两侧相连，且磁悬浮主轴的轴向与低压罐上的进水口的轴向垂直；在该磁悬浮主轴上设有冲击式转轮和发电机构，其中，所述冲击式转轮套设并固定在磁悬浮主轴上，通过该冲击式转轮能够带动磁悬浮主轴转动；所述发电机构位于冲击式转轮的一侧，其包括永磁转子盘和定子盘，其中，所述永磁转子盘套设并固定在磁悬浮主轴上，所述定子盘空套在磁悬浮主轴上，并与低压罐的侧壁固定连接；在永磁转子盘朝向定子盘的一侧绕其一周均匀分布有偶数个永磁块，其中，若永磁转子盘上只有两块永磁铁则两块永磁块的磁极相同，若永磁转子盘上有四块及以上永磁铁,则相邻两块永磁块的磁极相反；在定子盘的一侧面或两侧面，对应各永磁体的位置均分布有一线圈绕组，所述线圈绕组的出线穿出低压罐后，按输出感应电压的极性进行顺次串联连接；所述压力管与低压罐相连的一端伸入低压罐内，并与一高压射流喷嘴相连，所述高压射流喷嘴的出水端向下倾斜，其中轴线与冲击式转轮下部的叶片的节圆相切，使从高压射流喷嘴喷出的水能够带动冲击式转轮转动；在低压罐的一侧还设有一排气排水管，该排气排水管位于冲击式转轮的下方，并靠近冲击式转轮的下侧；
在高压罐的出水口处设有一止出阀，所述止出阀包括阀座、阀体、浮球和连接线，所述阀座安装于出水口内，阀体安装于阀座内，并通过连接线与浮球相连，通过浮球能够带动阀体将阀座关闭或开启；
在高压罐的底部设有第一回流管，在低压罐的底部设有第二回流管，所述第一回流管呈L形，第二回流管与第一回流管的水平段相连通；所述增压泵设于在第一回流管远离高压罐的一端，该增压泵具有一增压泵操作杆，通过该增压泵操作杆能够控制增压泵工作；在第一回流管靠近第二回流管的位置设有第一止回阀，在第二回流管内设有第二止回阀；当向外拉增压泵操作杆时，增压泵产生的吸力能够将第二止回阀打开，同时将第一止回阀封闭，从而使低压罐内的空气或水流入第一回流管内；当向内推增压泵操作杆时，增压泵产生的推力能够将第一止回阀打开，同时将第二止回阀封闭，从而将从第二回流管流入第一回流管的空气或水推入高压罐内；
其中，所述高压罐的底面为一斜面，所述出水口靠近底面的下侧，第一回流管靠近底面的上侧；所述低压罐的底面也为一斜面，所述第二回流管靠近底面的下侧。
2.根据权利要求1所述的空气储能永磁浮微水发电机，其特征在于：在高压罐和低压罐的侧壁上均设有一液位计。
3.根据权利要求1所述的空气储能永磁浮微水发电机，其特征在于：高压罐中水的高度为高压罐高度的2/3-3/4。
4.根据权利要求1所述的空气储能永磁浮微水发电机，其特征在于：在低压罐的底部还设有一水气进出管，其中，该水气进出管靠近低压罐底面的下侧；在该水气进出管上设有水气进出阀。
5.根据权利要求1所述的空气储能永磁浮微水发电机，其特征在于：在高压罐的顶部还设有压力表和安全阀。
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