CN110552833A - 一种水平式可变直径管道水力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水平式可变直径管道水力发电装置，属于水力发电技术领域。一种水平式可变直径管道水力发电装置，由可变直径叶轮组件，支架组件和发电机组件构成。本发明通过所述可变直径叶轮组件自动调整叶轮形状，适应不同管径与不同流速和压力的应用场合；所述可变直径叶轮组件水平轴方向与来流流向一致，流阻和堵塞较小；所述可变直径叶轮叶片头部截面形状为升力型翼型，扭矩较大，叶片尾部截面形状为薄片形，流动损失减小。

Description

一种水平式可变直径管道水力发电装置
技术领域
本发明属于水力发电技术领域，具体涉及一种水平式可变直径管道水力发电装置。
背景技术
近年，水力发电技术迅速发展。管道水力发电装置是一种安装在流水管道中将水能转化为机械能的装置。这类装置在供水管网中实现能源回收利用，应用领域广。目前管道水力发电机结构形式主要有水轮式和螺旋式等。由于供水管网系统不可能维持压力恒定以及供水管道用水频率不定，管道内流量和压力不可能恒定不变。现有管道水力发电装置叶轮通常为确定结构形式不能灵活适应流量和压力的变化，能量效率转换低，很难保证平稳运行；同时，由于叶轮在水流垂直方向上横截面积大，水管堵塞效应大；此外，需要根据管道直径定制，设计制造费用高。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种水平式可变直径管道水力发电装置，自动适应流量和压力变化，能量转换效率高，水管堵塞效应小，且可适应多种管道直径应用场合。
本发明所采取的技术方案是：
本发明的水平式可变直径管道水力发电装置，其特征在于：一种水平式可变直径管道水力发电装置，其特征在于：包含可变直径叶轮组件，支架组件和发电机组件；所述可变直径叶轮组件的水平轴安装在所述支架组件上；所述支架组件与所述水平轴的相对位置可以通过所述支架组件的前固定盘和后固定盘进行调整；所述发电机组件的垂直轴与所述水平轴通过万向联轴器连接；所述支架组件通过伸缩杆固定支撑在水管上；所述发电机组件通过支撑块安装在水管上；所述可变直径叶轮组件包含导流罩，前轮毂，叶片，水平轴，后轮毂，弹簧和调整挡板，所述叶片包含叶片头部和叶片尾部；所述水平轴的方向与来流流向一致；所述导流罩安装在所述前轮毂上，所述前轮毂与所述水平轴固定连接，所述叶片头部安装在所述前轮毂上，所述叶片尾部安装在所述后轮毂上，所述后轮毂与所述水平轴滑动连接，所述后轮毂与所述弹簧固定连接，所述弹簧与所述调整挡板固定连接，所述调整挡板安装在所述水平轴上；所述支架组件包含前固定盘，伸缩杆，支架座，后固定盘，所述伸缩杆包含吸盘，移动杆，压缩弹簧和固定杆；所述固定杆安装在所述支架座上，所述压缩弹簧和所述移动杆安装在所述固定杆的杆槽中，所述移动杆与所述吸盘铰接；所述发电机组件包含垂直轴，支撑块，密封垫片，端盖，机箱，联轴器和发电机；所述垂直轴与所述发电机通过所述联轴器连接，所述机箱与所述支撑块固定连接，所述端盖和所述密封垫片与支撑块固定连接。
进一步地，本发明所述叶片4为柔性材料制成；所述叶片数目为3至6片；所述叶片头部外轮廓呈近似半圆形，截面形状为升力型翼型；所述叶片尾部外轮廓呈直线型，截面形状为薄片形。
进一步地，本发明所述支架组件的伸缩杆11数目为3根，且在圆周方向均匀分布，每两根之间夹角为120°。
进一步地，本发明所述调整挡板包含紧固螺栓，滑块和槽盘；所述槽盘圆周方向均布有螺纹孔和滑块槽，且数目与所述紧固螺栓和所述滑块数目相同，数目为3个或4个。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、所述可变直径叶轮组件通过弹簧可以自动调整叶轮形状，且通过调整挡板可以调整可变直径叶轮的初始形状，可以适应不同管径不同流速和压力的应用场合。
2、所述可变直径叶轮组件水平轴方向与来流流向一致，流阻和堵塞较小。
3、所述叶片头部外轮廓呈近似凸弧线且截面形状为升力型翼型，产生扭矩较大，所述叶片尾部外轮廓呈近似直线且截面形状为薄片形，流动损失减小。
附图说明
图1为一种水平式可变直径管道水力发电装置总体结构主视图。
图2为一种水平式可变直径管道水力发电装置总体结构右视图。
图3为一种水平式可变直径管道水力发电装置调整挡板结构示意图。
图中标号说明：导流罩1，前轮毂2，叶片头部3，叶片4，叶片尾部5，水平轴6，后轮毂7，弹簧8，调整挡板9，前固定盘10，伸缩杆11，支架座12，后固定盘13，万向联轴器14，垂直轴15，水管16，支撑块17，密封垫片18，端盖19，机箱20，联轴器21，发电机22，吸盘23，移动杆24，压缩弹簧25，固定杆26，紧固螺栓27，滑块28，槽盘29。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明专利进行进一步描述：
如图1所示，本发明的水平式可变直径管道水力发电装置包含可变直径叶轮组件，支架组件和发电机组件；可变直径叶轮组件的水平轴6安装在支架组件上；支架组件与水平轴6的相对位置可以通过支架组件的前固定盘10和后固定盘13进行调整；发电机组件的垂直轴15与水平轴6通过万向联轴器14连接；支架组件通过吸盘23固定在水管上；发电机组件通过支撑块17安装在水管16上；可变直径叶轮组件包含导流罩1，前轮毂2，叶片4，水平轴6，后轮毂7，弹簧8和调整挡板9，叶片4包含叶片头部3和叶片尾部5；水平轴6的方向与来流流向一致；导流罩1安装在所述前轮毂2上，前轮毂2与水平轴6固定连接，叶片头部3安装在前轮毂2上，叶片尾部5安装在后轮毂7上，后轮毂7与水平轴6滑动连接，后轮毂7与弹簧8固定连接，弹簧8与调整挡板9固定连接，调整挡板9安装在水平轴6上。
如图2所示，支架组件包含前固定盘10，伸缩杆11，支架座12，后固定盘13，水管16，伸缩杆11包含吸盘23，移动杆24，压缩弹簧25和固定杆26；固定杆安装在支架座上，压缩弹簧25和移动杆24安装在固定杆26的杆槽中，移动杆24与吸盘23铰接；支架组件的伸缩杆11数目为3根，且在圆周方向均匀分布，每两根之间夹角为120°；发电机组件包含垂直轴15，支撑块17，密封垫片18，端盖19，机箱20，联轴器21和发电机22；垂直轴15与发电机22通过联轴器21连接，机箱20与支撑块17固定连接，端盖19和密封垫片18与支撑块17固定连接。
如图3所示，调整挡板9包含紧固螺栓27，滑块28和槽盘29；槽盘28圆周方向均布有螺纹孔和滑块槽，且数目与紧固螺栓27和滑块28数目相同，数目为3个或4个。
本发明装置的具体工作过程为：
当水管压力和流速变化时，通过可变直径叶轮组件自动调整发电机22输出功率。当水管16中的水流压力和流速增大，叶片4受力增加，叶片4变长，弹簧8压缩，带动后轮毂7向着远离前轮毂2的方向移动，叶轮扭矩减小，功率减小；当水管16中的水流压力和流速减小时，叶片4受力减小，弹簧8伸长，推动后轮毂7向着靠近前轮毂2的方向移动，叶片4收缩，叶轮扭矩增大，功率增加。
当安装管道直径变化时，可以通过改变调整挡板9在水平轴6上的位置来改变叶片4的初始形状，实现叶轮直径自适应。调整过程为，松开紧固螺栓27，滑块28松开，即可移动调整挡板9的位置，然后将紧固螺栓27拧紧，滑块28固定，将调整挡板9固定在水平轴6上。当安装管道直径变小时，调整挡板9向远离前轮毂2的方向移动，弹簧8带动后轮毂7向着远离前轮毂2的方向移动，叶片4的初始形状变长，叶轮内部空间变小，功率变小；当安装管道直径变大时，调整挡板9向靠近前轮毂2的方向移动，通过弹簧8带动后轮毂7向着靠近前轮毂2的方向移动，叶片4的初始形状变短，叶轮内部空间变大，功率变大。
当水流经过可变直径叶轮组件时，水平轴6的方向与来流流向一致，水流顺着叶片头部3移动，由于叶片头部3与水管16内壁之间的间距逐渐减小，而叶片头部3内部空间逐渐增大，根据文丘里效应可知，叶片头部3外部的水流流速加快，内部水流流速减慢，使得叶片头部3内外表面自然产生压力差，由于叶片头部3外轮廓呈近似凸弧线且截面形状为升力型翼型，叶片头部3产生较大扭矩，叶片尾部4外轮廓呈近似直线且截面形状为薄片形，可有效减小叶轮后方流动损失。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.一种水平式可变直径管道水力发电装置，其特征在于：包含可变直径叶轮组件，支架组件和发电机组件；所述可变直径叶轮组件的水平轴安装在所述支架组件上；所述支架组件与所述水平轴的相对位置可以通过所述支架组件的前固定盘和后固定盘进行调整；所述发电机组件的垂直轴与所述水平轴通过万向联轴器连接；所述支架组件通过伸缩杆固定支撑在水管上；所述发电机组件通过支撑块安装在水管上；
所述可变直径叶轮组件包含导流罩，前轮毂，叶片，水平轴，后轮毂，弹簧和调整挡板，所述叶片包含叶片头部和叶片尾部；所述水平轴的方向与来流流向一致；所述导流罩安装在所述前轮毂上，所述前轮毂与所述水平轴固定连接，所述叶片头部安装在所述前轮毂上，所述叶片尾部安装在所述后轮毂上，所述后轮毂与所述水平轴滑动连接，所述后轮毂与所述弹簧固定连接，所述弹簧与所述调整挡板固定连接，所述调整挡板安装在所述水平轴上；
所述支架组件包含前固定盘，伸缩杆，支架座，后固定盘，所述伸缩杆包含吸盘，移动杆，压缩弹簧和固定杆；所述固定杆安装在所述支架座上，所述压缩弹簧和所述移动杆安装在所述固定杆的杆槽中，所述移动杆与所述吸盘铰接；
所述发电机组件包含垂直轴，支撑块，密封垫片，端盖，机箱，联轴器和发电机；所述垂直轴与所述发电机通过所述联轴器连接，所述机箱与所述支撑块固定连接，所述端盖和所述密封垫片与支撑块固定连接。
2.根据权利要求1所述的水平式可变直径管道水力发电装置，其特征在于：所述叶片4为柔性材料制成；所述叶片数目为3至6片；所述叶片头部外轮廓呈近似凸弧线且截面形状为升力型翼型；所述叶片尾部外轮廓呈近似直线且截面形状为薄片形。
3.根据权利要求1所述的水平式可变直径管道水力发电装置，其特征在于：所述支架组件的伸缩杆11数目为3根，且在圆周方向均匀分布，每两根之间夹角为120°。
4.根据权利要求1所述的水平式可变直径管道水力发电装置，其特征在于：所述调整挡板包含紧固螺栓，滑块和槽盘；所述槽盘圆周方向均布有螺纹孔和滑块槽，且数目与所述紧固螺栓和所述滑块数目相同，数目为3个或4个。
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