CN111396231A - 一种用于变截面管道的集成发电装置 - Google Patents

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王晓晖
匡开林
武赞秀
杨军虎
苗森春
史凤霞
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Abstract

本发明属于管道水力发电技术领域。为了解决现有供水管道中所安装监测远传仪器借助小型储蓄电池供电时，由于蓄电池的蓄电量有限而导致监测远传仪器的工作连续性差的问题，本发明公开了一种用于变截面管道的集成发电装置。该用于变截面管道的集成发电装置，包括变截面管道、柔性涡轮和发电机；其中，变截面管道的两端分别与供水管道连接，柔性涡轮的叶片位于变截面管道的内部中间位置，柔性涡轮的输出轴沿竖直方向伸出至变截面管道的外部与发电机连接；发电机固定在变截面管道的外部。本发明用于变截面管道的集成发电装置，可以实现对监测远传仪器的实时供电，降低监测远传仪器对蓄电池的依赖，提高监测远传仪器的工作连续性。

Description

一种用于变截面管道的集成发电装置
技术领域
本发明属于管道水力发电技术领域，具体涉及一种用于变截面管道的集成发电装置。
背景技术
随着自来水供水系统的普及，供水管道的监测远传仪器也普遍运用，例如流量表、压力表、智能阀门等各种远传设备。这样，借助设备传感器就可以将监测数据通过GPRS传输到水务集团，从而便于管理和监测统计。
目前，绝大部分的监测远传仪器都是借助小型储蓄电池供电，这样由于蓄电池的蓄电量有限，使得远传抄表次数被压缩为每天一次甚至数天一次，由此造成监测统计不及时，导致管理出现疏忽和遗漏等问题。与此同时，为了节约电能使得发射频率和天线等设备处于低功耗状态，这就容易造成传输中断和电磁干扰，而导致监测统计数据的不全和错误，甚至出现大面积供水瘫痪，为广大用户群体带来不便。
发明内容
为了解决现有供水管道中所安装监测远传仪器借助小型储蓄电池供电时，由于蓄电池的蓄电量有限而导致监测远传仪器工作连续性差的问题，本发明提出了一种用于变截面管道的集成发电装置。该用于变截面管道的集成发电装置，包括变截面管道、柔性涡轮和发电机；其中，所述变截面管道的两端分别与供水管道连接，所述柔性涡轮的叶片位于所述变截面管道的内部中间位置，所述柔性涡轮的输出轴沿竖直方向伸出至所述变截面管道的外部与所述发电机连接；所述发电机固定在所述变截面管道的外部。
优选的，所述柔性涡轮的叶片包括升力型叶片，并且所述升力型叶片为柔性叶片结构形式；其中，所述升力型叶片的两端同时与所述柔性涡轮的输出轴连接，并且可以沿所述柔性涡轮的输出轴进行轴向位置调整。
进一步优选的，所述柔性涡轮的输出轴上设有上托板和下托板；其中，所述下托板与所述柔性涡轮的输出轴的底部固定连接，所述上托板套设在所述柔性涡轮的输出轴上，并且可以沿轴向进行固定位置调整；所述柔性叶片的两端分别与所述上托板和所述下托板固定连接。
进一步优选的，所述柔性涡轮的输出轴上设有外螺纹，并且借助螺母固定所述上托板的位置。
优选的，所述柔性涡轮的叶片还包括阻力型叶片；所述阻力型叶片固定在所述柔性涡轮的输出轴上。
优选的，所述变截面管道中用于安装所述柔性涡轮的叶片的位置为扁平型结构；所述变截面管道中与供水管道连接的两端为圆形截面。
优选的，所述变截面管道上设有安装孔；所述柔性涡轮通过所述安装孔安装至所述变截面管道中，并且所述发电机与所述安装孔采用可拆卸式固定连接。
进一步优选的，所述安装孔采用螺纹孔结构形式，并且与所述发电机采用螺纹连接。
优选的，所述变截面管道的两端分别与供水管道采用可拆卸式固定连接。
进一步优选的，所述变截面管道的两端采用法兰盘结构。
本发明用于变截面管道的集成发电装置，具有以下有益技术效果：
1、通过将本发明用于变截面管道的集成发电装置串联安装在供水管道上，从而可以利用供水管道中水流经过变截面管道时对柔性涡轮产生的驱动做功，带动发电机进行实时转动发电。这样，不仅可以为供水管上安装的监测远传仪器实时供电，保证检测远传仪器的连续可靠性工作，而且还可以降低对监测远传仪器自带蓄电池的尺寸要求，提高监测远传仪器安装使用的灵活便捷性。
同时，借助本发明变截面管道的集成发电装置，也可以使监测远传仪器的工作与供水管道中水流情况相对应，使监测远传仪器精准获得电能驱动进行精准工作，即当供水管道中存在水流时，监测远传仪器需要持续工作，而该集成发电装置在水流作用下也可以进行持续发电维持监测远传仪器的正常工作，而当供水管道中没有水流时，监测远传仪器不需要持续工作，而该集成发电装置在无水流的情况下也正好停止发电，从而提高监测远传仪器的工作效率和使用寿命。
2、在本发明中，柔性涡轮通过采用升力型叶片和阻力型叶片组合的方式，可以获得两种叶片的水利性能优点，即利用升力型叶片可以降低对管道中水流影响，保证供水管道的正常供水，利用阻力型叶片可以提高低流量启动性，保证用水高峰期的持续发电，从而提高整个柔性涡轮的效率，提高整个集成发电装置的发电效率。
3、在本发明中，通过将升力型叶片设计为柔性叶片结构，并且借助输出轴上设置的上托板和下托板对升力型叶片的两端进行固定连接。这样，不仅利用柔性叶片可以对涡轮的外形尺寸进行自由调整，满足该柔性涡轮在不同变截面管道中的安装使用，提高柔性涡轮的安装便捷性，而且通过调整涡轮的外形尺寸，即升力型叶片在变截面管道内的覆盖范围，可以大大提高升力型叶片与流经变截面管道中水流的接触范围，从而获得更大的水流冲击作用，提高对水流能量的利用，进而提高整个集成发电装置的发电效率。
附图说明
图1为本实施例用于变截面管道的集成发电装置的剖面结构示意图；
图2为本实施例用于变截面管道的集成发电装置中柔性涡轮的外形结构示意图；
图3为本实施例用于变截面管道的集成发电装置中变截面管道的外形结构示意图；
图4为本实施例用于变截面管道的集成发电装置中柔性涡轮与发电机的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细介绍。
结合图1所示，本实施例用于变截面管道的集成发电装置，包括变截面管道1、柔性涡轮2和发电机3。其中，变截面管道1的两端分别与供水管道连接，从而将整个集成发电装置串联固定在供水管道中。沿变截面管道内的水流方向，柔性涡轮2的叶片位于变截面管道1的内部中间位置，用于承受水流冲击，形成圆周方向的转动。柔性涡轮2的输出轴21沿竖直方向伸出至变截面管道1的外部，并且与发电机3进行连接，发电机3固定在变截面管道1的外部。
此时，供水管中的水流进入变截面管道后，水流经过柔性涡轮时可以对柔性涡轮的叶片产生冲击作用，从而由叶片在水流的冲击作用下带动输出轴进行转动，进而由输出轴驱动发电机进行发电操作。这样，利用供水管中的水流就可以实时进行水利发电，不仅可以为供水管上安装的监测远传仪器实时供电，保证检测远传仪器的连续可靠性工作，而且还可以降低对监测远传仪器自带蓄电池尺寸和蓄电量的要求，提高监测远传仪器安装使用的灵活便捷性。
结合图2所示，在本实施例中，柔性涡轮2的叶片包括升力型叶片22，并且升力型叶片22采用柔性叶片结构形式的升力型翼型。其中，升力型叶片22的两端同时与柔性涡轮2的输出轴21连接，并且可以沿柔性涡轮2的输出轴21进行轴向位置调整。
这样，借助升力型叶片可以大大优化与水流的接触效果，获得更高的转速和水流利用率，降低对水流的能量消耗，保证水流在供水管和变截面管道中的正常流动，保证供水管的正常供水。同时，利用柔性叶片的结构形式可以对涡轮的外形尺寸，例如沿轴向的尺寸和径向的尺寸，进行自由调整，满足该柔性涡轮在不同变截面管道中的安装使用，并且提高柔性涡轮的安装便捷性，而且通过调整涡轮的外形尺寸，即升力型叶片在变截面管道内的覆盖范围，可以大大提高升力型叶片与流经变截面管道中水流的接触范围，从而获得更大的水流冲击作用，提高对水流能量的利用。
结合图2所示，在本实施例的柔性涡轮2中，还设有一个上托板23和一个下托板24。其中，下托板24固定在输出轴21的底部，上托板23套设在输出轴21上，并且可以沿输出轴21的轴向进行固定位置调整，同时升力型叶片22的两端分别与上托板23和下托板24固定连接。这样，通过调整上托板在输出轴上的位置就可以调整改变升力型叶片两端之间的轴向距离，进而改变整个升力型叶片的外形尺寸。
同样，在其他实施例中，也可以采用其他方式进行升力型叶片与输出轴的固定连接，例如输出轴采用伸缩杆结构并且将升力型叶片的两端直接分别固定在伸缩杆的两端，从而通过对伸缩杆的抽拉操作，实现对升力型叶片外形的调整改变。
进一步，在本实施例中，采用螺纹固定的方式对上托板的位置进行可拆卸式固定。例如，在输出轴上设置外螺纹结构，从而借助螺母对上托板在输出轴上的位置进行快速调整固定。同样，在其他实施例中，也可以采用其他方式固定上托板的位置，例如定位销固定。
结合图2所示，在本实施例中，柔性涡轮2的叶片还包括一个阻力型叶片25，并且固定在输出轴21上。此时，借助阻力型叶片可以实现在低水流量下对输出轴的快速启动，例如在早晚用水高峰时间段，就可以利用阻力型叶片实现输出轴的转动启动，保证发电机的正常发电，提高柔性涡轮的低流量启动性能，保证整个发电装置的稳定运行。
结合图3所示，在本实施例中，变截面管道1的两端采用圆形截面，中间用于安装柔性涡轮的叶片的位置采用扁平型结构设计。这样，不仅可以提高水流经过变截面管道的流速，增大叶片过流面积，提高柔性涡轮的效率，而且可以使得柔性涡轮的拆装更加便捷，降低拆装维护成本。
此外，在本实施例中，变截面管道的两端分别与供水管道采用可拆卸式固定连接。例如，结合图3所示，在变截面管道1的两端分别设有一个法兰盘12，进而通过螺栓与供水管道进行法兰固定连接。这样，不仅可以对整个集成发电装置进行快速拆装，提高对变截面管道进行安装维护的便捷性，而且还可以最大限度降低对供水管的改动，降低该集成发电装置的使用成本。同样，在其他实施例中，根据供水管的结构形式，变截面管道的两端也可以采用其他连接形式，例如螺纹连接。
结合图3和图4所示，在本实施例中，在变截面管道1上设有一个安装孔11。柔性涡轮2的叶片部分通过安装孔11安装至变截面管道1中，发电机3通过安装孔11与变截面管道1进行固定连接。进一步，在本实施例中，安装孔11采用螺纹孔结构形式，同时发电机3通过螺栓与螺纹安装盘4固定连接以及与柔性涡轮2的输出轴21进行固定连接后，借助螺纹安装盘4与安装孔11进行可拆卸式固定连接。

Claims (10)

1.一种用于变截面管道的集成发电装置，其特征在于，包括变截面管道、柔性涡轮和发电机；其中，所述变截面管道的两端分别与供水管道连接，所述柔性涡轮的叶片位于所述变截面管道的内部中间位置，所述柔性涡轮的输出轴沿竖直方向伸出至所述变截面管道的外部与所述发电机连接；所述发电机固定在所述变截面管道的外部。
2.根据权利要求1所述的用于变截面管道的集成发电装置，其特征在于，所述柔性涡轮的叶片包括升力型叶片，并且所述升力型叶片为柔性叶片结构形式；其中，所述升力型叶片的两端同时与所述柔性涡轮的输出轴连接，并且可以沿所述柔性涡轮的输出轴进行轴向位置调整。
3.根据权利要求2所述的用于变截面管道的集成发电装置，其特征在于，所述柔性涡轮的输出轴上设有上托板和下托板；其中，所述下托板与所述柔性涡轮的输出轴的底部固定连接，所述上托板套设在所述柔性涡轮的输出轴上，并且可以沿轴向进行固定位置调整；所述柔性叶片的两端分别与所述上托板和所述下托板固定连接。
4.根据权利要求3所述的用于变截面管道的集成发电装置，其特征在于，所述柔性涡轮的输出轴上设有外螺纹，并且借助螺母固定所述上托板的位置。
5.根据权利要求2所述的用于变截面管道的集成发电装置，其特征在于，所述柔性涡轮的叶片还包括阻力型叶片；所述阻力型叶片固定在所述柔性涡轮的输出轴上。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的用于变截面管道的集成发电装置，其特征在于，所述变截面管道中用于安装所述柔性涡轮的叶片的位置为扁平型结构；所述变截面管道中与供水管道连接的两端为圆形截面。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的用于变截面管道的集成发电装置，其特征在于，所述变截面管道上设有安装孔；所述柔性涡轮通过所述安装孔安装至所述变截面管道中，并且所述发电机与所述安装孔采用可拆卸式固定连接。
8.根据权利要求7所述的用于变截面管道的集成发电装置，其特征在于，所述安装孔采用螺纹孔结构形式，并且与所述发电机采用可拆卸式固定连接。
9.根据权利要求1-5中任意一项所述的用于变截面管道的集成发电装置，其特征在于，所述变截面管道的两端分别与供水管道采用可拆卸式固定连接。
10.根据权利要求9所述的用于变截面管道的集成发电装置，其特征在于，所述变截面管道的两端采用法兰盘结构。
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