CN114909245A - 一种废水发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废水发电机，包括吸水装置、前导叶装置、多级增压装置、转轴和发电装置，所述吸水装置的入口端与废水供应管道连通，吸水装置的出口端与前导叶装置的入口相连，前导叶装置装配于转轴的前端；所述多级增压装置包括多个依次连通且间隔装配在转轴上的叶轮组件，首级叶轮组件的前端与前导叶装置的出口连通，末级叶轮组件的后端配置有排水管，排水管与末级叶轮组件连通；所述发电装置安装在排水管后方，且发电装置的输入端与转轴相连。本发明的有益效果为：设计吸水装置，提高入水流量，捕获废水中的水流能；设计前导叶装置，前导叶装置内流道截面积随水流方向逐渐减小，提高了水流动能。

Description

一种废水发电机
技术领域
本发明涉及发电机技术领域，具体涉及一种废水发电机。
背景技术
目前，工业用水、生活用水在城市用水中占比较高，对其排放污水的处理是当前和今后城市节水和城市水环境保护工作的重中之重。在目前的废水处理流程中，废水经处理后大部分直接循环利用或排放，其中蕴含的大量水力资源没有得到合理利用，造成了能源浪费；小部分通过贯流式水轮机实现能量的转换，在大流量、中高水头的使用场景下具有较高的转换效率与经济性。然而，处理后的工业废水和城市污水具有分布广泛、流速低、水头低等特点，若仍采用传统的水轮机来完成能量转化，会因启动困难、发出的功率小等问题导致能量无法被充分利用。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种结构简单、绿色环保的废水发电机。
本发明采用的技术方案为：一种废水发电机，包括吸水装置、前导叶装置、多级增压装置、转轴和发电装置，所述吸水装置的入口端与废水供应管道连通，吸水装置的出口端与前导叶装置的入口相连，前导叶装置装配于转轴的前端；所述多级增压装置包括多个依次连通且间隔装配在转轴上的叶轮组件，首级叶轮组件的前端与前导叶装置的出口连通，末级叶轮组件的后端配置有排水管，排水管与末级叶轮组件连通；所述发电装置安装在排水管后方，且发电装置的输入端与转轴相连。
按上述方案，所述前导叶装置包括前导叶壳体，以及安装在前导叶壳体内部的收集叶轮、螺旋导叶和转动体，所述前导叶壳体的两端开口，前导叶壳体的大口径端与吸水装置的出口端相连；前导叶壳体的大口径端与多级增压装置相连；所述收集叶轮设于前导叶壳体的大口径端，收集叶轮和转动体均装配于转轴上；所述螺旋导叶的根部与转动体相连，螺旋导叶与前导叶壳体和转动体围合形成流道，流道的入口与收集叶轮的出水口连通，流道的出口与多级增压装置的入口连通。
按上述方案，流道截面积随水流方向逐渐减小。
按上述方案，所述吸水装置包括依次连通的导流罩、增压流管和扩张门；所述导流罩和扩张门均为两端开口的喇叭形结构；导流罩的大口径端连接有采集口，导流罩的小口径端与增压流管的一端相连，增压流管的另一端与扩张门的小口径端相连，扩张门的大口径端与前导叶壳体的大口径端相连。
按上述方案，增压流管的管径小于导流罩和扩张门的最大口径。
按上述方案，所述叶轮组件包括叶轮壳体、安装于叶轮壳体内的叶轮；所述叶轮壳体的前端开口，叶轮壳体的后端面中心开设有过水孔；所述叶轮包括主轮盘、主叶片、环状体、扩散导叶和叶轮导叶，所述主轮盘中部开有与转轴适配的轴孔，主轮盘的前端面周向间隔布置主叶片，主轮盘的后端面与叶轮壳体之间形成流道背腔；所述环状体设于轮盘外沿，若干扩散导叶周向安装在环状体上，与环形体形成分流道，分流道的出口端开设有与流道背腔连通的过流孔；所述叶轮导叶设于流道背腔内，叶轮导叶装配于转轴上，叶轮导叶的出口侧与叶轮壳体的过水孔连通。
按上述方案，首级叶轮组件的叶轮壳体前端面设有前固定板，前固定板上开设有与前导叶装置连通的过水孔；中间级叶轮组件的叶轮壳体依次连接，前一级叶轮组件的叶轮壳体过流孔与后一级叶轮组件的叶轮壳体连通；末级叶轮组件的叶轮壳体后端设有后固定板，后固定板上开设有与排水管连通的过水孔。
按上述方案，所述转动体为前端横截面大、后端横截面小的内部中空结构；所述转动体通过轴承A安装在转轴上，轴承A通过端部的轴套压紧。
本发明的有益效果为：本发明针对现有工业废水和城市污水具有分布广泛、流速低、水头低等特点，创造地设计出吸水装置，利用导流罩、增压流管和扩张门协同作用，提高入水流量，捕获废水中的水流能，水流能转换为机械能，再由发电机使机械能转化为电能，实现了能量的充分利用，结构简单，绿色环保；设计前导叶装置，前导叶装置内流道截面积随水流方向逐渐减小，提高了水流动能，水流在多级增压装置内不断蓄能，直至推动叶轮开始旋转，启动更加快速；本发明可用于山村河流等拥有丰富的微水头水力资源的应用场景，前景十分广阔。
附图说明：
图1为本发明一个具体实施例的整体示意图。
图2为本实施例的爆炸示意图。
图3为本实施例的剖视主视图。
图4为本实施例的半剖示意图。
图5为本实施例中叶轮的前侧面结构示意图。
图6为本实施例中叶轮的后侧面结构示意图。
图中，1-导流罩，2-收集叶轮，3-轴套，4-轴承A，5-轴承架，6-前导叶装置，6.1-前导叶壳体，6.2-螺旋导叶，6.3-转动体，7-前固定板，8-叶轮，8.1-主轮盘，8.2-主叶片，8.3-环状体，8.4-扩散导叶，8.5-轴孔，8.6-流道背腔连通的过流孔；9-叶轮导叶，10-转轴，11-叶轮壳体，12-双头螺柱，13-后固定板，14-排水管，15-轴承B，16-大支板，17-轴承固定环，18-套筒，19-发电装置，20-增压流管，21-扩张门，22-吸水装置，23-多级增压装置。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
如图1～4所示的一种废水发电机，包括吸水装置22、前导叶装置6、多级增压装置23、转轴10和发电装置19，所述吸水装置22的入口端与废水供应管道连通，吸水装置22的出口端与前导叶装置6的入口相连，前导叶装置6装配于转轴10的前端；所述多级增压装置23包括多个依次连通且间隔装配在转轴10上的叶轮组件，首级叶轮组件的前端与前导叶装置6的出口连通，末级叶轮组件的后端配置有排水管14，排水管14与末级叶轮组件连通；所述发电装置19安装在排水管14后方，且发电装置19的输入端与转轴10相连。
本发明中，废水经吸水装置22进入前导叶装置6，后流经多级增压装置23，带动多级叶轮组件转动，转轴10随之转动，水流能转换为机械能，发电装置19将机械能转换为电能；废水经排水管14排出。
优选地，所述前导叶装置6包括前导叶壳体6.1，以及安装在前导叶壳体6.1内部的收集叶轮82、螺旋导叶6.2和转动体6.3，所述前导叶壳体6.1的两端开口，前导叶壳体6.1的大口径端与吸水装置22的出口端相连；前导叶壳体6.1的大口径端与多级增压装置23相连；所述收集叶轮82设于前导叶壳体6.1的大口径端，收集叶轮82和转动体6.3均装配于转轴10上；所述螺旋导叶6.2的根部与转动体6.3相连，螺旋导叶6.2与前导叶壳体6.1和转动体6.3围合形成流道，流道的入口与收集叶轮82的出水口连通，流道的出口与多级增压装置23的入口连通；流道截面积随水流方向逐渐减小。
本实施例中，所述转动体6.3为前端横截面大、后端横截面小的内部中空结构，这一设计可使流道截面逐渐减小，增加流体流速；所述转动体6.3通过轴承A4安装在转轴10上，轴承A4通过端部的轴套3压紧。具体地，轴承A4内圈与转轴10连接，轴承A4安装于轴承架5上，轴承架5与转动体6.3连接固定。
优选地，所述吸水装置22包括依次连通的导流罩1、增压流管20和扩张门21；所述导流罩1和扩张门21均为两端开口的喇叭形结构；导流罩1的大口径端连接有采集口，导流罩1的小口径端与增压流管20的一端相连，增压流管20的另一端与扩张门21的小口径端相连，扩张门21的大口径端与前导叶壳体6.1的大口径端相连。本实施例中，增压流管20的管径小于导流罩1和扩张门21的最大口径。
本实施例中，所述导流罩1整体呈U型结构；导流罩1的大口径端连接有采集口(可焊接)；导流罩1与增压流管20、扩张门21采用一体化设计。
优选地，如图5和图6所示，所述叶轮组件包括叶轮壳体11、安装于叶轮壳体11内的叶轮8；所述叶轮壳体11的前端开口，叶轮壳体11的后端面中心开设有过水孔；所述叶轮8包括主轮盘8.1、主叶片8.2、环状体8.3、扩散导叶8.4和叶轮导叶9，所述主轮盘8.1中部开有与转轴10适配的轴孔8.5，主轮盘8.1的前端面周向间隔布置主叶片8.2，主轮盘8.1的后端面与叶轮壳体11之间形成流道背腔；所述环状体8.3设于轮盘外沿，若干扩散导叶8.4周向安装在环状体8.3上，与环形体形成分流道，分流道的出口端开设有与流道背腔连通的过流孔8.6；所述叶轮导叶9设于流道背腔内，叶轮导叶9装配于转轴10上，叶轮导叶9的出口侧与叶轮壳体11的过水孔连通。
本发明中，首级叶轮组件的叶轮壳体11前端面设有前固定板7，前固定板7上开设有与前导叶装置6连通的过水孔；中间级叶轮组件的叶轮壳体11依次连接，前一级叶轮组件的叶轮壳体11过流孔与后一级叶轮组件的叶轮壳体11连通；末级叶轮组件的叶轮壳体11后端设有后固定板13，后固定板13上开设有与排水管14连通的过水孔，前后固定板13之间通过若干周向间隔设置的双头螺柱12相连，将各级叶轮壳体11卡紧。
本实施例中，所述扩散导叶8.4为流道式导叶，流道式导叶的设计，可使液体的动能与压力能在扩散导叶8.4出口处进行高效转换。所述叶轮8与转轴10之间键连接；叶轮壳体11前后端的前后固定板13采用双头螺柱连接。
本实施例中，多级增压装置23采用三级增压，设计增压比为1:6。
本发明中，转轴10的后端穿过排水管14后，与发电装置19的输入端相连；发电装置19主要包含电枢、励磁绕组、导线等，旋转磁场设计转速约420rpm，切割电枢产生感应电动势，经调制后可用于供电；此为现有常规技术，这里不再赘述。所述的变速齿轮箱采用单输入、单输出的形式，变速比为1:7，通过联轴器将前端装置与后端转轴10联结，实现转速的稳定提升。
本实施例中，排水管14的后端安装有大支板16，转轴10穿过排水管14和大支板16后，与发电装置19相连。具体地，大支板16通过轴承B15和轴承固定环17与转轴10相连，大支板16末端采用套筒18封闭。
本发明的工作原理为：废水经采集口进入导流罩1内，经增压流管20和扩张口后流入收集叶轮2，收集叶轮2受水流冲击后旋转，同时水流经螺旋导叶6.2流向多级增压装置23；水流进入首级叶轮组件内，冲击首级叶轮组件的叶轮8转动，水流由主叶片8.2流向边部的扩散导叶8.4，后经扩散导叶8.4出口处的过流孔进入流道背腔，冲击该流道背腔内的叶轮导叶9，后经叶轮壳体11的过水孔进入下级叶轮组件；水流自多级增压装置23的出口流出后经排水管14排出；废水流经多级增压装置23的过程中，废水的动能与压力能不断转化，使得转轴10旋转并向变速机构传递扭矩，驱动后端的发电装置19的转子旋转，产生电能；产出的电能既能输入储能装置，在用电高峰期释放电能、提高经济效益，也可在调制处理后并入电网，为照明等用电场景提供电力，降低对火力发电的依赖性。
本发明中，废水首先从圆锥形采集口进入，对入水口处因流速梯度而形成的流量差进行补充，随后进入导流罩1；导流罩1具有较高速度比和较大轴向力系数，入水口为大口径端，出水口为小口径端，可在导流罩1出水口段形成低压区，进而产生压力差，促使更多的水流进入到导流罩1内，提高叶轮8处的水流速度；增压流管采用加长设计，使得流经中间段的水流在快速分散的同时与出水口段形成压差，进一步增大了中间段的流速。
本发明中，废水经导流采集装置流入多级增压装置23，首先进入首级叶轮组件，叶轮8受水流冲击转动，水流经主叶片8.2流向扩散导叶8.4，经扩散导叶分散后穿过与流道背腔的过流孔8.6，沿扩散导叶8.4背侧汇集流道背腔(扩散导叶的主要原理为流体速度的大小与压强成反比，依此将流体的动能、压力能进行转化，兼具减小液体泄漏、重整导向的作用)，冲击流道背腔内的叶轮导叶9，叶轮导叶9起引流和稳流作用，保证水流进入下一级叶轮组件内时不产生明显的漩涡、二次流或流动分离现象，使得液体在出口处的动能、压力能之间能够充分的相互转换，能耗损失小、水力效率高。随后，水流依次进入冲击后级叶轮组件并重复上述过程，直至完全穿过多级增压装置，从排出管排出。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是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)

1.一种废水发电机，其特征在于，包括吸水装置、前导叶装置、多级增压装置、转轴和发电装置，所述吸水装置的入口端与废水供应管道连通，吸水装置的出口端与前导叶装置的入口相连，前导叶装置装配于转轴的前端；所述多级增压装置包括多个依次连通且间隔装配在转轴上的叶轮组件，首级叶轮组件的前端与前导叶装置的出口连通，末级叶轮组件的后端配置有排水管，排水管与末级叶轮组件连通；所述发电装置安装在排水管后方，且发电装置的输入端与转轴相连。
2.如权利要求1所述的废水发电机，其特征在于，所述前导叶装置包括前导叶壳体，以及安装在前导叶壳体内部的收集叶轮、螺旋导叶和转动体，所述前导叶壳体的两端开口，前导叶壳体的大口径端与吸水装置的出口端相连；前导叶壳体的大口径端与多级增压装置相连；所述收集叶轮设于前导叶壳体的大口径端，收集叶轮和转动体均装配于转轴上；所述螺旋导叶的根部与转动体相连，螺旋导叶与前导叶壳体和转动体围合形成流道，流道的入口与收集叶轮的出水口连通，流道的出口与多级增压装置的入口连通。
3.如权利要求2所述的废水发电机，其特征在于，流道截面积随水流方向逐渐减小。
4.如权利要求1所述的废水发电机，其特征在于，所述吸水装置包括依次连通的导流罩、增压流管和扩张门；所述导流罩和扩张门均为两端开口的喇叭形结构；导流罩的大口径端连接有采集口，导流罩的小口径端与增压流管的一端相连，增压流管的另一端与扩张门的小口径端相连，扩张门的大口径端与前导叶壳体的大口径端相连。
5.如权利要求4所述的废水发电机，其特征在于，增压流管的管径小于导流罩和扩张门的最大口径。
6.如权利要求3所述的废水发电机，其特征在于，所述叶轮组件包括叶轮壳体、安装于叶轮壳体内的叶轮；所述叶轮壳体的前端开口，叶轮壳体的后端面中心开设有过水孔；所述叶轮包括主轮盘、主叶片、环状体、扩散导叶和叶轮导叶，所述主轮盘中部开有与转轴适配的轴孔，主轮盘的前端面周向间隔布置主叶片，主轮盘的后端面与叶轮壳体之间形成流道背腔；所述环状体设于轮盘外沿，若干扩散导叶周向安装在环状体上，与环形体形成分流道，分流道的出口端开设有与流道背腔连通的过流孔；所述叶轮导叶设于流道背腔内，叶轮导叶装配于转轴上，叶轮导叶的出口侧与叶轮壳体的过水孔连通。
7.如权利要求6所述的废水发电机，其特征在于，首级叶轮组件的叶轮壳体前端面设有前固定板，前固定板上开设有与前导叶装置连通的过水孔；中间级叶轮组件的叶轮壳体依次连接，前一级叶轮组件的叶轮壳体过流孔与后一级叶轮组件的叶轮壳体连通；末级叶轮组件的叶轮壳体后端设有后固定板，后固定板上开设有与排水管连通的过水孔。
8.如权利要求3所述的废水发电机，其特征在于，所述转动体为前端横截面大、后端横截面小的内部中空结构；所述转动体通过轴承A安装在转轴上，轴承A通过端部的轴套压紧。
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