CN116838522A - 供水管道水力发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种供水管道水力发电系统，包括位于供水管道上的第一管道；所述第一管道上设有发电装置，所述发电装置包括设于第一管道外的发电机和设于第一管道内的叶轮，所述叶轮的输出端与发电机的输入端传动连接；所述供水管道上还设有检修供水管，所述检修供水管与第一管道并联设置；检修供水管和第一管道上分别设有可开闭的阀门。本发明设置与第一管道相并联的检修供水管，并在检修供水管和第一管道上分别设置阀门；这样，可以对第一管道上的发电装置进行定期的检修，无论是检修或维护更换时，关闭第一管道上的阀门，打开检修供水管上的阀门，以保证正常供水。

Description

供水管道水力发电系统

技术领域

本发明属于发电装置技术领域，具体涉及一种供水管道水力发电系统。

背景技术

现有的电能主要依靠风力、光伏、火力发电和水力发电等，而水力发电利用的水能主要是蕴藏于水体中的位能，即将高位差产生的势能转换成水轮机之动能，再借水轮机为原动力，推动发电机产生电能；这就需要制造高低落差来实现水力发电，比如水利大坝或者水电站。城市中的供水管网数量庞大，特别是从水厂出来的初始出水管道，内部水流几乎是永不停歇且水压相对稳定的，如果能充分利用于水力发电，不失为一种可行的好方法。

现有技术CN102734044A基于城市建设的特点提供了一种供水管网发电装置，利用城市中的供水管网的特性，一是供水管网分布范围广泛，二是供水管网内的水流几乎是永不停歇且供水水压相对稳定，在管道内壁设置叶轮，利用管网水流带动叶轮转动，叶轮的转动连接发电机的转动，从而实现电力的生成。同样地，另一现有技术CN202023678U也提供了一种自来水厂管道势能发电系统，将发电机设置于管道内部，一端通过支架与管道的内壁相固连，另一端沿管道的轴向设置有叶轮；当水流经过发电装置时，就能推动叶轮转动，叶轮通过叶轮轴带动发电机内的永磁转子转动，最终将产生的电势能通过电缆输出到外部升压配电箱，实现恒定发电。

上述技术方案中，由于将发电装置部分或全部设置在供水管道内，随着使用时间的增长，叶轮或发电装置其他部件就会出现损耗，如果直接将叶轮及发电装置取下来进行更换或维修，必然影响正常供水，存在不便；且这种安装方式也不方便对叶轮或整个发电装置定期检修。同时，这两个技术方案，叶轮和叶轮安装所在管道与前后供水管道是同轴的，叶轮转动效率较低，从而影响发电效率。

因此，有必要作进一步改进。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种供水管道水力发电系统，避免现有的城市供水管网发电装置维护更换存在不便，可能影响正常供水的问题，取得方便检修、发电效果更高的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

供水管道水力发电系统，包括位于供水管道上的第一管道；所述第一管道上设有发电装置，所述发电装置包括设于第一管道外的发电机和设于第一管道内的叶轮，所述叶轮的输出端与发电机的输入端传动连接；

所述供水管道上还设有检修供水管，所述检修供水管与第一管道并联设置；检修供水管和第一管道上分别设有可开闭的阀门。

进一步完善上述技术方案，第一管道的两端分别通过三通与供水管道连接，所述三通具有两个相对的直接头和一个位于两直接头之间的中间接头，所述三通的两个直接头分别通过法兰连接第一管道和供水管道，两个三通的中间接头分别通过法兰连接检修供水管。

进一步地，检修供水管的两端和第一管道的两端均设有可开闭的阀门；第一管道上的两个阀门分别位于第一管道的两端和对应端的三通之间，检修供水管上的两个阀门分别位于检修供水管的两端和对应端的三通之间。

进一步地，叶轮的轴向垂直于第一管道；第一管道的中部管壁向上凸起设有容置部；所述容置部的侧壁上垂直于第一管道贯穿开设有安装孔；所述叶轮包括叶轮轴和叶轮本体，所述叶轮轴与叶轮本体同步转动连接，叶轮本体设于容置部内，所述容置部与叶轮本体相适配以使叶轮能在容置部内正常转动，所述叶轮轴形成为叶轮的输出端；

叶轮轴的两端转动且密封穿过对应端的安装孔，且任一端与发电机的输入端传动连接；

所述叶轮轴至第一管道轴线的垂直距离大于第一管道半径，所述叶轮轴至容置部底部的距离小于叶轮本体的半径以使叶轮本体的下部位于第一管道内。

进一步地，所述第一管道上背离容置部的管壁的内壁朝向容置部的方向凸起形成有弧形面。

进一步地，所述容置部为空心的半圆柱体状，容置部的圆周面与第一管道的两自由端的管壁圆弧过渡连接；

所述弧形面对应在第一管道管壁的外侧随形形成有拱高部。

进一步地，沿供水管道内水流方向，第一管道下端的供水管道内设有过滤网。

进一步地，第一管道的底壁上开设有检修孔，检修孔外端设有开闭单元。

进一步地，叶轮的转轴穿过第一管道的位置设有轴承盒，轴承盒固定在第一管道上，所述轴承盒内设有轴承，叶轮的转轴通过所述轴承与第一管道的管壁可转动连接，轴承盒的内壁与叶轮的转轴之间还设有若干密封圈。

进一步地，所述第一管道呈直管段，所述检修供水管呈半圆环状并联在第一管道的两端。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的供水管道水力发电系统，在供水管道上设置有用于发电的第一管道，将叶轮设于第一管道，借用供水管道内流动的且具有相对稳定的水压的水，带动叶轮旋转最终实现水力发电；同时设置与第一管道相并联的检修供水管，并在检修供水管和第一管道上分别设置阀门；这样，可以对第一管道上的发电装置进行定期的检修，无论是检修或维护更换时，关闭第一管道上的阀门，打开检修供水管上的阀门，以保证正常供水。

2、本发明的供水管道水力发电系统，第一管道的中部管壁向上凸起设有容置部，将叶轮的转轴中心设于容置部的侧壁上，且使得叶轮轴至容置部底部的距离小于叶轮本体的半径；供水管道至第一管道内的水流可以更有效地保证叶轮的转动，从而保障和提高发电效率。

附图说明

图1为实施例的供水管道水力发电系统的平面结构示意图；

图2为实施例中第一管道的结构示意图；

图3为实施例中一种可选择的叶轮的结构示意图；

图4为实施例中另一种可选择的叶轮的结构示意图；

图5为实施例中轴承盒的内部结构示意图；

图6为实施例中第一管道的优选尺寸示意图；

其中，供水管道1，第一管道2，检修孔21，容置部201，拱高部202，发电机31，叶轮32，叶轮轴321，底座322，叶片323，加强筋324，检修供水管4，滤网5，轴承盒6，密封圈61，第一闸阀71，第二闸阀72，第三闸阀73，第四闸阀74，轴承安装位置A。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

请参见图1，具体实施例的供水管道水力发电系统，包括位于供水管道1上的第一管道2；所述第一管道2上设有发电装置，所述发电装置包括设于第一管道2外的发电机31和设于第一管道2内的叶轮32，所述叶轮32的输出端与发电机31的输入端传动连接；所述供水管道1上还设有检修供水管4，所述检修供水管4与第一管道2并联设置；检修供水管4和第一管道2上分别设有可开闭的阀门。

实施例的供水管道水力发电系统，在供水管道1上设置有用于发电的第一管道2，将叶轮32设于第一管道2，借用供水管道1内流动的且具有相对稳定的水压的水，带动叶轮32旋转最终实现水力发电；同时设置与第一管道2相并联的检修供水管4，并在检修供水管4和第一管道2上分别设置阀门；这样，可以对第一管道2上的发电装置进行定期的检修，无论是检修或维护更换时，关闭第一管道2上的阀门，打开检修供水管4上的阀门，以保证正常供水。

具体实施时，所述发电机31可以是永磁发电机，进一步地，还可以是交流发电机，叶轮32与发电机31之间还可以设有齿轮变速机构以进行转速的调整，为现有技术，不作赘述。

实施时，其中，第一管道2的两端分别通过三通（图中未示出）与供水管道1连接，所述三通具有两个相对的直接头和一个位于两直接头之间的中间接头，所述三通的两个直接头分别通过法兰连接第一管道2和供水管道1，两个三通的中间接头分别通过法兰连接检修供水管4。

这样，方便在供水管道1上加装第一管道2和检修供水管4；方便对第一管道2进行检修或更换。

请继续参见图1，其中，检修供水管4的两端和第一管道2的两端均设有可开闭的阀门；第一管道2上的两个阀门分别位于第一管道2的两端和对应端的三通之间，检修供水管4上的两个阀门分别位于检修供水管4的两端和对应端的三通之间。

实施时，管道与阀门、阀门与三通均通过法兰连接，检修供水管4两端的阀门和第一管道2两端的阀门均为闸阀。

这样，当需要对第一管道2进行检修时，打开检修供水管4上的第三闸阀73和第四闸阀74，然后再关闭第一管道2上的第一闸阀71和第二闸阀72，再取下第一管道2进行检修。

请继续参见图2，其中，叶轮32的轴向呈水平并垂直于第一管道2；第一管道2的中部管壁向上凸起设有容置部201；所述容置部201的侧壁上垂直于第一管道2贯穿开设有安装孔；所述叶轮32包括叶轮轴321和叶轮本体，所述叶轮轴321与叶轮本体同步转动连接，叶轮本体设于容置部201内，所述容置部201与叶轮本体相适配以使叶轮32能在容置部201内正常转动，所述叶轮轴321形成为叶轮32的输出端；

叶轮轴321的两端转动且密封穿过对应端的安装孔，且任一端与发电机31的输入端传动连接；

所述叶轮轴321至第一管道2轴线的垂直距离大于第一管道2半径，所述叶轮轴321至容置部201底部的距离小于叶轮本体的半径以使叶轮本体的下部位于第一管道2内；可参见图2，即第一管道2也呈水平，从尺寸设计上来说，叶轮轴32是要高于不含容置部201的第一管道段的，同时叶轮本体的下端是要低于不含容置部201的第一管道段的管壁内表面最高位置点的。

这样，供水管道1至第一管道2内的水流可以更有效地保证叶轮32的转动，从而保障和提高发电效率。

其中，所述第一管道2上背离容置部201的管壁的内壁朝向容置部201的方向凸起形成有弧形面，弧形面的最高处位于叶轮轴321的正下方，弧形面的两侧对应于第一管道2的轴向并逐渐降低。

这样，弧形面的设置能进一步使得管道内的水更好地冲击叶轮本体的下部，进一步提高发电效率。

实施时，所述容置部201可以为空心的半圆柱体状，与叶轮轴32同轴且轴向长度（两端）与第一管道2的外径对应或略小于，容置部201的两端面向下延伸至与第一管道2的外表面相贯过渡；容置部201的圆周面与第一管道2的两自由端的管壁圆弧过渡连接，即视为容置部201的圆周面也向下伸至与第一管道2的外表面相贯，相贯线倒圆角过渡；

从设计制造的角度来说，含有容置部201的第一管道段（容置部201下方的第一管道段），其也可以是方形，两侧就可以与容置部201的两端面共面设计，该第一管道段两端再延伸过程到圆管状态（一体结构情况下）或通过装配的形式在两端连接圆管。

所述弧形面对应在第一管道2管壁的外侧随形形成有拱高部202。实施时，可参见图6，第一管道2两端管径优选600mm，拱高部202至容置部201高点的距离优选1400mm，拱高部202的弧高不得小于50mm。

这样，所述第一管道2可以作为定制的管道段进行生产制造、使用；可以径向剖分、轴向剖分或翻砂铸造等，为现有加工方法，具体不再赘述。

如图1和图2所示，其中，沿供水管道1内水流方向，第一管道2下端的供水管道1内设有过滤网5。也可以将过滤网5设于第一管道2下端的三通与供水管道1之间。同时，还可以在供水管道1上间隔设置多处本供水管道水力发电系统，这样，每处水管道水力发电系统之间均有过滤网5，可以过滤掉上段来水中可能存在的杂物。实施时，如果在供水管道1上间隔设置多处供水管道水力发电系统，可以在位于最前面的第一管道2前端的三通与供水管道1之间加设一个过滤网5，同样也是起过滤掉水厂出来的来水中可能存在的杂物的效果。

其中，第一管道2的底壁上开设有检修孔21，检修孔21外端设有开闭单元（图中未示出）。

这样，检修时，设置好检修供水管4和第一管道2上的阀门的开闭状态后，打开检修孔21外的开闭单元，方便放出第一管道2段内的水，便于检修。实施时，所述开闭单元可以是可开闭的阀门。

请参见图3，叶轮本体优选带有底座322的形式，包括若干叶片323，所述若干叶片323周向均匀布置；底座322与叶片323相垂直连接；底座322的中部贯穿开设有供叶轮轴321穿过的连接孔。

请参见图4，也可以选择叶片323直接连接在叶轮轴321上的形式，若干叶片323周向均布（图中仅示意了一片）；叶片323的一端与叶轮轴321相固定连接，叶片323的自由端为弧形板状，弧形板的凹面为迎水面；同时，叶片323上迎水面的背面沿与叶轮轴321相垂直的方向凸起设有若干加强筋324。

这样，底座322方案和加强筋324方案的设计能加强叶轮本体的结构强度，延长叶轮32的使用寿命。

请参见图5，其中，所述容置部201对应叶轮轴321自由端穿出的位置连接有轴承盒6，所述轴承盒6内设有轴承，叶轮轴321的自由端通过所述轴承与容置部201的侧壁可转动连接，轴承盒6的内壁设有若干密封圈61以实现对叶轮轴321与容置部201之间的密封连接。

这样，对叶轮轴321的自由端作密封处理，实施时，图5中的A处4为轴承安装位，并在轴承盒6的内壁设置5层密封圈61起到防水防漏油的作用。

其中，所述检修供水管4为半圆环状的空心管，检修供水管4的两端端头与供水管道1相连通。

实施时，所述检修供水管4与供水管道1规格相同，以适配供水水压。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.供水管道水力发电系统，包括位于供水管道上的第一管道；所述第一管道上设有发电装置，所述发电装置包括设于第一管道外的发电机和设于第一管道内的叶轮，所述叶轮的输出端与发电机的输入端传动连接；

其特征在于：所述供水管道上还设有检修供水管，所述检修供水管与第一管道并联设置；检修供水管和第一管道上分别设有可开闭的阀门。

2.根据权利要求1所述供水管道水力发电系统，其特征在于：第一管道的两端分别通过三通与供水管道连接，所述三通具有两个相对的直接头和一个位于两直接头之间的中间接头，所述三通的两个直接头分别通过法兰连接第一管道和供水管道，两个三通的中间接头分别通过法兰连接检修供水管。

3.根据权利要求2所述供水管道水力发电系统，其特征在于：检修供水管的两端和第一管道的两端均设有可开闭的阀门；第一管道上的两个阀门分别位于第一管道的两端和对应端的三通之间，检修供水管上的两个阀门分别位于检修供水管的两端和对应端的三通之间。

4.根据权利要求1所述供水管道水力发电系统，其特征在于：叶轮的轴向垂直于第一管道；第一管道的中部管壁向上凸起设有容置部；所述容置部的侧壁上垂直于第一管道贯穿开设有安装孔；所述叶轮包括叶轮轴和叶轮本体，所述叶轮轴与叶轮本体同步转动连接，叶轮本体设于容置部内，所述容置部与叶轮本体相适配以使叶轮能在容置部内正常转动，所述叶轮轴形成为叶轮的输出端；

叶轮轴的两端转动且密封穿过对应端的安装孔，且任一端与发电机的输入端传动连接；

所述叶轮轴至第一管道轴线的垂直距离大于第一管道半径，所述叶轮轴至容置部底部的距离小于叶轮本体的半径以使叶轮本体的下部位于第一管道内。

5.根据权利要求4所述供水管道水力发电系统，其特征在于：所述第一管道上背离容置部的管壁的内壁朝向容置部的方向凸起形成有弧形面。

6.根据权利要求5所述供水管道水力发电系统，其特征在于：所述容置部为空心的半圆柱体状，容置部的圆周面与第一管道的两自由端的管壁圆弧过渡连接；

所述弧形面对应在第一管道管壁的外侧随形形成有拱高部。

7.根据权利要求1所述供水管道水力发电系统，其特征在于：沿供水管道内水流方向，第一管道下端的供水管道内设有过滤网；

或第一管道下端的三通与供水管道之间设有过滤网。

8.根据权利要求1所述供水管道水力发电系统，其特征在于：第一管道的底壁上开设有检修孔，检修孔外端设有开闭单元。

9.根据权利要求1-8任一项所述供水管道水力发电系统，其特征在于：叶轮的转轴穿过第一管道的位置设有轴承盒，轴承盒固定在第一管道上，所述轴承盒内设有轴承，叶轮的转轴通过所述轴承与第一管道的管壁可转动连接，轴承盒的内壁与叶轮的转轴之间还设有若干密封圈。

10.根据权利要求1所述供水管道水力发电系统，其特征在于：所述第一管道呈直管段，所述检修供水管呈半圆环状并联在第一管道的两端。