CN117759471A - 一种用于下水管道发电装置的防缠绕堵塞的叶轮装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于下水管道发电装置的防缠绕堵塞的叶轮装置，包括叶轮箱和叶轮；所述叶轮包括主叶片和支撑叶片，所述支撑叶片垂直于主叶片；所述叶轮箱连通下水管道的主管道，所述叶轮可转动固定在叶轮箱，所述叶轮的转动中心轴与水流方向相互垂直，所述叶轮的叶片位于主管道上导流板导流的水流途径上，所述叶轮的转动中心轴与主管道中心轴的距离大于主管道的内半径。与现有技术相比，本发明具有防缠绕堵塞能力强、工作连续性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及污水设备技术领域，尤其是涉及一种用于下水管道发电装置的防缠绕堵塞的叶轮装置。
背景技术
高层建筑内产生的污水通常都是通过管道收集，然后重力流排入地下排水管网。这些污水在垂直主管道内具有很大的势能，其楼层越高，则势能越大。如何利用这部分势能，已引起很多科研和工程人员的关注。
目前对这部分势能的利用主要是在管道内安装水力发电装置进行发电。基于下水管道发电的思路，目前类似的专利申请已经达到几十项，这些专利大部分都是把叶轮直接放置在管道内，如下水道发电机(201010123480.2)、一种利用下水管道污水进行发电的小型水力发电装置(201710163880.8)、房屋各层下水冲击式发电设备(201910511976.8)等。
但由于高层建筑内污水大多含有粪便、纸巾、毛发、菜叶等较多杂质，这些杂质碰到管道内的叶轮后，会缠绕或者卡在叶轮上，从而堵塞管道，影响正常的排水。
基于上述问题，部分专利增加了滤网或者自清洗装置，如一种安装在下水道旁的可自动清洁叶片的发电装置(202011200343.4)采用滑块结合刮擦片清洁叶片，一种利用居民楼下水管道排放污水的发电装置(201810297894.3)和一种污水发电装置(201110414538.3)等均设置了滤网。
滤网的设置尽管避免了叶轮的缠绕，但由于杂物都堆积在滤网上，进一步增加了管道堵塞的可能，或是对滤网进行定期更换，则显著增加了工作量。滑块结构过于复杂，而且当滑块或刮擦片出现故障需要维修时也会影响高层建筑的排水。
这些现实原因直接影响了高楼内污水势能的利用，因此有必要开发一种简单实用的避免污水中杂物堵塞缠绕叶轮且在实际使用中不影响高层排水功能的叶轮装置。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在叶轮容易被下水管道中的杂物缠绕堵塞，而通过滤网进行过滤提高了堵塞的可能，会增加工作量，另一方面滑块的结构较为复杂，且故障维修不便的缺陷而提供一种用于下水管道发电装置的防缠绕堵塞的叶轮装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于下水管道发电装置的防缠绕堵塞的叶轮装置，包括叶轮箱和叶轮；所述叶轮包括主叶片和支撑叶片，所述支撑叶片垂直于主叶片；所述叶轮箱连通下水管道的主管道，所述叶轮可转动固定在叶轮箱，所述叶轮的转动中心轴与水流方向相互垂直，所述叶轮的叶片位于主管道的水流途径上，所述叶轮的转动中心轴与主管道中心轴的距离大于主管道的内半径。
优选地，所述叶轮箱的上端设有导流板，所述导流板位于主管道靠近叶轮转动中心轴的一侧，所述导流板向下倾斜设置，所述叶轮的叶片位于主管道上导流板导流后的水流途径上，所述导流板的长度与主管道的直径相对应。
优选地，所述导流板的宽度为主管道内直径的25-50％。
优选地，所述导流板与主管道侧壁的夹角为45-60°。
优选地，所述叶轮箱、叶轮和的材质为硬聚氯乙烯或不锈钢。
优选地，所述叶轮箱内还设有防倒转弹片，所述防倒转弹片与叶轮转动的中心轴平行设置，所述防倒转弹片位于叶轮的转动轨迹上；
所述叶轮正转时，叶片触碰防倒转弹片后，将防倒转弹片压下，并转过防倒转弹片，所述防倒转弹片进行复位；所述叶轮倒转时，防倒转弹片将卡主叶片，以防止叶轮进行倒转。
优选地，该装置还包括球阀和用于备用通水的旁路管道；
所述球阀设置在主管道内，所述球阀位于叶轮箱的上方，所述叶轮箱的下端可拆卸连接主管道，所述旁路管道与主管道并联设置，所述旁路管道的进水口位于球阀的上端，出水口位于叶轮箱的下方。
优选地，所述叶轮箱的下端设有活接，所述叶轮箱的下端与主管道通过活接连接。
优选地，所述叶轮箱的下端设有倾斜底，所述倾斜底的上端连接叶轮箱的侧壁，所述倾斜底的下端连接叶轮箱的出水口。
优选地，所述旁路管道的上端向上倾斜连通主管道，下端向下倾斜连通主管道，所述旁路管道的上端或下端与主管道的夹角范围均为30-45°。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本方案中污水在重力的作用下沿着主管道向下流动，由于将叶轮的转动中心轴设置在主管道的外侧，使得叶轮仅有单一侧位于在主管道中，进而主管道中的污水冲击叶轮的一侧，避免水流直接冲击转轴而无效损失势能，且减少杂物缠绕转轴，更有利于叶轮转动带动发电装置进行发电；同时叶轮的主叶片和支撑叶片的垂直连接，能够有效减少杂物对叶轮的缠绕，即使有杂物附着在叶轮的边缘，在叶轮转动一定角度后，利用叶轮的结构也能够使杂物在重力或离心力的作用自行脱落。通过将叶轮的转动中心轴设置在主管道的外侧，主管道中的污水仅能够冲击叶轮的单一侧，配合叶轮的叶片结构，能够有效减少杂物对叶轮的附着，附着的杂物也能够在叶轮转动一定角度后自行脱落，很好的解决了杂物堵塞缠绕叶轮的问题，且结构布置简单，实用性高。
(2)本方案在叶轮的上方倾斜设置了导流板，将叶轮上方主管道中的污水引流至叶轮一侧的叶片上，保证叶轮按照预设方向转动，进一步降低叶轮堵塞的可能性。
(3)本方案中出现缠绕堵塞等情况时，污水能够从旁路管道中流通，不会造成管路的堵塞，配合球阀关闭叶轮装置段的主管道的污水流通，对主管道中的叶轮发电组件进行维修，完成维修后，通过球阀调节污水流经叶轮发电组件进行发电，避免了叶轮发生堵塞维修时，无法排污的情况，提高了发电装置工作应急能力和排污的连续性。
(4)本方案通过将导流板倾斜设置，并将叶轮箱的下端设置倾斜底部，以及将旁路管道的上端和下端与主管道倾斜连接，能够提升污水排放管道内部的流畅度，有效避免杂物在发电装置的内部堆积，降低管道堵塞的可能性。
附图说明
图1为本发明提供的下水管道发电装置的主视结构示意图；
图2为本发明提供的下水管道发电装置的俯视剖视结构示意图；
图3为本发明提供的5叶片叶轮的结构示意图；
图4为本发明提供的6叶片叶轮的结构示意图；
图5为本发明提供的7叶片叶轮的结构示意图；
图6为本发明提供的8叶片叶轮的结构示意图；
图7为本发明提供的9叶片叶轮的结构示意图；
图8为本发明提供的10叶片叶轮的结构示意图；
图中：1、主管道，2、球阀，3、旁路管道，4、导流板，5、叶轮箱，6、叶轮，7、防倒转弹片，8、活接，61、主叶片，62、支撑叶片。
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。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
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。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例提供了一种用于下水管道发电装置的防缠绕堵塞的叶轮装置，包括叶轮箱5和叶轮6；叶轮6包括主叶片61和支撑叶片62，支撑叶片62垂直于主叶片61；叶轮箱5连通下水管道的主管道1，叶轮6可转动固定在叶轮箱5，叶轮6的转动中心轴与水流方向相互垂直，叶轮6的叶片位于主管道1的水流途径上，叶轮6的转动中心轴与主管道1中心轴的距离大于主管道1的内半径。
工作原理：污水在重力的作用下沿着主管道1向下流动，由于将叶轮6的转动中心轴设置在主管道1的外侧，使得叶轮6仅有单一侧位于在主管道1中，进而主管道1中的污水冲击叶轮6的一侧，避免水流直接冲击转轴而无效损失势能，且减少杂物缠绕转轴，更有利于叶轮6转动带动发电装置进行发电；同时叶轮6的主叶片和支撑叶片的垂直连接，能够有效减少杂物对叶轮6的缠绕，即使有杂物附着在叶轮的边缘，在叶轮转动一定角度后，利用叶轮的结构也能够使杂物在重力或离心力的作用自行脱落。
结合上述工作原理，本方案中通过将叶轮6的转动中心轴设置在主管道的1的外侧，主管道中的污水仅能够冲击叶轮的单一侧，配合叶轮的叶片结构，能够有效减少杂物对叶轮的附着，附着的杂物也能够在叶轮转动一定角度后自行脱落，很好的解决了杂物堵塞缠绕叶轮的问题，且结构布置简单，实用性高。
作为一种优选的实施方式，叶轮箱5的上端设有导流板4，导流板4位于主管道1靠近叶轮6转动中心轴的一侧，导流板4向下倾斜设置，所述叶轮6的叶片位于主管道1上导流板导流后的水流途径上，导流板4的长度与主管道1的直径相对应。导流板4的宽度为主管道1内直径的25-50％。导流板4与主管道1侧壁的夹角为45-60°。
在叶轮的上方倾斜设置了导流板4，叶轮6上方主管道1中的污水在导流板4的作用下，被引流至叶轮6一侧的叶片上，能够保证叶轮按照预设方向转动，同时能够避免污水中的杂物直接与叶轮内部的转轴接触，降低了杂物缠绕在转轴上的可能性。
考虑到污水的腐蚀性，下水管道发电装置应当采用耐腐蚀的材料制作，在本实施例中，叶轮箱5、叶轮6和的材质为硬聚氯乙烯或不锈钢。
进一步地，叶轮箱5内还设有防倒转弹片7，防倒转弹片7与叶轮转动的中心轴平行设置，防倒转弹片7位于叶轮的转动轨迹上；
叶轮6正转时，叶片触碰防倒转弹片7后，将防倒转弹片7压下，并转过防倒转弹片7，防倒转弹片7进行复位；叶轮6倒转时，防倒转弹片7将卡主叶片，以防止叶轮6进行倒转。通过防倒转弹片7对叶轮6的逆转进行限定，避免维修时叶轮6转动，方便对叶轮的维修或更换。
作为一种优选的实施方式，该装置还包括球阀2和用于备用通水的旁路管道3；
球阀2设置在主管道1内，球阀2位于叶轮箱5的上方，叶轮箱5的下端可拆卸连接主管道1，旁路管道3与主管道1并联设置，旁路管道3的进水口位于球阀2的上端，出水口位于叶轮箱5的下方。
进一步地，叶轮箱5的下端设有活接8，叶轮箱5的下端与主管道1通过活接8连接，主要目的在于叶轮箱5拆卸方便，也可通过法兰片进行连接。
当出现缠绕堵塞等情况时，污水能够从旁路管道中流通，不会造成管路的堵塞，配合球阀关闭叶轮装置段的主管道的污水流通，对主管道中的叶轮发电组件进行维修，完成维修后，通过球阀调节污水流经叶轮发电组件进行发电，避免了叶轮发生堵塞维修时，无法排污的情况，提高了发电装置工作应急能力和排污的连续性。
叶轮箱5的下端设有倾斜底，倾斜底的上端连接叶轮箱5的侧壁，倾斜底的下端连接叶轮箱5的出水口。
旁路管道3的上端向上倾斜连通主管道1，下端向下倾斜连通主管道1，旁路管道3的上端或下端与主管道1的夹角范围均为30-45°。
通过将导流板倾斜设置，并将叶轮箱的下端设置倾斜底部，以及将旁路管道的上端和下端与主管道倾斜连接，且要求上述结构倾斜一定的角度，能够提升污水排放管道内部的流畅度，有效避免杂物在发电装置的内部堆积，降低管道堵塞的可能性。
本实施例还提供了一种更具体的实施方式，下水管道发电装置包括主管道1、球阀2、旁路管道3、导流板4、叶轮箱5、叶轮6、防倒转弹片7。其中主管道1和旁路管道3用于排放污水，其内径记为D，与已有排水立管管径或规范要求相同，旁路管道3与立管道1之间的夹角在30-45°之间；球阀2用于更换叶轮箱5时应用，不能采用蝶阀等中间带有轴或弯曲通道的阀门；导流板4主要用于倒流污水冲击叶轮6一侧，便于叶轮按照预期旋转，其长度与叶轮箱5宽度相同，导流板4宽度记为L1为管道内径的1/4-1/3，与叶轮6的片数有关，叶轮片越多，L1越窄，导流板4与主管道1之间的夹角为45-60°，导流板4不能影响叶轮6正常旋转；叶轮箱5用于放置叶轮6，其内部宽度与管道内径D相同，长度较叶轮直径大2-3cm，叶轮箱底部为斜边，斜边与立管夹角为45-60°，且叶轮箱各边壁不能影响叶轮正常旋转；叶轮6为发电动力装置，其片数为5-10片，如图3至图8所示，主叶片61与支撑叶片62要求垂直90°，叶轮直径为2(D-L3+L2)，其中L3为1-1.5cm，L2为0-1cm，叶轮宽度为D-2L4，L4为1-1.5cm；防倒转弹片7用于防止叶轮倒转，其宽度与叶轮箱5宽度一致，防倒转弹片7要求在叶轮6正常运转时碰到叶片可以压下，叶片离开后可以弹起，因此一旦叶轮倒转时可以卡住叶轮；活接主要用于更换叶轮箱应用。
正常情况下，污水从主管道1重力流下，在导流板4的作用下冲击叶轮6的一侧，从而使得叶轮6旋转，带动后面的发电装置产生电能。此外，通过导流板4的遮挡，还能避免污水中杂物直接与叶轮内部和转轴接触，减少杂物堵塞或缠绕在叶轮6或转轴上，而通过叶轮6旋转，即使有杂物附着在叶片的边缘，也会在叶轮旋转到一定角度后在重力作用下掉落。叶轮箱5底部斜边、旁路管道3的倾斜结构及叶轮6支撑叶与主叶之间的角度要求也都是为了避免杂物堆积。
当由于堵塞需要更换叶轮6时，可以关闭球阀2，并拆卸活接或法兰片，此时，污水从盘路管道3排出，因此在维修时不影响正常的排水。
实施例2
本实施例与实施例1大体相同，不同点在于，本装置采用UPVC制作直径110mm的管道的叶轮装置，导流板宽度40mm，角度45°，长度110mm，叶轮箱长220mm，宽110mm，斜边角度45°，叶轮直径200mm，叶轮采用5片结构，宽度90mm。采用含有废纸、菜叶等的配水进行实验，运行10天未发现叶轮被堵塞缠绕或者卡住。
实施例3
本实施例与实施例1大体相同，不同点在于，本装置采用UPVC制作直径110mm的管道的叶轮装置，导流板宽度28mm，角度60°，长度110mm，叶轮箱长240mm，宽110mm，斜边角度60°，叶轮直径210mm，叶轮采用10片结构，宽度80mm。采用含有废纸、菜叶、头发等的配水进行实验，运行15天未发现叶轮被堵塞缠绕或者卡住。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于下水管道发电装置的防缠绕堵塞的叶轮装置，其特征在于，包括叶轮箱(5)和叶轮(6)；所述叶轮(6)包括主叶片(61)和支撑叶片(62)，所述支撑叶片(62)垂直于主叶片(61)；所述叶轮箱(5)连通下水管道的主管道(1)，所述叶轮(6)可转动固定在叶轮箱(5)，所述叶轮(6)的转动中心轴与水流方向相互垂直，所述叶轮(6)的叶片位于主管道(1)的水流途径上，所述叶轮(6)的转动中心轴与主管道(1)中心轴的距离大于主管道(1)的内半径。
2.根据权利要求1所述的一种用于下水管道发电装置的防缠绕堵塞的叶轮装置，其特征在于，所述叶轮箱(5)的上端设有导流板(4)，所述导流板(4)位于主管道(1)靠近叶轮(6)转动中心轴的一侧，所述导流板(4)向下倾斜设置，所述叶轮(6)的叶片位于主管道(1)上导流板导流后的水流途径上，所述导流板(4)的长度与主管道(1)的直径相对应。
3.根据权利要求2所述的一种用于下水管道发电装置的防缠绕堵塞的叶轮装置，其特征在于，所述导流板(4)的宽度为主管道(1)内直径的25-50％。
4.根据权利要求2所述的一种用于下水管道发电装置的防缠绕堵塞的叶轮装置，其特征在于，所述导流板(4)与主管道(1)侧壁的夹角为45-60°。
5.根据权利要求2所述的一种用于下水管道发电装置的防缠绕堵塞的叶轮装置，其特征在于，所述叶轮箱(5)、叶轮(6)和的材质为硬聚氯乙烯或不锈钢。
6.根据权利要求1所述的一种用于下水管道发电装置的防缠绕堵塞的叶轮装置，其特征在于，所述叶轮箱(5)内还设有防倒转弹片(7)，所述防倒转弹片(7)与叶轮转动的中心轴平行设置，所述防倒转弹片(7)位于叶轮的转动轨迹上；
所述叶轮(6)正转时，叶片触碰防倒转弹片(7)后，将防倒转弹片(7)压下，并转过防倒转弹片(7)，所述防倒转弹片(7)进行复位；所述叶轮(6)倒转时，防倒转弹片(7)将卡主叶片，以防止叶轮(6)进行倒转。
7.根据权利要求1所述的一种用于下水管道发电装置的防缠绕堵塞的叶轮装置，其特征在于，该装置还包括球阀(2)和用于备用通水的旁路管道(3)；
所述球阀(2)设置在主管道(1)内，所述球阀(2)位于叶轮箱(5)的上方，所述叶轮箱(5)的下端可拆卸连接主管道(1)，所述旁路管道(3)与主管道(1)并联设置，所述旁路管道(3)的进水口位于球阀(2)的上端，出水口位于叶轮箱(5)的下方。
8.根据权利要求7所述的一种用于下水管道发电装置的防缠绕堵塞的叶轮装置，其特征在于，所述叶轮箱(5)的下端设有活接(8)，所述叶轮箱(5)的下端与主管道(1)通过活接(8)连接。
9.根据权利要求7所述的一种用于下水管道发电装置的防缠绕堵塞的叶轮装置，其特征在于，所述叶轮箱(5)的下端设有倾斜底，所述倾斜底的上端连接叶轮箱(5)的侧壁，所述倾斜底的下端连接叶轮箱(5)的出水口。
10.根据权利要求7所述的一种用于下水管道发电装置的防缠绕堵塞的叶轮装置，其特征在于，所述旁路管道(3)的上端向上倾斜连通主管道(1)，下端向下倾斜连通主管道(1)，所述旁路管道(3)的上端或下端与主管道(1)的夹角范围均为30-45°。
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2023
- 2023-11-15 CN CN202311520349.3A patent/CN117759471A/zh active Pending
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