一种管道水能回收装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及管道液体压力能回收的装置。它包括蜗形室和引流室，在蜗形室的蜗壳上固定引流室，在机壳上安装转轴，转轴一端连接转轮，另一端驱动发电机，在引流室内沿圆周方向均布若干引流腔，引流腔即是流体流过的流道，流道分为前段流道和后段流道，前段流道面积渐缩，与蜗形室相通，后段流道面积不变，与转轮相通；转轮的出水口连接泄水管。本发明具有的有益效果是：该减压装置安装有蜗形室和引流室，在有效降低管道压力的同时，可高效回收管道中流体的压力能，能量回收效率≥65％。
【专利说明】一种管道水能回收装置
【技术领域】
[0001] 一种管道水能回收装置，涉及管道液体压力能回收的装置。
【背景技术】
[0002] 目前，在公开的文献资料中，在水管道上安装水能回收装置来发电的很多，该水能 回收装置的主要部件是转轮，通过水流冲击转轮转动，从而带动发电机发电。该类装置对于 某些压力较高、流量较大的管道，能量回收效率较高，是比较合适的。但是在管道直径较小 (管径50?100mm)、液体压力能较小（水头20?80m)的情况下，会损失较多的能量，回收 效率较低，一般小于50%。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的问题就是针对以上不足而提供一种用于小管径、低水头的压力管 道上，能有效减压、能量回收率高的装置。其技术方案如下：
[0004] 一种管道水能回收装置，其关键技术在于包括蜗形室和引流室，在蜗形室的蜗壳 上固定引流室，在机壳上安装转轴，转轴一端连接转轮，另一端驱动发电机，在引流室内沿 圆周方向均布若干引流腔，引流腔即是流体流过的流道，流道分为前段流道和后段流道，前 段流道面积渐缩，与蜗形室相通，后段流道面积不变，与转轮相通；转轮的出水口连接泄水 管。
[0005] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0006] 1、该减压装置安装有蜗形室和引流室，工作时，高压流体通过管道进入一个面积 减缩的蜗形室中，这样可使进入引流室的流体分布更均匀。利用蜗形室和引流室把液体所 具有的压力能转换为高速流动的速度能。液体离开引流室之后，流入转轮流道，依据叶栅 理论，将水流的高速动能转换为转轮的旋转机械能，在有效降低管道压力的同时，可高效回 收管道中流体的压力能，和同步发电机直联，通过转轴带动发电机发电。实验正常运行发 电300天左右，能量回收效率>65%。如果采用异步发电机发电，将工作转轮转速降低为 1530r/min或更低时，能量回收效率可进一步提高，可达70%左右。
[0007] 2、引流室内流道分为两段，前段为面积渐缩流道，流体通过该段流道时，随着流道 面积的不断减小，根据贝努利方程，流体流动速度不断增加；后段流道面积不变，宽度方向 为平行结构，主要起稳流和引流作用，保证液体以正确的角度进入转轮内。
[0008] 3、本发明主要适用于高层建筑的采暖等供回水管路上压力能的回收，但不限于 此。装置内部流动工质为供暖回水或清水。本发明适用于水头比较低（20?120m，优选为 60m，80m，IOOm和120m)，管道直径比较小（50?150mm)，流量比较小（50?150m 3/h，优选流 量段主要有50m3/h，100m3/h和150m 3/h)，流量范围较宽，发电功率小（IOkW左右）的场合。
[0009] 4、本发明结构紧凑（整个减压装置的尺寸约为500mmX500mmX300mm，不包含发 电机部分），简单，体积小，机械加工方便，装拆方便，安装维护简便。
[0010] 5、叶片为直纹面时，非扭曲型叶片，加工方便；叶片为曲面时，加工略复杂，但流场 分布更均匀，压力脉动更小。
[0011] 6、当流量、水头等运行条件变化较大时，只需调整引流室入射角、引流腔截面积和 引流腔个数、转轮叶片个数、叶片安放角等参数（如表1、表2所示），并重新制造引流室和 转轮即可，涡形室和泄水管不需做任何改动，从而降低制造成本，并方便系列化生产，并可 进行分布式联网发电。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1,是本发明总体结构剖面图；
[0013] 图2,是本发明总体结构俯视图；
[0014] 图3,是本发明引流室剖面图；
[0015] 图4,是本发明引流室引流腔周向截面为矩形示意图；
[0016] 图5,是本发明引流室引流腔对齐布置示意图；
[0017] 图6,是本发明引流室引流腔交错布置示意图；
[0018] 图7,是本发明转轮结构示意图（叶片各表面为直纹面）；
[0019] 图8,是本发明转轮另一结构示意图（叶片各表面为曲面）；
[0020] 图9,是本发明叶片截面形状示意图；
[0021] 图10,是本发明叶片结构示意图（叶片各表面为直纹面）；
[0022] 图11，是本发明叶片另一结构示意图（叶片各表面为曲面）；
[0023] 图12,是本发明试验数据和数值模拟结果的对比图。
【具体实施方式】
[0024] 参见图1?图11，本发明包括蜗形室1和引流室2,在蜗形室1的蜗壳上通过螺栓 固定引流室2,在机壳上安装转轴6,转轴6 -端连接转轮3,另一端驱动发电机，在引流室 2内沿圆周方向均布若干引流腔7,引流腔即是流体流过的流道，流道分为前段流道8和后 段流道9,前段流道8面积渐缩，与蜗形室1相通，后段流道9面积不变，与转轮相通；转轮 3的出水口连接泄水管5。泄水管5和蜗形室1可以整体铸造在一起，也可单独铸造后通过 螺栓联接。
[0025] 使用时，蜗形室1通过法兰连接进水管，泄水管5通过法兰连接出水管。
[0026] 所述引流腔7腔室的周向截面为矩形（如图4所示），方便进行铣削加工。
[0027] 所述引流腔7在引流室内呈环列栅状分布。
[0028] 所述引流腔7在引流室内对齐分布（如图5所示）或者交错分布（如图6所示）。
[0029] 所述转轮3包括轮毂10、叶片11和轮盖12,在轮毂10和轮盖12上通过轴或螺钉 安装叶片11。
[0030] 所述叶片11的截面形状15如图9所示为前钝后尖的类月牙形。无论叶片表面是 直纹面还是曲面，其截面形状是相同的，都是前钝后尖的类月牙形。
[0031] 叶片11包括进水边13、出水边16、工作面17和背面14。叶片各表面（进水边13、 出水边16、工作面17和背面14)可以如图10所示加工为直纹面，而非扭曲型叶片，这样加 工方便；叶片各表面（进水边13、出水边16、工作面17和背面14)也可以如图11所示加工 为曲面，这样加工略复杂，但流场分布更均匀，压力脉动更小。
[0032] 当叶片轴向积叠规律为直线时，叶片各表面（工作面、背面、进水边和出水边）为 直纹面；当叶片轴向积叠规律为曲线时,叶片各表面（工作面、背面、进水边和出水边）为曲 面。
[0033] 所述转轮3直径为150mm?200_。
[0034] 图中4是导流帽
[0035] 本发明工作原理如下：
[0036] 该装置工作时，高压流体通过进水管进入一个面积减缩的蜗形室中，这样可使进 入引流室的流体分布更均匀。之后流体流入引流室，在引流室中使流体的压力能转化为动 能，使流速增加，以高速流向转轮，转轮将动能转换为旋转机械能，带动发电机发电，而后流 体流入面积渐扩的泄水管，使出水口处的流速进一步下降，以减少余能损失，被减压后的低 压流体最后从排水管流出。
[0037] 图12给出了试验数据和数值模拟结果的对比数据，证明该装置是可靠的。
[0038] 该装置中的引流腔个数、引流腔最小宽度、引流腔高度将影响引流腔内流体流速， 转轮叶片的安放角、叶片高度和叶片数将影响能量转换效率的高低，引流腔和转轮参数的 匹配也影响能量转换效率。所以，这些参数均可根据具体情况调整，以适应不同的流量和不 同管道液体压力情况。如表1、表2所示：
[0039] 表1所示涡形室进口压力：0· 75MPa ;泄水管出口压力：0· 20MPa ;流量：80m3/h(即 22. 22L/s);额定转速：直接驱动同步发电机，转速为3000r/min ;流动介质：清水，温度约 25。。。
[0040] 表 1
[0041]
【权利要求】
1. 一种管道水能回收装置，其特征在于包括蜗形室（1)和引流室（2)，在蜗形室（1)的 蜗壳上固定引流室（2)，在机壳上安装转轴￠)，转轴（6) -端连接转轮（3)，另一端驱动发 电机，在引流室（2)内沿圆周方向均布若干引流腔（7)，引流腔即是流体流过的流道，流道 分为前段流道（8)和后段流道（9)，前段流道（8)面积渐缩，与蜗形室（1)相通，后段流道 (9)面积不变，与转轮相通；转轮（3)的出水口连接泄水管（5)。
2. 根据权利要求1所述管道水能回收装置，其特征是引流腔（7)腔室的周向截面为矩 形。
3. 根据权利要求1所述管道水能回收装置，其特征是引流腔（7)在引流室内呈环列栅 状分布。
4. 根据权利要求1所述管道水能回收装置，其特征是引流腔（7)在引流室内对齐分布 或者交错分布。
5. 根据权利要求1所述管道水能回收装置，其特征是转轮（3)包括轮毂（10)、叶片 (11)和轮盖（12)，在轮毂（10)和轮盖（12)上安装叶片（11)。
6. 根据权利要求5所述管道水能回收装置，其特征是叶片（11)的截面形状（15)为前 钝后尖的月牙形。
7. 根据权利要求5所述管道水能回收装置，其特征是叶片（11)包括进水边（13)、出水 边（16)、工作面（17)和背面（14)，进水边（13)、出水边（16)、工作面（17)和背面（14)为 直纹面或曲面。
8. 根据权利要求1所述管道水能回收装置，其特征是转轮（3)直径为150_?200_。
【文档编号】F03B3/18GK104500312SQ201410572482
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】张惟斌, 余波, 邓万权 申请人:西华大学