一种垂直式管道水力发电装置及其应用的水表

本发明涉及水力发电，特别涉及一种垂直式管道水力发电装置及其应用的水表。

背景技术：

1、智能水表作为新兴的电子产品，不仅可以实现远程自动抄表，解决传统水表的弊端，还拥有数据远传通信、预付费和阀控等功能，为水务公司的供水管理提供了极大的便利，可是目前智能水表大多采用电池作为唯一的能量来源，这种供电方案存在许多缺点，比如电池容量有限和电池寿命有限，一旦化学电池出现损坏发生泄漏，将会导致严重的水污染问题。

2、目前智能水表平均每两到三年就需更换一次电池，更换电池是一项耗费巨大人力和财力的操作,频繁为每家每户的智能水表更换电池是无法接受的，所以提供一种可在管道内为智能水表自发电的装置应运而生。

3、然而，现有的自发电装置无法根据水流流速的变化调节发电装置的发电输出功率，譬如叶轮在慢水流的带动下，输出发电功率较低，又或者叶轮在高速水流时，输出发电功率较高，即现在技术中水流速的不稳定会导致发电装置功率输出的不稳定，严重威胁发电装置的稳定性。

4、因此，研究一种可以根据水流速的变化输出稳定发电功率的装置具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可自适应变直径的垂直式管道水力发电装置及其应用的水表，以解决现有管道水力发电装置无法在水流流速变化的情况下稳定其输出功率的问题，为了解决上述技术问题，本技术的技术方案如下：

2、第一方面，本技术提供了一种可自适应变直径的垂直式管道水力发电装置，包括伸缩部件、传动部件和可变直径的叶轮部件；所述叶轮部件的输出轴传动连接有发电机；沿所述叶轮部件的轴向上，所述叶轮部件上设有多个斜向开槽；所述传动部件滑动地卡设于多个所述斜向开槽内，所述传动部件与所述伸缩部件的可伸缩端固定连接；所述伸缩部件用于根据水流的大小进行伸缩，所述伸缩部件的伸缩用于带动所述传动部件在所述斜向开槽内往返移动，所述传动部件在所述斜向开槽内的往返移动用于控制所述叶轮部件的收缩或展开，在应用时，可根据水流速度大小，调节所述叶轮部件的展开或收缩，实现发电功率的稳定性保持。

3、在上述第一方面的一种可能的实现中，在水流速大于所述伸缩部件的预设值时，所述传动部件在所述斜向开槽内沿远离所述叶轮部件的方向移动，以触发所述叶轮部件的收缩；在水流速小于所述伸缩部件的预设值时，所述传动部件在所述斜向开槽内沿邻近所述叶轮部件的方向移动，以触发所述叶轮部件的展开，在应用时，斜向开槽只需逆时针倾斜即可在上移时控制叶轮件收缩，在下移时控制叶轮件展开。

4、在上述第一方面的一种可能的实现中，所述传动部件包括连接件和传动件；所述连接件与所述伸缩部件的可伸缩端固定连接，所述连接件与所述传动件滑动连接；所述传动件滑动地卡设于多个所述斜向开槽内，受伸缩部件控制的传动部件，可在斜向开槽内可上下移动，以实现对叶轮的展开收缩控制，从而完成叶轮直径的自适应调节。

5、在上述第一方面的一种可能的实现中，所述伸缩部件包括活塞、壳体和伸缩件；所述壳体的两端分别设有进件孔和进水孔；所述壳体邻近所述进水孔的一端卡设所述活塞，所述活塞与所述壳体滑动连接，所述连接件穿过所述进件孔与所述活塞固定连接；所述伸缩件设于所述壳体和所述活塞之间，根据伸缩件预设的弹性力与水流作用在伸缩部件的压力比较，如果水流的压力大于预设值，水流会通过进水孔压迫活塞向上移动，从而控制传动部件的上移，进而控制叶轮件的收缩，类似的，如果水流的压力小于预设值，活塞会向下移动，从而控制传动部件的下移，进而控制叶轮件的展开。

6、在上述第一方面的一种可能的实现中，所述壳体包括设于同一轴线上的内壳和外壳；所述内壳的端部设有进水孔，所述外壳的端部设有进件孔；所述内壳与所述外壳转动连接，所述伸缩件设于所述内壳和所述外壳之间，内壳和外壳可夹持伸缩件，使伸缩件处于压缩或伸长的状态以达到所需的预设值。

7、在上述第一方面的一种可能的实现中，所述传动件包括传动板、多个传动杆和多个传动滑块；所述传动板与所述连接件滑动连接，所述传动板与多个所述传动杆固定连接，多个所述传动杆分别与多个所述传动滑块固定连接；多个所述传动滑块分别滑动地卡设于多个所述斜向开槽内，通过传动滑块在斜向开槽的移动，叶轮夹持件会相对于叶轮件进行顺时针或逆时针的转动，以此同时转动状态的叶轮件部件会控制叶轮件收缩或展开。

8、在上述第一方面的一种可能的实现中，所述斜向开槽由第一弧形槽体和第二弧形槽体组成；所述第一弧形槽体的向心方向与所述第二弧形槽体的向心方向相反布置，可减小传动件的摩擦，提高传动的流畅性。

9、在上述第一方面的一种可能的实现中，所述连接件包括连接杆和两个夹持架；所述连接杆与所述活塞固定连接，所述连接杆与两个所述夹持架均固定连接；所述传动板设于两个所述夹持架之间，两个所述夹持架均与所述传动板滑动连接，实现对传动件的夹持，并且实现传动件在连接件上的转动。

10、在上述第一方面的一种可能的实现中，所述夹持架为弧形条板，所述弧形条板的两端均设有夹持滑球，所述夹持滑球设于邻近所述传动板的面上，所述夹持滑球与所述传动板滑动连接，夹持滑球的设置使得夹持架与传动件的摩擦力更小。

11、在上述第一方面的一种可能的实现中，所述叶轮部件包括叶轮夹持件和可变直径的叶轮件；所述叶轮件转动卡设于所述叶轮夹持件内；沿所述叶轮部件的轴向方向上，多个所述斜向开槽设于所述叶轮夹持件上，所述叶轮夹持件的转动用于带动所述叶轮件转动进行伸展或收缩，叶轮件在叶轮夹持件的带动下收缩或伸展，实现直径的可调可变。

12、在上述第一方面的一种可能的实现中，所述叶轮件包括多个叶片和两个相对布置的叶轮板；所述叶轮夹持件包括两个相对布置的叶轮夹板；两个所述叶轮板的直径方向上均设有多个第一通槽；两个所述叶轮夹板的直径方向上设有多个第二通槽；多个所述第一通槽分别对准多个所述第二通槽，所述叶片滑动卡设于所述第一通槽上，所述叶片与所述第二通槽滑动连接，所述第二通槽用于控制所述叶片在所述第一通槽内的行程，叶轮夹持件的第二通槽在传动部件的带动下，进行顺时针转动或逆时针转动，在此转动过程中，第二通槽的移动会带动叶片进行移动，从而控制叶片在第一通槽内的行程，最终实现叶轮部件直径的可变可调。

13、在上述第一方面的一种可能的实现中，所述叶轮件还包括输出轴；两个所述叶轮板通过所述输出轴固定连接，所述输出轴的两端分别穿出两个所述叶轮板；所述叶片设于两个所述叶轮板之间，所述叶片的两端滑动卡设于不同所述叶轮板的所述第一通槽上，叶片带动输出轴和叶轮板进行转动，输出轴将机械能传至发电机内，实现电能的转变最终完成发电。

14、在上述第一方面的一种可能的实现中，所述叶轮夹持件包括轴套和叶轮支撑杆；两个所述叶轮夹板通过所述叶轮支撑杆固定连接；所述轴套与远离所述叶片的所述叶轮夹板固定连接，所述轴套套设于所述输出轴外，所述轴套的外壁上设有多个所述斜向开槽；所述叶轮件设于两个所述叶轮夹板之间，所述叶轮件的两端均与不同所述叶轮夹板的所述第二通槽滑动连接，叶轮在转动时带动叶轮夹持件和传动件同步转动。

15、在上述第一方面的一种可能的实现中，所述第一通槽为弧状通槽，所述第二通槽为直线状通槽，通过两种不同形状的通槽配合，控制叶片在第一通槽内的行程，从而实现叶轮的收缩或展开。

16、第二方面，本技术提供了一种应用了垂直式管道水力发电装置的管道水表，包括管道、能源管理模块、水表、导流板和垂直式管道水力发电装置所述导流板和所述垂直式管道水力发电装置均设于所述管道内；所述垂直式管道水力发电装置的输出轴与水流来向垂直布置，所述水表与所述垂直式管道水力发电装置接通，所述垂直式管道水力发电装置通过所述能源管理模块与所述水表电性连接；沿水流来向，所述导流板对准所述垂直式管道水力发电装置，在应用时，管道水表直接于家用自来水管接通，即可实现对用水量的检测，并且水表无需额外配电，应用的垂直式管道水力发电装置可为其供电。

17、本发明的有益效果如下：

18、由于沿输出轴的轴向方向上，叶轮部件上设有多个斜向开槽；传动部件滑动地卡设于多个斜向开槽内，传动部件与伸缩部件的可伸缩端固定连接，所以在进行应用时，伸缩件预设的弹性力与水流作用在伸缩部件的压力作比较，当水流对伸缩部件的压力大于伸缩部件的伸缩力时，伸缩部件向上收缩，带动传动部件在斜向开槽内移动，并带动叶轮部件转动收缩，以减小叶轮与水流的接触面积，减小输出功率以维持预设输出功率；当水流压力小于伸缩部件的伸缩力时，伸缩部件向下收缩，带动传动部件在斜向开槽内移动，并带动叶轮部件转动展开，以增大叶轮与水流的接触面积，增大输出功率以维持预设输出功率，最终实现在不同水流量下，发电装置输出功率的稳定。

19、并且由于水力发电装置及其应用的管道水表无需传感器及驱动电机等电子元气件参与，整体装置结构简单、体积小、安装所需空间小以及装配结构简单，可适用于城市地下自来水管管网、家庭自来水管的这些空间狭小的场合。

20、再由于水力发电装置垂直式布置的方式，相较于水平式设置方式，可有效减低叶轮启动所需的来流条件，使发电装置可在自来水管这种来流流速较小的场合工作发电。

21、综上所述，由于伸缩部件、传动部件和可变直径的叶轮部件的配合，发电装置可根据水流变化，自适应调节发电装置的输出功率，以维持稳定的发电功率，从而保护发电装置。