转轮及管道式水轮机制造技术

本发明专利技术实施例提供了一种转轮及管道式水轮机，涉及水力发电技术领域。其中，转轮包括转轴，还包括多个升力型叶片及多个阻力型叶片；每个所述升力型叶片的两端分别连接在所述转轴的两端处，多个所述升力型叶片分布在以所述转轴的中心为球心的球形表面上；每个所述阻力型叶片呈Bach型，安装在所述转轴的中部。本发明专利技术中的转轮，阻力型叶片呈Bach型，其两侧所受水流的不同压力会形成压力差，驱动阻力型叶片转动做功，从而带动转轴及升力型叶片转动，在启动后通过升力型叶片产生的升力带动转轴旋转进行发电，以供给远传设备使用，具有良好的启动性能而且在持续性供电的同时不影响正常供水。

【技术实现步骤摘要】
转轮及管道式水轮机
本专利技术实施例涉及水力发电
，尤其涉及一种转轮及管道式水轮机。
技术介绍
在输水工程中，为保障饮水安全，常常需要对输水管道中的流量、压力、水质等进行测量，并将所测量数据通过互联网传送到数据中心。随着我国城市化发展进程的不断加快，水资源需求迅猛增加，输水管网系统也得到快速扩张并变得错综复杂。输水管网系统中需要配置更多的测量设备对于水质、流量等进行监控。这些测量设备及传递信号的远程传输装置等远传设备多是借助管道式水轮机进行电力供给。管道式水轮机通过利用管道中流体推动安装在管道中的转轮转动进行发电。由于转轮工作时产生的压力损失较小，不会对管道内原有的水流流动造成很大影响，因而只要管道中的水流不断流动，管道式水轮机就可以持续为管道内的检测设备供电。但目前管道式水轮机中常用的转轮主要是升力型转轮和阻力性转轮两类，其中，升力型转轮在小流量工况下启动性能较差，不能保证持续性供电；阻力性转轮造成的水力损失较大，会影响正常供水且功率较低。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的之一是提供一种转轮，改善转轮在小流量工况下的启动性能，避免产生较大的水力损失。本专利技术的目的之二是提供一种使用上述转轮的管道式水轮机。(二)技术方案为了解决上述技术问题之一，本专利技术提供一种转轮，包括转轴，还包括多个升力型叶片及多个阻力型叶片，每个所述升力型叶片的两端分别连接在所述转轴的两端处，多个所述升力型叶片分布在以所述转轴的中心为球心的球形表面上；每个所述阻力型叶片呈Bach型，安装在所述转轴的中部。其中，在所述转轴的第一端设置有上托，所述转轴的第二端设置有下托，所述升力型叶片的一端与所述上托相连，另一端与所述下托相连。其中，所述上托沿所述上托朝着所述转轴中心方向固定连接第一轴筒，所述下托沿所述下托朝着所述转轴中心方向固定连接第二轴筒，中平行于叶片骨线的两端分别为第一端与第二端，其中，所述第一端与所述第一轴筒相连，所述第二端与所述第二轴筒相连。其中，所述升力型叶片为等截面叶片，呈翼型。其中，所述升力型叶片的中线为圆弧线，多个所述升力型叶片的中线位于以所述转轴的中心为球心、直径为D的球面上，所述阻力型叶片的直径为D0，其中，D0/D为1/3～1/2；所述阻力型叶片的高度H0不超过所述升力型叶片的高度H的一半。其中，所述阻力型叶片的高度H0与直径D0的比值为0.6～1.0，所述阻力型叶片的重叠比为0.1～0.3。其中，所述阻力型叶片包括平板段与柱面段，所述平板段与所述柱面段平滑连接，所述平板段的长度l与所述柱面段的半径r的比值为0.2～0.6，所述柱面段的弧面所对应的圆心角为120°～135°。其中，所述升力型叶片的叶片倾角为θ，所述升力型叶片的中线所在球面的半径为R，所述升力型叶片的叶片弦长为C，所述升力型叶片的数量为N＝σ·R·cosθ/C，其中，σ的取值范围为1.3～2.1。其中，多个所述升力型叶片沿所述转轴的中轴线对称分布。为解决上述技术问题之二，本专利技术提供了一种管道式水轮机，包括如上所述的转轮。(三)有益效果本专利技术提供的转轮，阻力型叶片呈Bach型，其两侧所受水流的不同压力会形成压力差，驱动阻力型叶片转动做功，从而带动转轴及升力型叶片转动，当升力型叶片开始转动后，使用该转轮的管道式水轮机正式启动，经由升力型叶片产生的升力做功，通过带动转轴旋转进行发电，以供给远传设备使用，从而避免了传统升力型转轮启动性能差的问题，又解决了阻力型转轮造成的水力损失对正常供水的影响；本专利技术提供的管道式水轮机，通过使用转轮，具有良好的启动性能而且在持续性供电的同时不影响正常供水。附图说明图1为本专利技术实施例转轮的结构示意图；图2为图1中所示的转轮在管道内的使用示意图；图3为图1中所示的阻力型叶片的结构示意图；图4为图1中所示的阻力型叶片的截面示意图；图5为图1中所示的升力型叶片的截面示意图。图中：1、转轴；2、升力型叶片；3、阻力型叶片；4、上托；5、下托；6、第一轴筒；7、第二轴筒；8、连接管。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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专利技术中的具体含义。如表1所示为传统升力型转轮用于水轮机时在不同流速下的运动情况，由表1中的数据可见，传统升力型转轮的启动过程是一个不稳定的过程，伴有转轮的抖动和一定的随机性，因此，临近启动流速的测量会存在较大的测量误差和偶然性。另外，管道式水轮机在应用点的平均流速为0.26～0.79m/s，而升力型转轮的临界启动流速在0.69m/s左右，落在管道式水轮机在应用点平均流速的较大值范围内，当管道内水流流速较大时，升力型转轮容易出现自启动问题。以V＝0.69m/s为例，在临界启动流速的水流作用下，升力型转轮先大幅度抖动，并伴有间歇性缓慢转动，随着间歇性缓慢转动使升力型转轮到达某一力矩较大的相位角，升力型转轮加速，而且加速后的升力型转轮在到达下一个力矩较小的相位前没有停止；升力型转轮从间歇性转动变为连续的缓慢转动，保持连续低速旋转，并缓慢加速，逐步度过启动过程，快速加速，到达平衡状态。升力型转轮在水流作用下的整个启动过程不稳定，启动性能较差。表1升力型转轮运动情况而传统的阻力型转轮临界启动流速在0.18m/s，启动过程较为平稳，不存在强烈抖动的现象。阻力型转轮的临界启动流速为0.18m/s，当其在静止状态受到水流作用力时，容易自启动；阻力型转轮用在输水管网中时，会造成较大的压力损失，从而造成水压不足引发供水问题。基于传统升力型转轮和阻力型转轮的不足，如图1所示本专利技术实施例转轮的结构示意图，其包括转轴1、多个升力型叶片2及安装在转轴1中部的多个阻力型叶片3。其中，每一个升力型叶片2的第一端与转轴1的一端相连，每一个升力型叶片2的第二端与转轴2的另一端相连；多个升力型叶片2分布在以转轴1的中心为球心的球形表面上，每个阻力型叶片3呈Bach型，即阻力型叶片3沿垂直于前缘的剖面形状为Bach型，其中，Bach型是一种分段叶型，其几何结构是由一条直线和圆弧构成。如图2所示，该转轮在使用时，在升力型转轮无法自启动的低速水流作用下，阻力型叶片3两侧所受水流的不同压力形成压力差，驱动阻力型叶片3转动做功，从而带动转轴1旋转及升力型叶片2转动。由于阻力型叶片3呈Bach型，具有较高的功率，而且形状简单，在转轮自启动后对流场的影响比较小，能够保证正常供水。当升力型叶片2转动后，使用该转轮的管道式水轮机正式启动，通过升力型叶片产生的升力做功，带动转轴1旋转进行发电，以供给远传设备使用。由上可见，本专利技术中的转轮既能够在小流量工况下实现启动，克服了升力型转轮启动性差的不足，又能避免阻力型转轮造成的水力损失，不影响正常供水。具体的，在转轴1的一端设置有上托4，在转轴1的另一端设置有下托5。上托4及下托5之间相互平行，均沿转轴1的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转轮，包括转轴，其特征在于，还包括多个升力型叶片及多个阻力型叶片；每个所述升力型叶片的两端分别连接在所述转轴的两端处，多个所述升力型叶片分布在以所述转轴的中心为球心的球形表面上；每个所述阻力型叶片呈Bach型，安装在所述转轴的中部。

【技术特征摘要】
1.一种转轮，包括转轴，其特征在于，还包括多个升力型叶片及多个阻力型叶片；每个所述升力型叶片的两端分别连接在所述转轴的两端处，多个所述升力型叶片分布在以所述转轴的中心为球心的球形表面上；每个所述阻力型叶片呈Bach型，安装在所述转轴的中部。2.根据权利要求1所述的转轮，其特征在于，在所述转轴的第一端设置有上托，所述转轴的第二端设置有下托，所述升力型叶片的一端与所述上托相连，另一端与所述下托相连。3.根据权利要求2所述的转轮，其特征在于，所述上托沿所述上托朝着所述转轴中心方向固定连接第一轴筒，所述下托沿所述下托朝着所述转轴中心方向固定连接第二轴筒，所述阻力型叶片中平行于叶片骨线的两端分别为第一端与第二端，其中，所述第一端与所述第一轴筒相连，所述第二端与所述第二轴筒相连。4.根据权利要求1-3任一项所述的转轮，其特征在于，所述升力型叶片为等截面叶片，呈翼型。5.根据权利要求4所述的转轮，其特征在于，所述升力型叶片的中线为圆弧线，多个所述升力型叶片的中线均位于以所述转轴中心为球心、...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨魏，贾慧婷，侯奕敏，刘竹青，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11