一种集阀门与发电功能于一体的微型管道水轮机制造技术

本发明专利技术涉及一种集阀门与发电功能于一体的微型管道水轮机，按进水方向依次包括进水管体、出水管体、转轮叶片、导轴承、旋转轴、电动机、固定导轴承、发电机及蓄电池，且所述可沿轴向运动的旋转轴、转轮叶片、出水管体的中心在同一轴线上，其特征在于设有可轴向移动的转轮叶片，旋转轴与发电机主轴采用齿轮传动。本发明专利技术的水轮机应用转轮叶片结合特制密封橡胶圈的方式，精简了微型管道水轮机的复杂结构，极大程度上简化了高效微型管道水轮机的制作方法，使得微型管道水轮机也具有了同大型水轮机接近的良好的水力性能和运行效率。接近的良好的水力性能和运行效率。接近的良好的水力性能和运行效率。

A kind of miniature pipeline hydraulic turbine integrating valve and power generation function

【技术实现步骤摘要】
一种集阀门与发电功能于一体的微型管道水轮机

：
[0001]本专利技术涉及一种安装在自来水管道中的微型管道水轮机。
技术背景：
[0002]公共卫生间的水龙头由于每天都有很多人接触，水龙头手柄上很有可能带有细菌、污渍等，用洗净的手再去关水龙头，容易产生二次交叉感染。并且人们在使用水龙头后时有出现忘记关闭水龙头的情况，从而导致水资源的浪费。因此，感应式水龙头应运而生。使用时无需接触龙头任何部位，出水及关水由感应器自动完成，可有效避免细菌交叉感染，防止水资源的浪费。
[0003]感应水龙头由于具有干净卫生、节水节电的优点，开始广泛应用于医院、火车站、汽车站、飞机场等公共场所。但是，感应水龙头的大范围使用同时也带来了一些环境问题。一个感应水龙头需要安装四节5号碱性干电池，但是只能使用两到三个月，由此可知，大范围的使用感应水龙头会消耗数量巨大的电池。众所周知，碱性干电池中含有重金属，而重金属无法自然降解，若处理不当会给环境和土壤带来污染。种植农作物的土壤和水源被污染后，重金属通过农作物的吸收和富集作用残留在农作物中，给粮食安全和食品安全带来威胁，甚至通过食物链被人体吸收，危害人类身体健康。
[0004]为解决使用电池带来的环境污染问题，需要改变感应水龙头的供电方式，使其更加节能环保。由于感应水龙头一般采用电池供电的形式，大量的电池使用带来了一定的环境污染，为解决此问题，本文开发设计一种安装在自来水管道中的微型管道水轮机，利用管道中的水流余压来推动其旋转发电，从而对感应水龙头供电。
[0005]专利申请CN200820101899.6也进行了一些探究，该方案为微型管道水轮机及其与发电机的连接机构，通过驱动孔与转子转轴的配合，将水轮机组件与壳体外设或内设的发电机组件连接，使得进入水轮机组件的水压较低时，也能够保证水轮正常转动；但未在发电效率等方面产生一些较为突破性的进展，且未考虑在流速急剧变化的情况下的发电问题，此外，该专利仍然需要阀门与叶片分离两部分进行发电，结构略显赘余。因此，如何克服现有技术的不足已成为当今微型管道水轮机
中亟待解决的重点难题之一。

技术实现思路
：
[0006]本文研究设计一种安装在自来水管道中的微型管道水轮机，利用管道中的水流余压来推动其旋转做功，从而带动发电机旋转发电，进而对感应水龙头供电。整个水流发电系统由水轮机、发电机和可充电蓄电池组成，可充电蓄电池的作用是储存电能，以备给感应水龙头供电。
[0007]在加工生产这种微型管道水轮机时，主要材料选用工程塑料聚酰胺，该材料成本低廉，使用寿命长，水轮机整体体积小、重量轻，加工生产时采用3D打印技术，生产方便、经济。这种应用于自来水管道中的微型水流发电系统安装方便、尺寸小、加工生产方便，使用寿命长，无需经常更换，减少环境污染，实现节能环保绿色可持续发展。
附图说明：
[0008]图1一种集阀门与发电功能于一体的微型管道水轮机结构示意图
[0009]图2微型管道水轮机转轮叶片正视图
[0010]图3微型管道水轮机转轮叶片结构示意图
[0011]图4微型管道水轮机转轮叶片侧视示意图
[0012]图5微型管道水轮机转轮叶片俯视示意图
[0013]图6微型管道水轮机导轴承示意图
[0014]图7微型管道水轮机转浆机构示意图
[0015]图8微型管道水轮机优化前后性能对比图
具体实施方式：
[0016]下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的机构或具有相同或类似功能的机构。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。
[0017]参考图1，一种集阀门与发电功能于一体的微型管道水轮机，按进水方向依次包括进水管体(1)、出水管体(2)、电机固定箱体(3)、转轮叶片(4)、导轴承(5)、可沿轴向运动的旋转轴(6)、电动机(7)、固定导轴承(8)、发电机(9)、蓄电池以及感应器。且所述可沿轴向运动的旋转轴(6)、转轮叶片(4)、出水管体的中心在同一轴线上，设有可轴向移动的转轮叶片。电机固定箱体有上下完全贯通的进水通孔和左右完全贯通的出水通孔，进水管体与进水通孔相连，进水管体经过90
°
转弯后与出水管体相接，出水管体与出水通孔相连。水轮机活动叶片为扇形叶片，且可沿径向活动，优先采取6、8、10片叶片的布置，以叶片处于闭合状态时的位置作为计算位置θ＝0
°
，转轮叶片安放角范围在[0
°
，45
°
]之间。进水管体采用管直径为30mm，出水管体采用管直径为25mm。叶片边缘涂敷有高分子硅橡胶材料，以满足对水管密封性的要求。旋转轴与发电机主轴采用齿轮传动，旋转轴(6)的外部设有轴套，该轴套能够相对旋转轴(6)自由旋转但二者轴向上相对固定，轴套上设有齿条，该齿条与电动机主轴连接的齿轮啮合传动，电动机(7)能够通过齿轮带动轴套沿轴向移动进而带动旋转轴(6)沿轴向移动。旋转轴由两对导轴承固定。转轮(4)是轴流式转轮，转轮叶片的不同轴向距离下的截面翼型曲线上关键点的坐标如下表所列，并使用MATLAB模拟其曲线方程如下：
[0018]距离转轮轮毂径向2mm处的参数参见表1
[0019][0020]表1
[0021]压力面：y＝
‑
10.61+16.54cos(0.04812x)
‑
17.62sin(0.04812x)
‑
3.869cos(0.09624x)
‑
3.164sin(0.09624x)
[0022]吸力面：y＝6.893
×
109‑
9.19
×
109cos(
‑
2.864
×
10
‑4x)+8.744
×
107sin(
‑
2.864
×
10
‑4x)+2.297
×
109cos(
‑
5.728
×
10
‑4x)
‑
4.372
×
107sin(
‑
5.728
×
10
‑4x)
[0023]距离转轮轮毂径向4mm处的参数参见表2
[0024][0025]表2
[0026]压力面：y＝
‑
25.97+25.86cos(0.0603x)
‑
4.545sin(0.0603x)+1.182cos(0.1206x)
‑
4.6sin(0.1206x)
[0027]吸力面：y＝1.074
×
10
10
‑
1.432
×
10
10
cos(2.674
×...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集阀门与发电功能于一体的微型管道水轮机，按进水方向依次包括进水管体(1)、出水管体(2)、电机固定箱体(3)、转轮叶片(4)、导轴承(5)、可沿轴向运动的旋转轴(6)、电动机(7)、固定导轴承(8)、发电机(9)、蓄电池以及感应器。且所述可沿轴向运动的旋转轴(6)、转轮叶片(4)、出水管体的中心在同一轴线上，其特征在于设有可轴向移动的转轮叶片，旋转轴与发电机主轴采用齿轮传动，旋转轴的外部设有能够自由旋转的轴套，所述轴套上设有齿条，所述齿条与电动机主轴连接的齿轮啮合传动。2.根据权利要求1所述的一种集阀门与发电功能于一体的微型管道水轮机，其特征为电机固定箱体有上下完全贯通的进水通孔和左右完全贯通的出水通孔，进水管体与进水通孔相连，进水管体经过90
°
转弯后与出水管体相接，出水管体与出水通孔相连。3.根据权利要求1所述的一种集阀门与发电功能于一体的微型管道水轮机，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：阚阚，黎军杰，王君玮，胡言馨，周杰，张振宇，杜贻钊，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：