用于管道的分级式水轮发电机及自适应性调节方法技术

本发明专利技术提供一种用于管道的分级式水轮发电机及自适应性调节方法，包括壳体、线圈、传动支架、组合轴承、中心弹簧、永磁体和叶轮。外壳体的外部安装端和内壳体的外部的固定端固连，外壳体的内部的安装端与传动支架的外部的安装端连接，线圈位于外壳体内部和隔膜之间。叶轮位于传动支架的内部的第一安装端，传动支架的内部的第二安装端和内壳体的外部的密封端连接，内壳体的外部的安装端分别与组合轴承中轴承支架连接。第三轴承支架通过第一中心弹簧和第四轴承支架连接，第五轴承支架通过第二中心弹簧和第六轴承支架连接。本发明专利技术通过调整结构尺寸以及弹簧弹性系数改变对叶轮的横向力来完成自动控制，并根据使用场景更换中心弹簧达到最佳的发电效果。达到最佳的发电效果。达到最佳的发电效果。

【技术实现步骤摘要】
用于管道的分级式水轮发电机及自适应性调节方法


[0001]本专利技术涉及水力发电
，尤其是管道水轮发电机的水力发电机械，特别涉及一种用于管道的分级式水轮发电机及自适应性调节方法。

技术介绍

[0002]水力发电是我国重要的电力来源，水利能源的回收与再利用对节能减排，低碳环保具有举足轻重的作用。现有的管道水轮发电机设备缺乏针对不同流量水流的能量回收功能，当水流过小时,水流无法推动叶轮转动进行发电；当水流过大时，其发电效率又往往无法达到大流量情况下水轮机的发电效果。
[0003]为了解决上述技术问题，如专利一种管道发电机，该技术方案由于结构较复杂，质量较大，因此发电量较小，进而容易导致电动阀无法启动；专利一种新型螺旋叶轮水力发电一体机，该技术方案虽然避免了多级传动的问题，但是由于流体是直接作用在螺旋状叶轮上，流体击向螺旋状叶轮的角度无法保证，从而造成流体能量不能充分利用，导致流体能量的利用率较低。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于管道的分级式水轮发电机及自适应性调节方法，利用流经叶轮的流体大小来自适应性调节位于第二组合轴承中第三轴承支架与第三组合轴承中第四轴承支架之间的第一中心弹簧和位于第三组合轴承中第五轴承支架与第四组合轴承中第六轴承支架之间的第二中心弹簧的啮合位移，实现安装于第二组合轴承、第三组合轴承和第四组合轴承上的第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体的有序接入，提高不同流量的能量转化效率，完成分级能量回收。
[0005]本专利技术提供了一种用于管道的分级式水轮发电机，其包括外壳体、动密封、静密封、隔膜、内壳体、线圈、传动支架、组合轴承、中心弹簧、永磁体和叶轮。所述外壳体的外部安装端和所述内壳体的外部的固定端固定连接，所述外壳体的内部的安装端依次通过第一动密封、第二动密封和第一组合轴承与所述传动支架的外部的安装端连接，线圈位于所述外壳体内部和隔膜之间，所述隔膜的安装端依次通过第一静密封、第二静密封、第三静密封和第四静密封与所述外壳体的内部的固定端连接。所述叶轮位于所述传动支架的内部的第一安装端，所述传动支架的内部的第二安装端通过第三动密封和所述内壳体的外部的密封端连接，所述传动支架的外部的固定端和第一转子支架的安装端连接，所述内壳体的外部的安装端通过第二直线轴承分别与第二组合轴承、第三组合轴承和第四组合轴承中轴承支架的内圈安装端连接。所述第二组合轴承中第三轴承支架的连接端通过第一中心弹簧和所述第三组合轴承中第四轴承支架的连接端连接，所述第三组合轴承中第五轴承支架的连接端通过第二中心弹簧和所述第四组合轴承中第六轴承支架的连接端连接，所述第二组合轴承中第一转子支架、所述第三组合轴承中第二转子支架和所述第四组合轴承中第三转子支架的外部安装端分别与第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体固连。叶轮在水流的带动下
产生轴向力，根据产生轴向力的大小，使第一中心弹簧和第二中心弹簧分别在与之连接的组合轴承的带动下达到啮合位移，通过调节中心弹簧的长度和弹性系数去适应不同条件下的流量环境，并在不同的流量下自适应性调节参与发电的永磁体的数量，从而形成不同的发电模块。
[0006]可优选的是，所述第一组合轴承，其包括第一直线轴承、第一球轴承和第一轴承支架，所述第一直线轴承的内圈和所述第一轴承支架的第一端连接，所述第一轴承支架的第二端和所述第一球轴承的外圈连接，所述第一直线轴承的外圈和所述外壳体的内部的第一安装端连接，所述第一球轴承的内圈和所述传动支架的外部的第一安装端连接，通过第一球轴承实现外壳体与第一传动支架的径向相对旋转，通过第一直线轴承实现第一轴承支架与外壳体的轴向平动。
[0007]可优选的是，所述第二组合轴承，其包括第一转子支架、第二轴承支架、第二球轴承、第三轴承支架和第三球轴承，所述第一转子支架的内部的第一安装端和第二安装端分别通过第二球轴承和第三球轴承与所述第二轴承支架和第三轴承支架的外圈安装端连接。
[0008]可优选的是，所述第三组合轴承，其包括第二转子支架、第四轴承支架、第四球轴承、第五轴承支架和第五球轴承，所述第二转子支架的内部的第一安装端和第二安装端分别通过第四球轴承和第五球轴承与所述第四轴承支架和第五轴承支架的外圈安装端连接。
[0009]可优选的是，所述第四组合轴承，其包括第三转子支架、第六轴承支架、第六球轴承、第七轴承支架和第七球轴承，所述第三转子支架的内部的第一安装端和第二安装端分别通过第六球轴承和第七球轴承与所述第六轴承支架和第七轴承支架的外圈安装端连接。
[0010]可优选的是，所述外壳体、所述隔膜、所述内壳体、所述线圈、所述传动支架、转子支架、轴承支架、直线轴承、球轴承和所述叶轮的轴线在同一条直线上。
[0011]可优选的是，所述第一转子支架、所述第二转子支架和所述第三转子支架的连接端的圆周方向上设有支架卡槽，所述支架卡槽对称分布在所述第二转子支架的两接触端。
[0012]本专利技术的另外一方面，提供一种用于前述管道的分级式水轮发电机的自适应性调节方法，其包括以下步骤：
[0013]S1、给位于传动支架的内部的第一安装端叶轮通入水流，从而使整个水轮发电机产生轴向作用力F0及轴向位移X0；
[0014]S2、将水流在第二组合轴承的第三轴承支架或者第三组合轴承的第四轴承支架产生的位移量设为X1，将水流在第三组合轴承的第五轴承支架或者第四组合轴承的第六轴承支架产生的位移量设为X2，并将位移量X1和X2分别与第一中心弹簧的啮合位移X
11
和第二中心弹簧的啮合位移X
21
进行对比，从而决定永磁体的接入数量：
[0015]若X1<X
11
且X2<X
22
时，水流驱动叶轮将动力传递至第二组合轴承的第一转子支架上，进而实现第一永磁体与线圈的相对转动，完成第一级的能量转换与回收，进而实现第一永磁体、第二与永磁体与线圈的相对转动完成第一级与第二级的能量转换与回收；
[0016]若X1＝X
11
且X2<X
22
时，水流驱动叶轮利用动力将第二组合轴承的第一转子支架和第三组合轴承的第二转子支架的直接啮合，进而实现第一永磁体、第二与永磁体与线圈的相对转动，完成第一级与第二级的能量转换与回收；
[0017]若X1＝X
11
且X2＝X
22
时，水流驱动叶轮利用动力依次将第二组合轴承的第一转子支架与第三组合轴承的第二转子支架的直接啮合，同时将第三组合轴承的第二转子支架于第
四组合轴承的第三转子支架的直接啮合，进而实现第一永磁体、第二与永磁体和第三永磁体与线圈的相对转动，完成第一级、第二级与第三级的能量转换与回收。
[0018]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0019]1.本专利技术以管道中的水流作为动力源，当水流较小时，水流推动叶轮进行轴向运动，轴向力较小，两组中心弹簧均无法达到啮合位移，第一永磁体参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于管道的分级式水轮发电机，其包括外壳体、内壳体、传动支架、第一组合轴承、第二组合轴承、第三组合轴承和第四组合轴承和叶轮，其特征在于，所述外壳体的外部安装端和所述内壳体的外部的固定端固定连接，所述外壳体的内部的安装端依次通过动密封和第一组合轴承与所述传动支架的外部的安装端连接，线圈位于所述外壳体内部和隔膜之间，所述隔膜的安装端依次通过静密封与所述外壳体的内部的固定端连接；所述叶轮位于所述传动支架的内部的第一安装端，所述传动支架的内部的第二安装端通过第三动密封和所述内壳体的外部的密封端连接，所述传动支架的外部的固定端和第一转子支架的安装端连接，所述内壳体的外部的安装端通过第二直线轴承分别与第二组合轴承、第三组合轴承和第四组合轴承中轴承支架的内圈安装端连接；所述第二组合轴承中第三轴承支架的连接端通过第一中心弹簧和所述第三组合轴承中第四轴承支架的连接端连接，所述第三组合轴承中第五轴承支架的连接端通过第二中心弹簧和所述第四组合轴承中第六轴承支架的连接端连接，所述第二组合轴承中第一转子支架、所述第三组合轴承中第二转子支架和所述第四组合轴承中第三转子支架的外部安装端分别与第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体固连；叶轮在水流的带动下产生轴向力，根据产生轴向力的大小，使第一中心弹簧和第二中心弹簧分别在与之连接的组合轴承的带动下达到啮合位移，通过调节中心弹簧的长度和弹性系数去适应不同条件下的流量环境，并在不同的流量下自适应性调节参与发电的永磁体的数量，从而形成不同的发电模块。2.根据权利要求1所述的用于管道的分级式水轮发电机，其特征在于，所述第一组合轴承，其包括第一直线轴承、第一球轴承和第一轴承支架，所述第一直线轴承的内圈和所述第一轴承支架的第一端连接，所述第一轴承支架的第二端和所述第一球轴承的外圈连接，所述第一直线轴承的外圈和所述外壳体的内部的第一安装端连接，所述第一球轴承的内圈和所述传动支架的外部的第一安装端连接，通过第一球轴承实现外壳体与第一传动支架的径向相对旋转，通过第一直线轴承实现第一轴承支架与外壳体的轴向平动。3.根据权利要求1所述的用于管道的分级式水轮发电机，其特征在于，所述第二组合轴承，其包括第一转子支架、第二轴承支架、第二球轴承、第三轴承支架和第三球轴承，所述第一转子支架的内部的第一安装端和第二安装端分别通过第二球轴承和第三球轴承与所述第二轴承支架和第三轴承支架的外圈安装端连接。4.根据权利要求1所述的用于管道的分级式水轮发电机，其特征在于，所述第三组合轴承，其包括第二转子支架、第四轴承支架、第四球轴承、第五轴承支架和第五球轴承，所述第二转子支架的内部的第一安装端和第二安装端分别通过第四球轴承和第五球轴承与所述第四...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁晓明，肖浩阳，周如林，乔子石，张睿聪，王煜，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：