一种可回收流体能量的减压装置的制造方法
【专利摘要】一种可回收流体能量的减压装置，包括：节流部件、压力控制机构和涡轮；涡轮安装在节流部件的流体出口端以使节流部件节流后速度增加的流体冲击涡轮的叶轮；叶轮在流体冲击下旋转，进而带动涡轮转子一起旋转，涡轮转子通过传动部件或能量转换装置将其机械能输出，实现流体能量的回收；与此同时，流体在节流部件和涡轮的流体阻力作用下压力下降；压力控制机构通过调节节流部件的开度和/或叶轮的转动阻力控制涡轮流体出口端的流体压力使其始终保持在设定值的误差范围内。经节流部件节流速度增加的流体冲击叶轮做功，更多的能量被转化为涡轮转子的机械能，从而流体能量回收效率得到提高。该装置结构简单，易于制造，方便广泛使用，可节约大量能源。
【专利说明】
一种可回收流体能量的减压装置
技术领域
[0001]本发明涉及流体压力控制和流体能量回收领域，具体而言，涉及一种可回收流体能量的减压装置，该减压装置可在对流体进行减压的同时回收流体能量。
【背景技术】
[0002]现有流体减压装置主要是通过迅速减小流道及改变流道方向使流体产生紊流和摩擦以达到消耗流体能量减小流体压力的目的，流体能量在减压过程中无意义地损耗了。目前，公开资料中虽有能对流体进行减压的同时回收流体能量的装置，但现有装置能量回收效率低。
[0003]中华人民共和国国家知识产权局于2014年9月10日公告的公告号为104040166A的专利，公开了一种供水排水管用发电型减压装置，该装置能对在供水管或排水管的内部流动的水的水压进行减压，并利用上述水压来发电；该装置主要通过安装于其中的螺旋桨和节流装置对水流产生阻力达到降低水压的目的，螺旋桨和节流装置的减压过程相对独立，没有利用节流装置节流过程中产生的高速流体提高螺旋桨的能量回收效率。
[0004]中华人民共和国国家知识产权局于2014年10月22日公告的公告号为203892106U的专利，公开了一种利用回收给水压力能的发电系统，该系统利用水轮机回收高层建筑给水需要减压的压力能进行发电，但该系统也没有利用节流装置节流过程中产生的高速流体提高水轮机的能量回收效率。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明提供了一种可回收流体能量的减压装置，其包括节流部件、压力控制机构和涡轮;涡轮安装在节流部件的流体出口端以使节流部件节流后速度增加的流体冲击涡轮的叶轮;叶轮在流体冲击下旋转，进而带动涡轮转子一起旋转，涡轮转子通过传动部件或能量转换装置将其机械能输出，实现流体能量的回收;与此同时，流体在节流部件和涡轮的流体阻力作用下压力下降;压力控制机构通过调节节流部件的开度和/或叶轮的转动阻力控制涡轮流体出口端的流体压力使其始终保持在设定值的误差范围内；涡轮既是流体能量回收装置又是流体压力减压装置;节流部件除起节流作用外，还起到增大冲击叶轮的流体的速度的作用;流速增大后的流体冲击叶轮做功，更多的能量被转化为涡轮转子的机械能，从而流体能量回收效率得到提高。
[0006]作为优选，所述节流部件节流后速度增加的流体直接冲击所述叶轮;或者，所述节流部件节流后速度增加的流体经导流部件导流后以适合的角度冲击所述叶轮，从而提高能量回收效率。
[0007]作为优选，所述节流部件包括喷嘴和喷针，所述压力控制机构通过调整喷嘴和喷针的相对位置改变喷嘴和喷针之间的流道大小，从而节流部件的开度得以调节;喷嘴和喷针配合形成的可改变节流截面的节流机构，可简便地调节节流面积，并使流体以更具能量的流体束的形式从节流部件中喷出，从而起到提高所述涡轮流体能量回收效率的作用。
[0008]作为优选，所述节流部件包括阀片组，所述压力控制机构通过旋转阀片组中的阀片改变阀片组的通流截面大小，从而节流部件的开度得以调节；阀片组中各阀片配合形成的可改变节流截面的节流机构，可简便地调节节流面积，并使流体以更具能量的流体束的形式从节流部件中喷出，从而起到提高所述涡轮流体能量回收效率的作用。
[0009]作为优选，所述压力控制机构包括液压缸或气缸、膜片或活塞或波纹管、弹性部件或磁性部件;液压缸或气缸与所述涡轮流体出口端连通以使液压缸或气缸中的流体压力与所述涡轮流体出口端的流体压力一致;液压缸或气缸中安装有膜片或活塞或波纹管，膜片或活塞或波纹管将流体压力传递给所述节流部件使其开度减小，弹性部件对所述节流部件施加弹力或者磁性部件对所述节流部件施加磁力使所述节流部件开度增大。所述祸轮流体出口端流体压力为设定值时，膜片或活塞或波纹管传递给所述节流部件的作用力与所述弹力或磁力达到平衡状态。当所述涡轮流体出口端流体压力升高时，膜片或活塞或波纹管传递给所述节流部件的作用力大于所述弹力或磁力，它们的合力驱使所述节流部件的开度减小;流体流经所述节流部件的过程中能量损耗加剧，压力减小，流速增大;流速增大后的流体流经所述涡轮的过程中更多的能量被转化为机械能，压力进一步减小;与此同时，弹性部件的形变量增大，弹力增加，或者，磁性部件中磁体间的距离减小，磁力增加;膜片或活塞或波纹管传递给所述节流部件的作用力与所述弹力或磁力重新达到平衡状态时，涡轮流体出口端流体压力回落至设定值附近;若所述涡轮流体出口端流体压力持续升高，则所述节流部件的开度就持续减小直至所述节流部件关闭。当所述涡轮流体出口端流体压力降低时，膜片或活塞或波纹管传递给所述节流部件的作用力小于所述弹力或磁力，它们的合力驱使所述节流部件的开度增大;流体流经所述节流部件的过程中能量损耗减少，压力增大，流速减小;流速减小后的流体流经所述涡轮的过程中较少的能量被转化为机械能，压力进一步增大；与此同时，弹簧的形变量减小，弹力减小，或者，磁性部件中磁体间的距离增大，磁力减小;膜片或活塞或波纹管传递给所述节流部件的作用力与所述弹力或磁力重新达到平衡状态时，涡轮流体出口端流体压力升高至设定值附近。如上所述，所述涡轮流体出口端流体压力始终被控制在设定值的误差范围内。
[0010]进一步，所述压力控制机构还包括调压螺栓，调压螺栓通过调节所述弹性部件的形变量改变弹性部件施加在所述节流部件上的弹力大小，或者，调压螺栓通过调节所述磁性部件中磁体间的距离改变磁性部件施加在所述节流部件上的磁力大小，从而所述涡轮流体出口端流体压力的设定值得以调整;将所述弹力或磁力调小，所述膜片或活塞或波纹管传递给所述节流部件的作用力与所述弹力或磁力达到平衡状态时，所述膜片或活塞或波纹管传递给所述节流部件的作用力也变小，故而所述涡轮流体出口端流体压力的设定值变小;将所述弹力或磁力调大，所述膜片或活塞或波纹管传递给所述节流部件的作用力与所述弹力或磁力达到平衡状态时，所述膜片或活塞或波纹管传递给所述节流部件的作用力也变大，故而所述涡轮流体出口端流体压力的设定值变大。
[0011]作为优选，所述压力控制机构包括压力传感器、控制部和马达;压力传感器设置在所述涡轮流体出口端，它将所述涡轮流体出口端的流体压力信息转化为电讯号传递给控制部;控制部根据电讯号控制马达的动作，马达与所述节流部件连接，在马达的控制下所述节流部件的开度得到调节，从而使所述涡轮流体出口端流体压力始终保持在设定值的误差范围内。
[0012]作为优选，所述压力控制机构包括压力传感器、控制部、马达、励磁装置和发电机；压力传感器设置在所述涡轮流体出口端，它将所述涡轮流体出口端的流体压力信息转化为电讯号传递给控制部;控制部根据电讯号控制马达和励磁装置;马达与所述节流部件连接，在马达的控制下所述节流部件的开度得到调节;励磁装置与发电机电连接，发电机转子与所述叶轮连接，所述叶轮带动发电机转子旋转;励磁装置调节发电机的励磁电流，从而发电机的工作磁场改变，发电机转子旋转时受到的阻力发生变化，进而所述叶轮的转动阻力得到调节，所述涡轮的流体阻力得以调整;压力控制机构通过调节所述节流部件的开度和/或所述叶轮的转动阻力控制涡轮流体出口端的流体压力使其始终保持在设定值的误差范围内。
[0013]作为优选，所述涡轮为轴流式涡轮，该涡轮中的叶轮由圆锥形或大致呈圆锥状的导流罩和叶片组成，叶片均匀分布在所述导流罩的侧面，各叶片与所述导流罩形成顺滑的导流槽;叶轮安装在涡轮壳体中，叶轮与涡轮壳体之间形成顺滑的流道，并且该流道的通流截面面积沿流体流动方向逐渐增大；如此，叶轮与涡轮壳体之间的流道起到对流体进行扩压的作用，流体扩压时流体的压力能也更多地转化为涡轮转子的机械能。
[0014]进一步，所述轴流式涡轮还包括圆锥形或大致呈圆锥状的泄流锥，该泄流锥与所述导流罩固定连接，从而组成整体呈梭状的导流体;泄流锥也处于涡轮壳体中，它与涡轮壳体之间形成顺滑的流道，并且该流道的最小通流截面面积大于或等于所述节流部件开度达到最大时的节流面积，从而流体被顺畅地导出。
[0015]作为优选，所述涡轮还包括磁性联轴器，磁性联轴器将所述涡轮的转子的转矩传递给所述涡轮外部的机械元件，实现动力输出。所述涡轮依靠磁性联轴器传动可省掉传动过程中的动密封件，从而减少能量传递过程中的损失。
[0016]作为优选，所述涡轮还包括永磁发电机，该永磁发电机包括定子和转子;所述涡轮的转子中固定安装有线圈或永磁体，该线圈或永磁体随所述涡轮的转子一起转动，所述涡轮的转子与线圈或永磁体一起构成永磁发电机的转子;永磁发电机的转子与定子之间通过电磁感应产生电流，从而将所述祸轮的转子的机械能转化成电能输出。所述祸轮将机械能转化为电能输出，使该涡轮省掉动密封件，从而减少能量传递过程中的损失。
[0017]所述可回收流体能量的减压装置能在对流体进行减压的同时回收流体能量。
[0018]所述可回收流体能量的减压装置可充分利用所述节流部件节流过程中产生的高速流体提高所述涡轮能量回收效率，特别是当所述节流部件将流体汇聚成更具能量的流体束时，所述涡轮的能量回收效率将得到进一步提高。
[0019]所述可回收流体能量的减压装置可简便地实现对流体压力的控制，部件少，实用性强。
[0020]所述可回收流体能量的减压装置对流体进行减压的方式及对流体能量进行回收的方式有利地适用于各型定值减压阀、定差减压阀及定比减压阀，尽管并不限定于此。
[0021]所述可回收流体能量的减压装置可广泛应用于自来水、燃气等流体的减压及余压回收领域，该减压装置结构简单，易于制造，方便广泛使用，可节约大量能源。
【附图说明】
[0022]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0023 ]图1为实施例1的结构图(启闭件关闭时)
[0024]图2为实施例1的结构图(启闭件开启时)
[0025]图3为实施例2的结构图(启闭件关闭时)
[0026]图4为实施例2的结构图(启闭件开启时)
[0027]图5为实施例2的压力控制系统图
[0028]图6为实施例3的压力控制系统图
[0029]图7为实施例4的结构图(启闭件开启时)
[0030]图8为实施例4的结构图(启闭件关闭时)
[0031]附图标记说明:101.阀体，1011.流体入口段，1012.流体出口段，1013.液压缸缸体，1014.阀杆套向筒，1015.液压缸接口，1016.喷针，102.阀盖，1031.压力弹簧，1032.调压螺栓,1041.橡胶膜片,1042.膜片压板,1043.阀杆,1044.密封圈，1045.活塞，1046.活塞环，1047.螺母，105.涡轮外壳，1051.外壳壳体，1052.入口端转子轴承，1053.径向连接板，1054.出口端转子轴承，1055.径向连接板，1056.接口，106.涡轮转子，1061.轴，1062.叶轮，1063.永磁体，1064.泄流锥，107.滚动轴承，1071.滚动轴承内圈，1072.滚动轴承外圈，1073.球形滚动体,1081.永磁体,1082.齿轮，109.导管，201.阀体，2011.流体入口段，2012.流体出口段，2013.阀杆套向筒,2014.喷针,2021.阀杆，2022.密封圈，2023.活塞，2024.活塞环，2025.螺母,203.涡轮外壳，2031.接口，204.涡轮转子，2041.叶轮，2042.轴，205.压力传感器，206.控制部，207.马达，208.电缆，401.阀体，4011.流体入口段，4012.流体出P段，4013.阀片座，402.阀盖，4021.阀杆套向筒，4031.液压缸缸体,4032.缸盖,4033.弹簧导向筒，4034.压力弹簧，4035.调压螺栓，4041.橡胶膜片，4042.膜片压板，4043.齿条，4044.螺母，4051.阀杆，4052.上阀片，4053.下阀片，4054.齿轮,4055.密封圈，4056.密封垫，406.涡轮外壳，407.涡轮转子，408.发电机定子，4081.接线柱，409.导管，400.导叶
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明的优选实施例作详细说明，各实施例均以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
[0033]实施例1
[0034]如图1、图2所示，本实施例所示的可回收流体能量的减压装置实际上是可回收流体能量的减压阀，其部件包括:阀体101、阀盖102、压力弹簧1031、调压螺栓1032、橡胶膜片1041、膜片压板1042、阀杆1043、密封圈1044、活塞1045、活塞环1046、螺母1047、涡轮外壳105、涡轮转子106、滚动轴承107、永磁体1081、齿轮1082、导管109。
[0035]阀体101由流体入口段1011、流体出口段1012、液压缸缸体1013、阀杆套向筒1014、液压缸接口 1015及喷针1016组成。液压缸缸体1013设置在流体入口段1011的上部；喷针1016设置在流体入口段1011与流体出口段1012交接处;阀杆套向筒1014设置在液压缸缸体1013的中心，它的两端分别与流体入口段1011和液压缸缸体1013连通;液压缸缸体1013的下部还设置有液压缸接口 1015。
[0036]阀杆1043整体呈杆状，其上部为较大的圆柱体，下部为较小的圆柱体；阀杆1043的两端均有螺纹。橡胶膜片1041和膜片压板1042顺序套设在阀杆1043的上部，并由螺母1047将其锁紧在阀杆1043上;密封圈1044固定地套设在阀杆1043上部较大的圆柱体侧面;活塞1045套设在阀杆1043的下部，并由螺母1047将其锁紧在阀杆1043上；活塞环1046固定地套设在活塞1045侧面。橡胶膜片1041、膜片压板1042、阀杆1043、密封圈1044、活塞1045、活塞环1046及螺母1047共同组成减压装置的阀芯。阀芯安装在阀体101中，阀杆1043上部较大圆柱体段位于阀杆套向筒1014中，阀杆1043与阀杆套向筒1014之间由密封圈1044密封;活塞1045位于流体出口段1012中，它们之间通过活塞环1046密封;活塞1045中还设置有锥形喷嘴，锥形喷嘴与喷针1016共同组成减压装置的启闭件(启闭件即是该减压装置的节流部件)。
[0037]液压缸缸体1013与阀盖12通过螺纹连接，橡胶膜片1041是液压缸缸体1013与阀盖1 2之间的密封件，液压缸缸体1013、阀杆套向筒1014及阀芯共同形成具有封闭腔室的液压缸;液压缸中的流体压力通过橡胶膜片1041传递给阀芯。阀盖102的上部有内螺纹，调压螺栓1032通过螺纹连接安装在阀盖102中；压力弹簧1031安装在阀盖102中，其一端与调压螺栓1032接触，另一端与膜片压板1042相接触，压力弹簧1031直接对阀芯施加弹力。
[0038]阀杆1043上部较大圆柱体的下底面面积与活塞1045的顶面面积大体相当，从而阀杆1043上部较大的圆柱体与活塞1045受到流体入口段1011中流体的压力基本相等，如此，阀芯受到的流体入口段1011中流体对它的压力就基本可忽略不计;此外，活塞1045远小于橡胶膜片1041，因此，活塞1045受到的流体压力也因远小于橡胶膜片1041受到的流体压力而可忽略不计;这样，阀芯就主要受橡胶膜片1041传递给它的流体压力和压力弹簧1031对它施加的弹力的作用。
[0039]本实施例中的涡轮为轴流式涡轮，它主要由涡轮外壳105、涡轮转子106及传动部件组成。涡轮外壳105由外壳壳体1051、入口端转子轴承1052、径向连接板1053、出口端转子轴承1054、径向连接板1055及接口 1056组成;入口端转子轴承1052设置在外壳壳体1051的流体入口端，它通过径向连接板1053与外壳壳体1051固定连接；出口端转子轴承1054设置在外壳壳体1051的流体出口端，它通过径向连接板1055与外壳壳体1051固定连接;外壳壳体1051的流体出口端还设置有接口 1056。
[0040]叶轮1062由圆锥形导流罩和均匀分布在该导流罩侧面的叶片组成，各叶片与圆锥形导流罩形成顺滑的导流槽;叶轮1062中导流罩的底部与圆锥形泄流锥1064的底部固定连接，并且它们中间还固定镶嵌有圆环状的永磁体1063，导流罩、永磁体1063及泄流锥1064共同组成梭状的导流体;轴1061处于所述导流体的轴线上，并与导流体固定连接;轴1061、叶轮1062、永磁体1063及泄流锥1064共同组成涡轮转子106。涡轮转子106安装在涡轮外壳105中，轴1061安装在入口端转子轴承1052和出口端转子轴承1054中。叶轮1062与外壳壳体1051之间形成顺滑的流道，并且该流道的通流截面面积沿流体流动方向逐渐增大。永磁体1063及泄流锥1064与外壳壳体1051之间形成顺滑的流道，并且该流道的最小通流截面面积大于启闭件开度达到最大时的节流面积。
[0041 ]传动部件由永磁体1063、滚动轴承107、永磁体1081和齿轮1082组成。滚动轴承107由滚动轴承内圈1071、滚动轴承外圈1072和球形滚动体1073组成。滚动轴承内圈1071固定地安装在涡轮外壳105的外侧。滚动轴承外圈1072中固定地镶嵌有永磁体1081，永磁体1081与永磁体1063相对并且同轴;永磁体1063与永磁体1081之间的构件均采用不导磁的非磁性材料制作，因而磁力线能够穿透。齿轮1082固定地连接在滚动轴承外圈1072外侧。永磁体1063与永磁体1081共同组成磁性联轴器，它们通过磁力作用将涡轮转子106旋转时的转矩传递给齿轮1082，实现动力输出。
[0042]涡轮的流体入口端与阀体101流体出口段1012固定连接，并且使安装在涡轮流体入口的入口端转子轴承1052和径向连接板1053避开活塞1045中的锥形喷嘴出口正对的方向，因此，从锥形喷嘴流出的流体直接冲击叶轮1062而过程中没有障碍。本实施例中，锥形喷嘴与叶轮1062之间也可加装导流部件，该导流部件使锥形喷嘴流出的流体以更适合的角度冲击叶轮1062，从而更多的流体能量被转化为涡轮转子106的机械能。
[0043]导管109—端与涡轮流体出口端的接口1056连接，另一端与液压缸接口 1015连接，从而涡轮的流体出口端与液压缸连通，如此，液压缸中的流体压力与涡轮流体出口端的流体压力将保持一致。
[0044]流体从阀体101流体入口段1011进入，经启闭件节流后流速增大，压力降低;流速增大后的流体冲击叶轮1062，叶轮1062在流体冲击下旋转，进而带动涡轮转子106—起旋转，流体的一部分能量被转化为祸轮转子106的机械能，祸轮流体出口端的流体压力进一步降低，从而达到减压的目的；与此同时，涡轮转子106通过传动部件将动力输出，实现流体能量的回收。
[0045]涡轮流体出口端流体压力为设定值时，通过橡胶膜片1041传递给阀芯的流体压力与压力弹簧1031的弹力达到平衡状态;此时，阀芯不运动，喷针1016与锥形喷嘴之间的流道大小不变，即启闭件的开度不改变。当涡轮流体出口端流体压力升高时，通过橡胶膜片1041传递给阀芯的流体压力大于压力弹簧1031的弹力，它们的合力驱使阀芯向上运动，喷针1016与锥形喷嘴之间的流道变小，即启闭件的开度变小;流体流经启闭件的过程中能量损耗加剧，压力减小，流速增大;流速增大后的流体流经涡轮的过程中更多的能量被转化为机械能，压力进一步减小；与此同时，压力弹簧1031的形变量增大，弹力增加;通过橡胶膜片1041传递给阀芯的流体压力与压力弹簧1031的弹力又重新达到平衡状态时，涡轮流体出口端流体压力回落至设定值附近;若涡轮流体出口端流体压力持续升高，则启闭件的开度就持续减小直至启闭件关闭。当涡轮流体出口端流体压力降低时，通过橡胶膜片1041传递给阀芯的流体压力小于压力弹簧1031的弹力，它们的合力驱使阀芯向下运动，喷针1016与锥形喷嘴之间的流道变大，即启闭件的开度变大;流体流经启闭件的过程中能量损耗减少，压力增大，流速减小;流速减小后的流体流经涡轮的过程中较少的能量被转化为机械能，压力进一步增大，与此同时，压力弹簧1031的形变量减小，弹力减小;通过橡胶膜片1041传递给阀芯的流体压力与压力弹簧1031的弹力又重新达到平衡状态时，涡轮流体出口端流体压力升高至设定值附近。如此，涡轮流体出口端流体压力始终在设定值的误差范围内波动。
[0046]调压螺栓1032可调节涡轮流体出口端流体压力的设定值；当转动调压螺栓1032使其向上运动，则压力弹簧1031的形变量减小，压力弹簧1031传递给阀芯的弹力变小，通过橡胶膜片1041传递给阀芯的流体压力与压力弹簧1031的弹力达到平衡状态时，通过橡胶膜片1041传递给阀芯的流体压力也变小，故而涡轮流体出口端流体压力的设定值变小；当转动调压螺栓1032使其向下运动，则压力弹簧1031的形变量增大，压力弹簧1031传递给阀芯的弹力变大，通过橡胶膜片1041传递给阀芯的流体压力与压力弹簧1031的弹力达到平衡状态时，通过橡胶膜片1041传递给阀芯的流体压力也变大，故而涡轮流体出口端流体压力的设定值变大。
[0047]实施例2
[0048]如图3?图5所示，本实施例所示可回收流体能量的减压装置，其部件包括:阀体201、阀杆2021、密封圈2022、活塞2023、活塞环2024、螺母2025、涡轮外壳203、涡轮转子204、压力传感器205、控制部206、马达207、电缆208。
[0049]阀体201由流体入口段2011、流体出口段2012、阀杆套向筒2013及喷针2014组成。阀杆套向筒2013设置在流体入口段2011的上部;喷针2014设置在流体入口段2011与流体出口段2012交接处。
[0050]活塞2023套设在阀杆2021的下部并由螺母2025将其锁紧在阀杆2021上，活塞2023的侧面还固定套设有活塞环2024;阀杆2021的中部固定套设有密封圈2022;马达207为直线马达，它固定连接在阀体201上，阀杆2021的顶端与马达207的动子固定连接。阀杆2021、密封圈2022、活塞2023、活塞环2024及螺母2025共同组成减压装置的阀芯。阀芯安装在阀体201中，阀杆2021与阀杆套向筒2013之间由密封圈2022密封;活塞2023位于流体出口段2012中，它们之间通过活塞环2024密封;活塞2023中还设置有锥形喷嘴，锥形喷嘴与喷针2014共同组成减压装置的启闭件(启闭件即是该减压装置的节流部件)。
[0051 ] 涡轮主要由涡轮外壳203和涡轮转子204组成。涡轮转子204由叶轮2041和轴2042组成，轴2042固定地镶嵌在叶轮2041的中心；涡轮转子204安装在涡轮外壳203中，并由设置在涡轮外壳203中的轴承承托。轴2042的一端伸出涡轮外壳203并与涡轮外部的机械部件相连接，轴2042与涡轮外壳203之间由轴封密封。涡轮外壳203的流体出口端还设置有接口2031。涡轮的流体入口端与阀体201流体出口段2012固定连接，并且使活塞2023中锥形喷嘴的出口方向与叶轮2041的轮毂相切，因此，从锥形喷嘴喷出的流体直接冲击叶轮2041的叶片。
[0052]压力传感器205通过接口2031安装在涡轮的流体出口端，压力传感器205通过电缆208与控制部206电连接，控制部206通过电缆208与马达207电连接。控制部206自带有电源；在控制部206的控制下，压力传感器205侦测涡轮流体出口端的流体压力并将其转化为电讯号后传递给控制部206，控制部206根据电讯号控制马达207的动作。
[0053]流体从阀体201流体入口段2011进入，经启闭件节流后流速增大，压力降低；流速增大后的流体冲击叶轮2041，叶轮2041在流体冲击下旋转，进而带动涡轮转子204—起旋转，流体的一部分能量被转化为祸轮转子204的机械能，祸轮流体出口端的流体压力进一步降低，从而达到减压的目的；与此同时，涡轮转子204通过轴2042将其旋转时的转矩传递给涡轮外部的机械部件，从而实现动力输出。
[0054]涡轮流体出口端流体压力为设定值时，在控制部206的控制下，马达207不产生运动，从而与马达207动子相连的阀芯不移动，喷针2014与锥形喷嘴之间的流道大小不变，SP启闭件的开度不改变。当涡轮流体出口端流体压力大于设定值时，在控制部206的控制下，马达207的动子向上运动，从而带动阀芯向上运动，喷针2014与锥形喷嘴之间的流道变小，即启闭件的开度变小;流体流经启闭件的过程中能量损耗加剧，压力减小，流速增大;流速增大后的流体流经涡轮的过程中更多的能量被转化为机械能，压力进一步减小，直到涡轮流体出口端流体压力恢复设定值时，在控制部206的控制下，马达207的动子停止运动;若涡轮流体出口端流体压力持续升高，则启闭件的开度就持续减小直至启闭件关闭。当涡轮流体出口端流体压力小于设定值时，在控制部206的控制下，马达207的动子向下运动，从而带动阀芯向下运动，喷针2014与锥形喷嘴之间的流道变大，即启闭件的开度变大;流体流经启闭件的过程中能量损耗减少，压力增大，流速减小;流速减小后的流体流经涡轮的过程中较少的能量被转化为机械能，压力进一步增大，直到涡轮流体出口端流体压力恢复设定值时，在控制部206的控制下，马达207的动子停止运动。如此，涡轮流体出口端流体压力始终在设定值的误差范围内波动。
[0055]控制部206还可调整涡轮流体出口端流体压力的设定值。
[0056]实施例3
[0057]本实施例与实施例2基本相同，与实施例2不同之处仅在于:本实施例还包括励磁装置和发电机;此外，与所述控制部206相比，本实施例中的控制部还能对励磁装置进行控制。下面对本实施例进行详细说明，对于与实施例2同等的结构部件，赋予相同的附图标记，省略其说明。
[0058]本实施例中，轴2042伸出涡轮外壳203的一端与发电机的转子固定连接，从而涡轮转子204带动发电机转子旋转，进而涡轮的机械能被转化为电能输出。发电机与励磁装置电连接，励磁装置与控制部电连接，并且励磁装置由控制部的电源提供电能。如图6所示，控制部接受压力传感器205的电讯号后，通过调节叶轮2041的转动阻力进而调整涡轮的流体阻力和/或调节所述启闭件的开度达到控制涡轮流体出口端的流体压力使其始终保持在设定值的误差范围内的目的。具体而言:当涡轮流体出口端流体压力为设定值时，在控制部的控制下，启闭件的开度不改变，励磁装置对发电机输送的励磁电流也不发生变化。当涡轮流体出口端流体压力大于设定值时，在控制部的控制下，优先增大励磁装置对发电机输送的励磁电流，从而发电机转子的转动阻力增大，进而涡轮转子204中叶轮2041的转动阻力变大，涡轮的流体阻力随之变大，因此，流体在流经涡轮的过程中，压力减小，直到涡轮流体出口端流体压力恢复设定值时，在控制部的控制下，励磁装置对发电机输送的励磁电流停止增大;若励磁装置对发电机输送的励磁电流达到最大时涡轮流体出口端的流体压力仍大于设定值，则控制部控制马达207使其动子产生运动将启闭件的开度调小，直到涡轮流体出口端流体压力恢复设定值时，马达207的动子停止运动;若涡轮流体出口端流体压力持续升高，则启闭件的开度就持续减小直至启闭件关闭。当涡轮流体出口端流体压力小于设定值时，在控制部的控制下，优先使马达207的动子产生运动将启闭件的开度调大;若启闭件的开度达到最大时涡轮流体出口端的流体压力仍小于设定值，则控制部控制励磁装置使其对发电机输送的励磁电流减小，从而发电机转子的转动阻力减小，进而涡轮转子204中叶轮2041的转动阻力变小，涡轮的流体阻力随之变小，直到涡轮流体出口端流体压力恢复设定值时，励磁电流停止继续减小。如此，涡轮流体出口端流体压力始终在设定值的误差范围内波动。
[0059]本实施例减压过程中，优先使用涡轮对流体进行减压，在单独依靠涡轮减压不能满足要求的情况下才让启闭件介入与涡轮一起对流体减压，这样就使更多的流体能量转化为涡轮的机械能，从而进一步提高了流体能量回收效率。
[0060]实施例4
[0061]如图7、图8所示，本实施例所示的可回收流体能量的减压装置实际上是可回收流体能量的减压阀，其部件包括:阀体401、阀盖402、液压缸缸体4031、缸盖4032、弹簧导向筒4033、压力弹簧4034、调压螺栓4035、橡胶膜片4041、膜片压板4042、齿条4043、螺母4044、阀杆4051、上阀片4052、下阀片4053、齿轮4054、密封圈4055、密封垫4056、涡轮外壳406、涡轮转子407、发电机定子408、导管409、导叶400。
[0062]阀体401由流体入口段4011、流体出口段4012及阀片座4013组成。环形阀片座4013设置在流体出口段4012的末端，下阀片4053 (下阀片4053为静阀片)固定地安装在阀片座4013的上部，它们之间由密封垫密封。阀盖402通过螺纹与流体入口段4011固定连接，它们之间由密封圈密封。阀盖402的中心还设置有阀杆套向筒4021。
[0063]液压缸缸体4031固定连接在流体入口段4011上方的一端，液压缸缸体4031的侧面还设置有一接口。缸盖4032通过螺纹与液压缸缸体4031固定连接，橡胶膜片4041是它们之间的密封件，橡胶膜片4041与液压缸缸体4031之间形成具有封闭腔室的液压缸。弹簧导向筒4033固定连接在流体入口段4011上方与液压缸缸体4031相对的一端。齿条4043带有螺纹的一端穿过缸盖4032中心的孔洞与橡胶膜片4041连接，具体而言:膜片压板4042和橡胶膜片4041顺序套设在齿条4043有螺纹的一端，并由螺母4044将其锁紧在齿条4043上；齿条4043的另一端安装在弹簧导向筒4033的一端；弹簧导向筒4033的另一端有内螺纹，调压螺栓4035通过螺纹连接安装在弹簧导向筒4033中。压力弹簧4034安装在弹簧导向筒4033中，其一端与调压螺栓4035接触，另一端与齿条4043相接触。如此，齿条4043就受到橡胶膜片4041传递给它的流体压力和压力弹簧4034对它的弹力的作用。
[0064]阀杆4051的一端固定连接有齿轮4054，其另一端与上阀片4052(上阀片4052为动阀片)固定连接；阀杆4051的中部还固定套设有密封圈4055和密封垫4056 ；阀杆4051、上阀片4052、齿轮4054、密封圈4055及密封垫4056共同组成减压装置的阀芯。阀芯安装在阀体401中，阀杆4051与阀杆套向筒4021之间由密封圈4055和密封垫4056密封。在阀盖402向下的压力作用下，阀芯中的上阀片4052与下阀片4053相互贴合组成密封副，它们组成的阀片组是减压装置的启闭件(启闭件即是该减压装置的节流部件)；上阀片4052与下阀片4053都设置有圆形孔洞；当阀芯顺时针转动时，上阀片4052与下阀片4053的圆形孔洞的相对的面积减小，即启闭件的开度变小；当阀芯逆时针转动时，上阀片4052与下阀片4053的圆形孔洞的相对的面积增大，即启闭件的开度变大。阀芯中的齿轮4054与齿条4043相互配合组成运动副；齿轮4054由齿条4043驱动，进而带动阀芯转动。
[0065]本实施例中的涡轮与实施例1中的涡轮基本相同，其不同之处仅在于:本实施例中的涡轮是通过能量转换装置将涡轮转子的机械能转化为电能输出而不是通过传动部件将动力直接输出，并且该能量转换装置为永磁发电机;具体而言:本实施例中的涡轮外壳406与实施例1中的涡轮外壳105相同；本实施例中的涡轮转子407与实施例1中的涡轮转子106相同；实施例1中安装在涡轮外壳外侧的滚动轴承107、永磁体1081和齿轮1082替换为发电机定子408;磁性涡轮转子407也是永磁发电机的转子，它与发电机定子408组成永磁发电机;涡轮转子407旋转时产生旋转磁场，发电机定子408中的线圈切割磁感线产生电流，电流由发电机定子408上的接线柱4081输出。
[0066]本实施例中涡轮的流体入口端与阀体401的流体出口段4012固定连接。导叶400固定安装在流体出口段4012的末端，并处在下阀片4053的下方；导叶400具有与涡轮转子407中叶轮的叶片相匹配的倾角；从阀片组中排出的流体经导叶400导流后以更加适合的角度冲击涡轮转子407中的叶轮，从而使更多的流体能量转化为涡轮转子407的机械能。
[0067]导管409—端与涡轮流体出口端的接口连接，另一端与液压缸的接口连接，从而涡轮的流体出口端与液压缸连通，如此，液压缸中的流体压力与涡轮流体出口端的流体压力将保持一致。
[0068]流体从阀体401流体入口段4011进入，经启闭件节流后流速增大，压力降低；流速增大后的流体冲击叶轮，叶轮在流体冲击下旋转，进而带动涡轮转子407—起旋转，流体的一部分能量被转化为祸轮转子407的机械能，祸轮流体出口端的流体压力进一步降低，从而达到减压的目的；与此同时，涡轮转子407通过永磁发电机将其机械能转化为电能输出，实现流体能量的回收。
[0069]涡轮流体出口端流体压力为设定值时，通过橡胶膜片4041传递给齿条4043的流体压力与压力弹簧4034的弹力达到平衡状态;此时，齿条4043不运动，因而阀芯也不转动，上阀片4052与下阀片4053的圆形孔洞的相对的面积不变，因此阀片组的通流截面大小不变，即启闭件的开度不改变。当涡轮流体出口端流体压力升高时，通过橡胶膜片4041传递给齿条4043的流体压力大于压力弹簧4034的弹力，它们的合力驱使齿条4043向右运动，齿条4043通过齿轮4054带动阀芯顺时针转动，从而启闭件的开度变小；流体流经启闭件的过程中能量损耗加剧，压力减小，流速增大;流速增大后的流体流经涡轮的过程中更多的能量被转化为机械能，压力进一步减小;与此同时，压力弹簧4034的形变量增大，弹力增加;通过橡胶膜片4041传递给齿条4043的流体压力与压力弹簧4034的弹力又重新达到平衡状态时，涡轮流体出口端流体压力回落至设定值附近;若涡轮流体出口端流体压力持续升高，则启闭件的开度就持续减小直至启闭件关闭。当涡轮流体出口端流体压力降低时，通过橡胶膜片4041传递给齿条4043的流体压力小于压力弹簧4034的弹力，它们的合力驱使齿条4043向左运动，齿条4043通过齿轮4054带动阀芯逆时针转动，从而启闭件的开度变大;流体流经启闭件的过程中能量损耗减少，压力增大，流速减小;流速减小后的流体流经涡轮的过程中较少的能量被转化为机械能，压力进一步增大;与此同时，压力弹簧4034的形变量减小，弹力减小;通过橡胶膜片4041传递给齿条4043的流体压力与压力弹簧4034的弹力又重新达到平衡状态时，涡轮流体出口端流体压力升高至设定值附近。如此，涡轮流体出口端流体压力始终在设定值的误差范围内波动。
[0070]调压螺栓4035可调节涡轮流体出口端流体压力的设定值；当转动调压螺栓4035使其向右运动，则压力弹簧4034的形变量减小，压力弹簧4034传递给齿条4043的弹力变小，通过橡胶膜片4041传递给齿条4043的流体压力与压力弹簧4034的弹力达到平衡状态时，通过橡胶膜片4041传递给齿条4043的流体压力也变小，故而涡轮流体出口端流体压力的设定值变小；当转动调压螺栓4035使其向左运动，则压力弹簧4034的形变量增大，压力弹簧4034传递给齿条4043的弹力变大，通过橡胶膜片4041传递给齿条4043的流体压力与压力弹簧4034的弹力达到平衡状态时，通过橡胶膜片4041传递给齿条4043的流体压力也变大，故而涡轮流体出口端流体压力的设定值变大。
[0071]实施例1和实施例4中的橡胶膜片可替换为由其它材料制作的可产生弹性形变的膜片，也可替换为活塞或波纹管。
[0072]以上所述实施例仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种可回收流体能量的减压装置，包括节流部件、压力控制机构和涡轮，其特征在于:涡轮安装在节流部件的流体出口端以使节流部件节流后速度增加的流体冲击涡轮的叶轮。2.根据权利要求1所述的一种可回收流体能量的减压装置，其特征是:所述节流部件节流后速度增加的流体直接冲击所述叶轮;或者，所述节流部件节流后速度增加的流体经导流部件导流后以适合的角度冲击所述叶轮，从而提高能量回收效率。3.根据权利要求1所述的一种可回收流体能量的减压装置，其特征是:所述节流部件包括喷嘴和喷针，所述压力控制机构通过调整喷嘴和喷针的相对位置改变喷嘴和喷针之间的流道大小，从而节流部件的开度得以调节。4.根据权利要求1所述的一种可回收流体能量的减压装置，其特征是:所述节流部件包括阀片组，所述压力控制机构通过旋转阀片组中的阀片改变阀片组的通流截面大小，从而节流部件的开度得以调节。5.根据权利要求1所述的一种可回收流体能量的减压装置，其特征是:所述压力控制机构包括液压缸或气缸、膜片或活塞或波纹管、弹性部件或磁性部件;液压缸或气缸与所述涡轮流体出口端连通以使液压缸或气缸中的流体压力与所述涡轮流体出口端的流体压力一致;液压缸或气缸中安装有膜片或活塞或波纹管，膜片或活塞或波纹管将流体压力传递给所述节流部件使其开度减小，弹性部件对所述节流部件施加弹力或者磁性部件对所述节流部件施加磁力使所述节流部件开度增大。6.根据权利要求1所述的一种可回收流体能量的减压装置，其特征是:所述压力控制机构包括压力传感器、控制部和马达;压力传感器设置在所述涡轮流体出口端，它将所述涡轮流体出口端的流体压力信息转化为电讯号传递给控制部;控制部根据电讯号控制马达的动作，马达与所述节流部件连接，在马达的控制下所述节流部件的开度得到调节，从而使所述涡轮流体出口端流体压力始终保持在设定值的误差范围内。7.根据权利要求1所述的一种可回收流体能量的减压装置，其特征是:所述压力控制机构包括压力传感器、控制部、马达、励磁装置和发电机;压力传感器设置在所述涡轮流体出口端，它将所述涡轮流体出口端的流体压力信息转化为电讯号传递给控制部;控制部根据电讯号控制马达和励磁装置；马达与所述节流部件连接，在马达的控制下所述节流部件的开度得到调节;励磁装置与发电机电连接，发电机转子与所述叶轮连接，所述叶轮带动发电机转子旋转;励磁装置通过调节发电机的励磁电流改变所述叶轮的转动阻力，进而调整所述涡轮的流体阻力；压力控制机构通过调所述节节流部件的开度和/或所述叶轮的转动阻力控制涡轮流体出口端的流体压力使其始终保持在设定值的误差范围内。8.根据权利要求1所述的一种可回收流体能量的减压装置，其特征是:所述涡轮为轴流式涡轮，该涡轮中的叶轮由圆锥形或大致呈圆锥状的导流罩和叶片组成，叶片均匀分布在所述导流罩的侧面，各叶片与所述导流罩形成顺滑的导流槽;叶轮安装在涡轮壳体中，叶轮与涡轮壳体之间形成顺滑的流道，并且该流道的通流截面面积沿流体流动方向逐渐增大。9.根据权利要求1所述的一种可回收流体能量的减压装置，其特征是:所述涡轮还包括磁性联轴器，磁性联轴器将所述涡轮的转子的转矩传递给所述涡轮外部的机械元件。10.根据权利要求1所述的一种可回收流体能量的减压装置，其特征是:所述涡轮还包括永磁发电机，该永磁发电机包括定子和转子;所述涡轮的转子中固定安装有线圈或永磁体，该线圈或永磁体随所述祸轮的转子一起转动，所述祸轮的转子与线圈或永磁体一起构成永磁发电机的转子;永磁发电机的转子与定子之间通过电磁感应产生电流，从而将所述祸轮的转子的机械能转化成电能输出。
【文档编号】F16K47/12GK106089548SQ201610254828
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年4月21日 公开号201610254828.9, CN 106089548 A, CN 106089548A, CN 201610254828, CN-A-106089548, CN106089548 A, CN106089548A, CN201610254828, CN201610254828.9
【发明人】杜建波
【申请人】杜建波