专利名称：高层供暖系统用微型混流式水轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种中比转速微型混流式水轮机，应用于高层建筑采暖系统，将回水多余压力差产生的势能转变为机械能，并通过主轴将其回馈给供暖系统的循环水泵，达到能量回收利用的目的。
背景技术:
随着我国城市化的快速发展，各地高层建筑不断增多，尤其在我国北方地区，冬季采暖是高层建筑工程设计以及运营管理要考虑的重要问题。供暖系统由热源、热媒传输管道和散热设备组成，按热源的连接方式不同，可分为有独立热源的采暖系统和高低区建筑直接连入城市供热管网的直连采暖系统。常压锅炉采暖系统作为一种开式系统，其运行安全可靠，安装方便，被广泛应用。但是其运行过程中的能耗问题一直为用户所诟病，因为系统的循环泵不仅要克服系统的沿程及局部水力损失，还要增加相当于建筑物高度的静扬程。为保证系统正常运行，系统回水必须用阻力调节阀门，节流减压到3、4米水头，之后进入常压锅炉循环使用。与常压锅炉采暖系统情况相似，高层建筑高区管网与低区管网并联，直接连入城市供热管网的采暖系统。其循环水泵同样要增加相当于高区建筑物高度的静扬程，并在系统回水侧用阻力调节阀门调节回水压力，以达到与低区管网平衡运行的目的。在以上两种供暖系统中，回水管阻力调节阀门的使用不仅白白消耗了系统回水水头产生的势能，同时也加大了电能的消耗，故而经年运行，能耗较大。
发明内容:
本发明提供了一种微型混流式水轮机，代替回水阻力调节阀，降低回水压力的同时，将回水余压所产生的势能转变成机械能，回收反馈给系统循环泵，节省了电能的消耗。而且其安装使用方便，高效简洁。为解决上述问题，本发明采用以下技术方案:高层供暖系统使用的微型混流式水轮机，包括进水的金属蜗壳、座环、负曲率导叶、低比转速水轮机转轮叶片、上冠、下环、盖板、轴承座、主轴、支墩、集水盘、锥形尾水管；主轴设置在轴承座上，轴承座设置在盖板的上侧中部，盖板的下侧键连接水轮机转轮上冠，盖板的端部通过螺栓固定连接座环，转轮叶片均布在上冠和下环之间，下环一端与座环连接，另一端与锥形尾水管连接，座环的外侧焊接金属蜗壳；座环上焊接16 18个单列环形负曲率导叶。本发明的水轮机比转速介于100 m.KW至120 m.之间，其转轮高度BO与转轮进水口直径Dl的比值为0.1Γ0.13，转轮出口直径D2与转轮进口直径Dl的比值为0.7 0.8，转轮叶片数为17 19，其翼型弯曲角Θ在55°飞O。之间；本发明的水轮机负曲率导叶高度bO与转轮进口直径Dl的比值为0.1Γ 0.14，导叶出口的直径D3与转轮进口直径的比值为f 1.15，导叶进口直径D4与转轮进口直径Dl的比值为1.2~1.35。本发明通过连轴器或者变速箱将微型水轮机主轴与系统循环泵相连接，水轮机可根据需要选择卧式或是立式安装方式，进水管与高区供暖系统回水管连接，出水管段直接连入城市供热管网或者系统总回水管中，该水轮机在削减高层回水压力以确保采暖稳定的同时，将回水势能转化为机械能，从而辅助驱动循环泵旋转，减少了电机的电能消耗，达到了废能循环再利用的目的。另外，在水轮机的进水管段和出水管段之间保留回水阻力调节阀门，当水轮机出现故障，打开阀门，可确保系统稳定运行。本发明适用于高层建筑常压锅炉采暖系统和高低区直连采暖系统。本发明的有益效果:
本发明结构简单，新颖独特，节能高效，水轮机效率可达87%以上，确保了供暖系统的稳定运行，同时也可作为供暖领域节能措施的有益实践，有着光明的应用前景，经济和社会效益巨大。
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图1是本发明水轮机的B-B向剖视结果示意图。图2是图1的A-A向剖视图。图3是本发明的转轮叶片示意图。图4是本发明应用在高层建筑高低区直连供暖系统中的工作原理示意图。图5是本发明应用在高层建筑常压锅炉采暖系统中的工作原理示意图。图中:1、金属蜗壳；2、座环；3、盖板；4、上冠；5、水轮机转轮叶片；6、负曲率导叶；
7、下环；8、轴承座；9、主轴；10、锥形尾水管；11、微型混流式水轮机；12、系统循环泵；13、回水阻力调节阀；14、连轴器；15、水轮机进水管；16、水轮机出水管；17、高区供暖回水管；18、闻区供暖系统；19、系统总回水管。
具体实施方式
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如图所示，此微型混流式水轮机，包括进水的金属蜗壳1、座环2、负曲率导叶6、水轮机转轮叶片5、上冠4、下环7、盖板3、轴承座8、主轴9、锥形尾水管10 ;金属蜗壳I与座环2通过焊接方法连接，座环2另一端上侧与盖板3固定连接，下侧与锥形尾水管10通过螺栓固定连接，该水轮机转轮部件由上冠4、转轮叶片5、下环7及主轴9构成，转轮叶片5通过焊接方法均匀分布在转轮上冠4与下环7之间，转轮上冠4与主轴9之间通过键传递力矩。主轴9通过轴承座8固定在盖板3上，本发明微型混流式水轮机的16 18个单列环形导叶6通过焊接固定在座环2上。本发明的水轮机比转速介于100 m.KW至120 ΛΤ之间，其转轮进口高度BO与转轮进口直径Dl的比值为0.1Γ0.13，转轮出口直径D2与转轮进口直径Dl的比值为0.
0.8，转轮叶片为17 19，其翼型弯曲角Θ在55°飞0°之间；本发明的水轮机负曲率导叶6高度bO与转轮进口直径Dl的比值为0.1Γ 0.14，导叶6出口的直径D3与转轮进口直径的比值为广1.15，导叶6进口直径D4与转轮进口直径Dl的比值为1.2 1.35。下面结合图4和图5说明本发明在供暖系统的工作原理。图4为本发明应用在高层建筑高低区直连供暖系统中的工作原理示意图。本发明水轮机11进水管15与高区供暖系统18回水管17连接，出水管段16直接连入城市供热管网；水轮机主轴9通过连轴器14与系统循环泵12连接。供暖系统运行时，高区供暖回水17通过进水蜗壳I进入水轮机11，通过座环2、导叶6,到达转轮部件,进而推动叶片5旋转。旋转机械能通过主轴9回馈给循环泵12，从而起到了辅助驱动作用，实现了充分利用回水势能的目的，也减少了电能消耗。同时在进水管15与出水管16之间保留回水阻力调节阀门13，当水轮机11遇到故障，可打开阀门13，确保采暖系统稳定运行。图5本发明应用在高层建筑常压锅炉采暖系统中的工作原理示意图。本发明水轮机11进水管15与高层建筑供暖系统18回水管17连接，出水管段16直接连入系统总回水管19 ;水轮机主轴9通过连轴器14与系统循环泵12连接。供暖系统运行时，高区供暖回水17通过进水蜗壳I进入水轮机11，通过座环2、导叶6，到达转轮部件，进而推动叶片5旋转。旋转机械能通过主轴9回馈给循环泵12，从而起到了辅助驱动作用，实现了充分利用回水势能的目的，也减少了电能消耗。同时在进水管15与出水管16之间保留回水阻力调节阀门13，当水轮机11遇到故障 时，可打开阀门13，确保采暖系统稳定运行。
权利要求
1.一种高层供暖系统用微型混流式水轮机11，包括进水的金属蜗壳1、座环2、负曲率导叶6、低比转速水轮机转轮叶片5、上冠4、下环7、盖板3、轴承座8、主轴9、锥形尾水管10，其特征在于:主轴9设置在轴承座8上，轴承座8设置在盖板3的上侧中部，盖板3的下侧键连接水轮机转轮上冠4，盖板3的端部通过螺栓固定连接座环2，转轮叶片5均布在上冠4和下环7之间，下环7的一端与座环2连接，另一端与锥形尾水管10连接，座环2的外侧焊接金属蜗壳I ;座环2上焊接16 18个单列环形负曲率导叶6，比转速介于100 m.KW至120 m.KW之间，其转轮高度BO与转轮进口直径Dl的比值为0.11 0.13，转轮出口直径D2与转轮进口直径Dl的比值为0.7 0.8，转轮叶片5数为17 19，其翼型弯曲角Θ在55°飞0°之间；本发明的水轮机负曲率导叶6高度b0与转轮进口直径Dl的比值为0.11 0.14，导叶6出口的直径D3与转轮进口直径的比值为fl.15，导叶6进口直径D4与转轮进口直径Dl的比值为1.2 ^l.35ο
2.根据权利要求1所述的高层供暖系统用微型混流式水轮机11，其特征在于:在水轮机11的进水管段15和出水管 段16之间保留回水阻力调节阀门13。
全文摘要
本发明涉及一种应用于高层建筑供暖系统的微型混流式水轮机，将回水势能转变为机械能，进而对系统循环泵起到辅助驱动的作用。该水轮机比转速为100～120m.kw，其特征是将主轴设置在轴承座上，轴承座设置在盖板的上侧中部，盖板的下侧连接水轮机转轮上冠，盖板的端部通过螺栓固定连接座环，17～19个转轮叶片均布在上冠和下环之间，下环的一端与座环连接，另一端与锥形尾水管连接，座环的外侧焊接金属蜗壳；座环上焊接16～18个单列环形负曲率导叶。本发明结构简单，新颖独特，回水势能得到了充分利用，有着光明的应用前景，经济和社会效益巨大。
文档编号F03B13/00GK103225584SQ20131008691
公开日2013年7月31日 申请日期2013年3月19日 优先权日2013年3月19日
发明者郑源, 谢坚, 曹婷 申请人:河海大学, 南京河海科技有限公司