一种便携式小型管道微水头发电装置

1.本实用新型属于节能减排技术领域，涉及一种便携式小型管道微水头发电装置。


背景技术：

2.化石能源消耗带来的环境污染、能源危机等问题日益显著，面对这一问题，节能减排成为建设资源友好型、环境友好型社会的必然选择，因此需要开发利用可再生能源，对能源进行充分利用。城市或工厂的给排水系统或水循环系统中水流所具有的能量不容小觑，如果将这部分能量回收并合理利用，可以减少额外的能源消耗，从而提升能源的利用率。为了利用这部分能源，亟需一套利用管道内有压水流发电的微水头发电装置，可以为蓄电池充电或公用设备供电，从而承担城市公共基础设施或家庭用电的一部分电能。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种便携式小型管道微水头发电装置，该装置能够利用小口径(dn80～dn300)管道中有压水流的能量进行发电。
4.本实用新型所采用的技术方案是，一种便携式小型管道微水头发电装置，包括管道，管道的中心处同轴安装有主轴，主轴的一端端部安装有水轮机转轮，主轴的另一端安装有永磁磁环，永磁磁环的外圈同轴设有环状的定子铁芯，定子铁芯安装在定子固定组件上，定子固定组件通过环状的空心固定支架与管道内壁连接，空心固定支架内部设有定子绕组。
5.本实用新型的特点还在于：
6.主轴的一端与水轮机转轮通过过盈配合的方式连接；主轴的另一端与永磁磁环通过过盈配合的方式连接。
7.主轴同轴套接在主轴套内，主轴套的一端通过实心固定支架与管道的内壁连接，主轴套的另一端与定子固定组件连接；主轴上分别安装有轴承i和轴承ii，轴承i和轴承ii分别位于主轴套的相对两端。
8.主轴外还依次同轴套接有套筒ii和套筒i，套筒ii和套筒i位于轴承i和轴承ii之间。
9.轴承i的内圈及轴承ii的内圈分别与主轴采用过渡配合；所述轴承i的外圈和轴承ii的外圈分别与主轴套采用过渡配合。
10.水轮机转轮包括同轴套接在主轴上的转轮轮毂，转轮轮毂的外壁均匀分布有转轮叶片。
11.转轮叶片边缘与管道内壁之间的间隙为转轮直径的0.05％～0.1％。
12.本实用新型的有益效果是：本实用新型能够将城市给排水管道及家庭用水管道中的水流动能转化为电能，既可用于管路监测系统，又可以为其它设备供电，将原本浪费的能量回收利用，达到了节能减排的目的。根据管道直径的不同，可选用不同直径的转轮。
附图说明
13.图1是本实用新型一种便携式小型管道微水头发电装置的结构示意图；
14.图2是本实用新型一种便携式小型管道微水头发电装置中水轮机转轮的结构示意图。
15.图中，1.轴承i，2.套筒i，3.套筒ii，4.轴承ii，5.永磁磁环，6.定子铁芯，7.管道，8.空心固定支架，9.定子绕组，10.定子固定组件，11.主轴套，12.主轴，13.实心固定支架，14.密封装置，15.水轮机转轮，16.转轮叶片，17.转轮轮毂。
具体实施方式
16.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
17.本实用新型一种便携式小型管道微水头发电装置，结构如图1所示，包括管道7，管道7具有法兰便于连接到管路系统中，管道7内布置有定子固定组件10，定子固定组件10外部安装有空心固定支架8，定子固定组件10内部安装有缠绕了线圈的凸极式定子铁芯6作为发电机的定子，定子铁芯6外壁与定子固定组件10固定连接。
18.永磁磁环5与主轴12靠近管道7进口一端通过过盈配合的方式连接在一起，作为发电机转子。主轴12另一端与水轮机转轮15连接，水轮机转轮15直径为d，主轴12与水轮机转轮15采用过盈配合的方式。
19.主轴套11与定子固定组件10通过螺钉连接在一起，在主轴套11外安装有实心固定支架13，实心固定支架13与转轮轮毂17进水边的距离约为0.15d。主轴12上安装有轴承i1和轴承ii4，起到支撑主轴12的作用，两个轴承之间安装有套筒i2和套筒ii3，对轴承i1和轴承ii4进行轴向定位并防止其轴向窜动。主轴套11另一端安装有密封装置14，防止水流进入发电机。
20.轴承i1及轴承ii4的内孔与主轴12采用过渡配合，轴承i1及轴承ii4的外径与主轴套11同样采用过渡配合。
21.空心固定支架8为空心结构，设置在定子固定组件10的空腔部分，尽量靠近发电机定子铁芯6。在定子固定组件10与空心固定支架8连接处开孔连通，定子固定组件10与管道7连接处开孔连通，以便引出定子绕组9，输出电流。实心固定支架13为实心结构，主要起对整个装置的支撑及固定作用。实心固定支架13为杆状，沿圆周方向均匀布置三个，相邻实心固定支架13之间夹角120
°
，使整个装置结构更为稳定。
22.如图2所示，水轮机转轮15由转轮叶片16和转轮轮毂17组成，沿转轮轮毂17外壁分布有三个转轮叶片16，转轮叶片16与转轮轮毂17固定连接在一起。根据管道7直径的不同，可制造不同直径的水轮机转轮15。为减少容积损失，转轮叶片16边缘与管道7之间的间隙为转轮15直径的0.05％～0.1％。
23.水轮机采用贯流式水轮机，卧轴布置，水流在流道内沿轴向运动不拐弯，水轮机的过流能力及水力效率较高，适用于水头较低的情况。
24.本实用新型一种便携式小型管道微水头发电装置的工作原理是：将发电机装置在管道7内部，可减小主轴12长度，且不必限制发电装置位于管道转角处。当水流流经该装置时，以一定的水流方向和速度进入水轮机转轮15，当水流经过水轮机转轮15时，转轮叶片16迫使水流按它的形式改变流速的大小和方向，使水流动量改变，水流反过来给转轮叶片16
一个反作用力，此力的合力对水轮机转轮15轴心产生一个力矩，推动水轮机转轮15旋转。
25.当水轮机转轮15旋转时，主轴12旋转，带动其另一端的永磁磁环5绕主轴12旋转，使得凸极式定子铁芯6上缠绕的线圈做切割磁力线的运动，从而在定子中感应出电势，通过接线端子从空心固定支架8中引出，接在回路中，便产生了电流，给用电设备充电。


技术特征：
1.一种便携式小型管道微水头发电装置，其特征在于：包括管道，管道的中心处同轴安装有主轴，主轴的一端端部安装有水轮机转轮，主轴的另一端安装有永磁磁环，永磁磁环的外圈同轴设有环状的定子铁芯，定子铁芯安装在定子固定组件上，定子固定组件通过环状的空心固定支架与管道内壁连接，空心固定支架内部设有定子绕组。2.根据权利要求1所述的一种便携式小型管道微水头发电装置，其特征在于：所述主轴的一端与水轮机转轮通过过盈配合的方式连接；主轴的另一端与永磁磁环通过过盈配合的方式连接。3.根据权利要求1所述的一种便携式小型管道微水头发电装置，其特征在于：所述主轴同轴套接在主轴套内，主轴套的一端通过实心固定支架与管道的内壁连接，主轴套的另一端与定子固定组件连接；主轴上分别安装有轴承i和轴承ii，轴承i和轴承ii分别位于主轴套的相对两端。4.根据权利要求3所述的一种便携式小型管道微水头发电装置，其特征在于：所述主轴外还依次同轴套接有套筒ii和套筒i，套筒ii和套筒i位于轴承i和轴承ii之间。5.根据权利要求4所述的一种便携式小型管道微水头发电装置，其特征在于：所述轴承i的内圈及轴承ii的内圈分别与主轴采用过渡配合；所述轴承i的外圈和轴承ii的外圈分别与主轴套采用过渡配合。6.根据权利要求1所述的一种便携式小型管道微水头发电装置，其特征在于：所述水轮机转轮包括同轴套接在主轴上的转轮轮毂，转轮轮毂的外壁均匀分布有转轮叶片。7.根据权利要求6所述的一种便携式小型管道微水头发电装置，其特征在于：所述转轮叶片边缘与管道内壁之间的间隙为转轮直径的0.05％～0.1％。

技术总结
本实用新型公开了一种便携式小型管道微水头发电装置，包括管道，管道的中心处同轴安装有主轴，主轴的一端端部安装有水轮机转轮，主轴的另一端安装有永磁磁环，永磁磁环的外圈同轴设有环状的定子铁芯，定子铁芯安装在定子固定组件上，定子固定组件通过环状的空心固定支架与管道内壁连接，空心固定支架内部设有定子绕组。本实用新型能够利用小口径管道中有压水流的能量进行发电。水流的能量进行发电。水流的能量进行发电。


技术研发人员：高荨浛 朱国俊 李康 樊丞
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：2021.08.09
技术公布日：2021/12/31