一种双向流管道水轮机及设计方法

本发明涉及管道水轮机制造，尤其是指一种双向流管道水轮机及设计方法。

背景技术：

1、现阶段我国主要建设叠压供水系统为城市供水，随着高层建筑数目不断增加，供水线路愈加复杂化，输水需要克服更大的沿程阻力与局部阻力，为保证水资源能够顺利抵达最远用户所在地，必需要采用泵站加压输水入户，部分地区需要在运输途中二次加压。

2、然并非抵达所有用户都需要如此大的压力，大部分供水管线中存在着水压过剩的问题，从而导致整个输水管线中大量的水能被浪费。回收过剩的水压(即余压)可通过利用管道式水轮机将水压能转化成电能再加以储存利用。

3、现有技术中城市输水管线往往不是单向线路，多点对多点的输水模式使得某些管道成为双向流管道，传统管道水轮机在此位置使用时会出现水流方向改变引起的叶轮转向不唯一的问题，从而导致发电机运行出错。并且传统管道水轮机在运转时，有一半的叶轮与水流周向速度同向，称之为动力叶片；另一半叶轮与水流周向速度反向，称之为阻力叶片。阻力叶片在运转时会与水流产生阻力，造成一部分能量损失。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中管道水轮机在双向流管道上会导致发电机运行出错，且叶轮在转动过程中会有部分能量损失。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种双向流管道水轮机，包括：

3、支撑组件，所述支撑组件包括支撑管，所述支撑管的径向开设有安装口，所述安装口内设置有安装管，所述安装管的轴线方向垂直于所述支撑管的轴线方向；

4、水轮组件，所述水轮组件包括叶轮、转轴和发电机，所述叶轮设置在所述支撑管内，所述转轴穿过所述安装孔与所述叶轮连接，所述转轴远离叶轮的一端连接所述发电机；且所述叶轮的轴线、转轴的轴线和安装管的轴线重合；

5、所述支撑管内设置有至少两个转向块，两个所述转向块沿所述叶轮中心对称设置，所述转向块远离叶轮的一侧设置有导流面，所述导流面的延长线与所述叶轮相切；所述转向块靠近叶轮的一侧设置有压水面，所述压水面为弧形凹面。

6、在本发明的一个实施例中，所述导流面为倾斜平面，所述导流面沿所述支撑管的管壁向支撑管的中心倾斜。

7、在本发明的一个实施例中，两个所述压水面远离所述支撑管壁一侧之间的距离大于所述叶轮的直径。

8、在本发明的一个实施例中，所述导流面沿支撑管轴线方向的视图面积为支撑管横截面积的一半。

9、在本发明的一个实施例中，所述发电机与所述叶轮之间设置有密封部，所述密封部包括机械密封和密封座，所述机械密封套设在所述转轴的外侧，所述密封座设置在所述安装管和机械密封之间。

10、在本发明的一个实施例中，所述密封座内设置有轴承座，所述轴承座内设置有角接触轴承，且所述轴承座和角接触轴承均套设在转轴上。

11、在本发明的一个实施例中，所述转轴与所述发电机之间设置有联轴器。

12、在本发明的一个实施例中，所述支撑管的两个端口上设置有连接法兰。

13、在本发明的一个实施例中，所述叶轮包括第一轮盘和第二轮盘，所述第一轮盘的一端与所述转轴连接；所述第一轮盘和所述第二轮盘之间轴向设置有若干个叶片。

14、一种双向流管道水轮机的设计方法，用于设计出所述的双向流管道水轮机，包括以下步骤

15、s1、根据支撑管的直径确定导流面的尺寸大小，导流面的轴线方向视图面积为支撑管横截面积的一半；

16、s2、根据叶轮的安装位置和尺寸大小确定导流面的倾斜角度，导流面延长线与叶轮相切；

17、s3、根据等周向平均速度法确定压水面的尺寸参数：

18、vu＝const，其中vu为流体经过压水面的平均速度，流体经压水面的能量损失为取能量损失最小时的流速为平均速度，即其中ξ1为流体弯转损失系数，ξ2为流体经过压水面的损失系数，v′为流体进入压水面时的进口速度；

19、压水面包括多个连续的弧形断面，根据连续定理其中q为进入压水面流体的流量，为其中一个弧形断面i处弧形凹面包角，弧形断面处面积将多个弧形断面光滑连接得到压水面的尺寸参数。

20、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

21、本发明所述的一种双向流管道水轮机及设计方法，通过在叶轮两侧的进口处设置转向块，转向块靠近支撑管端口处的导向面可以对通过叶轮的流体形成导向，使叶轮在双向流管道中往同一个方向转动，不会影响发电机的正常使用。其次转向块靠近叶轮一侧的压水面可以保证叶轮平稳转动。本发明不论管道内流体方向如何，总能使叶轮保持转向不变，从而可以在管线任意位置安装，更好地回收水压能。

技术特征：

1.一种双向流管道水轮机，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的双向流管道水轮机，其特征在于：两个所述压水面远离所述支撑管管壁一侧之间的距离大于所述叶轮的直径。

3.根据权利要求1所述的双向流管道水轮机，其特征在于：所述导流面沿支撑管轴线方向的视图面积为支撑管横截面积的一半。

4.根据权利要求1所述的双向流管道水轮机，其特征在于：所述发电机与所述叶轮之间设置有密封部，所述密封部包括机械密封和密封座，所述机械密封套设在所述转轴的外侧，所述密封座设置在所述安装管和机械密封之间。

5.根据权利要求4所述的双向流管道水轮机，其特征在于：所述密封座内设置有轴承座，所述轴承座内设置有角接触轴承，且所述轴承座和角接触轴承均套设在转轴上。

6.根据权利要求1所述的双向流管道水轮机，其特征在于：所述导流面为倾斜平面，所述导流面的倾斜方向沿所述支撑管的管壁向支撑管的中心倾斜。

7.根据权利要求1所述的双向流管道水轮机，其特征在于：所述转轴与所述发电机之间设置有联轴器。

8.根据权利要求1所述的双向流管道水轮机，其特征在于：所述支撑管的两个端口上设置有连接法兰。

9.根据权利要求1所述的双向流管道水轮机，其特征在于：所述叶轮包括第一轮盘和第二轮盘，所述第一轮盘的一端与所述转轴连接；所述第一轮盘和所述第二轮盘之间轴向设置有若干个叶片。

10.一种双向流管道水轮机的设计方法，用于设计出如权利要求1-9中任意一项所述的双向流管道水轮机，其特征在于：

技术总结
本发明涉及一种双向流管道水轮机及设计方法，包括：支撑组件和水轮组件，支撑组件包括支撑管，支撑管的径向开设有安装口，安装口内设置有安装管，安装管轴线方向垂直于支撑管的轴线方向；水轮组件包括叶轮、转轴和发电机，叶轮设置在支撑管内，转轴穿过安装孔与叶轮连接，转轴另一端连接发电机；且叶轮的轴线、转轴的轴线和安装管的轴线重合；支撑管内设置有至少两个转向块，两个转向块沿叶轮中心对称设置，转向块远离叶轮的一侧设置有导流面，导流面的延长线与叶轮相切；转向块靠近叶轮的一侧设置有压水面，压水面为弧形凹面。本发明不论管道内流体方向如何，总能使叶轮保持转向不变，从而可以在管线任意位置安装，更好地回收水压能。

技术研发人员：杜继芸,史旭东,杜浩宇,康鹤群,莘启龙
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16