一种微发电自供能输水管调节阀装置

本发明涉及水利水电，具体而言，涉及一种微发电自供能输水管调节阀装置。

背景技术：

1、在目前的引水用水设施及其管路设备中，水务上下级单元之间管网分布广，管网密集，各种管径的水管遍及城市和周边乡镇的各个角落。整个管网需保障水的压力在一定的区间内才能供水，不能过小，也不能过大，压力过小水会造成供水不畅，过大会造成水管爆裂、压力浪费和水资源浪费。

2、利用加压泵设备或上下游之间高度差势能输水都是常见的长距离输水解决方案，因此需要大量实用调流调压阀装置，将上游来水的水压降低流速减缓，既保障输水管路压力安全，也便于下游的设施直接实用供水。

3、现实的情况是，输水管路内的水流及压力调节阀门或者为人力监管操作，或者为外接控制电源进行自动化控制，但是以上两种常见的阀门控制手段都存在一定的弊端，人力直接控制的阀门监管控制麻烦，消耗人力，自动化控制的阀门需要外接电源，远程输电一是损耗较大，二是设备成本高，如采用蓄电池作为能源又存在长期使用的充电更换问题，如管路内控制阀门位于特殊的地形或较为偏远的地区，实际操作往往要消耗相当大的人力、时间及经济成本。

4、综上所述，现有的用水输送管路的流量压力调节设施存在使用耗费人力、执行成本高的技术问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是现有的用水输送管路的流量压力调节设施存在使用耗费人力、执行成本高的技术问题。

2、为解决上述问题，本发明提供一种微发电自供能输水管调节阀装置，包括两端与管路对接的管状的阀门外壳体、固定安装于所述阀门外壳体内一端的阀门组件，以及位于所述阀门外壳体内另一端的转子组件，所述阀门外壳体在于所述转子组件配合的一端内侧面设置有线圈绕组，所述转子组件包括转子壳、转子壳外均布的永磁体组以及转子壳内侧壁的螺旋分布的转子叶片，所述转子壳同轴可旋转嵌套安装于所述阀门外壳体内，所述阀门组件包括开关执行件和电控开关机构，所述线圈绕组的接线端连接有变电蓄电模块，用于变电存储所述转子组件与线圈绕组之间在水流带动下的相对旋转感应发电，所述开关控制机构也与所述变电蓄电模块连接，通过变电蓄电模块供给电控开关机构控制所述开关执行件的开闭或开度的动力。

3、本发明中这种调节阀装置具有自调节特性，通过在相互嵌套的阀门外壳体和转子壳上分别布置线圈绕组和永磁体组，在水流对转子壳内转子叶片的推动作用下，转子壳相对阀门外壳体同轴旋转，通过电磁感应发电，并通过线圈绕组所连接变电蓄电模块将这个简易发电机结构产生的电能转化存储，阀门组件内设置电控开关机构，其与变电蓄电模块连接，从而直接利用阀门本身所产生的电能，通过其提供开关执行件的开闭调节运动动力；

4、该设计能够利用传统管路中调流调压阀位置所损耗浪费的水利势能，将其直接转化为电能，作为阀门自动化控制的驱动能源，大大促进用水管路上下游之间输水的自动化调节，阀门的调节动力通过阀门自身产生而无需人力提供动力，且避免了外接其他动力源方案中可能出现的接线布线成本高、施工困难的情况，且容易以该设计为结构基础，进行自动化控制的进一步优化，有效解决了现有的用水输送管路的流量压力调节设施存在使用耗费人力、执行成本高的技术问题。

5、作为优选的方案，还包括反馈调节组件，所述反馈调节组件包括设置于阀门外壳内部与水流接触位置的水压传感器、与所述水压传感器连接的主控模块，所述主控模块与所述变电蓄电模块及电控开关机构控制连接，用于通过采集到的水压信息适应性调整所述电控开关机构输出的运动，以改变所述开关执行件的开度或开闭动作。

6、作为优选的方案，所述反馈组件还包括转速测量器，所述转速测量器与所述转子壳感应连接，用于测量所述转子壳的转速，所述转速测量器与所述主控模块连接，用于向所述转速模块输出转速信息。

7、作为优选的方案，所述阀门组件还包括设置于所述阀门外壳体内的阀门内腔体，所述阀门内腔体具有类球状空腔结构，所述开关执行件为与所述阀门内腔体形状配合、通过轴向进给调整所述阀门内腔体开口开度的阀球。优化了阀门组件的具体结构设计，开闭及开度调节实施效果更好。

8、作为优选的方案，所述电控开关机构包括与用于支撑连接所述阀球的阀门内支架和用于驱动所述阀球轴向进给运动的阀门驱动电机。优化了电控开关组件的具体结构设计，通过阀门驱动电机的设计对阀门的动作进行操作。

9、作为优选的方案，所述阀球的基部同轴固定连接有丝杠，所述阀门内支架包括与所述丝杠螺纹配合的外齿轮螺母，所述阀门驱动电机的输出轴通过连接齿轮与所述外齿轮螺母的外缘啮合，用于输出旋转驱动所述外齿轮螺母旋转以驱动所述丝杠沿轴向进给运动。优化了电控开关机构的具体结构设计，通过螺母丝杠的原理配合齿轮传动实现阀球的轴向进给驱动。

10、作为优选的方案，所述阀门内支架还包括支架壳体，所述外齿轮螺母及阀门驱动电机均容纳于所述支架壳体内，所述支架壳体在所述丝杠的一端还设置有用于支撑所述丝杠的丝杠套筒，所述支架壳体与所述阀门内腔体之间通过辐条结构固定连接。优化了阀门内支架的结构设计令机械结构的布局更加合理，在自动操控性上会更强。

11、作为优选的方案，所述支架壳体在朝向所述转子组件的一端设置有凸起的锥状空腔结构，用于提供所述丝杠的进给余量，并引导水流减小水流对支架壳体的冲击。优化了支架壳体的结构设计，令其更加适应水流情况及丝杠运动的工况。

12、作为优选的方案，所述阀门内腔体的外端设置有延长至阀门外壳体的延长结构，延长结构在所述阀门外壳体的开口位置外翻构成对接管口结构，所述阀门外壳体在所述转子组件的一端也设置有对接管口结构，所述对接管口结构用于与上下游管路对接固定。优化了阀门结构的对接口结构设计，便于装置的对接及实用。

13、作为优选的方案，所述转子壳的入口端设置有导流盘结构，用于将水流均匀引导至转子壳的内侧壁的转子叶片位置，所述导流盘结构包括锥状的导流头和均匀分布于所述导流头外缘的分水叶片，所述导流头的尖端朝向水流来水侧。针对阀门发电结构的管状结构进行优化，确保水流对转子组件旋转的推力。

14、作为优选的方案，所述阀门外壳体侧面设置有电气控制盒，所述变电蓄电模块、主控模块均集成安装于所述电气控制盒内，所述主控模块还连接有远程通信模块。优化了发电机的电路控制结构设计。

技术特征：

1.一种微发电自供能输水管调节阀装置，其特征在于，包括两端与管路对接的管状的阀门外壳体(1)、固定安装于所述阀门外壳体(1)内一端的阀门组件(3)，以及位于所述阀门外壳体(1)内另一端的转子组件(2)，所述阀门外壳体(1)在于所述转子组件(2)配合的一端内侧面设置有线圈绕组，所述转子组件(2)包括转子壳(2-1)、转子壳(2-1)外均布的永磁体组(2-2)以及转子壳(2-1)内侧壁的螺旋分布的转子叶片(2-3)，所述转子壳(2-1)同轴可旋转嵌套安装于所述阀门外壳体(1)内，所述阀门组件(3)包括开关执行件和电控开关机构，所述线圈绕组的接线端连接有变电蓄电模块，用于变电存储所述转子组件(2)与线圈绕组之间在水流带动下的相对旋转感应发电，所述开关控制机构也与所述变电蓄电模块连接，通过变电蓄电模块供给电控开关机构控制所述开关执行件的开闭或开度的动力。

2.根据权利要求1所述的微发电自供能输水管调节阀装置，其特征在于，还包括反馈调节组件，所述反馈调节组件包括设置于阀门外壳内部与水流接触位置的水压传感器、与所述水压传感器连接的主控模块，所述主控模块与所述变电蓄电模块及电控开关机构控制连接，用于通过采集到的水压信息适应性调整所述电控开关机构输出的运动，以改变所述开关执行件的开度或开闭动作。

3.根据权利要求2所述的微发电自供能输水管调节阀装置，其特征在于，所述反馈组件还包括转速测量器，所述转速测量器与所述转子壳(2-1)感应连接，用于测量所述转子壳(2-1)的转速，所述转速测量器与所述主控模块连接，用于向所述转速模块输出转速信息。

4.根据权利要求1所述的微发电自供能输水管调节阀装置，其特征在于，所述阀门组件(3)还包括设置于所述阀门外壳体(1)内的阀门内腔体(3-2)，所述阀门内腔体(3-2)具有类球状空腔结构，所述开关执行件为与所述阀门内腔体(3-2)形状配合、通过轴向进给调整所述阀门内腔体(3-2)开口开度的阀球(3-7)。

5.根据权利要求4所述的微发电自供能输水管调节阀装置，其特征在于，所述电控开关机构包括与用于支撑连接所述阀球(3-7)的阀门内支架和用于驱动所述阀球(3-7)轴向进给运动的阀门驱动电机(3-1)。

6.根据权利要求5所述的微发电自供能输水管调节阀装置，其特征在于，所述阀球(3-7)的基部同轴固定连接有丝杠(3-6)，所述阀门内支架包括与所述丝杠(3-6)螺纹配合的外齿轮螺母(3-4)，所述阀门驱动电机(3-1)的输出轴通过连接齿轮与所述外齿轮螺母(3-4)的外缘啮合，用于输出旋转驱动所述外齿轮螺母(3-4)旋转以驱动所述丝杠(3-6)沿轴向进给运动。

7.根据权利要求6所述的微发电自供能输水管调节阀装置，其特征在于，所述阀门内支架还包括支架壳体(3-8)，所述外齿轮螺母(3-4)及阀门驱动电机(3-1)均容纳于所述支架壳体(3-8)内，所述支架壳体(3-8)在所述丝杠(3-6)的一端还设置有用于支撑所述丝杠(3-6)的丝杠套筒(3-5)，所述支架壳体(3-8)与所述阀门内腔体(3-2)之间通过辐条结构(3-9)固定连接。

8.根据权利要求7所述的微发电自供能输水管调节阀装置，其特征在于，所述支架壳体(3-8)在朝向所述转子组件(2)的一端设置有凸起的锥状空腔结构(3-3)，用于提供所述丝杠(3-6)的进给余量，并引导水流减小水流对支架壳体(3-8)的冲击。

9.根据权利要求7所述的微发电自供能输水管调节阀装置，其特征在于，所述阀门内腔体(3-2)的外端设置有延长至阀门外壳体(1)的延长结构，延长结构在所述阀门外壳体(1)的开口位置外翻构成对接管口结构(1-2)，所述阀门外壳体(1)在所述转子组件(2)的一端也设置有对接管口结构(1-2)，所述对接管口结构(1-2)用于与上下游管路对接固定。

10.根据权利要求1-9任一项所述的微发电自供能输水管调节阀装置，其特征在于，所述转子壳(2-1)的入口端设置有导流盘结构(1-3)，用于将水流均匀引导至转子壳(2-1)的内侧壁的转子叶片(2-3)位置，所述导流盘结构(1-3)包括锥状的导流头(1-4)和均匀分布于所述导流头(1-4)外缘的分水叶片(1-5)，所述导流头(1-4)的尖端朝向水流来水侧。

11.根据权利要求3所述的微发电自供能输水管调节阀装置，其特征在于，所述阀门外壳体(1)侧面设置有电气控制盒(1-1)，所述变电蓄电模块、主控模块均集成安装于所述电气控制盒(1-1)内，所述主控模块还连接有远程通信模块。

技术总结
本发明提供了一种微发电自供能输水管调节阀装置，包括管状的阀门外壳体、阀门外壳体一端的阀门组件，阀门外壳体另一端的转子组件，阀门外壳体内侧面设置有线圈绕组，转子组件包括永磁体组以及转子壳内侧壁的螺旋分布的转子叶片，转子壳同轴安装于阀门外壳体内，阀门组件包括开关执行件和电控开关机构，线圈绕组的接线端连接有变电蓄电模块，用于变电存储转子组件与线圈绕组之间的感应发电，通过变电蓄电模块供给电控开关机构控制开关执行件的开闭或开度的动力，该设计利用传统管路中调流调压阀位置所损耗浪费的水利势能，将其直接转化为电能，作为阀门自动化控制的驱动能源，促进管路输水的流量压力自动化调节，无需耗费更多的人力及布线成本。

技术研发人员：郑荣跃,杨泽松,朱志伟
受保护的技术使用者：宁波大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15