一种具有调流调压功能的输水管路发电装置-j9九游会真人

1.本发明涉及水利水电技术领域，具体而言，涉及一种具有调流调压功能的输水管路发电装置。


背景技术：

2.很多地区的居民的日常用水及工业用水需要从水库取水，有些水库建立有发电机组，通过并网等措施供一片区域用电，但随着城市的发展，用水量大幅增加，大多数情况是，城市周边的供水水库的输水主要用于工业及居民用水，与水源地上游用水量少，水利势能充足情况不同的是城市周边的库区并没有多余的水量用于发电，原有的发电机组也基本停止使用。
3.一般来说水库与下游的水处理厂之间都具备较大的水平高差，水厂一般通过1-3米管径的管道从水库引水，因高差造成的水管路内部压力较大，需要视情况安装多级调流调压阀，防止压力过大造成爆管和其他问题。通过这部分管路输水的水力资源无法进行能源方面的利用相当于浪费了，现有的水利发电设施也无法利用这种通过管路形式向下游输送的水利资源，主要有以下几方面原因，在一定空间内的体量小、引水管路行程长周边环境复杂不适于建设水电设备，或者存在落差不足、单位时间水量有限的情况。
4.综上所述，现有的水电技术难以利用城市周边的水库上下游之间的输水进行发电、造成能源浪费的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是现有的水电技术难以利用城市周边的水库上下游之间的输水进行发电、造成能源浪费的技术问题。
6.为解决上述问题，本发明提供一种具有调流调压功能的输水管路发电装置，包括两端与管路对接的管状的发电机壳体、固定安装于所述壳体内的定子组件，以及同轴嵌套设置于所述定子组件内管状的转子组件，所述定子组件包括均匀分布于所述转子组件外周面的固定线圈绕组和可沿所述转子组件轴向运动、调整轴向位置以改变磁通量的可调线圈绕组，所述转子组件包括用于容纳水流通过的管状的转子壳，所述转子壳的内周面设置有沿螺旋状分布的多组转子叶片，所述转子壳外周面设置有与所述固定线圈绕组和可调线圈绕组感应配合的永磁体组，所述转子组件在水流对转子叶片的推动作用下相对所述定子组件同轴旋转发电。
7.本发明提供的这种具有调流调压功能的输水管路发电装置，改进了传统的水电装置设计，其整体为管壳状的结构，能够直接接入输水管路，从而降低传统开放式发电机组对于水流量、稳定性的更高的要求，令装置能够利用输水管路中相对不够富集的输水势能，从而将从上游库区至下游水厂，或水厂至下游的用水单位之间的水力势能资源有效回收利用，避免浪费；
8.具体的通过相互嵌套的管壳状的转子和定子结构，令输水通过内部的转子管壳，
通过转子内侧的叶片结构与水流相互作用，从而推动转子整体旋转，与定子的线圈绕组感应发电；其中线圈绕组包括可调的部分，通过该结构与转子之间的轴向相对运动能够调整发生电磁感应的总磁通量，从而调整发电机装置对水流的阻力，适应当前的水压流量进行适应性的调节，避免水流量小无法推动转子旋转，或水流量过大势能回收不充分，这种设计一是达到最佳的发电效果，二是通过该结构消耗管路内的势能，能以达到对管路中的水流量和压力进行一定范围内的控制的效果，相当于水网建设中的调流调压阀，令管路的安全也得到更好的保障。综上所述，本发明提供的这种具有调流调压功能的输水管路发电装置有效解决了现有的水电技术难以利用城市周边的水库上下游之间的输水进行发电、造成能源浪费的技术问题。
9.作为优选的方案，所述定子组件还包括位于所述发电机壳体和所述固定线圈绕组之间的管状的定子内壳，所述固定线圈绕组均匀分布安装固定于所述定子内壳的内缘侧面，所述定子内壳外周轴向可滑动套设有可调安装圈，所述可调线圈绕组安装于所述可调安装圈侧壁。优化了定子组件的整体结构设计以及可调绕组的结构。
10.作为优选的方案，所述定子内壳的外侧壁沿轴向设置有多个导向槽，所述可调安装圈的内侧壁设置有凸起的导向滑块，所述导向滑块与所述导向槽滑动配合；其中一个所述导向槽内设置有沿其长度方向的固定齿条，与其配合的所述导向滑块一侧设置有与所述固定齿条啮合的轴向调节齿轮，所述轴向调节齿轮驱动连接有轴向进给电机，用于通过所述轴向进给电机驱动轴调节齿轮旋转，以驱动所述可调安装圈沿所述定子内壳轴向进给运动。进一步优化了可调线圈绕组的结构及其与相应的定子结构设计，达到轴向进给的优化控制。
11.作为优选的方案，所述可调线圈绕组包括多个沿圆周安装于所述可调安装圈内侧壁的可调线圈单元，每个所述可调线圈单元包括闭合环状的线圈以及安装固定所述线圈的安装板，所述可调线圈单元连接有径向距离调节结构，用于调节可调线圈单元与所述转子组件之间的径向距离。在可调线圈绕组轴向位置可调基础上，进一步通过径向距离的调节优化转子与定子之间磁通量可调节的范围与调节指标。
12.作为优选的方案，所述径向距离调节结构包括设置于所述可调安装圈外缘、与可调安装圈同轴可旋转配合的环状齿圈，还包括与所述环状齿圈配合的齿轮螺杆，所述齿轮螺杆的齿轮侧与所述环状齿圈啮合，其螺杆侧与所述安装板中部的螺纹孔螺纹配合，通过所述环状齿圈的旋转驱动齿轮螺杆，通过齿轮螺杆的旋转驱动所述可调线圈单元沿定子组件的径向进给。优化了可调线圈绕组的径向调节的具体结构，提供一种简单可实现的径向调解方案。
13.作为优选的方案，所述可调安装圈侧壁安装有径向调节电机，所述径向调节电机通过输出齿轮与所述环状齿圈旋转驱动配合。进一步优化了可调线圈绕组的径向调节结构设计。
14.作为优选的方案，所述可调安装圈的内侧在每个所述安装板的位置均设置有导向柱，所述安装板对应位置设置有与所述导向柱滑动配合的滑孔，通过所述导向柱与滑孔的配合对所述安装板限位，保证其径向进给运动。进一步优化了可调线圈绕组的径向调节结构设计。
15.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。针对发电机的管状结构进行优化，确保水流对转子组件旋转的推力。
16.作为优选的方案，所述发电机壳体的两端设置有轴向延长的延伸部，所述延伸部的端头设置有对接管口结构，用于与上下游管路对接固定。优化了发电机与前后管路之间的对接设计。
17.作为优选的方案，所述转子叶片与所述转子壳之间通过连接轴可调角度连接，所述连接轴的基部均连接有角度控制机构，用于根据水流情况改变转子叶片的角度。优化了转子组件中的转子叶片的设计，令转子对管路内通过的水流具有更加可控的干涉效果。
18.作为优选的方案，所述发电机壳体上设置有用于集成所述固定线圈绕组、可调线圈绕组各自接头的电控盒，所述电控盒还设置有与所述径向调节电机、轴向进给电机和所述角度控制机构控制连接的电机控制器。优化了发电机的电路控制结构设计。
19.作为优选的方案，所述转子壳内设置有水压传感器，所述电控盒内设置有主控模块，所述水压传感器和所述电机控制器均与与所述主控模块控制连接，所述转子壳还感应连接有转速感应器，所述转速感应器与所述主控模块连接。
附图说明
20.图1为本发明提供的一种具有调流调压功能的输水管路发电装置的结构示意图；
21.图2为图1中具有调流调压功能的输水管路发电装置另一侧的结构示意图；
22.图3为图1中具有调流调压功能的输水管路发电装置的侧剖面结构示意图；
23.图4为图1中具有调流调压功能的输水管路发电装置的定子组件的结构示意图；
24.图5为图4中定子组件其中一侧的局部结构放大示意图；
25.图6为图1中具有调流调压功能的输水管路发电装置的定子组件中可调线圈绕组的内部结构示意图；
26.图7为图1中具有调流调压功能的输水管路发电装置的转子组件的结构示意图。
27.其中，图1-图7中：
28.1、发电机壳体；1-1、电控盒；1-2、延伸部；1-3、对接管口结构；2、定子组件；2-1、定子内壳；2-2、固定线圈绕组；2-3、可调安装圈；2-4、可调线圈单元；2-5、导向滑块；2-6、导向槽；2-7、环状齿圈；2-8、齿轮螺杆；2-9、安装板；2-10、滑孔；2-11、径向调节电机；2-12、固定齿条；3、转子组件；3-1、转子壳；3-2、永磁体组；3-3、转子叶片；3-4、连接轴；4、导流盘结构；4-1、导流头；4-2、分水叶片。
具体实施方式
29.下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.参考图1-图4、图7，图1为本发明提供的一种具有调流调压功能的输水管路发电装置的结构示意图；图2为图1中具有调流调压功能的输水管路发电装置另一侧的结构示意图；图3为图1中具有调流调压功能的输水管路发电装置的侧剖面结构示意图；图4为图1中
具有调流调压功能的输水管路发电装置的定子组件的结构示意图；图6为图1中具有调流调压功能的输水管路发电装置的转子组件的结构示意图。
31.本实施例提供一种具有调流调压功能的输水管路发电装置，包括两端与管路对接的管状的发电机壳体1、固定安装于壳体内的定子组件2，以及同轴嵌套设置于定子组件2内管状的转子组件3，定子组件2包括均匀分布于转子组件3外周面的固定线圈绕组2-2和可沿转子组件3轴向运动、调整轴向位置以改变磁通量的可调线圈绕组，转子组件3包括用于容纳水流通过的管状的转子壳3-1，转子壳3-1的内周面设置有沿螺旋状分布的多组转子叶片3-3，转子壳3-1外周面设置有与固定线圈绕组2-2和可调线圈绕组感应配合的永磁体组3-2，转子组件3在水流对转子叶片3-3的推动作用下相对定子组件2同轴旋转发电。
32.本发明实施例提供的这种具有调流调压功能的输水管路发电装置，改进了传统的水电装置设计，其整体为管壳状的结构，能够直接接入输水管路，从而降低传统开放式发电机组对于水流量、稳定性的更高的要求，令装置能够利用输水管路中相对不够富集的输水势能，从而将从上游库区至下游水厂，或水厂至下游的用水单位之间的水力势能资源有效回收利用，避免浪费。
33.具体的通过相互嵌套的管壳状的转子和定子结构，令输水通过内部的转子管壳，通过转子内侧的叶片结构与水流相互作用，从而推动转子整体旋转，与定子的线圈绕组感应发电；其中线圈绕组包括可调的部分，通过该结构与转子之间的轴向相对运动能够调整发生电磁感应的总磁通量，从而调整发电机装置对水流的阻力，适应当前的水压流量进行适应性的调节，避免水流量小无法推动转子旋转，或水流量过大势能回收不充分，这种设计一是达到最佳的发电效果，二是通过该结构能够对管路中的流量和压力进行一定范围内的控制，令管路的安全也得到更好的保障。综上，本发明提供的这种具有调流调压功能的输水管路发电装置有效解决了现有的水电技术难以利用城市周边的水库上下游之间的输水进行发电、造成能源浪费的技术问题。
34.以上水管路发电装置可进行多级串联，分布于同一水网中的各个部分，只要是存在落差势能，但又需要通过限流阀、调压阀进行卸压的情况均可以通过安装这种管路发电机，将原本通过卸压所浪费的势能回收利用，在正常库区水利发电的基础上进行更加充分全面的水利能源利用。
35.本实施例提供的技术方案中，定子组件2还包括位于发电机壳体1和固定线圈绕组2-2之间的管状的定子内壳2-1，固定线圈绕组2-2均匀分布安装固定于定子内壳2-1的内缘侧面，定子内壳外周轴向可滑动套设有可调安装圈2-3，可调线圈绕组安装于可调安装圈2-3侧壁。
36.其中需要说明的是，配合固定线圈绕组的分布方式，转子壳上固定的永磁体组分布也呈现类似的规律，即呈组分布、周向均匀，但是在轴向上不同的区域内，永磁体组分布的密集程度不同，因此可调线圈绕组可以通过相对转子组件的轴向位置调节，获得磁特征变化的效果。
37.该设计中优化了定子组件的整体结构设计以及可调绕组的结构，其中定子内壳嵌套于发电机壳体内缘，固定线圈绕组包括多个线圈单元，沿定子内壳的轴向和周向均匀分布于定子内壳的内侧面，定子内壳通过筒状的结构一是方便安装固定线圈绕组二是方便可调线圈绕组的轴向滑动配合，在定子内壳外周设置可调安装圈，以便可调线圈绕组的安置。
38.在上述实施例结构基础上，本实施例中技术方案中：定子内壳2-1的外侧壁沿轴向设置有多个导向槽2-6，可调安装圈2-3的内侧壁设置有凸起的导向滑块2-5，导向滑块2-5与导向槽2-6滑动配合；其中一个导向槽2-6内设置有沿其长度方向的固定齿条，与其配合的导向滑块2-5一侧设置有与固定齿条啮合的轴向调节齿轮，轴向调节齿轮驱动连接有轴向进给电机，用于通过轴向进给电机驱动轴调节齿轮旋转，以驱动可调安装圈2-3沿定子内壳2-1轴向进给运动。
39.该技术方案进一步优化了可调线圈绕组的结构及其与相应的定子结构设计，达到轴向进给的优化控制，具体的在定子内壳外侧壁沿轴向设置导向槽，在可调安装圈内侧设置导向滑块，通过导向滑块与导向槽的滑动配合，令可调安装圈在轴向滑动时，可以得到周向的限位，防止偏移转动，以便适应感应发电的工作方式。
40.参考图5，图5为图4中定子组件其中一侧的局部结构放大示意图。
41.进一步的在其中一个导向槽内设置沿其长度方向的固定齿条2-12，在与其配合的导向滑块一侧设置齿轮，齿轮配合连接电机驱动，通过电机输出转动驱动轴向调节齿轮的旋转，在与其配合的固定齿条的作用下，带动可调安装圈的轴向进给，该轴向进给动作控制结构操控稳定，实施简单，且便于自动化控制，方便根据工作情况下的水流情况随时调整可调线圈绕组的轴向位置。
42.本实施例提供的技术方案中，可调线圈绕组包括多个沿圆周安装于可调安装圈2-3内侧壁的可调线圈单元2-4，每个可调线圈单元2-4包括闭合环状的线圈以及安装固定线圈的安装板2-9，可调线圈单元2-4连接有径向距离调节结构，用于调节可调线圈单元2-4与转子组件3之间的径向距离。
43.在上述实施例可调线圈绕组轴向位置可调基础上，进一步通过径向距离的调节优化转子与定子之间磁通量可调节的范围与调节指标；设置径向距离调节结构，令可调线圈绕组距离转子永磁体之间的径向距离也能够进行调整，能够进一步的改变永磁体与线圈绕组之间的感应磁特征，能够获得更大的磁特征调节范围，做到适配水流情况提供更完善的发电组件工况参数的调整，如在水流量小压力低时，减小磁通阻力，在水流量大水压高时提升磁通阻力，既能够达到发电量的优化、发电平均值的稳定，也能够适应性的对管路内流量情况作出调节，如通过对水流阻力的调节降低水压保证管路安全。
44.参考图6，图6为图1中具有调流调压功能的输水管路发电装置的定子组件中可调线圈绕组的内部结构示意图。
45.本实施例提供的技术方案中，径向距离调节结构包括设置于可调安装圈2-3外缘、与可调安装圈2-3同轴可旋转配合的环状齿圈2-7，还包括与环状齿圈2-7配合的齿轮螺杆2-8，齿轮螺杆2-8的齿轮侧与环状齿圈2-7啮合，其螺杆侧与安装板2-9中部的螺纹孔螺纹配合，通过环状齿圈2-7的旋转驱动齿轮螺杆2-8，通过齿轮螺杆2-8的旋转驱动可调线圈单元沿定子组件2的径向进给。
46.该设计优化了可调线圈绕组的径向调节的具体结构，提供一种简单可实现的径向调解方案。通过环状齿圈的转动驱动齿轮螺杆的旋转，通过与安装板之间的螺纹配合，从而达到控制安装板及其上所固定的线圈径向进给的效果，该设计结构简洁，控制效果良好，
47.在上述实施例结构的基础上进一步的：可调安装圈2-3侧壁安装有径向调节电机2-11，径向调节电机2-11通过输出齿轮与环状齿圈2-7旋转驱动配合。通过径向调节电机输
出驱动环状齿圈的旋转运动，便于实现自动化的调节控制，便于远程及反馈控制的实现。
48.本实施例提供的技术方案中，可调安装圈2-3的内侧在每个安装板2-9的位置均设置有导向柱，安装板2-9对应位置设置有与导向柱滑动配合的滑孔2-10，通过导向柱与滑孔2-10的配合对安装板2-9限位，保证其径向进给运动。主要是针对可调线圈绕组的径向进给调节给出了一种保证线圈绕组进给方向的设计，通过在可调安装圈内侧设置导向柱实现，导向柱沿装置整体的径向，即平行于安装板的径向进给方向，在安装板上设置滑孔，导向柱穿过滑孔，通过二者的配合对每个可调绕组单元进行径向进给的限位，避免其误移动。
49.本实施例提供的技术方案中，转子壳3-1的入口端设置有导流盘结构4，用于将水流均匀引导至转子壳3-1的内侧壁的转子叶片3-3位置，导流盘结构4包括锥状的导流头4-1和均匀分布于导流头4-1外缘的分水叶片4-2，导流头4-1的尖端朝向水流来水侧。
50.该设计针对发电机的管状结构进行适应性的优化，确保水流对转子组件旋转的推力，在转子壳的水流入口端中心区域设置导流盘结构，通过其中部的锥状或类锥状的导流头将来水向外周均匀分散，从而确保水流优先通过转子壳内侧壁转子叶片位置，避免当来水的水流量小时，水流仅通过转子壳内的局部区域而不足以推动转子叶片驱动转子旋转，该结构能够有效确保管壳状发电机的正常运行。
51.本实施例提供的技术方案中，发电机壳体1的两端设置有轴向延长的延伸部1-2，延伸部1-2的端头设置有对接管口结构1-3，用于与上下游管路对接固定。针对输水管状发电机的应用环境对其结构进行优化，在发电机壳体的两侧设置对接管口结构，以便直接安装于输水管路中，或替换管路中的一段，该设计对管路具有普遍适配性，确保安装便捷更换方便。
52.本实施例提供的技术方案中，发电机壳体1上设置有用于集成固定线圈绕组2-2、可调线圈绕组各自接头的电控盒1-1，电控盒1-1还设置有与径向调节电机、轴向进给电机控制连接的电机控制器。该设计优化了发电机的电路控制结构设计，具体的电控盒还可集成设置相应的发电机组的常规电控元件，集成于发电机壳体外统一位置方便进行操作维修。
53.本实施例提供的技术方案中，转子叶片3-3与转子壳之间通过连接轴3-4可调角度连接，连接轴3-4的基部均连接有角度控制机构，用于根据水流情况改变转子叶片3-3的角度。
54.该设计优化了转子组件中的转子叶片的设计，令转子对管路内通过的水流具有更加可控的干涉效果。其对转子叶片角度的控制实质上与转子定子之间的磁通量调整具有相似的原理，对叶片角度的调整更加直接的可以对转子壳对水流的阻力进行调整，更加直接的获得对水流压力调整的效果。
55.本实施例提供的技术方案中，转子壳3-1内设置有水压传感器，电控盒1-1内设置有主控模块，水压传感器和电机控制器均与与主控模块控制连接，转子壳3-1还感应连接有转速感应器，转速感应器与主控模块连接。通过水压及转速的感应，获得发电装置管路内的水压及转速转速信息，结合预先设置的转子壳管径、转子的旋转阻力(通过线圈绕组相对永磁体组的位置信息以获得)以及管壳内标准压力流量参考信息等参数，主控模块可以直接通过计算获得管路内的实时流量，起到流量计的功能，并能够通过流量及压力信息反馈控制电机控制器，进行更精准的调控，以此获得适应当前水流情况下的最优发电功率，同时对
管壳内的水压进行更精准的调控，提升水网管路安全性。
56.虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。