專利名稱：內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水力發(fā)電技術(shù)，具體涉及一種方便安裝在食水或咸水管內(nèi)，利用管內(nèi)水的動(dòng)能和多余的水頭來發(fā)電的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在一個(gè)城市內(nèi)，食水和咸水(中水)供應(yīng)一般是通過復(fù)雜的地下水管網(wǎng)絡(luò)來分配給眾多建筑物使用。為確保食水和咸水供應(yīng)的可靠性，監(jiān)測(cè)地下管道的水流速、水壓和泄漏情況非常重要?？v使市面有不同的傳感器和儀器來測(cè)量水流速、水壓和泄漏情況，但有時(shí)要在管道沿線獲取連續(xù)和合適的電源供應(yīng)是十分困難的。一方面，雖然管網(wǎng)沿線可能有高壓供電電纜，但要從中獲取少量電力來供應(yīng)監(jiān)測(cè)設(shè)備無論在工程、安全、成本和管理上都有困難。另一方面，水管內(nèi)的水流正是一種清潔且連續(xù)不斷的能源，消耗部分水頭足以供應(yīng)監(jiān)測(cè)設(shè)備正常穩(wěn)定的工作。此外，在野外一些供水管網(wǎng)上存在多余的水頭，此水頭完全可以轉(zhuǎn)換 成電力供應(yīng)給檢測(cè)和野外照明等的應(yīng)用。與一般水力發(fā)電系統(tǒng)相比，利用水管內(nèi)的水流來發(fā)電要求不可對(duì)水(尤其是食水)造成污染、不會(huì)引起泄漏、不可造成太大壓頭損失、以及在相對(duì)較低的流速下運(yùn)作。利用水管內(nèi)的水流來發(fā)電的系統(tǒng)可分為非內(nèi)聯(lián)閉式和內(nèi)聯(lián)閉式兩類。非內(nèi)聯(lián)閉式系統(tǒng)需把現(xiàn)存的管道切除一部分，換上內(nèi)含水輪機(jī)的管道。此方法由于管道工程較復(fù)雜，所需工程空間較大和工程時(shí)間較長(zhǎng)，在人口稠密的城市內(nèi)進(jìn)行這樣的安裝工程會(huì)對(duì)行人和交通帶來不便。內(nèi)聯(lián)閉式系統(tǒng)只需在現(xiàn)存的管道上開洞并焊接上喉管，然后把水輪機(jī)插入便可。此方法由于管道工程較簡(jiǎn)單，所需工程空間較小和工程時(shí)間較短，特別適合在人口稠密的城市內(nèi)進(jìn)行安裝工程。由于在內(nèi)聯(lián)閉式系統(tǒng)中，水流方向與水輪機(jī)轉(zhuǎn)軸成90度，因此必須使用垂直軸渦輪設(shè)計(jì)。現(xiàn)有的垂直軸渦輪一般采用阻力型渦輪和升力型渦輪。兩種渦輪一般都應(yīng)用于開放式環(huán)境中。圖11所示為應(yīng)用于開放式環(huán)境中的阻力型(Savonius)渦輪的示意圖，如圖11所示，現(xiàn)有技術(shù)的阻力型渦輪具有一個(gè)框體，所述框體包括頂面81和底面82，頂面81和底面82之間具有固定于頂面81和底面82的二片半圓筒形葉片83，水流通過阻力型渦輪時(shí)推動(dòng)葉片83，使渦輪圍繞軸心84旋轉(zhuǎn)，輸出轉(zhuǎn)矩用于發(fā)電。這種傳統(tǒng)阻力型渦輪效率低，而且在開放式環(huán)境中如果葉片之間間隙過大或者葉片數(shù)目過多則會(huì)導(dǎo)致效率下降。關(guān)于升力型渦輪現(xiàn)有技術(shù)有應(yīng)用于閉式環(huán)境中的例子，例如美國(guó)NorthwestPowerPipe公司生產(chǎn)的內(nèi)聯(lián)閉式系統(tǒng)便采用了球式Gorlov升力型(lift-type)潤(rùn)輪,但是鑒于升力型渦輪與阻力型渦輪相比，升力型渦輪僅在流速較高、葉尖流速較大的情況下才能更好地將水的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，因此此系統(tǒng)需應(yīng)用在1200_直徑以上的管道，或水流流速達(dá)到3m/s以上的情況下才可有效地發(fā)電。但是，城市內(nèi)的地底水管一般直徑較小，水流流速低，所以此設(shè)計(jì)并不適用。因此，本領(lǐng)域需要提出一種可以在較低流速和較小直徑的水管中安裝的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一個(gè)利用水管內(nèi)的水流來發(fā)電的新型內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)，適合于城市內(nèi)較低流速和較小直徑的水管中使用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明提出一種內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)，裝設(shè)于具有開孔的管道，內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)包括聯(lián)接裝置，包括喉管，喉管固定于開孔處并與管道連通；動(dòng)力輸入裝置，包括垂直渦輪，本發(fā)明的垂直渦輪為球形多葉片中空渦輪，柵欄式框架以及自柵欄式框架的多個(gè)柵柱向外延伸出多個(gè)彎曲葉片，多個(gè)彎曲葉片的彎曲方向一致且與垂直渦輪的旋轉(zhuǎn)方向相反；垂直渦輪還具有自該柵欄式框架一端延伸出的傳動(dòng)軸，動(dòng)力輸入裝置穿過喉管置于管道中，水流推動(dòng)垂直渦輪旋轉(zhuǎn)，并將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力通過傳動(dòng)軸輸出；發(fā)電裝置，傳動(dòng)連接于傳動(dòng)軸，用于將傳動(dòng)軸的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。在本發(fā)明一實(shí)施例中，動(dòng)力輸入裝置還包括安裝在垂直渦輪上游的入口集流器，·入口集流器將水流導(dǎo)向垂直渦輪，入口集流器出水口的水流流速大于入水口水流的流速。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，入口集流器包括集流部和配合部，集流部具有沿管道方向的集流孔，集流孔的截面積沿管道中水流方向漸縮，配合部從集流部的一端垂直延伸出且呈與喉管內(nèi)側(cè)壁配合的弧形片狀。在本發(fā)明一實(shí)施例中，集流部的外圍設(shè)有用于密封入口集流器與管道之間間隙的密封材料。在本發(fā)明一實(shí)施例中，集流孔中設(shè)有用于引導(dǎo)水流的引導(dǎo)塊。在本發(fā)明一實(shí)施例中，引導(dǎo)塊為與集流孔內(nèi)壁面配合的月牙形，且豎直安裝在集流孔中。在本發(fā)明一實(shí)施例中，垂直渦輪為球形中空多葉結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明一實(shí)施例中，葉片的外緣為球面上的曲線，且該曲線相對(duì)于該柵柱的垂直平分線對(duì)稱。在本發(fā)明一實(shí)施例中，的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)還包括保護(hù)殼體，保護(hù)殼體設(shè)置于喉管中，保護(hù)殼體的一端具有與垂直渦輪配合的弧面，弧面上具有開口供傳動(dòng)軸穿過。在本發(fā)明一實(shí)施例中，內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)還包括充電裝置，充電裝置連接于發(fā)電裝置，充電裝置包括蓄電池，用于將發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)于蓄電池。在本發(fā)明一實(shí)施例中，內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)還包括固定防水裝置，固定防水裝置包括多個(gè)支撐柱和固定盤體，用于支撐和固定發(fā)電裝置。在本發(fā)明一實(shí)施例中，固定防水裝置還包括防水外殼和防水電纜固定頭，防水外殼包覆在多個(gè)支承柱和固定盤體的外圍，防水電纜固定頭設(shè)置于防水外殼的頂部，用于固定輸出發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能的電纜。在本發(fā)明一實(shí)施例中，充電裝置包括整流器，充電控制單元，充電控制單元在蓄電池充電已滿時(shí)將整流器的輸出端電連接至一分流負(fù)載。在本發(fā)明一實(shí)施例中，充電裝置還包括第一電壓監(jiān)測(cè)器和電流監(jiān)測(cè)器，第一電壓監(jiān)測(cè)器電連接于蓄電池并能夠在蓄電池的電壓低于一電壓預(yù)設(shè)值時(shí)發(fā)出電壓警報(bào)信號(hào)；電流監(jiān)測(cè)器電連接于整流器并能夠在整流器的輸出電流低于一電流預(yù)設(shè)值時(shí)發(fā)出電流警報(bào)信號(hào)。在本發(fā)明一實(shí)施例中，充電裝置還包括電連接于發(fā)電裝置的第二電壓監(jiān)測(cè)器，第二電壓監(jiān)測(cè)器在整流器的輸出電壓高于一電壓預(yù)設(shè)值發(fā)出電壓警報(bào)信號(hào)，并將整流器的輸出端連接到一減速負(fù)載以降低垂直渦輪的轉(zhuǎn)速。實(shí)施本發(fā)明提供的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)，適用于城市內(nèi)直徑較小以及水流流速較低的地下管道，應(yīng)用范圍廣泛，并不會(huì)對(duì)供水穩(wěn)定性造成明顯影響、功率可調(diào)、可以保證使用安全的效果。
圖I所示為本發(fā)明一實(shí)施例中內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)的組合示意圖，其中去除了防水外殼等外部構(gòu)件； 圖2所示為本發(fā)明一實(shí)施例中聯(lián)接裝置連接到管道的示意圖；圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中入口集流器裝設(shè)于管道的過程示意圖；圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中入口集流器和垂直渦輪已安裝到管道的示意圖；圖5所示為本發(fā)明垂直渦輪的示意圖；圖6所示為本發(fā)明垂直渦輪連接到法蘭盤的連接示意圖；圖7所示為本發(fā)明一實(shí)施例中動(dòng)力輸入裝置裝設(shè)于管道和聯(lián)接裝置內(nèi)另一角度的不意圖；圖8所示為本發(fā)明一實(shí)施例中內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)中對(duì)接法蘭盤以上部分的剖面圖；圖9所示為本發(fā)明一實(shí)施例中充電裝置的模塊圖；圖10為本發(fā)明一實(shí)施例中內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)在不同的水流流速下測(cè)得發(fā)電量和水壓降的示意圖；以及圖11為現(xiàn)有的一般阻力型渦輪的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出一個(gè)利用水管內(nèi)的水流來發(fā)電的新型內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)，可以應(yīng)用在城市內(nèi)直徑較小以及水流流速較低的地下管道。本發(fā)明的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)100是在管道200上開孔后裝設(shè)于管道200上。圖I所示為本發(fā)明一實(shí)施例中內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)100的組合示意圖，其中去除了防水外殼等外部構(gòu)件。在本發(fā)明一實(shí)施例中，內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)100包含聯(lián)接裝置I、動(dòng)力輸入裝置2、發(fā)電裝置3，以及固定防水裝置4。圖2所示在本發(fā)明一實(shí)施例系統(tǒng)中，聯(lián)接裝置I連接到管道200的示意圖。聯(lián)接裝置I包括喉管11和法蘭盤12，喉管11優(yōu)選為垂直于管道200設(shè)置(特殊情況下，也可以非垂直角度接入管道200)。在管道200上開一個(gè)直徑與管道200直徑一樣的開孔，喉管11的下端固定于管道200的開孔處，并與管道200連通，上端連接于法蘭盤12。喉管11的下端與管道200的連接方式優(yōu)選為密封焊接。法蘭盤12可以與喉管11 一體成型地連接，或者是通過焊接固定在一起。法蘭盤12的中心具有開口 121和呈環(huán)狀排列的多個(gè)連接孔122。圖I中，本發(fā)明動(dòng)力輸入裝置2包括入口集流器21和垂直渦輪22。圖3為本發(fā)明一實(shí)施例系統(tǒng)中的入口集流器21裝設(shè)于管道200的過程示意圖。圖4為本發(fā)明一實(shí)施例系統(tǒng)中入口集流器21和垂直渦輪22已安裝到管道200的示意圖。如圖3和圖4所示，入口集流器21具有一個(gè)中空柱狀的集流部211以及一個(gè)與喉管11配合的配合部212。集流部211具有集流孔2111，集流孔2111的方向優(yōu)選為沿著管道200方向，入口集流器21的出水口的水流流速大于入水口水流的流速，集流孔2111的截面積可以制作為沿著水流通過的方向呈現(xiàn)漸縮的趨勢(shì)來實(shí)現(xiàn)出水口的水流流速大于入水口水流的流速的效果，在本實(shí)施例中優(yōu)選在集流孔2111中設(shè)置引導(dǎo)塊2112，引導(dǎo)塊2112可以產(chǎn)生更好的集流效果，使水流更好地推動(dòng)渦輪22旋轉(zhuǎn)。引導(dǎo)塊2112為與中空柱狀的集流部211的內(nèi)壁面配合的月牙形塊體，且豎直安裝在集流孔2111中，以調(diào)整水流從出水口流出時(shí)的速度，但是本發(fā)明不以此為限。為減少水流在集流部211外圍與管道200的縫隙間流走，還可在集流部211的外圍捆上適量密封材料213 (見圖7)，例如硅膠帶，作填補(bǔ)之用。密封材料213不僅可以防止水流從集流部211的外圍流過，還可以用于支撐集流部211，以避免集流部211晃動(dòng)。
配合部212從集流部211的下游端朝向喉管11的方向垂直延伸出，配合部212形狀優(yōu)選為弧形片狀，以與喉管11的內(nèi)側(cè)壁配合。配合部212的長(zhǎng)度以不突出于喉管11為宜。入口集流器21可以不銹鋼或高強(qiáng)度聚合物制成。如圖3所示，在裝設(shè)入口集流器21時(shí)，先將入口集流器21從法蘭盤12的開口 121沿喉管11垂直裝入管道200中，在集流部211裝設(shè)于管道200中后，沿管道200向入水方向A的逆向推入，使配合部212抵接于喉管11的內(nèi)側(cè)壁。圖5所示為本發(fā)明一實(shí)施例中垂直渦輪22的上下倒置的示意圖，裝設(shè)時(shí)垂直渦輪22是垂直沿著喉管11裝設(shè)入管道200中。垂直渦輪22是一個(gè)以不銹鋼或高強(qiáng)度聚合物制成的中空帶有葉片222的渦輪，其具有一個(gè)柱形的柵欄式框架223，其下端敞開，而上端封閉。自柵欄式框架223的多個(gè)柵柱224向外延伸出多個(gè)彎曲葉片222，所述多個(gè)彎曲葉片222的彎曲方向一致且與渦輪22的旋轉(zhuǎn)方向相反，例如，若彎曲葉片222的彎曲方向是順時(shí)針，則渦輪22的旋轉(zhuǎn)方向是逆時(shí)針。在本實(shí)施例中，垂直渦輪22的整體形狀近似呈球形。各葉片222形狀完全相同，且葉片222的外緣為球面上的曲線，且該曲線相對(duì)于該柵柱的垂直平分線對(duì)稱。本實(shí)施例中，葉片222的數(shù)目為12片，但并不以此為限。相比于現(xiàn)有技術(shù)的阻力型渦輪，本發(fā)明的垂直中空多葉結(jié)構(gòu)使得垂直渦輪22在水流速較低時(shí)能產(chǎn)生較大的扭矩。垂直渦輪22還具有傳動(dòng)軸221，傳動(dòng)軸221從垂直渦輪22的上端伸出。圖6所示為本發(fā)明垂直渦輪連接到法蘭盤的連接示意圖。圖7所示為本發(fā)明一實(shí)施例中動(dòng)力輸入裝置2裝設(shè)于管道200和聯(lián)接裝置I內(nèi)另一角度的示意圖。如圖6和圖7所示，本發(fā)明內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電裝置(100)還包括保護(hù)殼體14，保護(hù)殼體14為環(huán)繞在傳動(dòng)軸221外圍的柱狀殼體，其軸線優(yōu)選為平行于傳動(dòng)軸221。保護(hù)殼體14的一端具有與垂直渦輪22外形一致的弧面141，在弧面141上具有直徑略大于傳動(dòng)軸221的開口 142供傳動(dòng)軸221穿過。保護(hù)殼體14可以阻止水流進(jìn)入喉管11內(nèi)，從而起到防止大量水流繞過垂直渦輪22而減低發(fā)電效能。在入口集流器21裝設(shè)于管道200之后，將圖6所示的組合整體通過法蘭盤12的開口 121伸入喉管11內(nèi)，并且使入口集流器21的配合部212卡設(shè)于喉管11內(nèi)側(cè)壁和上述保護(hù)殼體14之間，從而完成法蘭盤41以下部件相對(duì)于管道200的安裝定位。
入口集流器21可以將水的部分水壓轉(zhuǎn)化為水的動(dòng)能，使水流在逐漸縮小流道內(nèi)流動(dòng)時(shí)不停地加速，最終使得離開入口集流器21水的流速增加數(shù)倍。進(jìn)入入口集流器21的水流經(jīng)過引導(dǎo)塊2112的引導(dǎo)，水流以較快的速度直接沖向垂直渦輪22的葉片222，從而推動(dòng)垂直渦輪22旋轉(zhuǎn)，以把水流的直線動(dòng)能轉(zhuǎn)化成渦輪的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，通過傳動(dòng)軸221的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行輸出。圖8為本發(fā)明一實(shí)施例中內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)I的剖面圖。如圖I、圖7和圖8所示，本發(fā)明內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)100還包括固定防水裝置4。固定防水裝置4是一個(gè)以不銹鋼或高強(qiáng)度聚合物制成的結(jié)構(gòu)，包括對(duì)接法蘭盤41、與該對(duì)接法蘭盤41相對(duì)的固定盤體48、連接于對(duì)接法蘭盤41和固定盤體48之間的多個(gè)支撐柱42、防水外殼43和防水電纜固定頭44。對(duì)接法蘭盤41也具有連接孔，可以與喉管11的法蘭盤12上的連接孔122通過螺栓固定，其中保護(hù)殼體14穿過法蘭盤12的開口 121而與對(duì)接法蘭盤41抵接。在本發(fā)明一實(shí)施例中，傳動(dòng)軸221經(jīng)由中間軸221B穿過法蘭盤12的開口 121，并借助軸承47、聯(lián)軸器45等部件與發(fā)電裝置3傳動(dòng)連接，發(fā)電裝置3用于將傳動(dòng)軸221的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電裝置3的頂部固定于固定盤體48，多個(gè)支撐柱42的一端固定于對(duì) 接法蘭盤41，另一端固定于固定盤體48，以將發(fā)電裝置3穩(wěn)定地支撐于固定防水裝置4中。在本發(fā)明中，發(fā)電裝置3可以是一個(gè)直流無刷永磁發(fā)電機(jī),其能在高于500rpm的轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生足夠大的電壓來供應(yīng)后述的充電裝置5。鑒于發(fā)電機(jī)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的技術(shù)，在此不再贅述。固定防水裝置4同樣具有機(jī)械密封組件46，設(shè)置于鄰近對(duì)接法蘭盤41處，以防止管道200中的水進(jìn)入固定防水裝置4。本發(fā)明內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)100還包含充電裝置5 (圖I未示出)。圖9所示為說明本發(fā)明一實(shí)施例中充電裝置5邏輯結(jié)構(gòu)的模塊示意圖。充電裝置5設(shè)置于防水殼體43(圖8)的外部，通過防水電纜(圖未示)以及防水電纜固定頭44與發(fā)電裝置3電連接(圖8)。如圖9所示，充電裝置5由整流器58、充電控制單元51、蓄電池52、分流負(fù)載53、第一電壓監(jiān)測(cè)器54、電流監(jiān)測(cè)器55以及第二電壓監(jiān)測(cè)器56組成。蓄電池52優(yōu)選為密封式鉛酸蓄電池。發(fā)電裝置3與充電裝置5內(nèi)的整流器58連接，充電控制單元51連接于第一電壓監(jiān)測(cè)器54、用戶負(fù)載、蓄電池52和分流負(fù)載53,負(fù)責(zé)控制整流器58輸出的連接。若蓄電池52未充滿電，充電控制單元51將整流器58輸出端電性接到蓄電池52繼續(xù)進(jìn)行充電工作；若蓄電池52已充滿電，充電控制單元51把整流器的輸出端接到分流負(fù)載53把多余電能消耗掉，起到保護(hù)蓄電池52的作用。第一電壓監(jiān)測(cè)器54電連接于蓄電池52，并能夠在蓄電池52電壓低于一電壓預(yù)設(shè)值的時(shí)候發(fā)出電壓警報(bào)信號(hào)，電流監(jiān)測(cè)器55電連接整流器58，并能夠在整流器58的輸出電流低于一電流預(yù)設(shè)值的時(shí)候發(fā)出電流警報(bào)信號(hào)。另外，充電裝置5還包括電連接于整流器58的輸出端的第二電壓監(jiān)測(cè)器56，第二電壓監(jiān)測(cè)器56在整流器58輸出電壓高于一電壓預(yù)設(shè)值的時(shí)候發(fā)出電壓警報(bào)信號(hào),表不垂直潤(rùn)輪22轉(zhuǎn)速過快，第二電壓監(jiān)測(cè)器56便會(huì)立即把整流器58的輸出端接到減速負(fù)載57借此降低垂直渦輪22的轉(zhuǎn)速。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，在一實(shí)施例中，以不銹鋼作為渦輪和入口集流器的物料，在直徑IOOmm的管道200上焊接直徑IOOmm長(zhǎng)IOOmm的喉管11，所得到的平均發(fā)電量a和平均水壓降b如圖10所示。
一般地下食水管道內(nèi)水的流速介于O. 7-2. 5m/s，水壓介于O. 20-0. 80Mpa，水管直徑范圍為50-600mm。在直徑IOOmm的管道內(nèi)，若水流流速能維持平均I. 5m/s，系統(tǒng)將可產(chǎn)生平均88W的電力，足夠供應(yīng)一般水管監(jiān)測(cè)設(shè)備；本發(fā)明在I. 5m/s流速下消耗水壓小于
O.05Mpa,不會(huì)對(duì)供水穩(wěn)定性有明顯影響。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明適用于城市內(nèi)直徑較小以及水流流速較低的地下管道，例如直徑50mnT600mm的管道，應(yīng)用范圍廣泛；2、本發(fā)明低水流速下消耗水壓小(例如在I. 5m/s流速下消耗水壓小于O. 05Mpa),不會(huì)對(duì)供水穩(wěn)定性造成明顯影響；3、為確保系統(tǒng)消耗的水壓維持在合理水平，本發(fā)明可以通過把入口集流器的開口截面形狀和大小進(jìn)行調(diào)整，來提高或降低系統(tǒng)能產(chǎn)生的電功率，管道越大，系統(tǒng)能產(chǎn)生的電力功率就越多，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過配置適當(dāng)?shù)陌l(fā)電裝置和充電控制系統(tǒng)的規(guī)格調(diào)整想要的功率；4、本發(fā)明在充電裝置上加裝了電壓和電流監(jiān)測(cè)器，能夠有效地保護(hù)上述內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電裝置的使用安全。雖然已參照幾個(gè)典型實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實(shí)施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)崱べ|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例不限于任何前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)(100)，裝設(shè)于具有開孔的管道(200)，其特征在于，所述內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)(100)包括 聯(lián)接裝置(I)，包括固定于所述開孔處并與所述管道(200)連通的喉管(11)； 動(dòng)力輸入裝置(2)，包括垂直渦輪(22)，所述垂直渦輪(22)具有柱形的柵欄式框架(223)以及自所述柵欄式框架(223)的多個(gè)柵柱(224)向外延伸出的多個(gè)彎曲葉片(222)，所述多個(gè)彎曲葉片(222)的彎曲方向一致且與所述垂直渦輪(22)的旋轉(zhuǎn)方向相反；所述垂直渦輪(22)還具有自該柵欄式框架一端延伸出的傳動(dòng)軸(221)，所述動(dòng)力輸入裝置(2)穿過所述喉管(11)置于所述管道(200)中，水流推動(dòng)所述垂直渦輪(22)旋轉(zhuǎn)，并將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力通過所述傳動(dòng)軸(221)輸出； 發(fā)電裝置(3)，傳動(dòng)連接于所述傳動(dòng)軸(221)，用于將所述傳動(dòng)軸(221)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述動(dòng)力輸入裝置(2)還包括安裝在所述垂直渦輪(22)上游的入口集流器(21)，所述入口集流器(21)將水流導(dǎo)向所述垂直渦輪(22)，所述入口集流器(21)出水口的水流流速大于入水口水流的流速。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述入口集流器(21)包括集流部(211)和配合部(212)，所述集流部(211)具有沿所述管道(200)方向的集流孔(2111)，所述集流孔(2111)的截面積沿管道(200)中水流方向漸縮，所述配合部(212)從所述集流部(211)的一端垂直延伸出且呈與喉管(11)內(nèi)側(cè)壁配合的弧形片狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述集流部(211)的外圍設(shè)有用于密封所述入口集流器(21)與所述管道(200)之間間隙的密封材料(213)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述集流孔(2111)中設(shè)有用于引導(dǎo)水流的引導(dǎo)塊(2112)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述引導(dǎo)塊(2112)為與所述集流孔(2111)內(nèi)壁面配合的月牙形，且豎直安裝在所述集流孔(2111)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述垂直渦輪(22)為球形中空多葉結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述葉片(222)的外緣為球面上的曲線，且該曲線相對(duì)于該柵柱的垂直平分線對(duì)稱。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)(100)還包括保護(hù)殼體(14)，所述保護(hù)殼體(14)設(shè)置于所述喉管(11)中，所述保護(hù)殼體(14)的一端具有與所述垂直渦輪(22)配合的弧面(141)，所述弧面(141)上具有開口(142)供所述傳動(dòng)軸(221)穿過。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)(100)還包括連接于所述發(fā)電裝置(3)的充電裝置(5)，所述充電裝置(5)包括蓄電池(52)、整流器(58)以及充電控制單元(51)，所述充電裝置(5)用于將所述發(fā)電裝置(3)產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)于所述蓄電池(52)，所述充電控制單元(51)在所述蓄電池(52)充電已滿時(shí)將所述整流器(58)的輸出端電連接至一分流負(fù)載(53)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)(100)還包括固定防水裝置(4)，所述固定防水裝置(4)包括多個(gè)支撐柱(42)和固定盤體(48)，用于支撐和固定所述發(fā)電裝置(3)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述固定防水裝置(4)還包括防水外殼(43)和防水電纜固定頭(44)，所述防水外殼(43)包覆在所述多個(gè)支承柱(42)和所述固定盤體(48)的外圍，所述防水電纜固定頭(44)設(shè)置于所述防水外殼(43)的頂部，用于固定輸出所述發(fā)電裝置(3)產(chǎn)生的電能的電纜。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述充電裝置(5)還包括第一電壓監(jiān)測(cè)器(54)和電流監(jiān)測(cè)器(55)，所述第一電壓監(jiān)測(cè)器(54)電連接于所述蓄電池(52)并能夠在所述蓄電池(52)的電壓低于一電壓預(yù)設(shè)值時(shí)發(fā)出電壓警報(bào)信號(hào)；所述電流監(jiān)測(cè)器(55)電連接于所述整流器(58)并能夠在所述整流器(58)的輸出電流低于一電流預(yù)設(shè)值時(shí)發(fā)出電流警報(bào)信號(hào)，所述充電裝置(5)還包括電連接于所述發(fā)電裝置(3)的第二電壓監(jiān)測(cè)器(56)，所述第二電壓監(jiān)測(cè)器(56)在所述整流器(58)的輸出電壓高于一電壓預(yù)設(shè)值發(fā)出電壓警報(bào)信號(hào)，并將所述整流器(58)的輸出端連接到一減速負(fù)載(57)以降低所述垂直渦輪(22)的轉(zhuǎn)速。
全文摘要
一種適用于封閉環(huán)境中的內(nèi)聯(lián)式水力發(fā)電系統(tǒng)(100)，裝設(shè)于具有開孔的管道(200)，所述內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電系統(tǒng)包括聯(lián)接裝置(1)、動(dòng)力輸入裝置(2)和發(fā)電裝置(3)。聯(lián)接裝置包括固定于開孔處并與管道連通的喉管(11)。動(dòng)力輸入裝置包括垂直渦輪(22)，垂直渦輪為球形多葉片中空渦輪，具有柱形的柵欄式框架以及自柵欄式框架的多個(gè)柵柱向外延伸出的多個(gè)彎曲葉片(222)，葉片的彎曲方向一致且與垂直渦輪的旋轉(zhuǎn)方向相反；垂直渦輪還具有自柵欄式框架一端延伸出的傳動(dòng)軸(221)，動(dòng)力輸入裝置穿過喉管置于管道中，水流推動(dòng)垂直渦輪旋轉(zhuǎn)，并將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力通過傳動(dòng)軸輸出。發(fā)電裝置傳動(dòng)連接于傳動(dòng)軸，用于將傳動(dòng)軸的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。本發(fā)明可以在較低流速和較小直徑的水管中安裝發(fā)電。
文檔編號(hào)H02J7/14GK102913366SQ20121027126
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者楊洪興, 陳建 申請(qǐng)人:香港理工大學(xué)