CN106958505A - 叶轮增压稳速发电机及管道发电装置 - Google Patents

Abstract

一种叶轮增压稳速发电机及管道发电装置，涉及发电技术领域，该叶轮增压稳速发电机包括依次间隔排列的导流板、可转动的叶轮，以及由转子和定子组成的发电组件，导流板开设有多个第一导流孔，每个第一导流孔的长度方向朝向叶轮的一个叶片，叶轮转动时带动转子转动，转子转动时与定子发生电磁感应，该叶轮增压稳速发电机能够在较小的流体动能作用下自动发电，且发电效率高。本发明实施例的管道发电装置包括供流体流动的管道和叶轮增压稳速发电机，导流板和叶轮设置于管道内，叶轮的轴线与管道的轴线平行或重合，该管道发电装置能够在管道内流体的作用下，自动发电，发电效率高，可专门为管道各类用电设备和储电设备供电。

Description

叶轮增压稳速发电机及管道发电装置

技术领域

本发明涉及发电技术领域，具体而言，涉及一种叶轮增压稳速发电机及管道发电装置。

背景技术

目前，国内各管道压力能量未被利用，特别是输油、输气管道有高中低力管网，有着巨大的能量，有待开发利用，叶轮发电机将利用管道内的流体的压力和流量发电，可为用电设备或储电设备供电，并可用于测量管道流体流量、压力和温度等参数的管道电子仪表，例如监测石油输送管道、天然气输送管道、自来水输送管道仪表(比如流量计、压力传感器、水质监测、泄漏报警设备等)，通常使用无线的工作方式来传送测量数据。由于输送管道通常处于偏远地区而缺少电力的环境，所以电子仪表通常采用线缆通信外接供电或单纯使用电池供电。但这两种办法都有不足的地方：设置线缆需铺设通信和供电两个线路，不仅增加设备费用，而且施工费用高、现场布线不便，维修费用也较高。电池有一定的使用寿命周期，所以每隔一段时间就需要更换新电池，这不但花费电池成本，也需要花费劳力成本频繁更换电池，而且每个管道监测系统中的测量仪表数量通常都很多，这使得电池的使用成本更加高昂。尤其是燃气管道的泄漏报警设备涉及到安全性的重大问题，实现那些暂时无法供电区域内的电子仪表系统自供电或自充电的发电设备显得尤为必要。

解决自供电或自充电的方式首选发电机，发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备。发电机的种类有很多种，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律，一般都是由定子、转子和机座三部分组成。发电机从原理上分为同步发电机、异步发电机、单相发电机、三相发电机；从产生方式上分为汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机、汽油发电机等；从能源上分为火力发电机、水力发电机、风能发电机等。目前虽然也有用于提供电能的管道发电机，主要是将整套发电机装在管道内，利用流体流动的动能进行发电，但是当管道内的流体流动量、压力很小时，流体动能很低，很难推动管道内的发电机进行发电，因此处于管道环境中的普通发电机在非常情况下无法正常发电。

针对上述问题，需要一种能够在非常情况下给管道上的电子仪表供电或充电的发电设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种叶轮增压稳速发电机，其能够在较小的流体动能作用下自动发电，且发电效率高。

本发明的另一目的在于提供一种管道发电装置，其能够在管道内流体的作用下自动发电，发电效率高，可专门为各类用电设备和储电设备供电。

本发明的实施例是这样实现的：

一种叶轮增压稳速发电机，其包括依次间隔排列的导流板、可转动的叶轮，以及由转子和定子组成的发电组件，导流板开设有多个第一导流孔，每个第一导流孔的长度方向朝向叶轮的一个叶片，叶轮转动时带动转子转动，转子转动时与定子发生电磁感应。

在本发明较佳的实施例中，上述叶轮增压稳速发电机还包括加热设备，加热设备和叶轮分别位于导流板的两侧。

在本发明较佳的实施例中，上述叶轮还包括固定设置于叶片外圆周的轮圈，轮圈的外圆周设置有多个导流条，导流条相对轮圈的轴线倾斜设置。

在本发明较佳的实施例中，上述导流板还开设有多个第二导流孔，每个第二导流孔的长度方向朝向一个导流条。

在本发明较佳的实施例中，上述叶轮与转子通过转子轴连接。

一种管道发电装置，其包括供流体流动的管道和上述的叶轮增压稳速发电机，导流板和叶轮设置于管道内，叶轮的轴线与管道的轴线平行或重合。

在本发明较佳的实施例中，上述导流板的外圆周与管道的内壁固定连接。

在本发明较佳的实施例中，上述叶轮和转子通过固定支架架设于管道内。

在本发明较佳的实施例中，上述管道发电装置还包括用于对流体进行加热的加热设备，加热设备和叶轮位于导流板的两侧。

在本发明较佳的实施例中，上述加热设备固定于管道内或管道外。

本发明实施例的有益效果是：本发明实施例的叶轮增压稳速发电机包括依次间隔排列的导流板、可转向的叶轮，以及由转子和定子组成的发电组件，导流板开设有多个第一导流孔，每个第一导流孔的长度方向朝向叶轮的一个叶片，叶轮转动时带动转子转动，转子转动时与定子发生电磁感应，该叶轮增压稳速发电机能够在较小的流体动能作用下自动发电，且发电效率高。本发明实施例的管道发电装置包括供流体流动的管道和叶轮增压稳速发电机，导流板和叶轮等设置于管道内，叶轮的轴线与管道的轴线平行或重合，该管道发电装置能够在管道内流体的作用下自动发电，发电效率高，可专门为各类用电和储电设备供电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的一种叶轮增压稳速发电机的分解结构示意图；

图2为图1中叶轮的结构示意图；

图3为本发明第二实施例提供的一种管道发电装置的结构示意图；

图4为图3中叶轮的结构示意图。

图标：100-叶轮增压稳速发电机；110-加热设备；120-导流板；121-第一导流孔；122-导流子板；130-叶轮；131-叶片；132-轮圈；141-转子；142-定子；151-转子轴；152-固定支架；200-管道发电装置；210-加热设备；220-导流板；230-叶轮；231-叶片；232-轮圈；241-转子；242-定子；300-管道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参照图1所示，本实施例提供一种叶轮增压稳速发电机100，其包括加热设备110，依次间隔排列的导流板120、可转动的叶轮130，以及由转子141和定子142组成的发电组件，加热设备110和叶轮130分别位于导流板120的两侧，加热设备110用于对流经的流体进行加热，使其膨胀，导流板120开设有多个第一导流孔121，每个第一导流孔121的长度方向朝向叶轮130的一个叶片131。导流板120设置有加热设备110的一侧的流体经过加热设备110加热膨胀，与导流板120另一侧的流体产生压力差，在压力差作用下，流体会由导流板120设置加热设备110的一侧快速通过第一导流孔121，在第一导流孔121的导向作用下，集中朝位于导流板120另一侧的叶轮130的叶片131流动，从而推动叶轮130转动。叶轮130再通过传动齿轮、传动带和传动轴等固定传动方式或通过磁力传动方式带动转子141转动，转子141转动时与定子142发生电磁感应，从而发电。本实施例中，叶轮130与转子141通过转子轴151连接，叶轮130、转子轴151同轴设置。

本实施例中，加热设备110用于提供增压功能，具体是采用电加热、热水加热、风电电加热、光伏电加热、太阳能水加热、蒸汽加热或空气加热的设备，只要能实现对流体加热即可，在能源比较贫乏的地区，优选为电加热，尤其可采用发电得到的电能进行加热，无需另外设置设备或过多的线路。

本实施例中，叶轮130可以为纯叶片结构，这种结构不仅能减小叶轮130重量，减小流体推动叶轮130时的动能损耗，而且不妨碍流体通过，叶轮130也可以为普通叶轮结构。参见图2所示，本实施例中的叶轮130是由轮圈132和多片绕转子轴151呈放射状布置的叶片131组成，每片叶片131均倾斜设置，以便在流体作用下转动。

本实施例中，第一导流孔121的形状不作限定，但第一导流孔121的长度方向要与叶轮130的叶片131对应，以保证流体流经第一导流孔121，作用于叶轮130的叶片131时，能够产生扭矩，推动叶轮130转动。通常而言，第一导流孔121的长度方向与叶轮130的转动轴不平行，在空间上相交即可，且多个第一导流孔121的偏转方向基本保持一致，在流体流速相同时，通过第一导流孔121的流体均匀作用于叶轮130，保证流体动能转化成电能的转化率高，发电效率高。

本实施例通过第一导流孔121实现调速功能，具体结构为：导流板120由两片对应开孔的导流子板122叠合组成，对应开孔连通形成第一导流孔121，其中一片导流子板122固定，另一片导流子板122可转动，也可两片导流子板122可同时转动。当流体的流量数据和转子141的转速数据传送给流量数据处理模块，模块计算出所需导第一导流孔121的开度后，自动控制调整导流孔的开度，从而调整转速。通过旋转导流子板122，调节两片导流子板122的对应开孔的重叠面积，实现第一导流孔121开度的调节，两片导流子板122的对应开孔重叠面积越大，代表第一导流孔121的开度越大。为了实现导流子板122转动，可转动的导流子板122整体为磁性材料制成，或者其外圆周由磁性材料合成，可转动的导流子板122对应的管道外设置可转动的磁性转动件(磁圈或磁块等)，磁性转动件在流量和转速处理模块发出的信号下指挥移动，导流子板122间隔管道随磁性转动件的转动而跟着转动，从而调整第一导流孔121的开度，从而调整流量，来控制转速。也可以通过信号指令由电动设备调整可转动导流板调整导流板流量。

本实施例中，发电组件的具体结构为：转子141为永磁体，定子142为绕设于转子141外部的线圈，永磁体转动时，线圈切割永磁体周围的磁场，从而产生电流。

叶轮增压稳速发电机100的工作原理是：流体经过加热设备110加热膨胀，与导流板120另一侧的流体产生压力差，在压力差作用下，流体由导流板120设置加热设备110的一侧快速通过第一导流孔121，在第一导流孔121的导向作用下，集中朝位于叶轮130的叶片131流动，从而推动叶轮130转动，叶轮130转动时带动转子141转动，转子141转动时与定子142发生电磁感应，从而发电。

该叶轮增压稳速发电机100可以直接安装于管道上进行发电，同时也可以与调压、计量、输变电系统以及仪表、智能系统组合成集成发电系统，可安装在有压差的管道或无压差管道中发电。由叶轮增压稳速发电机100组成的发电系统，该发电系统主要适用于中、高压力的管道发电，能够产生较高的发电量，可为村镇、工业区、分输站、场站、等用电场所供电；也可用于低压管道发电。

第二实施例

请参照图3和图4所示，本实施例提供一种管道发电装置200，其包括供流体流动的管道300和叶轮增压稳速发电机，本实施例中的管道300为燃气管道，管道300内的流体为燃气，箭头群所指方向为燃气流动方向，即管300的轴线方向。

叶轮增压稳速发电机包括加热设备210，依次间隔排列的导流板220、可转动的叶轮230，以及由转子241和定子242组成的发电组件，加热设备210和叶轮230分别位于导流板220的两侧，加热设备210用于对管道300内的流体进行加热，使其膨胀，导流板220开设有多个第一导流孔，每个第一导流孔的长度方向朝向叶轮230的一个叶片231。导流板220和叶轮230设置于管道300内，导流板220的外圆周与管道300的内壁固定连接，叶轮230的轴线与管道300的轴线平行或重合，叶轮230可以与管道300同轴线方向安装，也可以通过从主管道上另接支管到专用发电集成设备上实现垂直于管道方向安装。管道300内的流体沿其轴线流动，首先经过加热设备210加热膨胀，与导流板220另一侧的气体产生压力差，在压力差作用下，气体会由导流板220设置加热设备210的一侧快速通过第一导流孔，在第一导流孔的导向作用下，集中朝位于导流板220另一侧的叶轮230的叶片231流动，从而推动叶轮230转动。叶轮230带动转子241转动，转子241转动时与定子242发生电磁感应，从而发电。

管道发电装置200的转子241在管道300内旋转，需要一定的流体流量和压力，也就是需要一定的流体动能来驱动，流体动能要能克服叶轮230、转子241的重力，以及转子241与定子242之间的磁阻力，才能转化成电能。一般情况下，管道发电装置200能够在管道300内流体的作用下带动叶轮230旋转，在压力和流量不足以带动叶轮230旋转时，可利用加热装置210和导流板220对流体进行加热增压，再利用增压推动叶轮230旋转。

本实施例中加热设备210可采用各种方式进行加热，具体的加热方法有电加热、水加热、风电加热、光伏加热、太阳能加热等方式。加热设备210可以固定于管道300内或管道300外，还可采用特制装置使流体通过密封且可承压和回形管或多路管，特制的管路经电热和热水加温后，使管内的流体受热臌胀后流向叶轮，从而驱动转子旋转。

参见图4所示，本实施例中的叶轮230包括叶片231，以及固定设置于叶片231外圆周的轮圈232，叶轮230的叶片231可转动，以调整叶片231的偏转角度。为了进一步增加叶轮230的旋转效率，使其在较小的流体流量下就能旋转，可以增大叶片131的受力面积，叶轮230与叶轮230外的管道300可根据压力情况外扩增大，使叶轮230的直径大于管道300的直径，以增大推力，这种叶轮230在管道300内的设置方法是：管道300的一段向外凸出形成鼓形的壳体，叶轮230设置于该壳体内，导流板220也可以设置于管道300扩张后的凸出的管体内。

本实施例一方面通过叶轮230提供稳速作用，具体是通过叶轮230变向实现控速：1、机械调速，受设定力距的控制，当叶轮230受力超出一定值时，根据受力值的大小，叶轮230的叶片231发生一定的角度偏转，当角度变化时，叶轮230的受力面积减小，因而叶轮230的旋转速度降低，当叶轮230受力低于一定值时，叶轮230的叶片231受机械弹力的影响，逐步恢复原状，从而增加受力面积，旋转速度加快。2、传感调速：通过设置转子241、叶轮230转速传感系统，和流体流量、压力的传感系统，将采集的数据经过程序的智能处理后，通过叶轮230的变向系统来控制叶轮230的叶片231的角度以调整受力面积，从而调整转子241速度，或通过其他方式来控制转子241的转速甚至停转。或者通过转速传感系统调速，具体是将转子241或叶轮230的转速数据传送到数据处理模块，经过程序处理调整流量控制器和调压器，控制流体的流量或压力，以达到调整转速、直至停转的目的。这样一来，叶轮230前的流体经加热设备210升温膨胀增压，局部产生压力差，以推动转子241旋转；通过导流板220上的第一导流孔集中管道300中流体的压力，使叶轮230的叶片231局部集中受力；通过增大驱动转子241转动的叶轮230的受力面来实现上述目的。

本实施例中叶轮230的轮圈232的外圆周还可以设置有多个导流条，导流条相对所述轮圈的轴线倾斜设置，对应的，导流板220还开设有多个第二导流孔，每个第二导流孔的长度方向朝向一个导流条。通过第二导流孔的流体均匀作用于外圆周的导流条，流体对叶轮230整体的扭矩增大，提高叶轮230的旋转效率。

安装该管道发电装置200时，可以采用将叶轮230与转子241设置于管道300内的方式，叶轮230与转子241可以通过转子轴151连接，叶轮230、转子轴151同轴设置。另外，还可以将传动部分的叶轮安装于管道内，叶轮230和定子242通过磁传动的方式，将动力间隔管道300传送于管道300外部，与管道300外部的各类发电机同步转动。可以采取定子242线圈安装于管道300外的方式，也可以将转子241、定子242全部安装于管道300内，本实施例中的加热设备210为电热丝，其缠绕于管道300外圈。

加热设备210和定子242可设置于管道300内，也可设置于管道300外，为了使加热设备210和定子242固定安装于管道300外部或内部，且不影响流体的流通，加热设备210可以为固定于管道300内或外，同时，为了将加热设备210固定于管道300外，导流板220的外圆周与管道300的内壁固定连接。本实施例的定子242置于管道300外，且定子242设置于管道300外部，由于定子242线圈位于管道300外，是在管道300外产生电流，保证管道300内流体的安全性，而且，定子242线圈位于管道300外，产生的电流无需破坏管道300壁面即可输出，保证管道300的密封性，避免管道300内流体泄露的隐患。

为了使叶轮230和转子241架设于管道300内，且不影响转动，叶轮230和转子241通过固定支架152安置于管道300内。本实施例中，固定支架152为圆盘式结构，固定支架152设置有使流体通过的流通孔，固定支架152的外圈与管道300的内壁固定连接，然后再通过转子轴151转动架设于固定支架152，转子轴151与固定支架152的贯穿处可以设置轴承，以减小转动阻力。

管道发电装置200的工作原理是：管道300内的流体沿其轴线流动，首先经过导流板220一侧的加热设备210加热膨胀，与导流板220另一侧的流体产生压力差，在压力差作用下，流体由导流板220设置加热设备210的一侧快速通过第一导流孔和第二导流孔，在第一导流孔和第二导流孔的导向作用下，集中朝位于导流板220另一侧的叶轮230的叶片231和导流条流动，从而推动叶轮230转动。叶轮230通过转子轴151带动转子241转动，转子241转动时与定子242发生电磁感应，从而发电。

综上所述，本发明实施例的叶轮增压稳速发电机能够在较小的流体动能作用下自动发电，且发电效率高；本发明实施例的管道发电装置能够在管道内流体的作用下自动发电，发电效率高，可专门为管道各类用电设备和储电设备供电。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种叶轮增压稳速发电机，其特征在于，其包括依次间隔排列的导流板、可转动的叶轮，以及由转子和定子组成的发电组件，所述导流板开设有多个第一导流孔，每个所述第一导流孔的长度方向朝向所述叶轮的一个叶片，所述叶轮转动时带动所述转子转动，所述转子转动时与所述定子发生电磁感应。

2.根据权利要求1所述的叶轮增压稳速发电机，其特征在于，所述叶轮增压稳速发电机还包括加热设备，所述加热设备和所述叶轮分别位于所述导流板的两侧。

3.根据权利要求1所述的叶轮增压稳速发电机，其特征在于，所述叶轮还包括固定设置于所述叶片外圆周的轮圈，所述轮圈的外圆周设置有多个导流条，所述导流条相对所述轮圈的轴线倾斜设置。

4.根据权利要求3所述的叶轮增压稳速发电机，其特征在于，所述导流板还开设有多个第二导流孔，每个所述第二导流孔的长度方向朝向一个所述导流条。

5.根据权利要求1所述的叶轮增压稳速发电机，其特征在于，所述叶轮与所述转子通过转子轴连接。

6.一种管道发电装置，其特征在于，其包括供流体流动的管道和如权利要求1所述的叶轮增压稳速发电机，所述导流板和所述叶轮设置于所述管道内，所述叶轮的轴线与所述管道的轴线平行或重合。

7.根据权利要求6所述的管道发电装置，其特征在于，所述导流板的外圆周与所述管道的内壁固定连接。

8.根据权利要求6所述的管道发电装置，其特征在于，所述叶轮和所述转子通过固定支架安置于所述管道内。

9.根据权利要求6所述的管道发电装置，其特征在于，所述管道发电装置还包括用于对流体进行加热的加热设备，所述加热设备和所述叶轮位于所述导流板的两侧。

10.根据权利要求9所述的管道发电装置，其特征在于，所述加热设备固定于所述管道内或管道外，所述加热设备与所述管道的内壁或外壁之间留有间距。