專利名稱：高層供暖系統(tǒng)用微型混流式水輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種中比轉(zhuǎn)速微型混流式水輪機(jī)，應(yīng)用于高層建筑采暖系統(tǒng)，將回水多余壓力差產(chǎn)生的勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，并通過(guò)主軸將其回饋給供暖系統(tǒng)的循環(huán)水泵，達(dá)到能量回收利用的目的。
背景技術(shù):
隨著我國(guó)城市化的快速發(fā)展，各地高層建筑不斷增多，尤其在我國(guó)北方地區(qū)，冬季采暖是高層建筑工程設(shè)計(jì)以及運(yùn)營(yíng)管理要考慮的重要問(wèn)題。供暖系統(tǒng)由熱源、熱媒傳輸管道和散熱設(shè)備組成，按熱源的連接方式不同，可分為有獨(dú)立熱源的采暖系統(tǒng)和高低區(qū)建筑直接連入城市供熱管網(wǎng)的直連采暖系統(tǒng)。常壓鍋爐采暖系統(tǒng)作為一種開(kāi)式系統(tǒng)，其運(yùn)行安全可靠，安裝方便，被廣泛應(yīng)用。但是其運(yùn)行過(guò)程中的能耗問(wèn)題一直為用戶所詬病，因?yàn)橄到y(tǒng)的循環(huán)泵不僅要克服系統(tǒng)的沿程及局部水力損失，還要增加相當(dāng)于建筑物高度的靜揚(yáng)程。為保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，系統(tǒng)回水必須用阻力調(diào)節(jié)閥門，節(jié)流減壓到3、4米水頭，之后進(jìn)入常壓鍋爐循環(huán)使用。與常壓鍋爐采暖系統(tǒng)情況相似，高層建筑高區(qū)管網(wǎng)與低區(qū)管網(wǎng)并聯(lián)，直接連入城市供熱管網(wǎng)的采暖系統(tǒng)。其循環(huán)水泵同樣要增加相當(dāng)于高區(qū)建筑物高度的靜揚(yáng)程，并在系統(tǒng)回水側(cè)用阻力調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)回水壓力，以達(dá)到與低區(qū)管網(wǎng)平衡運(yùn)行的目的。在以上兩種供暖系統(tǒng)中，回水管阻力調(diào)節(jié)閥門的使用不僅白白消耗了系統(tǒng)回水水頭產(chǎn)生的勢(shì)能，同時(shí)也加大了電能的消耗，故而經(jīng)年運(yùn)行，能耗較大。
發(fā)明內(nèi)容:
本發(fā)明提供了一種微型混流式水輪機(jī)，代替回水阻力調(diào)節(jié)閥，降低回水壓力的同時(shí)，將回水余壓所產(chǎn)生的勢(shì)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，回收反饋給系統(tǒng)循環(huán)泵，節(jié)省了電能的消耗。而且其安裝使用方便，高效簡(jiǎn)潔。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:高層供暖系統(tǒng)使用的微型混流式水輪機(jī)，包括進(jìn)水的金屬蝸殼、座環(huán)、負(fù)曲率導(dǎo)葉、低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片、上冠、下環(huán)、蓋板、軸承座、主軸、支墩、集水盤、錐形尾水管；主軸設(shè)置在軸承座上，軸承座設(shè)置在蓋板的上側(cè)中部，蓋板的下側(cè)鍵連接水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上冠，蓋板的端部通過(guò)螺栓固定連接座環(huán)，轉(zhuǎn)輪葉片均布在上冠和下環(huán)之間，下環(huán)一端與座環(huán)連接，另一端與錐形尾水管連接，座環(huán)的外側(cè)焊接金屬蝸殼；座環(huán)上焊接16 18個(gè)單列環(huán)形負(fù)曲率導(dǎo)葉。本發(fā)明的水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速介于100 m.KW至120 m.之間，其轉(zhuǎn)輪高度BO與轉(zhuǎn)輪進(jìn)水口直徑Dl的比值為0.1Γ0.13，轉(zhuǎn)輪出口直徑D2與轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑Dl的比值為0.7 0.8，轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)為17 19，其翼型彎曲角Θ在55°飛O。之間；本發(fā)明的水輪機(jī)負(fù)曲率導(dǎo)葉高度bO與轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑Dl的比值為0.1Γ 0.14，導(dǎo)葉出口的直徑D3與轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑的比值為f 1.15，導(dǎo)葉進(jìn)口直徑D4與轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑Dl的比值為1.2~1.35。本發(fā)明通過(guò)連軸器或者變速箱將微型水輪機(jī)主軸與系統(tǒng)循環(huán)泵相連接，水輪機(jī)可根據(jù)需要選擇臥式或是立式安裝方式，進(jìn)水管與高區(qū)供暖系統(tǒng)回水管連接，出水管段直接連入城市供熱管網(wǎng)或者系統(tǒng)總回水管中，該水輪機(jī)在削減高層回水壓力以確保采暖穩(wěn)定的同時(shí)，將回水勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而輔助驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵旋轉(zhuǎn)，減少了電機(jī)的電能消耗，達(dá)到了廢能循環(huán)再利用的目的。另外，在水輪機(jī)的進(jìn)水管段和出水管段之間保留回水阻力調(diào)節(jié)閥門，當(dāng)水輪機(jī)出現(xiàn)故障，打開(kāi)閥門，可確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。本發(fā)明適用于高層建筑常壓鍋爐采暖系統(tǒng)和高低區(qū)直連采暖系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，新穎獨(dú)特，節(jié)能高效，水輪機(jī)效率可達(dá)87%以上，確保了供暖系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也可作為供暖領(lǐng)域節(jié)能措施的有益實(shí)踐，有著光明的應(yīng)用前景，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益巨大。


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圖1是本發(fā)明水輪機(jī)的B-B向剖視結(jié)果示意圖。圖2是圖1的A-A向剖視圖。圖3是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪葉片示意圖。圖4是本發(fā)明應(yīng)用在高層建筑高低區(qū)直連供暖系統(tǒng)中的工作原理示意圖。圖5是本發(fā)明應(yīng)用在高層建筑常壓鍋爐采暖系統(tǒng)中的工作原理示意圖。圖中:1、金屬蝸殼；2、座環(huán)；3、蓋板；4、上冠；5、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片；6、負(fù)曲率導(dǎo)葉；
7、下環(huán)；8、軸承座；9、主軸；10、錐形尾水管；11、微型混流式水輪機(jī)；12、系統(tǒng)循環(huán)泵；13、回水阻力調(diào)節(jié)閥；14、連軸器；15、水輪機(jī)進(jìn)水管；16、水輪機(jī)出水管；17、高區(qū)供暖回水管；18、聞區(qū)供暖系統(tǒng)；19、系統(tǒng)總回水管。
具體實(shí)施方式
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如圖所示，此微型混流式水輪機(jī)，包括進(jìn)水的金屬蝸殼1、座環(huán)2、負(fù)曲率導(dǎo)葉6、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片5、上冠4、下環(huán)7、蓋板3、軸承座8、主軸9、錐形尾水管10 ;金屬蝸殼I與座環(huán)2通過(guò)焊接方法連接，座環(huán)2另一端上側(cè)與蓋板3固定連接，下側(cè)與錐形尾水管10通過(guò)螺栓固定連接，該水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪部件由上冠4、轉(zhuǎn)輪葉片5、下環(huán)7及主軸9構(gòu)成，轉(zhuǎn)輪葉片5通過(guò)焊接方法均勻分布在轉(zhuǎn)輪上冠4與下環(huán)7之間，轉(zhuǎn)輪上冠4與主軸9之間通過(guò)鍵傳遞力矩。主軸9通過(guò)軸承座8固定在蓋板3上，本發(fā)明微型混流式水輪機(jī)的16 18個(gè)單列環(huán)形導(dǎo)葉6通過(guò)焊接固定在座環(huán)2上。本發(fā)明的水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速介于100 m.KW至120 ΛΤ之間，其轉(zhuǎn)輪進(jìn)口高度BO與轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑Dl的比值為0.1Γ0.13，轉(zhuǎn)輪出口直徑D2與轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑Dl的比值為0.
0.8，轉(zhuǎn)輪葉片為17 19，其翼型彎曲角Θ在55°飛0°之間；本發(fā)明的水輪機(jī)負(fù)曲率導(dǎo)葉6高度bO與轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑Dl的比值為0.1Γ 0.14，導(dǎo)葉6出口的直徑D3與轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑的比值為廣1.15，導(dǎo)葉6進(jìn)口直徑D4與轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑Dl的比值為1.2 1.35。下面結(jié)合圖4和圖5說(shuō)明本發(fā)明在供暖系統(tǒng)的工作原理。圖4為本發(fā)明應(yīng)用在高層建筑高低區(qū)直連供暖系統(tǒng)中的工作原理示意圖。本發(fā)明水輪機(jī)11進(jìn)水管15與高區(qū)供暖系統(tǒng)18回水管17連接，出水管段16直接連入城市供熱管網(wǎng)；水輪機(jī)主軸9通過(guò)連軸器14與系統(tǒng)循環(huán)泵12連接。供暖系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，高區(qū)供暖回水17通過(guò)進(jìn)水蝸殼I進(jìn)入水輪機(jī)11，通過(guò)座環(huán)2、導(dǎo)葉6,到達(dá)轉(zhuǎn)輪部件,進(jìn)而推動(dòng)葉片5旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械能通過(guò)主軸9回饋給循環(huán)泵12，從而起到了輔助驅(qū)動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)了充分利用回水勢(shì)能的目的，也減少了電能消耗。同時(shí)在進(jìn)水管15與出水管16之間保留回水阻力調(diào)節(jié)閥門13，當(dāng)水輪機(jī)11遇到故障，可打開(kāi)閥門13，確保采暖系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。圖5本發(fā)明應(yīng)用在高層建筑常壓鍋爐采暖系統(tǒng)中的工作原理示意圖。本發(fā)明水輪機(jī)11進(jìn)水管15與高層建筑供暖系統(tǒng)18回水管17連接，出水管段16直接連入系統(tǒng)總回水管19 ;水輪機(jī)主軸9通過(guò)連軸器14與系統(tǒng)循環(huán)泵12連接。供暖系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，高區(qū)供暖回水17通過(guò)進(jìn)水蝸殼I進(jìn)入水輪機(jī)11，通過(guò)座環(huán)2、導(dǎo)葉6，到達(dá)轉(zhuǎn)輪部件，進(jìn)而推動(dòng)葉片5旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械能通過(guò)主軸9回饋給循環(huán)泵12，從而起到了輔助驅(qū)動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)了充分利用回水勢(shì)能的目的，也減少了電能消耗。同時(shí)在進(jìn)水管15與出水管16之間保留回水阻力調(diào)節(jié)閥門13，當(dāng)水輪機(jī)11遇到故障 時(shí)，可打開(kāi)閥門13，確保采暖系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種高層供暖系統(tǒng)用微型混流式水輪機(jī)11，包括進(jìn)水的金屬蝸殼1、座環(huán)2、負(fù)曲率導(dǎo)葉6、低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片5、上冠4、下環(huán)7、蓋板3、軸承座8、主軸9、錐形尾水管10，其特征在于:主軸9設(shè)置在軸承座8上，軸承座8設(shè)置在蓋板3的上側(cè)中部，蓋板3的下側(cè)鍵連接水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上冠4，蓋板3的端部通過(guò)螺栓固定連接座環(huán)2，轉(zhuǎn)輪葉片5均布在上冠4和下環(huán)7之間，下環(huán)7的一端與座環(huán)2連接，另一端與錐形尾水管10連接，座環(huán)2的外側(cè)焊接金屬蝸殼I ;座環(huán)2上焊接16 18個(gè)單列環(huán)形負(fù)曲率導(dǎo)葉6，比轉(zhuǎn)速介于100 m.KW至120 m.KW之間，其轉(zhuǎn)輪高度BO與轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑Dl的比值為0.11 0.13，轉(zhuǎn)輪出口直徑D2與轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑Dl的比值為0.7 0.8，轉(zhuǎn)輪葉片5數(shù)為17 19，其翼型彎曲角Θ在55°飛0°之間；本發(fā)明的水輪機(jī)負(fù)曲率導(dǎo)葉6高度b0與轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑Dl的比值為0.11 0.14，導(dǎo)葉6出口的直徑D3與轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑的比值為fl.15，導(dǎo)葉6進(jìn)口直徑D4與轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑Dl的比值為1.2 ^l.35ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高層供暖系統(tǒng)用微型混流式水輪機(jī)11，其特征在于:在水輪機(jī)11的進(jìn)水管段15和出水管 段16之間保留回水阻力調(diào)節(jié)閥門13。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于高層建筑供暖系統(tǒng)的微型混流式水輪機(jī)，將回水勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)循環(huán)泵起到輔助驅(qū)動(dòng)的作用。該水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速為100～120m.kw，其特征是將主軸設(shè)置在軸承座上，軸承座設(shè)置在蓋板的上側(cè)中部，蓋板的下側(cè)連接水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上冠，蓋板的端部通過(guò)螺栓固定連接座環(huán)，17～19個(gè)轉(zhuǎn)輪葉片均布在上冠和下環(huán)之間，下環(huán)的一端與座環(huán)連接，另一端與錐形尾水管連接，座環(huán)的外側(cè)焊接金屬蝸殼；座環(huán)上焊接16～18個(gè)單列環(huán)形負(fù)曲率導(dǎo)葉。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，新穎獨(dú)特，回水勢(shì)能得到了充分利用，有著光明的應(yīng)用前景，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益巨大。
文檔編號(hào)F03B13/00GK103225584SQ20131008691
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者鄭源, 謝堅(jiān), 曹婷 申請(qǐng)人:河海大學(xué), 南京河?？萍加邢薰?br>