本發(fā)明涉及微型發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用中等直徑輸水管道中多余水頭進(jìn)行發(fā)電的新型內(nèi)聯(lián)閉式裝置，即一種內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)：
城市供水系統(tǒng)由水源、輸水管網(wǎng)和配水管網(wǎng)組成?，F(xiàn)實(shí)生活中，一些城市供水管網(wǎng)常因跑、冒、滴、漏等原因造成的大量水資源的浪費(fèi)。因此，利用在線監(jiān)控儀器和無線電傳輸裝置，加強(qiáng)對供水管網(wǎng)的監(jiān)測顯得非常重要。用以監(jiān)測城市供水管網(wǎng)的日常運(yùn)行，保證正常穩(wěn)定的供水，同時(shí)也可以避免管網(wǎng)原因造成的水資源的浪費(fèi)。通常這些設(shè)施必須具備方便可靠的電源供應(yīng)。但是由于有限的地下空間和電網(wǎng)的限制，為地下監(jiān)測系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源比較困難，特別是對于偏遠(yuǎn)低區(qū)或難于鋪設(shè)固網(wǎng)電源的市區(qū)管網(wǎng)。另一方面，這些設(shè)備通常只需要消耗很小的電量（低于100W）。供水管網(wǎng)為了保證城市供水系統(tǒng)的正常運(yùn)行，通常需要保證水管內(nèi)有一定的水頭。這種水流正是一種潛在的連續(xù)不斷的清潔能源，完全可以利用管網(wǎng)上多余的水頭轉(zhuǎn)化為動(dòng)能再進(jìn)行發(fā)電，變廢為寶，足以供應(yīng)遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備正常工作。與常規(guī)的水力發(fā)電機(jī)相比，利用管道內(nèi)的水流來發(fā)電必須滿足以下條件：1）不能破壞原有的管路系統(tǒng)；2）不可對供水系統(tǒng)造成污染；3）不會(huì)引起泄漏；4）不可造成太大壓頭損失（0.05Mpa以內(nèi)）；5）以及在相對較低的流速下運(yùn)作；6）安裝簡單方便，需要在較短的時(shí)間內(nèi)安裝完成。而現(xiàn)有技術(shù)無法同時(shí)滿足上述要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種利用輸水管道中多余水頭產(chǎn)生電力的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電機(jī)，可以克服現(xiàn)有技術(shù)上述不足。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電機(jī)，包括T型喉管、設(shè)于所述T型喉管內(nèi)的垂直渦輪水輪機(jī)以及通過所述垂直渦輪水輪機(jī)的輸出耦合驅(qū)動(dòng)設(shè)于所述T型喉管開口處的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力的傳動(dòng)軸；所述T型喉管包括第一管道和第二管道；所述T型喉管的所述第一管道的內(nèi)壁設(shè)有不銹鋼固定擋塊、活動(dòng)擋塊以及用于根據(jù)來流速度調(diào)整所述活動(dòng)擋塊開度的扭簧；所述垂直蝸輪水輪機(jī)包括蝸輪軸、與所述蝸輪軸固定連接的豎型柱狀柵欄式框架以及分別從所述柵欄式框架的多個(gè)柵柱向外延伸的多個(gè)彎曲葉片，所述蝸輪軸與所述傳動(dòng)軸通過聯(lián)軸器連接。其中，所述T型喉管的所述第一管道的軸線與所述第二管道的軸線相垂直。其中，所述T型喉管的所述第一管道的一側(cè)端口使用標(biāo)準(zhǔn)對接法蘭，另一側(cè)端口使用法蘭適配器。其中，所述T型喉管的所述第一管道的直徑為250mm，所述第二管道的直徑為100mm。其中，所述第一管道的管壁上與所述開口相對的位置上固定設(shè)有渦輪支撐座，所述渦輪支撐座上固定設(shè)有渦輪支撐軸，所述渦輪支撐軸的軸線與所述第二管道的軸線重合，所述垂直渦輪水輪機(jī)的蝸輪軸通過軸承活動(dòng)安裝于所述渦輪支撐軸上。其中，所述不銹鋼固定擋塊包括第一固定擋塊和第二固定擋塊；所述第一固定擋塊包括第一面、第二面以及斜面，所述第一固定擋塊的所述第一面固定設(shè)于所述第一管道的內(nèi)壁上；所述第二固定擋塊包括第三面、第四面以及弧面，所述第二固定擋塊的所述第三面固定設(shè)于所述第一管道的內(nèi)壁上，所述弧面起到引導(dǎo)水流的作用，使來流對渦輪形成二次沖擊；其中，所述第一固定擋塊和所述第二固定擋塊分別設(shè)于所述第一管道的內(nèi)壁的相對位置上。其中，所述活動(dòng)擋塊設(shè)于所述第一固定擋塊的所述第二面和所述斜面的交匯處。其中，所述扭簧的一側(cè)固定于所述第一固定擋塊的所述第二面上，另一側(cè)固定于所述活動(dòng)擋板上。其中，所述垂直渦輪水輪機(jī)的所述多個(gè)彎曲葉片的個(gè)數(shù)為12，每一個(gè)葉片的形狀完全一致且彎曲方向相同，并與所述垂直渦輪水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向一致，所述柵欄式框架為中空結(jié)構(gòu)。實(shí)施本發(fā)明內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電機(jī)的有益效果是：不但可利用輸水管道中多余水頭產(chǎn)生電力，而且所有部件可在工廠預(yù)裝完畢，工藝簡單，生產(chǎn)周期短，可減少整套系統(tǒng)安裝過程中對供水系統(tǒng)和路面交通造成的不利影響，易于安裝在城市供水管在線狹小的空間內(nèi)，適合于城市內(nèi)較低流速和中等直徑的水管中使用。附圖說明圖1為本發(fā)明內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電機(jī)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電機(jī)實(shí)施例中垂直軸渦輪的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電機(jī)實(shí)施例的剖面示意圖；圖4為本發(fā)明內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電機(jī)實(shí)施例的另一剖面示意圖；圖5為利用本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)聯(lián)式水力發(fā)電系統(tǒng)在不同的水流流速下計(jì)算得到的發(fā)電量的參考數(shù)據(jù)曲線。具體實(shí)施方式為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明，顯而易見地，下面描述僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些實(shí)施例獲得其他的實(shí)施例。本發(fā)明提供了一種利用中型水管的水流的部分動(dòng)能產(chǎn)生電力的內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電機(jī)，所得到電力可以應(yīng)用于送水管道的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)。如圖1至圖3所示，本發(fā)明提供的內(nèi)聯(lián)式水力發(fā)電機(jī)，包括T型喉管1、設(shè)于T型喉管1內(nèi)的垂直渦輪水輪機(jī)2以及通過垂直渦輪水輪機(jī)2的輸出耦合驅(qū)動(dòng)設(shè)于T型喉管1開口11處的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力的傳動(dòng)軸3；如圖1所示，T型喉管1包括第一管道12和第二管道13，且第一管道12的軸線與第二管道13的軸線相垂直，T型喉管1的第一管道12的直徑為250mm，第二管道13的直徑為100mm，第一管道12的一側(cè)端口使用標(biāo)準(zhǔn)對接法蘭，另一側(cè)端口使用法蘭適配器，采用法蘭適配器時(shí)可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，便于適應(yīng)現(xiàn)場情況進(jìn)行安裝。如圖2所示，垂直蝸輪水輪機(jī)2采用不銹鋼制成，包括蝸輪軸、與蝸輪軸固定連接的豎型柱狀柵欄式框架21以及分別從柵欄式框架21的多個(gè)柵柱22向外延伸的多個(gè)彎曲葉片23，蝸輪軸與傳動(dòng)軸3通過聯(lián)軸器連接。其中，垂直渦輪水輪機(jī)2的多個(gè)彎曲葉片23的個(gè)數(shù)為12，每一個(gè)葉片的形狀完全一致且彎曲方向相同，并與渦輪旋轉(zhuǎn)方向一致，12個(gè)葉片組成阻力型渦輪。柵欄式框架21為中空結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)有利于釋放渦輪中心軸的壓力，可以增加垂直蝸輪水輪機(jī)2出力，提高發(fā)電效率。如圖3所示，第一管道12的管壁上與開口11相對的位置上固定設(shè)有渦輪支撐座4，所述渦輪支撐座4上固定設(shè)有渦輪支撐軸41，渦輪支撐軸41的軸線與第二管道13的軸線重合。將垂直渦輪水輪機(jī)2的蝸輪軸通過軸承活動(dòng)安裝于渦輪支撐軸41上，可避免在中型管道和較大型管道上大流速下渦輪軸和傳動(dòng)軸3的變形，有利于提高內(nèi)聯(lián)式水力發(fā)電機(jī)的壽命。T型喉管1的第一管道12的內(nèi)壁設(shè)有不銹鋼固定擋塊5、活動(dòng)擋塊7以及用于根據(jù)來流速度調(diào)整所述活動(dòng)擋塊7開度的扭簧6。如圖4所示，不銹鋼固定擋塊5包括第一固定擋塊51和第二固定擋塊52；第一固定擋塊51包括第一面511、第二面512以及斜面513，第一固定擋塊51的第一面511固定設(shè)于第一管道12的內(nèi)壁上；第二固定擋塊52包括第三面521、第四面522以及弧面523，第二固定擋塊52的第三面521固定設(shè)于第一管道12的內(nèi)壁上，第二固定擋塊52的弧面523起到引導(dǎo)水流的作用，使來流對垂直渦輪水輪機(jī)2形成二次沖擊，提高發(fā)電效率。其中，第一固定擋塊51和第二固定擋塊52分別設(shè)于第一管道12的內(nèi)壁的相對位置上?；顒?dòng)擋塊7設(shè)于第一固定擋塊51的第二面512和斜面513的交匯處。扭簧6的一側(cè)固定于第一固定擋塊51的第二面512上，另一側(cè)固定于活動(dòng)擋板7上，扭簧6的大小選擇需要可根據(jù)管道內(nèi)的流體狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算和標(biāo)定。圖5為利用本發(fā)明的內(nèi)聯(lián)式水力發(fā)電系統(tǒng)在不同的水流流速下計(jì)算得到的發(fā)電量的參考數(shù)據(jù)曲線。垂直坐標(biāo)為本發(fā)明水輪發(fā)電機(jī)的模擬輸出功率。當(dāng)水流速度為1m/s時(shí)，最大輸出功率約為200W，當(dāng)水流速度達(dá)到3m/s時(shí)，最大輸出功率可達(dá)480W。此發(fā)電量足夠供應(yīng)一般水管監(jiān)測設(shè)備和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。消耗水壓在0.05Mpa之內(nèi)，不會(huì)對供水穩(wěn)定性有明顯影響。當(dāng)水流進(jìn)入T型喉管1的第一管道12內(nèi)時(shí)，水流的水動(dòng)能轉(zhuǎn)化為垂直蝸輪水輪機(jī)2的機(jī)械能，柵欄式框架21的多個(gè)柵柱22向外延伸的多個(gè)彎曲葉片23帶動(dòng)垂直蝸輪水輪機(jī)2繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，垂直蝸輪水輪機(jī)2帶動(dòng)傳動(dòng)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)通過法蘭盤裝在設(shè)于T型喉管1開口11處的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力。當(dāng)來流速度比較小即進(jìn)水壓力比較小時(shí)，由于扭簧6的作用，活動(dòng)擋塊7的開度也比較小，垂直蝸輪水輪機(jī)2利用此時(shí)的水流動(dòng)能轉(zhuǎn)化為自身的機(jī)械能，柵欄式框架21的多個(gè)柵柱22向外延伸的多個(gè)彎曲葉片23帶動(dòng)垂直蝸輪水輪機(jī)2繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)傳動(dòng)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，以使設(shè)于T型喉管1開口11處的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力。當(dāng)來流速度比較大即進(jìn)水壓力比較大時(shí)，在進(jìn)水壓力作用下，活動(dòng)擋塊7開度增大，使第一管道12通過水流的截面相應(yīng)變小，以釋放一部分的水動(dòng)能，防止過多的水流進(jìn)入垂直蝸輪水輪機(jī)2內(nèi)，此時(shí)垂直蝸輪水輪機(jī)2利用此時(shí)的水流動(dòng)能轉(zhuǎn)化為自身的機(jī)械能，柵欄式框架21的多個(gè)柵柱22向外延伸的多個(gè)彎曲葉片23帶動(dòng)垂直蝸輪水輪機(jī)2繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)傳動(dòng)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，以使設(shè)于T型喉管1開口11處的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力?；顒?dòng)擋塊7在進(jìn)水壓力作用下開度增大，使第一管道12通過水流的截面相應(yīng)變小，可避免由于垂直蝸輪水輪機(jī)2的轉(zhuǎn)速過大而導(dǎo)致彎曲葉片23或者傳動(dòng)軸3的損壞，從而保持彎曲葉片23的正常工作和足夠的電力輸出，延長內(nèi)聯(lián)式水力發(fā)電機(jī)的實(shí)用壽命。本發(fā)明使用的場合是中型管道和較大型管道，一般處在主干供水管道，對安裝時(shí)間有特別的限制。本發(fā)明內(nèi)聯(lián)閉式水力發(fā)電機(jī)的整套設(shè)備全部在工廠預(yù)裝完成，簡便方便，時(shí)間短，可以大大減少安裝過程中對供水穩(wěn)定和路面交通造成的不利影響。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。