專利名稱：高層供暖系統(tǒng)用微型混流式水輪機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種中比轉速微型混流式水輪機，應用于高層建筑采暖系統(tǒng)，將回水多余壓力差產(chǎn)生的勢能轉變?yōu)闄C械能，并通過主軸將其回饋給供暖系統(tǒng)的循環(huán)水泵，達到能量回收利用的目的。
背景技術:
隨著我國城市化的快速發(fā)展，各地高層建筑不斷增多，尤其在我國北方地區(qū)，冬季采暖是高層建筑工程設計以及運營管理要考慮的重要問題。供暖系統(tǒng)由熱源、熱媒傳輸管道和散熱設備組成，按熱源的連接方式不同，可分為有獨立熱源的采暖系統(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)作為一種開式系統(tǒng)，其運行安全可靠，安裝方便，被廣泛應用。但是其運行過程中的能耗問題一直為用戶所詬病，因為系統(tǒng)的循環(huán)泵不僅要克服系統(tǒng)的沿程及局部水力損失，還要增加相當于建筑物高度的靜揚程。為保證系統(tǒng)正常運行，系統(tǒng)回水必須用阻力調節(jié)閥門，節(jié)流減壓到3、4米水頭，之后進入常壓鍋爐循環(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于高區(qū)建筑物高度的靜揚程，并在系統(tǒng)回水側用阻力調節(jié)閥門調節(jié)回水壓力，以達到與低區(qū)管網(wǎng)平衡運行的目的。在以上兩種供暖系統(tǒng)中，回水管阻力調節(jié)閥門的使用不僅白白消耗了系統(tǒng)回水水頭產(chǎn)生的勢能，同時也加大了電能的消耗，故而經(jīng)年運行，能耗較大。
發(fā)明內容:
本發(fā)明提供了一種微型混流式水輪機，代替回水阻力調節(jié)閥，降低回水壓力的同時，將回水余壓所產(chǎn)生的勢能轉變成機械能，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，高效簡潔。為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術方案:高層供暖系統(tǒng)使用的微型混流式水輪機，包括進水的金屬蝸殼、座環(huán)、負曲率導葉、低比轉速水輪機轉輪葉片、上冠、下環(huán)、蓋板、軸承座、主軸、支墩、集水盤、錐形尾水管；主軸設置在軸承座上，軸承座設置在蓋板的上側中部，蓋板的下側鍵連接水輪機轉輪上冠，蓋板的端部通過螺栓固定連接座環(huán)，轉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)的外側焊接金屬蝸殼；座環(huán)上焊接16 18個單列環(huán)形負曲率導葉。本發(fā)明的水輪機比轉速介于100 m.KW至120 m.之間，其轉輪高度BO與轉輪進水口直徑Dl的比值為0.1Γ0.13，轉輪出口直徑D2與轉輪進口直徑Dl的比值為0.7 0.8，轉輪葉片數(shù)為17 19，其翼型彎曲角Θ在55°飛O。之間；本發(fā)明的水輪機負曲率導葉高度bO與轉輪進口直徑Dl的比值為0.1Γ 0.14，導葉出口的直徑D3與轉輪進口直徑的比值為f 1.15，導葉進口直徑D4與轉輪進口直徑Dl的比值為1.2~1.35。本發(fā)明通過連軸器或者變速箱將微型水輪機主軸與系統(tǒng)循環(huán)泵相連接，水輪機可根據(jù)需要選擇臥式或是立式安裝方式，進水管與高區(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，該水輪機在削減高層回水壓力以確保采暖穩(wěn)定的同時，將回水勢能轉化為機械能，從而輔助驅動循環(huán)泵旋轉，減少了電機的電能消耗，達到了廢能循環(huán)再利用的目的。另外，在水輪機的進水管段和出水管段之間保留回水阻力調節(jié)閥門，當水輪機出現(xiàn)故障，打開閥門，可確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。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)明結構簡單，新穎獨特，節(jié)能高效，水輪機效率可達87%以上，確保了供暖系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，同時也可作為供暖領域節(jié)能措施的有益實踐，有著光明的應用前景，經(jīng)濟和社會效益巨大。
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圖1是本發(fā)明水輪機的B-B向剖視結果示意圖。圖2是圖1的A-A向剖視圖。圖3是本發(fā)明的轉輪葉片示意圖。圖4是本發(fā)明應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、水輪機轉輪葉片；6、負曲率導葉；
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；12、系統(tǒng)循環(huán)泵；13、回水阻力調節(jié)閥；14、連軸器；15、水輪機進水管；16、水輪機出水管；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。
具體實施方式
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如圖所示，此微型混流式水輪機，包括進水的金屬蝸殼1、座環(huán)2、負曲率導葉6、水輪機轉輪葉片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通過焊接方法連接，座環(huán)2另一端上側與蓋板3固定連接，下側與錐形尾水管10通過螺栓固定連接，該水輪機轉輪部件由上冠4、轉輪葉片5、下環(huán)7及主軸9構成，轉輪葉片5通過焊接方法均勻分布在轉輪上冠4與下環(huán)7之間，轉輪上冠4與主軸9之間通過鍵傳遞力矩。主軸9通過軸承座8固定在蓋板3上，本發(fā)明微型混流式水輪機的16 18個單列環(huán)形導葉6通過焊接固定在座環(huán)2上。本發(fā)明的水輪機比轉速介于100 m.KW至120 ΛΤ之間，其轉輪進口高度BO與轉輪進口直徑Dl的比值為0.1Γ0.13，轉輪出口直徑D2與轉輪進口直徑Dl的比值為0.
0.8，轉輪葉片為17 19，其翼型彎曲角Θ在55°飛0°之間；本發(fā)明的水輪機負曲率導葉6高度bO與轉輪進口直徑Dl的比值為0.1Γ 0.14，導葉6出口的直徑D3與轉輪進口直徑的比值為廣1.15，導葉6進口直徑D4與轉輪進口直徑Dl的比值為1.2 1.35。下面結合圖4和圖5說明本發(fā)明在供暖系統(tǒng)的工作原理。圖4為本發(fā)明應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11進水管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)；水輪機主軸9通過連軸器14與系統(tǒng)循環(huán)泵12連接。供暖系統(tǒng)運行時，高區(qū)供暖回水17通過進水蝸殼I進入水輪機11，通過座環(huán)2、導葉6,到達轉輪部件,進而推動葉片5旋轉。旋轉機械能通過主軸9回饋給循環(huán)泵12，從而起到了輔助驅動作用，實現(xiàn)了充分利用回水勢能的目的，也減少了電能消耗。同時在進水管15與出水管16之間保留回水阻力調節(jié)閥門13，當水輪機11遇到故障，可打開閥門13，確保采暖系統(tǒng)穩(wěn)定運行。圖5本發(fā)明應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11進水管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 ;水輪機主軸9通過連軸器14與系統(tǒng)循環(huán)泵12連接。供暖系統(tǒng)運行時，高區(qū)供暖回水17通過進水蝸殼I進入水輪機11，通過座環(huán)2、導葉6，到達轉輪部件，進而推動葉片5旋轉。旋轉機械能通過主軸9回饋給循環(huán)泵12，從而起到了輔助驅動作用，實現(xiàn)了充分利用回水勢能的目的，也減少了電能消耗。同時在進水管15與出水管16之間保留回水阻力調節(jié)閥門13，當水輪機11遇到故障 時，可打開閥門13，確保采暖系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
權利要求
1.一種高層供暖系統(tǒng)用微型混流式水輪機11，包括進水的金屬蝸殼1、座環(huán)2、負曲率導葉6、低比轉速水輪機轉輪葉片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設置在軸承座8上，軸承座8設置在蓋板3的上側中部，蓋板3的下側鍵連接水輪機轉輪上冠4，蓋板3的端部通過螺栓固定連接座環(huán)2，轉輪葉片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的外側焊接金屬蝸殼I ;座環(huán)2上焊接16 18個單列環(huán)形負曲率導葉6，比轉速介于100 m.KW至120 m.KW之間，其轉輪高度BO與轉輪進口直徑Dl的比值為0.11 0.13，轉輪出口直徑D2與轉輪進口直徑Dl的比值為0.7 0.8，轉輪葉片5數(shù)為17 19，其翼型彎曲角Θ在55°飛0°之間；本發(fā)明的水輪機負曲率導葉6高度b0與轉輪進口直徑Dl的比值為0.11 0.14，導葉6出口的直徑D3與轉輪進口直徑的比值為fl.15，導葉6進口直徑D4與轉輪進口直徑Dl的比值為1.2 ^l.35ο
2.根據(jù)權利要求1所述的高層供暖系統(tǒng)用微型混流式水輪機11，其特征在于:在水輪機11的進水管段15和出水管 段16之間保留回水阻力調節(jié)閥門13。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應用于高層建筑供暖系統(tǒng)的微型混流式水輪機，將回水勢能轉變?yōu)闄C械能，進而對系統(tǒng)循環(huán)泵起到輔助驅動的作用。該水輪機比轉速為100～120m.kw，其特征是將主軸設置在軸承座上，軸承座設置在蓋板的上側中部，蓋板的下側連接水輪機轉輪上冠，蓋板的端部通過螺栓固定連接座環(huán)，17～19個轉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)的外側焊接金屬蝸殼；座環(huán)上焊接16～18個單列環(huán)形負曲率導葉。本發(fā)明結構簡單，新穎獨特，回水勢能得到了充分利用，有著光明的應用前景，經(jīng)濟和社會效益巨大。
文檔編號F03B13/00GK103225584SQ20131008691
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月19日 優(yōu)先權日2013年3月19日
發(fā)明者鄭源, 謝堅, 曹婷 申請人:河海大學, 南京河海科技有限公司