一种三叶轮气流转子发电设备
技术领域
本实用新型涉及一种三叶轮气流转子发电设备。
背景技术
现有技术中通过管道输送流体介质时，管道压力能量不能充分利用，造成能源浪费，同时管道监测系统需要通过流量计、压力传感器、介质监测、泄漏报警设备等电子仪表、用电设备实时测量流体流量、压力、温度等性能参数，以实时监控系统运行状态，电子仪表、用电设备一般通过敷设电缆提供电力或者使用电池供电，而管道运输场地通常处于缺少电力的偏远地区，监控信息与执行指令不能通过无线通讯方式进行传输，需同时敷设通信电缆传输监控信息与执行指令，两条线路并行的电缆线路敷设工程施工成本高，设备成本投入多，现场布线操作困难，后续检修维护不方便，而使用电池供电寿命周期较短，需要频繁更换电池，检修维护工作量大，成本耗费也较高，特别是燃气管道等的泄漏报警设备还涉及到重大安全问题，检修维护尤其困难；专利号为2017103830686的专利申请中设置两个腰轮沿着互相垂直的位置分布，通过两个腰轮的步距差带动发电机转子旋转工作，存在转速不均匀，传动扭力小，旋转频率低，气体压力变化大时转速起伏比较大，影响发电效率等缺陷。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种能够增加传动扭力、旋转频率和速度，转速均匀稳定，提高发电效率的三叶轮气流转子发电设备。
本实用新型的三叶轮气流转子发电设备，其特征在于：包括有腰轮装置，腰轮装置前侧设置有齿轮端盖，后侧设置有发电装置，齿轮端盖、发电装置分别固定连接在腰轮装置前端、后端；
腰轮装置包括具有中空内腔的腰轮腔壳体，腰轮腔壳体内部并排设置有两根腰轮轴，两根腰轮轴的轴心处于同一水平面内，每根腰轮轴上分别固定安装有一只三叶轮，腰轮腔两侧侧面上分别设置有进气孔、出气孔；每只三叶轮包括有三片沿圆周方向均匀分布的叶片，每片叶片截面轮廓由位于顶部的叶部和位于根部的柄部构成，叶部轮廓由位于顶端的一段向外凸出的第一弧线段、和两侧对称设置的两段向外凸出的第二弧线段构成，柄部由两侧对称设置的两段向内凹陷的第三弧线段构成，两段第三弧线段分别与同侧第二弧线段平滑过渡连接，第一弧线段也与两侧第二弧线段平滑过渡连接，三片叶片的第三弧线段互相之间也平滑过渡连接，使得每只三叶轮构成三刃柱状的凹多面体结构；两只三叶轮初始安装方向一致，每只三叶轮的三片叶片中心线分别位于一只虚拟正三角形的角平分线上，其中下方的三叶轮位于虚拟正三角形顶角部位的叶片顶端伸入至上方的三叶轮底边凹陷部分内；
两根腰轮轴前端伸出至腰轮腔壳体外部，并分别连接有第一传动齿轮，两根腰轮轴上的第一传动齿轮互相啮合，齿轮端盖罩装在第一传动齿轮外部；腰轮轴后端穿过腰轮腔壳体后连接有第二传动齿轮；
发电装置包括有外壳体，外壳体一端封闭，另一端通固定连接在腰轮腔壳体上；外壳体内部同轴设置有桶式定子内壳体，定子内壳体外部绕覆有定子线圈；定子内壳体内部同轴设置有转子，转子中心位置设置有转轴，转子通过转轴支撑安装在定子内壳体内部；转轴前端连接有第三传动齿轮，第三传动齿轮与第二传动齿轮啮合；
外壳体外侧壁上连接有防爆接线盒或防爆接头，定子线圈的电源连接线通过防爆接线盒或防爆接线头与外部设备连接；
所述齿轮端盖为盆式结构，齿轮端盖内腔构成第一传动腔，两根腰轮轴前端的第一传动齿轮在第一传动腔内啮合传动；齿轮端盖通过法兰环结构固定连接在腰轮腔壳体前端面上；
所述腰轮腔壳体后端封闭，后端面上与两根腰轮轴对应位置分别设置有第一轴孔，两根腰轮轴后端配合安装在轴孔内；腰轮腔壳体前端敞开，两根腰轮轴前端通过第一法兰盘配合定位安装在腰轮腔壳体前端面上；
所述发电装置的外壳体一端封闭，另一端也通过法兰环固定连接在腰轮腔壳体后端面上；
所述腰轮腔壳体后端面外部固定连接有第二法兰盘，第二法兰盘上与两根腰轮轴对应位置分别设置有通孔，两根腰轮轴后端穿过第二法兰盘后，其中一根腰轮轴后端配合安装第二传动齿轮；第二法兰盘中心位置设置有第二轴孔，转子的转轴配合定位安装在第二轴孔内，并通过第三传动齿轮与第二传动齿轮啮合；
所述定子内壳体后端封闭，前端也通过法兰环与第二法兰盘固定连接，定子内壳体内底部设置有轴承架，转子的转轴后端通过轴承与轴承架配合定位安装；
所述轴承架与定子内壳体内壁之间设置有第一密封圈，定子内壳体后端与外壳体内壁之间设置有第二密封圈，齿轮端盖、外壳体与腰腔壳体之间也为密封连接；
所述腰轮腔壳体后端面中心位置设置有通孔，转子的转轴前端穿过第二法兰盘伸入至通孔内；
所述每只三叶轮轴向长度小于腰轮腔壳体内腔深度，每片叶片内部中空；
所述齿轮端盖、第一法兰盘、三叶轮、腰轮腔壳体、第二法兰盘、定子内壳体、外壳体均为铝合金铸造件。
本实用新型的三叶轮气流转子发电设备，利用管道输送的介质流体压力推动三叶轮旋转，从而带动发电装置的转子旋转，与定子线圈构成罗茨组合，充分利用气流压力，能够增加旋转频率和速度，转速均匀，提高发电效率。
附图说明
图1是本实用新型实施例一的三叶轮气流转子发电设备平面结构示意图；
图2是本实用新型实施例一的三叶轮气流转子发电设备分解后平面结构示意图；
图3是本实用新型实施例一的三叶轮气流转子发电设备的两三叶轮配合安装在腰轮腔壳体内腔的平面结构示意图；
图4是本实用新型实施例一的三叶轮气流转子发电设备的三叶轮平面结构放大示意图；
图5是本实用新型实施例二的三叶轮气流转子发电设备的两三叶轮配合安装在腰轮腔壳体内腔的平面结构示意图。
具体实施方式
如图所示，一种三叶轮气流转子发电设备，铝合金铸造成型的腰轮腔壳体2内部设置横向中空内腔，两侧壁中部分别设置一圆形通孔6，其中一侧壁上的圆形通孔作为进气孔，相对的另一侧壁上的圆形通孔作为出气孔，两侧壁靠近四个顶角的位置设置螺纹连接孔，腰轮腔壳体通过螺纹连接固定连接在输送流体介质的输送管道内壁上，流体介质经进气孔、出气孔流通；出气孔、进气孔可以设置能够与管道法兰连接的同尺寸螺丝孔，或与管道相同的内螺纹、外螺纹；在腰轮腔壳体内部安装叶轮，构成腰轮装置，腰轮装置前侧设置固定连接齿轮端盖1，后侧设置固定连接发电装置5，齿轮端盖、发电装置分别固定连接在腰轮装置前端面、后端面上，由流体介质的流通压力推动叶轮产生机械动力，经发电装置转换为电能。
腰轮装置具体结构如下：
腰轮腔壳体2后端封闭，前端敞开，前端面上通过紧固件密封连接一只第一法兰盘22，第一法兰盘22、腰轮腔壳体后端面上对应位置分别设置两个第一轴孔，两根腰轮轴长度大于腰轮腔壳体2的横向宽度，两根腰轮轴两端分别伸出至腰轮腔前后两侧外部，两根腰轮轴位于腰轮腔壳体的中空内腔的部分别固定安装一只三叶轮23，将两根腰轮轴24后端自腰轮腔壳体后端面上的第一轴孔伸出后，在两根腰轮轴24前端套装第一法兰盘22，并通过紧固件将第一法兰盘22固定连接在腰轮腔壳体前端面上，通过第一法兰盘22、腰轮腔壳体后端面上两个第一轴孔定位支撑安装两根腰轮轴24，两根腰轮轴24的轴心处于同一水平面内；
三叶轮的具体结构如下：
每只三叶轮包括三片沿圆周方向均匀分布的叶片，每片叶片截面轮廓由位于顶部的叶部和位于根部的柄部构成，叶部轮廓由位于顶端的一段向外凸出的第一弧线段、和两侧对称设置的两段向外凸出的第二弧线段构成，柄部由两侧对称设置的两段向内凹陷的第三弧线段构成，两段第三弧线段分别与同侧第二弧线段平滑过渡连接，第一弧线段也与两侧第二弧线段平滑过渡连接，三片叶片的第三弧线段互相之间也平滑过渡连接，使得每只三叶轮构成三刃柱状的凹多面体结构；两只三叶轮初始安装方向一致，每只三叶轮的三片叶片中心线分别位于一只虚拟正三角形的角平分线上，其中下方的三叶轮位于虚拟正三角形顶角部位的叶片顶端伸入至上方的三叶轮底边凹陷部分内；管道输送的流体介质经进气孔进入至腰轮腔壳体内部后，无论向哪个方向均能够对两只三叶轮的叶片产生作用力，推动三叶轮旋转，压力平稳，转速均匀。
机械传动具体结构如下：两根腰轮轴24前端伸出至腰轮腔壳体外部，并分别连接第一传动齿轮21，两根腰轮轴24上的第一传动齿轮21互相啮合；
腰轮腔壳体2的后端面外部固定连接第二法兰盘31，第二法兰盘31上与两根腰轮轴对应位置分别设置有通孔，两根腰轮轴24的后端穿过第二法兰盘31后，其中一根腰轮轴后端配合安装第二传动齿轮32，第二传动齿轮32啮合一只第三传动齿轮33，两只三叶轮的机械动力依次经两根腰轮轴、两只第一传动齿轮、一只第二传动齿轮、一只第三传动齿轮传递至发电装置，发电效果平稳可靠，发电效率高。
齿轮端盖设置为盆式结构，齿轮端盖内腔构成第一传动腔，两根腰轮轴前端的第一传动齿轮在第一传动腔内啮合传动；齿轮端盖通过法兰环11结构固定连接在腰轮腔壳体前端面上；齿轮端盖罩装在第一传动齿轮外部，为第一传动齿轮提供密封防护。
发电装置的具体机构为：
设置一桶式定子内壳体45，定子内壳体外部绕覆定子线圈44，定子内壳体内部同轴设置转子34，转子中心位置设置转轴35，第二法兰盘31中心位置设置第二轴孔，转子的转轴35前端配合定位安装在第二轴孔内，并通过第三传动齿轮与第二传动齿轮啮合；定子内壳体45后端封闭，前端也通过法兰环43与第二法兰盘固定连接，定子内壳体内底部设置有轴承架41，转子的转轴后端通过轴承36与轴承架41配合定位安装在定子内壳体内部；定子内壳体外部同轴设置一外壳体5，外壳体5后端封闭，前端也通过法兰环52固定连接在腰轮腔壳体上；外壳体的法兰环52内径大于之子内壳体的法兰环42外径；外壳体外侧壁上连接有防爆接线盒或防爆接线头53，定子线圈的电源连接线46通过防爆接线盒或防爆接线头与外部设备连接。
进一步地，轴承架与定子内壳体内壁之间设置有第一密封圈42，定子内壳体后端与外壳体内壁之间设置有第二密封圈51，齿轮端盖、外壳体与腰腔壳体之间也为密封连接，确保密封连接，不会泄漏；
腰轮腔壳体后端面中心位置设置有通孔，转子的转轴前端穿过第二法兰盘伸入至通孔内；
齿轮端盖1、第一法兰盘22、三叶轮23、腰轮腔壳体2、第二法兰盘31、外壳体5均采用铝合金铸造件构成一体式整体结构，外壳体也可以采用分体式结构，由一端具有安装法兰环的圆筒式结构后端加装端盖封闭构成；重量轻，强度高，使用寿命长，稳定可靠。定子内壳体45材料为非磁性材料，可以选择铜、铝、不锈钢等材料为结构的定子内壳体。
每只三叶轮轴向长度小于腰轮腔壳体内腔深度，每片叶片内部中空，进一步减轻重量，增强系统运行稳定性，提高发电效率。
即：腰轮腔壳体的后端封闭，在后端面上与两根腰轮轴相对应的位置分别设置第一轴孔，两根腰轮轴后端通过轴承配合安装在第一轴孔内；腰轮腔壳体前端敞开，两根腰轮轴前端通过第一法兰盘配合定位安装在腰轮腔壳体前端面上；前端第一法兰盘设置两个叶轮轴承孔，用于固定叶轮上同步传动齿轮的轴承，腰轮腔壳体后端面设置三个孔，两侧两个孔用于固定两叶轮轴承，中间一孔用于固定发电装置的传动齿轮。
腰轮腔壳体前端、后端与齿轮端盖、发电装置连接处均为密封连接，防止泄漏。
为提高叶轮的扭力，还可以在进气孔内侧设置第一C型腔26，第一C型腔出口26与腰轮等宽，能够增加叶轮的受压横面积，并使得流体在推动叶轮时产生的部分回流沿腔体旋转流动增压；从而增加气流压力的利用效率，为气流通过叶轮后产生压力差，在出气孔内侧也设置相同的第二C型腔25结构，使气体通过叶轮后在第二C型腔25内迅速扩散，在叶轮前后面形成局部压力差，能够增加在小流量的状态下产生一定的推动力。
一种双三叶轮结构的差压发电机，通过发电机壳内的两组三叶腰轮，在气流的推动下，配合旋转，从而带动发电机发电。
双三叶轮转子结构：
双三叶轮为空心结构，以减少转子重量，气流从上部或侧部一面进气口进入，从另一侧面出气口排出，出口处安装调压设备降低气流压力，调压后的压力与管网运行压力相等或略高于管网压力。
进气管一般优先采用与出气管呈90度安装，也可根据现场现状任意角度安装。
转子与发电机联接方案1：
双三叶轮转子一端齿轮相联同步旋转，三叶轮可以与发电机齿轮联接，也可以连轴器联接。一端单轴与发电机相联，从而带动发电机旋转发电。发电机与三叶转子并排方向联接，也可垂方向对接。
进气口可以从上方进气，从侧面出气，也可以从两侧进出气。三叶轮气流发电机设计能使在压力和流量较大时，转速不会出现超高速，从而保障了安全性和产品的使用寿命，更为重要的是发电电压能够相对稳定。
三叶轮结构能够充分利用气流的推动力，使三叶轮转子充分发挥受压面最大化效果，产生较大推力的动能，叶轮转动方向后气流进入腔体，由于内腔面积大于进口管径，气流迅速膨涨，产生压差，增加了动力，由于设计为三片叶轮或者双三叶轮。气流能够在腔体内多次膨涨，反复产生动力，所以能够连续推动叶轮旋转，从而发电。
三叶腰轮的特点：
罗茨组合三腰轮发电装置，与两腰轮相比，其特点为增加了气流推动的旋转动力的频率，使得叶轮增加旋转的速度，同等气流的流量和压差的工况下，三叶腰轮的转速大于两叶腰轮的速度。由于腰轮的转速增加，所带动的转子旋转速度同时也增加，发电机的发电量同时也增加。作为管道发电装置，其特点为管道内的气流推动腰轮转速加快，在同等气流、压差的情况下，增加腰轮叶数，能起到同时增加发电量的效果。
双三腰轮管道发电机及集成系统能够作为管道发电机发电量提供又一解决方案。
