一种用于长距离ABR管道的分布式重力储能绿色发电系统

技术领域

本发明属于节能减排技术领域，具体涉及一种用于长距离ABR管道的分布式重力储能绿色发电系统。

背景技术

输水管道中的地势差带来的水头冲击等危害，是管道工程领域特别关注的问题。对于水头危害的问题，技术人员只是想办法提高管道的强度，或者尽量避免地势差的出现，造成了不必要的花费。对于绿色清洁能源而言，技术人员只是想到了要利用水坝、水闸等现有技术，而没有意识到输水管道中还存在着一股天然的能量可以使用。

申请号为202310010444.2的发明申请公开了一种管道式轴流涡轮变频发电装置，该装置具体公开了轴流涡轮叶轮；进气导流机构；发电机构；变频器；流体管道内的介质推动第一轴流涡轮叶轮转动；固定在动叶轮缘上的第一轮缘发电机转子随之转动并与第一轮缘发电机定子形成相对运动，并由此产生感应电动势。该装置利用管道发电是切实可行的，能源动力领域有不少研究，但缺乏与现有工程的结合，也没有认识到分布式重力储能的真正价值。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于长距离ABR管道的分布式重力储能绿色发电系统，利用重力储能的原理，可以将水流产生的势能转换为电能，再消耗水力的同时产生能源，起到绿色发电的效果。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明一种用于长距离ABR管道的分布式重力储能绿色发电系统，包括管道本体、沿着管道本体的径向延伸且转动设置在所述管道本体内的转轴、连接在所述转轴两端的支撑缓冲组件，所述转轴传动连接至发电装置的输入端，所述支撑缓冲组件与所述管道本体的内壁连接；所述转轴同轴连接有支撑架，所述支撑架的外圆周均布分布有若干叶轮组件，所述叶轮组件包括平行布置在所述支撑架两端的径向杆、平行连接在两根径向杆之间的第一铰接轴和第二铰接轴，所述第一铰接轴和第二铰接轴的两端分别与所述径向杆转动配合，所述第一铰接轴上固定连接有第一叶轮板，所述第二铰接轴上固定连接有第二叶轮板，所述第一叶轮板和第二叶轮板的侧面同时通过第一连杆和第二连杆铰接，所述第一连杆、第二连杆与第一铰接轴和第二铰接轴的侧面组合形成平行四边形，所述第二叶轮板与支撑架之间连接有伸缩装置。

本发明的有益效果在于：

本发明一种用于长距离ABR管道的分布式重力储能绿色发电系统，通过将转轴同轴连接有支撑架，并且在支撑架的外圆周均布分布有若干叶轮组件；当长距离ABR管道内的水流在重力势能的作用下流动经过该装置时，通过冲击支撑架外侧的叶轮组件，叶轮组件受力后，能够通过支撑架带动转轴转动，转轴转动后对发电装置进行充电，发电装置采用现有的充电设备，包括与转轴同轴连接的转子、与转子对应的定子等，转子与定子之间相对运动产生感应电动势，从而实现充电的目的。

在本发明装置当中，通过设置两组相互平行的叶轮板，第一叶轮板和第二叶轮板之间通过伸缩装置控制能够改变重叠的面积，使得叶轮组件整体的工作面积得到改变，可以对冲击的介质流量进行控制，使该装置的输出功率满足不同用户需要。

本发明装置当中，通过控制伸缩装置，还能改变叶轮板的工作角度，让叶轮板在转动时，朝向水流一侧的叶轮板可以正对水流以实现充分的势能的转换，让背对水流叶轮板可以转动，以避免水流的冲击带来的力的抵消问题，可以提高装备的充电效率。

可以在管道本体的轴向设置多组发电系统，通过设置分布式储能，发电量不大，这些电能用于运行管道定位系统，如定位器，定位器存在于管道的位置，信号发生器，用于传递管道的实时状态，巡检机器人充电点，用于给管道内部运行的巡查机器人充电，确保其长时间运行。

本发明的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明系统的结构示意图一；

图2为本发明系统的结构示意图二；

图3为叶轮组件的布置示意图；

图4为叶轮组件的结构示意图；

图5为图2在A处的放大图；

图6为第一锥齿轮的啮合示意图；

图7为支撑缓冲组件的结构示意图；

图8为浮球的示意图；

图9为叶轮组件的变换示意图。

附图中标记如下：管道本体1、转轴2、支撑缓冲组件3、发电装置4、支撑架5、叶轮组件6、径向杆7、第一铰接轴8、第二铰接轴9、第一叶轮板10、第二叶轮板11、第一连杆12、第二连杆13、伸缩装置14、破浪板15、条形孔16、第一圆环17、第二圆环18、连接板19、第一连接杆20、套筒21、第二连接杆22、第一锥齿轮23、矩形安装座24、T型滑槽25、轴承座26、弹簧阻尼器27、第二锥齿轮28、第一限位块29、第二限位块30、限位槽31、导轨32、第一中心轴33、联轴套筒34、转动连接孔35、棘轮36、棘爪37、复位扭簧38、柱台39、第三锥齿轮40、第二中心轴41、端板42、拉伸弹簧43、支板44、安装筒45、支撑弹簧46、浮球47、限位支架48、开口槽49。

具体实施方式

如图1～9所示，本发明一种用于长距离ABR管道的分布式重力储能绿色发电系统，包括管道本体1、沿着管道本体1的径向延伸且转动设置在管道本体1内的转轴2、连接在转轴2两端的支撑缓冲组件3，管道本体1倾斜布置，可以让介质在流动过程中势能变成冲击叶轮装置的动能。转轴2沿着管道本体1的径向布置，转轴2的两端朝管道本体1的内侧壁延伸，转轴2同时传动连接至发电装置4的输入端，支撑缓冲组件3与管道本体1的内壁连接。

转轴2同轴连接有支撑架5，支撑架5整体呈圆框型，支撑架5的外圆周均布分布有6组叶轮组件6，每一组叶轮组件6包括平行布置在支撑架5两端的径向杆7、平行连接在两根径向杆7之间的第一铰接轴8和第二铰接轴9，两根径向杆7相互平行，径向杆7的轴向与转轴2以及支撑架5的轴向垂直。径向杆7的外端必然位于管道本体1内，以防止其转动时对管道本体1的内壁造成干涉。

其中，第一铰接轴8和第二铰接轴9的两端分别与径向杆7转动配合，即第一铰接轴8和第二铰接轴9可以绕自身的轴线转动，第一铰接轴8与转轴2的之间的距离大于第二铰接轴9与转轴2之间的距离。第一铰接轴8上固定连接有第一叶轮板10，第一叶轮板10的长度方向与第一铰接轴8的轴向平行，第一铰接轴8固定在第一叶轮板10的中心，第二铰接轴9上固定连接有第二叶轮板11，第二叶轮板11的长度方向与第二铰接轴9的轴向平行，第二铰接轴9固定在第二叶轮板11的中心。第一叶轮板10和第二叶轮板11的侧面同时通过第一连杆12和第二连杆13铰接，第一叶轮板10和第二叶轮板11相互平行，第一连杆12、第二连杆13与第一铰接轴8和第二铰接轴9的侧面组合形成平行四边形，第二叶轮板11与支撑架5之间连接有伸缩装置14。第一叶轮板10和第二叶轮板11之间通过伸缩装置14控制能够改变重叠的面积，使得叶轮组件6整体的工作面积得到改变，可以对冲击的介质流量进行控制，使该装置的输出功率满足不同用户需要。

当长距离ABR管道内的水流在重力势能的作用下流动经过该装置时，通过冲击支撑架5外侧的叶轮组件6，叶轮组件6受力后，能够通过支撑架5带动转轴2转动，转轴2转动后对发电装置4进行充电，发电装置4采用现有的充电设备，包括与转轴2同轴连接的转子、与转子对应的定子等，转子与定子之间相对运动产生感应电动势，从而实现充电的目的。当然，发电装置4也可以其他可转换利用叶轮组件6动能的装置，不属于本发明申请的保护范围当中，本领域技术人员应当可以理解。

作为本实施例的进一步改进，沿着第二叶轮板11的长度方向在第二叶轮板11的表面上均匀间隔设置有若干块破浪板15，破浪板15与第二叶轮板11的表面垂直，通过设置破浪板15，可以一定程度上应对水流的冲击，减缓水流对叶轮组件6的瞬时冲击，可以让水流在导向后可以更为持续地作用于后续的分布式发电系统并对其进行充电，也能一定程度上保护该装置。第一叶轮板10上开设有供破浪板15穿过的条形孔16，破浪板15的外端朝向第一叶轮板10的位置开设有圆角，以避免破浪板15在转动时与装置之间造成干涉。

本实施例中，支撑架5包括第一圆环17、与第一圆环17相隔设置的第二圆环18、连接第一圆环17和第二圆环18的连接板19，第一圆环17位于管道本体1的左侧，与其对应的第二圆环18设置在管道本体1的右侧，两者所在平面均与转轴2垂直。连接板19则与转轴2平行，第一圆环17通过第一连接杆20连接至套筒21，第一连接杆20沿着第一圆环17的周向均匀间隔布置。第二圆环18通过第二连接杆22连接至第一锥齿轮23，但是套筒21与转轴2同轴固定连接，第一锥齿轮23与转轴2同轴转动连接；伸缩装置14通过连接板19与支撑架5连接。通过采用框架型的支撑架5结构，能够减少对水流的阻挡作用，可以让水流保持较好的势能，减少能量的损失，以应对后续的发电装置4的发电。

本实施例中，支撑缓冲组件3包括在管道本体1的内壁上固定的矩形安装座24，矩形安装座24沿着管道本体1的轴向布置，矩形安装座24沿着管道本体1的轴向开设有T型滑槽25，转轴2转动连接至轴承座26，轴承座26滑动设置在T型滑槽25内，T型滑槽25用于对轴承座26的外表进行限位，即轴承座26可以沿着管道本体1的轴线滑动但是不会脱出T型滑槽25内，同时，轴承座26可以用于与转轴2进行转动连接，起到转动配合的作用。轴承座26与T型滑槽25的一端连接有弹簧阻尼器27。通过设置弹簧阻尼器27，当支撑架5及其连接的叶轮组件6受到较大的瞬时的水流冲击时，能够通过弹簧阻尼器27进行一定程度上的缓冲，从而避免了瞬时冲击对装置造成的破坏。通过弹簧阻尼器27的短距离让位作用，对水流进行及时的避让，也能减少水流势能的损失。

本实施例中，第一锥齿轮23与第二锥齿轮28啮合，第二锥齿轮28的轴线与第一锥齿轮23的轴线垂直，第二锥齿轮28同轴连接至发电装置4的输入端，第一锥齿轮23随着转轴2转动后，带动与其啮合的第二锥齿轮28一起转动，此时，第二锥齿轮28转动可以带动发电装置4进行发电，发电装置4与管道本体1之间滑动配合。当第一锥齿轮23和转轴2在瞬时冲击的作用下压缩弹簧阻尼器27进行位移时，与第一锥齿轮23啮合的第二锥齿轮28也能带动发电装置4进行一定程度上的位移，以避免对发电装置4造成破坏，当然，该位移的距离较小，不会造成第一锥齿轮23和第二锥齿轮28之间脱开。

本实施例中，发电装置4的底部固定有第一限位块29和第二限位块30，第一限位块29和第二限位块30之间形成限位槽31，管道本体1的内壁上沿其轴向固定有导轨32，导轨32滑动安装在限位槽31内。通过设置第一限位块29和第二限位块30，可以将发电装置4与导轨32设置为滑动配合的方式，可以适应水流的冲击。第二锥齿轮28通过第一中心轴33同轴连接至联轴套筒34，联轴套筒34与第一中心轴33转动配合且在第一中心轴33的轴向限位，联轴套筒34上沿径向开设有与转轴2转动配合的转动连接孔35。减少第一锥齿轮23和第二锥齿轮28之间脱开的可能。

刚开始水流的冲击作用有可能会影响叶轮组件6的转动方向，由于发电装置4的输入轴反向转动会给装置带来不良的影响，因此本实施例中，通过设置下述装置可以避免反向转动的情况。具体的，通过在转轴2上同轴固定连接有棘轮36，棘轮36位于第一锥齿轮23的背侧，第一锥齿轮23的背侧转动连接有棘爪37，棘爪37与第一锥齿轮23之间连接有复位扭簧38，棘爪37的内端时刻与第一锥齿轮23枢接，在复位扭簧38的作用下，棘爪37的外端紧贴棘轮36的外圆周。棘轮36的转动方向与转轴2的转动方向对应，转轴2正向转动时用于对发电装置4进行发电，此时棘爪37与棘轮36卡合且棘轮36能够带动第一锥齿轮23转动，从而方便第一锥齿轮23带动第二锥齿轮28转动实现发电；棘轮36反向转动时，棘爪37从棘轮36的外表面滑过，此时棘轮36不会作用于棘爪37，自然不会带动第一锥齿轮23转动，避免了反向转动对发电装置4带来的不良影响，可以提高装置的寿命。

本实施例中，管道本体1上连接有柱台39，柱台39深入管道本体1的内侧，第一锥齿轮23同时啮合有第三锥齿轮40，第三锥齿轮40的轴线与第一锥齿轮23的轴线垂直，第三锥齿轮40同轴连接至第二中心轴41，柱台39上开设有与第二中心轴41密封配合的通孔，通过在柱台39的内侧设置凸棱，第二中心轴41仅可以在柱台39上滑动但是不能转动，当向下按压第二中心柱，使得第三锥齿轮40与第一锥齿轮23啮合，由于第三锥齿轮40不能转动，因此可以对第一锥齿轮23产生止动的作用，可以手动对装置进行阻止，方便后续对装置进行维护。第二中心柱伸出通孔后连接至端板42，端板42与柱台39之间连接有拉伸弹簧43。通过设置拉伸弹簧43，可以保持第三锥齿轮40远离第一锥齿轮23的状态，避免对第一锥齿轮23在正常转动时造成影响。

本实施例中，矩形安装座24通过支板44连接至管道本体1的内壁，支板44上同时固定连接有安装筒45，安装筒45沿着管道本体1的轴向布置，安装筒45与转轴2转动配合，安装筒45的底部通过支撑弹簧46连接有浮球47，浮球47的直径小于安装筒45的直径，方便水流的通过，浮球47上连接有限位支架48，限位支架48上开设有宽度大于转轴2直径的开口槽49，开口槽49的根部与转轴2之间摩擦配合。本发明装置通过设置浮球47，浮球47在支撑弹簧46的作用下带动限位支架48紧贴转动，在摩擦力的作用下防止转轴2转动，此时发电装置4不启动，因此避免小速率转动对发电装置4造成影响，可以提高装置的寿命。只有当介质的流量到达一定的阈值时，水流能够冲击浮球47，浮球47移动将支撑弹簧46压缩，避免限位支架48与转轴2接触，此时转轴2可以正常转动以实现发电。当然，转轴2在受较大冲击移动的过程中，也会通过限位支架48压缩支撑弹簧46，但是此时摩擦力远远小于转轴2转动的动力，因此对转轴2的影响较小，不会影响装置的正常发电。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。