一种基于阿基米德螺杆的污水发电装置的制作方法

1.本发明属于污水发电技术领域，具体涉及一种基于阿基米德螺杆的污水发电装置。


背景技术：

2.污水处理在市政建设上尤为重要，城镇生活污水排出相对困难，污水的排放需要人工干涉才能达标排放，现有阶段中，城镇污水统一进行集流，集流之后再进行物理过滤和化学过滤，在检测达标后再进行排放。市政污水处理工程的整体规模庞大，其中涉及的过滤、沉淀等一系列的工艺均在污水流动的基础上进行，每日均会形成数以吨计的污水流量，污水在管道中流通到各个不同的污水处理池中，分别进行不同的处理工序，由于处理工艺的不同和受地理环境条件所限，各个处理池之间的管道高低各不相同，从而使得污水在落差的作用下存在巨大的重力势能，现有的污水处理工程往往忽略该点，造成严重的能量流失。
3.在后续的发展中，逐渐出现了利用污水发电的装置，如污水发酵沼气发电、污水余热发电、污水高度差发电等各种发电方式，如一种通过污水高度差进行发电的装置，通过高度差来增加污水的势能，利用水的势能冲击螺杆(阿基米德螺杆)，水的冲击产生的旋转将会带动发电机进行动作，将机械能转化为电能，最终实现发电，该类装置对污水的冲击力依赖程度较高，只有在污水落差较大或是水流相对湍急时才能实现，这种局限性间接导致了污水处理工程建设的复杂性，当下如何改变发电装置自身的结构来突破落差大、水流湍急才能有效发电的局限性显得尤为重要。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于阿基米德螺杆的污水发电装置，以突破螺杆类发电装置对污水冲击力依赖程度较高的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种基于阿基米德螺杆的污水发电装置，包括相互嵌套设置的外管道和内管道；
7.所述内管道中转动设有螺杆，所述螺杆上设有第一螺旋叶片；
8.所述外管道和内管道之间形成环形腔，所述环形腔的一端密闭设置；
9.所述内管道上径向设有用于污水冲击所述第一螺旋叶片转动的通道，所述通道与所述环形腔相互连通；
10.所述外管道上设有发电机，所述发电机与所述螺杆传动连接。
11.进一步优选，所述内管道的内壁上设有用于驱使水流螺旋化的第二螺旋叶片。
12.进一步优选，设定环形腔密封的一端为出水端，另一端为进水端；
13.所述进水端设有用于承载螺杆转动的第一支架；所述出水端设有用于承载螺杆转动的第二支架；所述螺杆通过轴承转动设置在第一支架和第二支架上。
14.进一步优选，所述螺杆一端从进水端向外伸出，伸出部分上设有第一带轮；所述发
电机上设有第二带轮，所述第一带轮与所述第二带轮通过皮带传动。
15.进一步优选，所述通道前后水平设置，所述通道共设有两组，每组均沿所述螺杆轴向间隔设有若干个，两组所述通道中心对称。
16.进一步优选，所述发电装置还包括铰接架和支撑架；
17.所述铰接架固定设置在处理池上，所述外管道上设有第一铰接轴，所述第一铰接轴与所述铰接架铰接设置；
18.所述支撑架固定设置在处理池上，所述外管道上设有第二铰接轴，所述第二铰接轴与所述支撑架通过铰接杆连接，所述铰接杆一端与第二铰接轴铰接设置，另一端连接在支撑架上；
19.所述支撑架为与铰接架下方；
20.所述沉淀池上设有出水堰，沉淀池的外壁上设有排水管道，所述排水管道用于排出越过出水堰的污水；所述排水管道位于所述进水端上方，用于将污水导流进内管道和环形腔中。
21.进一步优选，所述支撑架上设有滑槽，所述滑槽上下设置，所述滑槽上前后贯穿设有用于卡接所述铰接杆的第一卡接孔，第一卡接孔上下间隔设有若干个，所述铰接杆上设有配合卡接的第二卡接孔。
22.进一步优选，所述进水端设有保证进入内管道和环形腔的挡板；所述挡板固定在外管道上。
23.进一步优选，所述第一支架上设有用于防止污水浸湿发电机的防护罩。
24.进一步优选，所述出水端设有用于与输送污水的管道连接的柔性套筒，所述柔性套筒上设有与外管道对接的第一法兰。
25.本发明的有益效果：
26.一种基于阿基米德螺杆的污水发电装置，包括相互嵌套设置的外管道和内管道；所述内管道中转动设有螺杆，所述螺杆上设有第一螺旋叶片；所述外管道和内管道之间形成环形腔，所述环形腔的一端密闭设置；所述内管道上径向设有用于污水冲击所述第一螺旋叶片转动的通道，所述通道与所述环形腔相互连通；所述外管道上设有发电机，所述发电机与所述螺杆传动连接。该装置中，污水流入到内管道内部和环形腔中，进入内管道的污水将会对第一螺旋叶片产生沿螺杆轴向的冲击，同时促使螺杆进行转动；进入环形腔的污水将会在通道的作用下改变流向，使得污水流动的方向与螺杆相互垂直，此时的污水在通道的作用下垂直作用在第一螺旋叶片上，使得第一螺旋叶片发生转动，同时也促进水流的螺旋化，使得污水对第一螺旋叶片产生更多的径向作用力，最终加强螺杆的转动程度；相比传统装置，该装置通过通道改变污水流动的方向，使污水以最直接、最有效的方式冲击第一螺旋叶片，同时改变整个内管道内部水流的流向，使其对第一螺旋叶片产生的更大的径向冲击，增加螺杆转动的强度，降低了对污水处理过程中的落差程度、污水流动湍急程度的依赖，同时也减少了对污水处理工程设计过程中影响发电因素的过多考虑，避免了为迎合发电装置而做出诸多对污水处理过程本身无益的改变。
27.进一步地，外管道通过铰接架和支撑架设置在沉淀池的外周壁上，充分利用沉淀池上层污水具有的位能，并通过内管道和环形腔取代了原来的管道，使污水的流通充分带动螺杆转动，进行发电，避免了能量的浪费。
附图说明
28.图1是本发明整体结构示意图；
29.图2是本发明整体结构剖视图；
30.图3是本发明中支撑架结构示意图；
31.图4为现有沉淀池中排水过程示意图；
32.图5为设置发电装置沉淀池排水过程示意图。
33.图中各标记对应的名称：
34.1、内管道，10、第二螺旋叶片，11、通道，2、外管道，20、第一铰接轴，21、第二铰接轴，22、挡板，23、第二法兰，24、柔性套筒，3、螺杆，30、第一带轮，31、第一螺旋叶片，4、环形腔，40、第一支架，41、第二支架，5、发电机，50、第二带轮，6、铰接架，7、支撑架，70、滑槽，71、第一卡接孔，8、铰接杆，9、防护罩，90、支撑杆，100、沉淀池，110、排水管道，120、连接管道。
具体实施方式
35.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
36.本发明的实施例：
37.污水处理过程中，首先需要将污水通过栅栏过滤板，将其中的较大型垃圾如纸巾、废气的布条、塑料袋等统统进行过滤，过滤后的污水将会在厌氧池、缺氧池、好氧池中进行化学过滤，实现脱氮除磷的工序，最终再过滤沉淀，待检测达标后进行排放。
38.基于上述污水处理流程，如图1-3所示，设计了一种基于阿基米德螺杆的污水发电装置，包括相互嵌套设置的外管道2和内管道1。
39.内管道1中设有螺杆3，螺杆3上设有第一螺旋叶片31，外管道2套设在内管道1的外部，外管道2、内管道1和螺杆3的长度方向均与左右方向一致；设定左端为进水端，右端为出水端，在进水端的端面上设有第一支架40，第一支架40为十字状结构，第一支架40将内管道1和外管道2相互连接在一起，在第一支架40的中心位置处设有轴承，螺杆3的左端穿过轴承伸出到进水端的左侧；在出水端的端面上设有第二支架41，第二支架41同样为十字状结构，第二支架41将内管道1和外管道2相互连接在一起，第二支架41的中心位置处设有轴承，螺杆3的右端固定设置在轴承上，此时，在向内管道1中流通污水时，第一螺旋叶片31在污水的作用下将会发生转动，从而带动螺杆3转动。
40.内管道1和外管道2之间形成一个环形腔4，环形腔4的出口端密闭设置。
41.螺杆3转动时，其外周壁上任意一处的切向力均是垂直螺杆3的，即让一个螺杆3转动的最直接的作用即是在其外缘周面上施加切向力，在关于污水冲击第一螺旋叶片31导致螺杆3转动的过程中，最直接、最有效的作用力即是污水冲击第一螺旋叶片31后产生的垂直螺杆3的作用力，因此，在高低落差、污水冲击力相同的前提条件下，对第一螺旋叶片31的径向冲击力越大，螺杆3的转动程度就越强，基于该原理，本技术方案中在内管道1上设置了供污水流通的通道11，通道11的一端位于内管道1中，另一端与内管道1的管道壁上开口，同时与环形腔4相互连通；污水在流通的过程中，一部分进入到内管道1中，另一部分进入到环形腔4中，进入内管道1中的污水将以垂直螺杆3的作用力作用在第一螺旋叶片31上，同时也保证污水的正常流通，以降低设置通道11给污水带来阻力的影响；另一部分进入到环形腔4中，在通道11的作用下改变流向，以垂直螺杆3的方向作用在第一螺旋叶片31上，使螺杆3发
生转动，在实际情况中，由于内管道1内部会流通一部分污水，从通道11中流出的污水并非完全作用在第一螺旋叶片31上，但是可以使内管道1内的污水螺旋化流通，保证污水对第一螺旋叶片31径向作用力的强度。
42.具体的，通道11设置了若干个，若干个通道11总体分为两组，其中一组位于内管道1的前侧，另一组位于内管道1的后侧，同时两组管道中心对称设置，以保证对第一螺旋叶片31产生的径向冲击力是均匀协调的；每一组中，若干个通道11沿着螺杆3的轴向方向间隔设置，且两组中的任意一个通道11的流向均是前后水平设置的，需要说明的是，通道11所在的轴线并不直接穿过螺杆3的轴线，而是具有一定的距离来保证有效的类动力臂(通道11轴线到螺杆3轴线的距离)长度。另外，通道11的具体长度以恰好不影响第一螺旋叶片31转动为准。
43.为了保证污水在内管道1内螺旋化流通，在内管道1的内壁上设置了第二螺旋叶片10。
44.外管道2的外壁上固定设有发电机5，发电机5与螺杆3传动连接，具体的，螺杆3的左端设有第一带轮30，发电机5上设有第二带轮50，第一带轮30和第二带轮50通多皮带传动。
45.如图4所示，现有的污水处理过程中，沉淀池100中静置后的上层污水会从沉淀池100的上方溢出，同时汇流到管道中，再从管道流入下一个处理池中，为了充分利用两者之间高度落差产生污水的位能，如图5所示，将原有的沉淀池100与下一工序连通的管道截断，并设定上端靠近沉淀池100外沿的一段为排水管道110，下端设为连接管道120；再将外管道2、内管道1连同螺杆3设置在截断部分的位置上，使排水管道110中汇流的污水顺利注入到内管道1和环形腔4中，以此利用污水位能发电。
46.沉淀池100的上方设有出水堰，沉淀池100上层的水不断越过出水堰向四周扩散，最终汇流在排水管道110上，排水管道110位于进水端的上方，从排水管道110中流出的污水将直接从进水端流进内管道1和环形腔4中。
47.具体的，该发电装置还包括铰接架6和支撑架7，铰接架6和支撑架7的作用是将外管道2、内管道1连同螺杆3连接在沉淀池100上。铰接架6固定设置在沉淀池100上，铰接架6的左端与沉淀池100的外周壁相互契合，铰接架6通过螺丝固定在沉淀池100上；外管道2上设有第一铰接轴20，第一铰接轴20长度方向前后设置，铰接架6的右端与第一铰接轴20相互铰接；支撑架7的左侧固定设置在沉淀池100上，外管道2上设有第二铰接轴21，第二铰接轴21长度方向前后设置，第二铰接轴21与支撑架7通过铰接杆8连接，铰接杆8的右端与第二铰接轴21铰接设置，左端滑动卡接在支撑架7上，支撑架7的右侧面设有上下方向的滑槽70，滑槽70上前后贯穿设有用于卡接铰接杆8左端的第一卡接孔71，在铰接杆8的左端设有第二卡接孔，安装时，铰接杆8设置在滑槽70中，当第二卡接孔与滑槽70上任意一个第一卡接孔71对准时，将销钉或螺钉贯穿第一卡接孔71和第二卡接孔，以此完成对铰接杆8的固定，设置若干个第一卡接孔71的目的是用于调节整个外管道2的倾斜角度；支撑架7位于铰接架6下方。
48.铰接杆8、滑槽70前后对应设有两组，两个铰接杆分别与第二铰接轴21的前后两端相互铰接；保证外管道2倾斜角度调节过程中的稳定性。
49.进水端设有保证污水进入内管道1和环形腔4的挡板22，挡板22固定在外管道2上；
实际工作中，沉淀池100中上层清水汇集以后，通过上方的排水管道110流通到内管道1和环形腔4中，为了保证污水在沉淀池100和进水端之间的流通衔接，在外管道2上设置了挡板22，挡板22设置在外管道2左侧端部。
50.第一支架40上设有用于防止污水浸湿发电机5的防护罩9，污水在进入到内管道1和环形腔4时，会溅射到第一带轮30、皮带、第二带轮50和发电机5上，防护罩9将第一带轮30、皮带和第二带轮50完全包裹，并同时将发电机5和污水进行隔断，从而保证污水对发电机的影响。第一支架40上设有两个支撑杆90，防护罩9固定设置在第一支架40上。
51.出水端设有用于与输送污水的管道连接的柔性套筒24(附图未示出)，柔性套筒24上设有与外管道2对接的第一法兰，外管道2的端部设有第二法兰23，由于外管道2的倾斜角度可以调节，导致出口端会在不同的调节角度下发生变化，为了保证出水端和连通其他处理池的管道的对接，在出水端上设置了柔性套筒24，柔性套筒24上设有与外管道2对接的第一法兰，柔性套筒24通过螺丝与外管道2连接在一起，无论后续外管道2的倾斜角度如何调节，柔性套筒24均能适应性的发生变化，顺利保证与连接管道120的衔接，本实施例中，柔性套筒24为塑料软管。
52.工作原理：
53.沉淀池100中的污水静置沉淀，上层的污水越过出水堰汇流到沉淀池100的排水管道110中，通过排水管道110使污水进入到内管道1内部和环形腔4中，进入内管道1的污水将会对第一螺旋叶片31产生沿螺杆3轴向的冲击，同时促使螺杆3进行转动；进入环形腔4的污水将会在通道11的作用下改变流向，使得污水流动的方向与螺杆3相互垂直，此时的污水在通道11的作用下垂直作用在第一螺旋叶片31上，使得第一螺旋叶片31发生转动，同时也促进水流的螺旋化，使得污水对第一螺旋叶片31产生更多的径向作用力，最终加强螺杆3的转动程度；出水端通过第二法兰23连接有柔性套筒24，无论外管道2的角度如何调节，都能确保外管道2与其他处理池的连通；本技术方案在原有沉淀池100和其他处理池之间的管道上设置了发电装置，并将发电装置设置在沉淀池100上，当沉淀池100中的具有位能的污水在下落的过程中，可以带动螺杆3转动，从而产生电能，充分利用污水处理过程中的污水落差形成的位能，避免能量的浪费。
54.本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本技术相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。