前语 跟着经济的开展以及市场竞争益发剧烈，部分家电 研制人员期望在部分用水运用终端方位（如水管、花洒 等方位）设备一个小型部件，特别是智能部件来进步产 品的竞争力。这些设备一般功率比较小，但若选用市电 来供电，一则布线费事，二则漏电危险会变大；若选用 电池来供电，则需常常替换电池，会引起不便利。若能利 用这些设备设备处的水流来发电，则可处理上述烦恼。 因而，开发一款微型水龙头水流发电机是很有必要的。 一起，现在国家高度重视节能减排，合理用电，节约用电， 以及将一些抛弃动力转化为电能现已成为节能减排作业 中的重中之重。在日常日子中的节能也现已引ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ了社会 各阶层的遍及重视。运用家庭中的水龙头流水进行发电 便是将一些抛弃动力转化为电能便是一种十分有含义的 日子实例。 运用家庭中的水龙头流水进行发电的发电机设备于 水龙头内部或许与水管相似的水流通道内，经过管道中
ＴｈｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａＭｉｃｒｏＴａｐＦｌｏｗＧｅｎｅｒａｔｏｒ
摘要：本文论述了微型水龙头水流发电机的研讨布景与含义，依据流体力学中的动量定理对水流发电机中的 水轮进行了规划，一起挑选了适宜磁路，规划并开发了一种可设备在水龙头或水管上的水流发电机。经试验 证明，本文提出的办法是可行及有用的。 关键词：水龙头；微型发电机；水流发电机；水轮 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｂａｃｋｇｒｏｕｎｄａｎｄｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆｔｈｅｍｉｃｒｏｔａｐｆｌｏｗｇｅｎｅｒａｔｏｒｈａｖｅｂｅｅｎｄｉｓｃｕｓｓｅｄｈｅｒｅ．Ａ ｍｉｃｒｏｔａｐｇｅｎｅｒａｔｏｒｗｈｉｃｈｃａｎｉｎｓｔａｌｌｉｎｔｈｅｔａｐｏｒｔｈｅｔｕｂｅｈａｓｂｅｅｎｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｉｍｐｅｌｌｅｒｉｎｔｈｅｇｅｎ－ ｅｒａｔｏｒｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｍｅｎｔｕｍｔｈｅｏｒｅｍｉｎｆｌｕｉｄｍｅｃｈａｎｉｃｓ．Ａｎａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｍａｇｎｅｔｉｃｃｉｒｃｕｉｔｐａｒｔｈａｓｂｅｅｎｃｈｏｓｅｎ． Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｗｏｒｋａｂｌｅａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔａｐ；ｍｉｃｒｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｆｌｏｗｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｉｍｐｅｌｌｅｒ
１ 规划方案 发电机是依据电磁感应原理来发电的，即闭合电路 的部分导体在磁场中做切开磁感线运动时，导体中就会 发生感应电流；水龙头水流发电机是运用管道中水流的 活动，合作水流发电机发生电力，也便是运用水的动能 转为水轮的机械能，再以机械能推进发电机，而得到电 力。微型水龙头水流发电机一般由定子、转子、轴与轴承、
Ｔ１＝（ｒｖ２θ－ｒｖ１）ρＱＶ（１） 式中 ｖ２θ 为 ｖ２ 在 ｖ１ 向上的重量，考虑到水轮的转速 以及 ｖ１、ｖ２ 的联系，可得到联系式（２）： ｖ２θ＝ωｒ－（ｖ１－ωｒ）ｃｏｓθ＝ωｒ（１＋ｃｏｓθ）－ｖ１ｃｏｓθ（２） 将式（２）代入式（１）可得式（３）： Ｔ１＝ｒ（ωｒ－ｖ１）（１＋ｃｏｓθ）ρＱＶ（３） 射流效果水轮所发生的转矩 Ｔ 与转轴效果于水轮机 的转矩 Ｔ１ 巨细持平，方向相反，因而可得式（４）： Ｔ＝－Ｔ１＝ｒ（ｖ１－ωｒ）（１＋ｃｏｓθ）ρＱＶ（４） 功率： Ｐ＝ωＴ＝ωｒ（ｖ１－ωｒ）（１＋ｃｏｓθ）ρＱＶ（ ５） 剖析式（５），咱们得出两个定论： １）当 θ 与 ρＱＶ 一守时，当 ｖ１＝２ωｒ 时，功率 Ｐ 有 最大值，这也阐明水轮的转速不是越大越好。 ２）跟着 θ 的增大，功率 Ｐ 将削减，当 θ＝０ 时，功 率 Ｐ 有最大值，即 ｖ２ 的方向与 ｖ１ 的反方向越挨近越好； 由上述的定论 １ 能够看出，ｖ１ 不是越大越好，其最 优值受 ω 与 ｒ 的束缚。ｖ１ 跟水流量有联系式（６）。 ＱＶ＝ｖ１Ｓ（６） 将 ｖ１＝２ωｒ 代入上式，可解得公式（７）。
水流冲击固定于转轴上的水轮，水轮滚动带动发电机磁 性转子滚动，从而定子绕组切开磁力线，到达磁生电。 此原理与一般的水力发电机根本相同，很多学者对水力 发电机做了研讨 ［１－４］，但这些研讨针对的发电机的功率均 较大，关于微型或超微型发电机的材料较少。
现在市场也有小型的水流发电机，但因为体积过大， 功能规划及体积等方面都与设备于水龙头内不匹配，本 项目依据水力发电机的原理开发了一种能设备于水龙头 内部的水流发电机。
型水龙头水流发电机的磁铁、转轴等要素，还包含水轮 等要素。下面首要针对水流发电设备的水轮及磁铁进行 规划及选型阐明。
１．１ 水轮规划 依据运用环境，本方案水轮选用冲击式水轮。水轮 的首要规划参数有：水轮的最大半径 ｒ，叶片的数目 Ｚ， 叶片的出口角 β，水轮作业时的水流量 ＱＳ，水轮作业时 的转速 ω 等。一起因为本方案的水轮归于冲击式水轮， 需求有高速射流冲击水轮的叶片发生转矩，而水管内的 水流速度一般较低，因而需求规划一个小的引流截面， 进步水管内的水轮速度并将其引射到水轮上，此引流截 面的最小截面面积 ＳＡ 也是一个需求确认的参数。 一般来说，水轮的最大半径越大，能发生的功率越 大。但因为本方案规划的水龙头发电机要合作水管来使 用，所以其水轮的最大半径、水流量等参数受运用环境 的约束，这儿取水轮的最大半径取为 ｒ＝９ｍｍ，取水流量 ＱＶ＝６ Ｌ／ｍｉｎ， 根 据 经 验， 适 用 于 本 方 案 体 积 大 小 要 求 的 发电机作业时转速一般能到达 ω＝５０００ｒｐｍ。 下面剖析怎么选取引流截面的最小截面面积 Ｓ，为 此先剖析水流流速与其对水轮所发生的转矩 Ｔ 和功率 Ｐ 的联系。很明显，在不同的时刻射流冲击的叶片的数目 是不同的，因而转矩是随时刻改变的。但这种改变不是 很大，为便利预算这儿疏忽这个改变，并只核算转子的 均匀转矩，一起以为它与必定常射流冲击在一最低方位 （此最低方位相对射流而言）的叶片产出的转矩相同。 需求指出的是，采取了这种简化，尽管或许会使核算得 到的功率值差错增大，但并不影响转矩 Ｔ 和功率 Ｐ 与各 几许参数或运动参数的定性联系。 用 ρ 表明水的密度，Ｖ１ 表明射流的速度，射流的 体积流量与水流量相同，均是 ＱＶ，不失一般性，假定 ｖ１ 的方向沿水平方向，ｒ 为水轮转轴到叶片外缘的间隔 （也即上述水轮最大半径），水轮的定常转速（角速度） 为 ω，当射流碰击叶片后的速度记为 ｖ２，ｖ２ 与 ｖ１ 的反
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