CN100439874C - 对正反向流体导向成单向旋转的装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于流体流量表技术领域，和风力、海潮浪等流体动能利用技术领域；特别是能记录流体正反流向总量的流量记录表，和正反向流动的流体动能利用装置。为防止水气表反接反转和利用不定向风力、海潮浪能量，在密封外壳中把各进出口隔离，每个进出口各有一个相互独立的分腔室，在隔离板上设有一定长度、能引导流体流动方向的导流孔，导流孔将各分腔室与流体单向转动室连通，流体单向转动室与每个进出口的分腔室连通，多个导流孔向一个方向导流体，使流体在单向转动室成单向旋转。作为流量表的配件，达到能推动记录流量的叶轮单向转动的目的。作为风力和海潮浪发电系统配件，达到能单向转动的利用不定向运动的风力、海潮浪能量的目的。

Description

对正反向流体导向成单向旋转的装置

技术领域

本发明属于流体流量表技术领域，和风力、海潮浪等流体动能利用技术领域；特别是能记录流体正反流向总量的流量记录表，和正反向流动的流体动能利用装置。

背景技术

现有的自来水表或其它记录流体流量的表，因其正反连接可以使水表或其它流量表正反转，如把水表反接，发生窃水行为，给自来水厂造成严重的经济损失。为防止反接后，水表或其它记录流体流量的表反转，人们发明了多种单向水表或其它单向记录流体流量的表，但产生单向功能都是在进出水口或表体中设置单向阀。使水或其它流体只能单向流动，也就是表只有正接时水其它流体才能流过表，反接不能流过表，表也不转。如中国专利ZL98223749.9、ZL99243308.8、ZL99247954.1、ZL97251402.3都是在进出水口或表体中设置单向阀，使水或其它流体只能单向流动，表单向转。

用风能发电，但风的流向是不定的多方向。用海浪潮发电，但海浪潮的流向是不定的多方向。而发电机的转向是固定的单向，这就要求有把多方向运动的风或海浪潮变为单向驱动发电机的装置。中国专利95245178.6提供了一种双结构合为一体的风叶，一个方向的风在双结构的不同部分受到的阻力不同，产生力矩驱动发电机。双结构是风叶对称的两部分中的多块百叶窗片结构不同，百叶窗片结构的不同使风成单向通道。这种百叶窗结构的风叶在风向变化大时，可能产生反转，并可能损坏发电机。中国专利申请200410050379.3提供了一种用单向阀门的海浪浮力能源转换器，是用进水、出水两种不同导向的阀门储备进水，产生水的势能。

发明内容

本发明的目的是提供一种流体的单向装置，在单向装置内能将正反向甚至随时变化流向的流体，转换成单向旋转的流体。这种单向装置可作为防反转盗水表水的单向装置、防反转盗气表气的单向装置、风力发电系统的单向装置、海浪潮发电系统的单向装置。

本发明解决了流体反向流动、不定向流动使水气表反转、使发电机反转的技术难题；并达到使反向流动、不定向流动的流体能量都能利用的技术难题。

本发明的构思是：在本装置密封外壳中把各进出口隔离，每个进出口各有一个相互独立的分腔室，在隔离板上设有一定长度、能引导流体固定流动方向的导流孔，导流孔将各分腔室与流体单向转动室连通，流体单向转动室与每个进出口的分腔室连通，多个导流孔向一个方向导流或主要向一个方向导流，使流体在单向转动室成单向旋转。作为流量表的配件，达到能推动记录流量的叶轮单向转动的目的。作为风力和海潮浪发电系统配件，达到能单向转动的利用不定向运动流体多方向能量的目的。

本发明的结构是：在至少两个进出口2的密封外壳1中用隔离板8把各进出口2隔离，进出口2与隔离板8之间形成分腔室7，每个进出口2与隔离板8之间各有一个相互独立的分腔室7；多块隔离板8合并成导向管3，或者是多块隔离板8与密封外壳1的某些部分合并成导向管3；导向管3两端开口与密封外壳1的上下板连接密封成一个密封室，这个密封室作为流体单向转动室9，流体单向转动室9就是流经本发明的全部流体必需流经的空间，导向管3中间空间就是流体单向转动室9。

隔离板8上设导流孔4，将各进出口2的分腔室7与流体单向转动室9连通；流体单向转动室9中设有转动叶轮6；导流孔4的中心线即导流线5与导流孔4和叶轮6轴的连线不相平行。其夹角是5-85度，或95-175度。因为有夹角才能驱动叶轮6向某一固定方向旋转。由于导流孔4的导流线5与本发明整个装置的相对位置固定不变，不论在本发明装置中的流体是正还是反相流动，导流线5方向决定了流体单向转动室9中运动方向，即导流线5方向固定，流体单向转动室9中流体的运动方向被固定成单向旋转。下面是本发明的其它技术方案。

每个分腔室7的隔离板8上至少设有一个导流孔4，一般每个隔离板8上设有多个导流孔4，以便增加流量。同一个隔离板8上的多个导流孔4的导流线5，和不同隔离板8上的导流孔4的导流线5方向相同，使流体在流体单向转动室9中才能单向旋转。达到任何一个导流孔4的导流线5都使被导流的流体向一个方向旋转，如都是顺时针或都是反时针方向旋转。

对于高速流体，为了减少转动叶轮6的转速，也可将多个导流孔4的一少部分导流孔4设计为反方向，即多个导流孔4中多数向顺时针方向，少数或个别向反时针方向；或多个导流孔4中多数向反时针方向，少数或个别向顺时针方向。这样，虽然有正反两向的导流孔4，但流体在流体单向转动室9中只能驱动转动叶轮6向一个方向转动。而转速低于导流孔4全是一个方向。

对于高速流体，为了减少转动叶轮6的转数，还可将多个导流孔4的导流线5方向与导流孔4和叶轮6轴连线这两线之间倾角设计成不同的角度。如不同的导流孔4的导流线5分别有20度、30度、40度、50度、60度、70度、80度等，这也可增加流体在流体单向转动室9中的水磨擦，降低流体转动速度。从而降低转动叶轮6的转速。

对于低速流体，一般在一块隔离板8上设有多个导流孔4，每个导流孔4都位于进出口2中心线的某一面，这样有利于向一个方向导流。

一般最佳设计是：一块隔离板8上设有多个导流孔4，每个导流孔4都位于进出口2中心线的某一面，每个分腔室7中的导流孔4都位于相同的那一面。将不同进出口的隔离板8制成相同设计。

一般导流孔4孔的壁是用导向管3的管壁厚度之中，这样流体与导流孔4和导向管3的磨擦小。另外还提供一种导流孔4的结构：导流孔4的管壁只有部分位于导向管3的管壁之中，导流孔4管的一端或两端伸出导向管3的管壁，使导向管3的内或外表面成齿状。这种结构也可减少流速。

转动叶轮6的中心柱的端头与计量读数器连接，使本发明成为各种液体流量纪录表的流体驱动器。制成单向转动方式记录正反向、多通道流体总流量的流量纪录表。如水表、气表、高压蒸气表等。转动叶轮6的中心柱的端头与发电机转子连接，可将正反向、甚至不定向流动的风力和海潮浪能量转化成电能。

本发明可用于正反向、甚至不定向流动的风力和海潮浪能量转化成电能，其结构要在密封外壳1上的进出口2连接有喇叭管10，喇叭管10的小口端接出开口2，喇叭管10的大口端开放，大口端用于收集流动的风和海潮浪。由于风和海潮浪的流动方向变化太大，所以，可在喇叭管10中设有导向叶片11，将流动方向变化太大的风和海潮浪初步导向成有较确定的方向流动，之后再进入导流孔，成规范的单向旋转的风和海潮浪。为固定导向叶片11在喇叭管10中的位置，导向叶片11之间用连接板12连接，导向叶片11与喇叭管10之间也用连接板12连接。

流体驱动器-----指流体流经的容器中，设有被体流驱动的转动装置，该容器和转动装置的组合为流体驱动器。用于水表、气表中时，相当于现有的整体叶轮机构。流体驱动器还可作为直接获取风力和海潮浪的机械能的装置。

计量读数器-----能把流体驱动器的转动部件的转数进行记录，并能阅读的装置，相当于现有水表、气表中的指标机构。

流量记录表-----包括流体驱动器和计量读数器的组合，使流体流经本表时，驱动流体驱动器，而流体驱动器又传动计量读数器记录流量。

风力和海潮浪发电系统----包括流体驱动器和发电机，风力和海潮浪的机械能驱动流体驱动器转动，流体驱动器又传动发电机，使风力和海潮浪的机械能变为电能。

本发明是对流体驱动器的技术改进，获得了流体是正反向、甚至是多方向流动，但流体驱动器是单向转动的单向旋转的装置。

本发明的优点：本发明作为被流体直接驱动的部件，即流体驱动器可成为流量记录表的配件。流体不论是正反方向都可以流经本装置或本装置制成的流量记录表，并且流体不论是正反向流动，记录流量的叶轮都向一个方向转动，带动计量读数器记录正反方向流量的总和。由于可以记录正反方向的流体流量，所以本装置还可用于多进出口的多向流体交合的流体流量总量。

为了减少流量纪录表的减速装置，本发明设计的不相等夹角的导流孔、甚至反相的导流孔，能降低叶轮转速，使配有本发明的流量纪录表的变速齿轮较少，流量记录表结构更简单、成本低、不易放生故障。现有单向记录水表反相安装产生反相旋转的偷水行为，如用有本发明的流量纪录水表，则不能达到偷水目的。

本发明作为被流体直接驱动的部件可成为风力和海潮浪能量发电系统中的配件。把正反方向、不确定方向流动的风力和海潮浪能量转变成向一个单向转动的能量，也就是把随机变化的不能利用的正反方向、不确定方向流动的风力和海潮浪能量，变成可利用的一个单向转动的能量。

附图说明

图1是对正反向流体导向成单向旋转的装置的结构原理图；

图2是对正反向流体导向成单向旋转的装置的立体剖面结构示意图；

图3是异形外壳、导流孔壁伸出导向管壁的对正反向流体导向成单向旋转的装置结构示意图；

图4是密封外壳和导向管部分合并的网状多流向的对正反向流体导向成单向旋转的装置的结构原理图；

图5是密封外壳与导向管分隔的网状多流向的对正反向流体导向成单向旋转的装置的结构原理图；

图6是对正反向流体导向成单向旋转的装置的立体组装结构示意图；

图7是可用于风力和海潮浪发电的对正反向流体导向成单向旋转的装置立体剖面结构示意图；

图8是用于风力和海潮浪发电的对正反向流体导向成单向旋转的装置可能的各种结构形式意图；

图中1是密封外壳、2是进出口、3是导向管、4是导流孔、5是导流线、6是叶轮、7是分腔室、8是隔离板、9是流体单向转动室、10是喇叭管、11是导向叶片、12是连接板。

具体实施例

实施例1、可反接但能单向纪录正反水流总量的装置

本装置的外壳在对称设有两个开口作为水的进出口2，外壳为内径是10厘米的圆形，外壳只有一方是开放的，开放的一方有透明盖密封，外壳底部与外壳圆弧形壁固成一体。当透明盖与一方是开放的外壳部分密封后才成密封外壳1。但没密封前，在有底的圆形外壳部分中设置导向管3，设置导向管3的步骤是：

制作导向管3与导流孔4：导向管3选用壁厚为1厘米、外径为9厘米的厚壁式圆管，在两个进出口2中心线对称的两个45度角所对的厚壁式圆管的管壁上，设对称的两组导流孔4。在厚壁式圆管的管壁上每组导流孔4有4个孔，这三个孔分别是圆孔、椭圆孔、长方孔、三角形孔。圆孔和椭圆孔的中心线与厚壁式圆管的直径按顺时针方向成40度角，长方孔的中心线与厚壁式圆管的直径按顺时针方向成50度角，三角形孔的中心线与厚壁式圆管的直径按顺时针方向成130度角，三角形孔的导流方向为顺时方向与圆孔、椭圆孔、长方孔的反时方向相反，起减速导向管3中的圆孔、椭圆孔、长方孔产生的高速反时方向水流。

安装厚壁式圆管即导向管3：将导向管3的圆孔、椭圆孔、长方孔的中心线反时方向方式放入外壳的底部，将导向管3与外壳的底部焊接密封。在导向管3位置与外壳进出口2中心线成顺时针30度角的直径处的导向管3和外壳，用一块小档板将导向管3和外壳分隔并焊接密封，使两个进出口2不能只从导向管3外壁相通，而必须经导向管3中心相通。

安装叶轮：厚壁式圆管即导向管3内径为8厘米。叶轮的直径为7厘米，共对称的设有6个叶片。叶轮6放入导向管3中，叶轮6的中心轴的一端转动式固定在外壳部底，并位于导向管3中心。

密封盖板：将外壳的开口端与导向管3修整成一个平面，用一块透明盖板密封在外壳的开口端。

经上述步骤获得可反接但能单向纪录水流的装置。该装置进出口2部位的外壳的内壁、底板内壁、盖板内壁、厚壁式圆管即导向管3外壁组成分腔室7；底板内壁、盖板内壁、厚壁式圆管即导向管3内壁组成流体单向转动室9。分腔室7和流体单向转动室9以厚壁式圆管即导向管3上的圆孔、椭圆孔、长方孔、三角形孔相通。

如果要制造单向水表，在上述本发明对正反向流体导向成单向旋转的装置的叶轮6的中心轴上连接水表的计量读数器即可。同样可制造气表、高压蒸气表等。

实施例2、导流孔伸出隔离板的可反接但能单向纪录气流的装置

本装置的外壳设有中心线呈十字交叉的四个开口作为气的进出口2，外壳为四花瓣形，四花瓣形长轴长为是12厘米，中间圆形内直径为是9厘米，外壳只有一方是开放的，开放的一方有透明盖密封，外壳底部与正椭圆形一端固成一体。当透明盖与一方是开放的外壳部分密封后才成密封外壳1。但没密封前，在有底的正椭圆形外壳部分中设置导向管3，设置导向管3的步骤是：

制作导向管3与导流孔4：导向管3是用隔离板8和四花瓣形的内弧形壁合并而成。每个花瓣与中间圆形相接处密封的焊有一块弧形隔离板8。每块隔离板8中有四个冲压的孔，每个孔中焊有斜向的导气管，导气管中心线与中间圆形内直径按顺时针方向夹角分别都是170度，每块隔离板8上的导气管斜角相同。导气管的两端伸出隔离板8表面0.5厘米。使隔离板8表面成齿状。导气管都是长方管。

安装叶轮：导向管3内径为7厘米。叶轮的直径为6厘米，共对称的设有4个叶片。叶轮6放入导向管3中，叶轮6的中心轴的一端转动式固定在外壳部底，并位于导向管3中心。

密封盖板：将外壳的开口端与导向管3修整成一个平面，用一透明盖板密封在外壳的开口端。

经上述步骤获得多个进出口2网形连接的单向纪录气流的装置。本装置无论那个进出口2是流进或流出，该装置都只向一个方向转动，这就可以作为管网总流量记录表的流体驱动器，即冲转部件。

如果要制造单向管网气表，在上述本发明对正反向流体导向成单向旋转的装置的叶轮6的中心轴上连接气表的计量读数器即可。也可用上述装置作为高压蒸气表的部件制造网状多通路高压蒸气表。

实施例3、风力和海潮浪发电机用的对正反向流体导向成单向旋转的装置

本装置的外壳在对称设有两个进出口2，外壳为内径是200厘米的圆形，外壳只有一方是开放的，外壳底部与外壳圆弧形壁固成一体。开放的一面封闭前，在有底的圆形外壳部分中设置导向管3，设置导向管3的步骤是：

制作导向管3与导流孔4：导向管3选用壁厚为20厘米、外径为180厘米的厚壁式圆管，导向管3上均匀设有20个椭圆孔，椭圆孔的中心线与厚壁式圆管的直径按顺时针方向成40度角。

安装厚壁式圆管即导向管3：将导向管3的椭圆孔的中心线反时方向方式放入外壳的底部，将导向管3与外壳的底部焊接密封。在导向管3位置与外壳进出口2中心线成顺时针30度角的直径处的导向管3和外壳，用一块档板将导向管3和外壳分隔并焊接密封，使两个进出口2不能只从导向管3外壁相通，而必须经导向管3中心相通。

安装叶轮：厚壁式圆管即导向管3内径为160厘米。叶轮的直径为150厘米，共对称的设有6个叶片。叶轮6放入导向管3中，叶轮6的中心轴的一端转动式固定在外壳部底，并位于导向管3中心。

密封盖板：将外壳的开口端与导向管3修整成一个平面，用螺丝将板密封在外壳的开口端。

设置喇叭管10的步骤是：

制作喇叭管10：制作一个椭圆形喇叭管10和一个长方形喇叭管10。椭圆形喇叭管10的小口短径为等于外壳的高度60厘米，大口径为80厘米。长方形喇叭管10的宽为等于外壳的高度60厘米，长为80厘米。

制作导向叶片11：先用连接板12将多块导向叶片11按一个方向连接，再把连接板12和导向叶片11的组合件按喇叭管10中，导向叶片11方向同于喇叭管10中心线方向。椭圆形喇叭管10中的导向叶片11是弧形，长方形喇叭管10中的导向叶片11是平板形。

组装：将两个喇叭管10的小头分别与外壳上对称的两个进出口2固定连接。制成风力和海潮浪发电机用的对正反向流体导向成单向旋转的装置。叶轮6中心轴的在外壳外面的轴顶端与发电机连接，制成风力和海潮浪发电机组。本风力和海潮浪发电机组可利用任何流向的风力和海潮浪能量发电。

Claims (9)

1、对正反向流体导向成单向旋转的装置，包括一个密封外壳(1)，密封外壳(1)上至少设有两个进出口(2)，其特征在于：在密封外壳(1)中用隔离板(8)把各进出口(2)隔离，进出口(2)与隔离板(8)之间形成分腔室(7)，每个进出口(2)各有一个分腔室(7)；多块隔离板(8)合并成导向管(3)，导向管(3)中间是流体单向转动室(9)；隔离板(8)上设导流孔(4)将各分腔室(7)与流体单向转动室(9)连通；流体单向转动室(9)中设有叶轮(6)；导流孔(4)的导流线(5)与导流孔(4)和叶轮(6)轴的连线不相平行。

2、根据权利要求1所述的对正反向流体导向成单向旋转的装置，其特征在于：多块隔离板(8)与密封外壳(1)的某些部分合并成导向管(3)。

3、根据权利要求1所述的对正反向流体导向成单向旋转的装置，其特征在于：多个导流孔(4)的导流线(5)与导流孔(4)和叶轮(6)轴连线之间成的倾角角度相等。

4、根据权利要求1所述的对正反向流体导向成单向旋转的装置，其特征在于：一块隔离板(8)上设有多个导流孔(4)。

5、根据权利要求1所述的对正反向流体导向成单向旋转的装置，其特征在于：一块隔离板(8)上设有多个导流孔(4)，每个导流孔(4)都位于进出口(2)中心线的某一面，每个分腔室(7)中的导流孔(4)都位于相同的那一面。

6、根据权利要求1所述的对正反向流体导向成单向旋转的装置，其特征在于：导流孔(4)的管壁位于导向管(3)的管壁之中；或导流孔(4)的管壁伸出导向管(3)的管壁。

7、根据权利要求1所述的对正反向流体导向成单向旋转的装置，其特征在于：密封外壳(1)上的进出口(2)连接有喇叭管(10)，喇叭管(10)的小口端接进出口(2)。

8、根据权利要求7所述的对正反向流体导向成单向旋转的装置，其特征在于：喇叭管(10)中设有导向叶片(11)。

9、根据权利要求8所述的对正反向流体导向成单向旋转的装置，其特征在于：导向叶片(11)之间用连接板(12)连接，导向叶片(11)与喇叭管(10)之间用连接板(12)连接。

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