CN101424241A - 一种循环式驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环式驱动装置，旨在提供一种结构简单，造价低廉，既无资源消耗更无环境污染，并且可实现其输出功率大于其输入功率的驱动装置，其技术方案的要点是：以液体或气体做为介质置于无入口、无出口、无堵塞、无尽头或断开后由吸排泵接通的环形管道中，并在管道内安装若干台水轮机或气轮机或油轮机和用于驱动液体或气体流动的吸排泵，由动力带动的吸排泵在运转中促使介质在环形管道中快速流动，在流动中推动水轮机或气轮机或油轮机快速旋转，在旋转中带动有关机器如发电机发电或交通工具行驶。即将极少的机械能转换成较多的水能或风能，再由水能或风能转换成更多的电能或机械能。

Description

一种循环式驱动装置

技术领域 本发明涉及带动机器运转的动力部分，更确切更具体地讲是借助动力促使液体或气体在管道中快速流动，在流动中推动水轮机或气轮机旋转，从而带动有关机器如发电机或替代交通工具中起驱动作用的发动机。

背景技术 当今世界各地的发电厂(电站)有水力、火力、风力、地热、太阳能、原子能等，最常见的还数水力和火力发电厂。利用水力、火力或风力，其发电原理都是利用其介质即液体或气体(水、蒸汽或风)来推动水轮机，汽轮机或风轮机旋转，在旋转中带动发电机旋转，由此而发出电来，也就是说由水能、热能或风能转化成机械能，再由机械能转化为电能。

众所周知，水力发电是人类改造大自然、利用大自然最成功的一个典范，是取之不尽，用之不竭的绿色再生资源，在诸多的发电方案中，它是运行成本最低的一个，因此成为建电站的首选项目。然而建水电站受着诸多条件的限制，首先，必须要有一定的流差和流量，同样多的水、水头越高发电量相应也就越多，为了提高水头多发电，就须得修筑大坝来储水，而修建大坝并非易事，由于水电站大多建在江河中，江河上有船只上下来往航行，因而在修建拦河大坝的同时务必修建船闸；水位提高之后免不了会淹没田地、房屋及森林等，因此，建水电站往往需要移民；江河中的水流在各个年份及一年四季中其流量时多时少，相差悬殊，遇上枯水期其发电量大为减少，甚至发不出电来；水的流速与水头高低成正比，即水头越高其流速相应越快，由于受着诸多条件的制约而不可能将大坝筑得很高，因此在流速很有限的条件下，为了增加推力相应多发电，在水源能达到工艺要求的条件下而将水轮机做得很大，例如众所周知的我国三峡水电站，每个转轮Φ为10.46m，重量为448t，水轮机重3323t，额定水头高80.6m，流量991.8m3/s，单机出力700MW，总机出力18200MW。长江葛洲坝水电站，由于水头仅高18.6m，为了单机多发电而将转轮Φ做得更大为11.3m。水轮机与发电机称为水电厂的主机，还有为控制水流的开关即主阀，还有其他不少辅助设备如油系统，气系统、水系统和调节装置等。

估算三峡电站工程总投资为2039个亿(元)，自从1993年开工计划到2009年竣工，为时17年之久。

风力发电更是靠天吃饭，大自然里的风时大时小，时有时无，不可人为地将其改变，只好听天由命，受制于大自然，除非人为地制造空气流动。

火电厂是当今世界最普遍采用的一种发电方式，它是利用燃料的燃烧将水加热，使水变为水蒸气，由高压高温的水蒸气推动汽轮机旋转即将热能转换为机械能，再由汽轮机在旋转中带动发电机旋转即将机械能转换成电能，由于受人们认知的限制，人类在将燃料化学能转换成电能的过程中，大部分的化学能被消耗散发掉了，因此小型火电厂的总效率只有21％—25％，大型火电厂的总效率也只有36％—38％，远远小于水电厂总效率的80％以上，因此期望研究出一种全新概念的过程，能将燃料大部分化学能转换成电能，这是火力发电研究中的一个重要课题。

我国大多数火电厂选择用煤做燃料，根据现有技术大型火电厂的供电煤耗率为320g/KW·h左右，中型火电厂为400g/KW·h左右，小型火电厂高于450g/KW·h，所以国家目前大力提倡发展大型和特大型火电厂，关闭小型火电厂。从有关报道获悉，全国年产煤量人均在1吨以上，其中消耗在火电厂占了个少半，即全国火电厂每天耗煤量达150—200万吨，一个火电厂每天消耗原煤少则数百吨，多则数千吨上万吨，火电厂确实是个头等耗煤大户。不言而喻煤的大量燃烧带来了严重的环境污染，排放于大气中的N0和SO2等废气会产生温室效应，破坏臭氧层，形成酸雨等，对人类、动物和植物的生态环境带来极为不良影响，因此建火电厂应采出相应的措施来杜绝或减少对环境污染的危害。我国将电厂锅炉烟气脱硫技术的研究列为国家重点科研项目，先后引进了石灰石——石膏法、喷雾干燥法、磷氨肥法、炉内喷钙及炉后烟气增湿(LIFAC)法、活性钙吸附法、海水脱硫等十多种不同的锅炉烟气脱硫设备，并进行了应用性的研究，于以筛选推广。这些脱硫方法虽然大大地降低了火电厂燃料在燃烧中对环境的污染，但是设备的投资占电厂总投资的10％—25％，个别甚至更高；年运行费用占电厂总运行费用的8％—18％。

火电厂动力设备的所有工作都是以锅炉为核心沿燃烧系统和汽水系统两条线展开的。下面涉及具体数据以某超高压火电厂为例(该火电厂过热蒸汽压力为13.5Mpa，过热蒸汽温度为535℃)。

一、燃烧系统生产流程

参照图1。来自煤场的原煤经皮带机1输送到位置较高的原煤仓2中，原煤从原煤仓底部流出经煤机3均匀地送入磨煤机4研磨成煤粉。自然介的大气经吸风口23由送风机18送到布置于锅炉垂直烟道中的空气预热器17内接受烟气的加热，从空气预热器出来的250℃左右的热风分成两路：一路直接引入锅炉的燃烧器11，作为二次风进入炉堂助燃；另一路经一次风热风道24被引入磨煤机入口，用来干燥、输送煤粉，流动性极好的干煤粉与一次风组成的气粉混合物，经管道输送到粗粉分离器5进行粗粉分离，分离出来的粗粉再送回到磨煤机入口重新研磨，合格的细粉和一次风混合送入细粉分离器6进行粉气分离，分离后的细粉送入粉煤仓7储存起来，由给粉机8根据锅炉热负荷的大小控制煤粉仓底部放出的煤粉流量，同时从细粉分离器分离出来的一次风作为输送煤粉的动力，经过排粉机9加压后与给粉机送出的细粉再次混合成气粉混合物，由燃煤器喷入炉膛12燃烧。

一次风、煤粉和二次风通过燃煤器，喷射进入炉膛后充分混合着火燃烧，火焰中心温度高达1600℃。火焰、高温烟气与布置在炉膛四壁的冷水壁13和炉膛上方的过热器15进行强烈的辐射、对流换热，将热量传递给水冷壁中的水和过热器中的蒸汽。燃尽的煤粉中少数颗粒较大的成为灰渣落到炉膛底部的冷风斗25中，由排渣设备26从冲渣沟27和冲灰沟28中连续或定期排走，而大部分颗粒较小的粉煤燃尽后成为飞灰被烟气携带上行。在炉膛上部出口处的烟气温度仍高达1100℃。为了吸收利用烟气携带的热量，在水平烟道及垂直烟道内，安装有过热器，再热器(本图中未示出)和省煤器16，烟气和飞灰流经这些受热面时，进行对流换热，将烟气和飞灰的热量传给流经这些设备的蒸汽、水和空气，回收热能提高锅炉热效率。最后穿过空气预热器后的烟气和飞灰温度已下降到110-130℃，失去了热能利用价值，经除尘器19除去烟气中的飞灰后经烟道20由引风机21经烟囱22从高空排入大气。

二、汽水系统生产流程

参看图1。储存在水箱41中的锅炉给水由水泵45强行打入锅炉的高压管路46，并导入省煤器。锅炉给水在省煤器管内吸收管外烟气和飞灰的热量，水温上升到300℃左右，但从省煤器出来的水温仍低于该压力下的饱和温度(约330℃)，属高压未饱和水。水从省煤器出来后沿管路进入布置在锅炉外面顶部的气泡10中。汽包下半部是水，上半部是蒸汽，高压未饱和水沿汽泡底部的下降管14到达锅炉外面底部的下联箱，锅炉底部四周的下联箱上并联安装了许多水管，这些水管穿过炉墙进入锅炉炉膛，在炉膛四周内壁构成水冷壁13，高压未饱和水在水冷壁的水管内由下向上流动吸收炉膛中心火焰的幅热传热和高温烟气的对流传热，由于蒸汽的吸热能力远远小于水，所以规定水冷壁内的水的汽化率不得大于40％，否则很容易因为工质来不及吸热发生水冷壁水管熔化爆管事故。

水冷壁上部出口的汽水混合物再重新回到锅炉顶部的汽泡内。在汽泡内由汽水分离器进行分离，分离出来的高压饱和水与从省煤器送来的高压未饱和水混合后，再次通过下降管、下联箱、水冷壁，进行下一个水的汽化循环，汽包、下降管、下联箱和水冷壁构成水汽化后的循环蒸发设备。而分离出来的高压饱和干蒸汽由饱和干蒸汽管29导入锅炉内炉膛顶部的过热器中，继续吸收火焰和烟气的热量，成为高温高压的过热蒸汽。压力和温度都符合要求并携带着巨大热能的过热蒸汽由主蒸汽管30送入汽轮机31，蒸汽在推动汽轮机31的同时，由汽轮机带动发电机32旋转而发电，电能经变压器52由低压变为高压后，经安装在铁塔55上的高压线54送走。做功后的低温低压乏汽从汽轮机乏汽口34排出，进入凝汽器35，水池51中的水经吸水滤管48进入凝汽器成为冷却水49，带走乏汽的汽化潜热，乏汽全部凝结成凝结水，落入热井36中，再由凝结水泵37输送到低压回热加热器38，接受从汽轮机中抽入的做了部分功的蒸汽44对凝结水加热，以提高热力循环的热效率。抽出的蒸汽释放出汽化潜热后，自身全部凝结成水，由疏水管39送到热井中。从低压回热加热器出来的低压未饱和热水在除氧器40中进行除氧处理，除氧用的蒸汽来自汽轮机中做了部分功的抽汽43。汽水循环过程中总会有水汽泄漏、损失，因此必要时需向汽水系统补充经化学处理过的化学补充水42，凝结水和补充水全汇集在给水箱中，进行再一次汽水动力循环，从而完成了一个完整的封闭的蒸汽动力循环过程。还有冷却水出水管50，励磁机33，油枕53都为附属配件。

从上述中不难看出，火电厂的生产流程所需设备繁多，环节复杂，其中一个环节出了问题将会影响全局，因而维护难度比较大。

当今世界占主导地位的火电厂由锅炉和汽轮发电机组及辅助设备组成的庞大设备群，设备品种繁多，工艺流程复杂，管路纵横交错，操作控制频繁。一台500MW的燃煤锅炉机组，需要监视的项目达1200多个，需要操作的项目达4000多个。仅在启动过程中，需要监测500多个项目，进行400多个操作控制，因此无论从被监控设备的数量，还是进行监控的技术要求都远远超过水电厂。

综上所述，当今水力与火力发电综合存在投资大；运行成本高；环境污染重或解决方法难；资源消耗多；建站周期长；厂址难选择；供电不均衡和输电成本高等弊病。

众所周知的交通工具包括陆上走的，水上游的，空中飞的，从发明至今都是依靠发动机在运转中将燃料在燃烧中所形成的化学能转换成机械能做为动力，尽管发动机的功能与经济性越来越好，但迄今为止不管如何优良的发动机都存在以下不足。

一是必须要有燃料(汽油、柴油、燃气)在燃烧中所形成的化学能来推动活塞带连曲轴运转，或者由化学能推动三个转子带动输出轴旋转，否则就无法启动；

二是结构复杂而造价高。一台汽车其发动机占了近三分之一的成本；

三是燃料在燃烧中或多或少会排放有毒废气，对环境造成一定的污染；

四是使用寿命短和维修费用高。只要损坏一两个配件或磨损超限，轻则扭力减小或冒黑烟，重则瘫痪，依据车种不同，小修一次数百元，大修一次数千元甚至上万元或更多；

五是自卫性差。由于零配件特多而缺乏牢固性易损坏，加上必不可少的燃料储备箱，一旦发生碰撞或翻车，起火烧毁的现象在所难免；

六是内燃机不能反向旋转，为了在必要时能倒向行驶(后退)，而必须要在变速器内设置倒挡(具有中间齿轮的减速齿轮副)；

七是由于温度高大热天驾驶不利于驾驶员的身体健康；

八是发动机需加水降温而太麻烦；

九是或多或少存在噪音。

此外，全时驱动的汽车在行驶中将发动机输出扭矩按50:50设定在前后轮上，以此维持四轮驱动模式，具有良好的驾驶操控性和行驶循迹性，爬坡力也较其他车辆强劲。缺点是经济性差即增加了燃料消耗。还有因发动机重量多相应减少了载负等弊病。

正因为借用发动机驱动交通工具存在以上所述诸多不足才有电动汽车的问世。1894年法国人保尔·普沙思制造了一辆四轮敞蓬小汽车，在该车上安装了54个蓄电池，总重1360公斤，乘坐6人，时速为16公里；1992年德国政府拨款2200万马克在吕根岛建立欧洲电动汽车试验基地；1996年日本丰田汽车公司研制开发了RAV4—EV电动车等。然而在从电动车问世至今的一百多年时间里，不管如何改进都始终占领不了市场，大多只能用于微型或两轮小车(摩托与单车)上，无能力与燃油汽车平起平坐而靠边站，其原由不外乎以下几点：

一是充电时间长：每充一次电一般要花4-8小时，在此时间内必须静停；二是行驶距离短：每充一次电一般只能行驶几十到一两百公里，途中缺电只有瘫痪在那里；三是成本高：蓄电池的投资接近一台车的价格；四是使用寿命短：一般为三至五年或更少；五是自身装备质量大影响车速的提高和减少装载重量等不足。因此尽管电动汽车具有易启动、无污染、无噪音，无须消耗燃料等优越性，却长期以来无法与燃油汽车相抗衡。

新产品银锌电池其体积与重量尽管只有铅蓄电池的七分之一左右，却每充一次电可使汽车行驶两万余公里，遗憾的是只因成本过高而价格特别昂贵，目前只能做为人造卫星的电源。

在此基础上，某些专家、设计师又想到了混合动力，即蓄电池与燃油或燃气在同一辆车上使用，虽然减少了燃料的用量，但万变不离其宗，“燃油汽车”或“燃气汽车”几个字仍无法抹掉，其发动机和燃料二者缺一不可，所以也好不到哪里去。

发明内容 本发明为解决上述不足，旨在提供一种投资少，运行成本低，结构简单，无资源消耗，无环境污染，既可以用来发电，也可以用来推动机器运转和驱动车辆、船只等交通工具行驶的动力装置，采用以下技术方案予以实现。

借助改进后的吸排泵在运转中促使液体或气体在无入口无出口无堵塞的环形管道中来回往复快速循环流动，在流动中推动安装在环形管道中的水轮机或气轮机或油轮机旋转，在旋转中带动发电机发电或驱动交通工具行驶，其结构与做工原理详述如下。

A、改进传统吸排装置

当今时代使用的风机有离心式和轴流式两种，而水泵和油泵除了离心式和轴流式外还有旋涡式、往复式、叶片式、齿轮式、螺杆式等多种，除特殊作业外，使用最为普通的为离心式和轴流式，这两种机械常用来做为风机和水泵，以抽水为例说明如下。

顾名思义，离心式水泵是借用离心力促使叶轮在旋转中将水向四周甩出，但传统的抽水机每个水泵都只有一个出口，所占位置不到周长的四分这一，而水在叶轮的高速旋转中凭借离心力向四周甩出在四周围即360°的任何一个点上的出水量都是绝对均等的即一点不多一点不少，由此可知在四周四分之三以上的圆周无出水口，因而水流被迫转弯流向出口使致磨擦阻力增大导致效率降低；同时水是有重量的，垂直作用在物体单位面积上所受到的压力在物理学上称为压强，在国际单位制中压强的单位为“帕斯卡”，简称“帕”，因此，抽水时扬程越高所形成的压力相应也越大，这种压力对水泵叶轮产生一种反压力，即水泵叶轮在旋转中将水不断甩出的同时水对叶轮产生一种推力，由于出水口仅在叶轮圆周的每一个点上，在水的推力下就形成了叶轮必向反方向偏位的趋势，由此导致叶轮轴在旋转中与轴承相贴处在圆周上松紧不上，即一边松一边紧，从而加大轴承中滚珠的磨擦(偏磨)，这种磨擦的轻重随着抽水扬程高低的变化而变化，其结果是或多或少地降低了机械做功效率即耗能增多。另外，水在进入叶轮被甩出的过程中因转弯过多而形成阻力，由于以上几个因素的存在导致了离心式比轴流式必然多耗能的后果。

将传统的单出口改为双出口彼此相隔180°，这样不管扬程有多高所形成的压强有多大都不会给径向轴承造成偏磨，因为其压力一个在左一个在右，或说一个在上一个在下即相互为一字形对称，其反压力左与右或上与下二者完全相等同时落在同一个叶轮的两侧彼此被相互抵消由有变无等于零，由此不再存在左右偏斜和上下移位的条件；并大大减少了水被甩出叶轮后被壳体阻堵而转弯过多的现象，即实现短距离或直接进入出水管促使水流更顺畅。如果出水管过长，可使用水流离开水泵后二合为一的方法。

轴流式水泵是将数片(一般为三片)成螺旋状为一个螺距的几分之一以等距离安装在轴的周围，旋转中将水往上输送而不转弯或少转弯，为了克服输送中所形成的反压力(轴向力)，务必要在与叶轮同一根轴上安装止推轴承，运转中由于有止推轴承的阻挡和径向轴承的定位使轴尽管有反压力的存在也不会后退和偏位，其轴向力(反压力)导致止推轴承在运转中其滚珠与前后挡圈(定圈与动圈)发生剧烈地磨擦，根据牛顿第三定律“作用力与反作用力必须相等，方向相反”，因而磨擦力的大小随反压力的多少而变化，磨擦所产生的阻力必须以消耗一定的能量作为代价并减短了轴承的使用寿命。

改为将数片螺旋状叶片分两组安装在同一根组合式轴的两端，即以连轴器将三根轴相互连接成一字形排例为三合一，其中两端用于安装转轮即螺旋叶片，中段用于安装起支承和定位作用并相隔一定距离的左右两个径向轴承与轴承座，正中用于安装被动传动轮以便与动力(电动机或内燃机)机上的主动轮连合传动。这样由一个水泵变成了两个水泵，两端头的各一组螺旋叶片其规格与尺寸完全一致但方向相反，即一端为左旋一端为右旋，由此在运转中促使两股水流背道而驰，即一端将水往左输送一端将水往右输送。螺旋叶片将水往前推，所形成的反压力将螺旋叶片带连轴往后推，由于两端的反压力(轴向力)完全相等并同时落在同一根轴的两端彼此被相互抵消由有变无等于零，由此实现在无须增加甚至减少输入功率的条件下其功效只少被提高一倍，并且可省去止推轴承。

另外，传统的轴流式叶片只是在轴的每一端头以二分之一或二分之一以下的螺距安装短程的三片或四片螺旋叶(参见图2)，这样水泵或水轮机每运转一周只能将较短距离内(截面积×叶片安装长度—该长度内叶片与轴的体积×吸排效率)的水推送相应路程，如设顺转时往上或往前推，反转时往下或往后推，或者为反过来的状况，其做功原理不变。现将其改为一个螺距以上(参见图3)，每运转一周比改前的推送量提高若干倍，依据螺旋叶片的旋向不同，如顺转时用于抽水，反转时可用于放水发电，或者为反过来的状况，当用来放水带动发电机时由于受力良好即水流通过螺旋叶片的路程变长等于更有效地利用了水流的推力，同样多的水就能多发电。

机器在运转中所需要的力不外乎轴向力、径向力(克服旋转中的阻力)和空载力(不做功时的空转)，其中空转耗能量依据机器结构的不同一般为0.1—0.2，比如使用磁浮轴承定位在运转中仅存在与空气的磨擦其阻力大为减少。凡使用螺旋叶片连同主轴在旋转中将物料往前输送的机器其径向力所占成份多少是依据螺旋绕轴升角而定，恰似之字形盘山公路在同样高度的条件下其路面越显平坦走程越远，当完全水平时就只能在原路绕圈子而无法上山了。当圆形螺旋叶片与轴成90°角度安装时即无起点也无终点便不存在螺旋升角，运转中的功效变为零，既无径向力也无轴向力，当螺旋升角达到90°时其叶片与轴成为一条平行的直线同样失去了做功能力，此时只有径向力而无轴向力，只有在0°以上到9°0以下的螺旋升角才有工作效率，角度越小径向力越小轴向力越大，一个成正比一个为反比，当螺旋升角为45°时其轴向力与径向力二者相等。轴流式水泵其螺旋升角一般为20°—25°，可见轴向力占主要，为了减小径向力，将平均值螺旋升角定为20°，空载力定为0.2，求轴向力多少；1—0.2—[(1—0.2)×(20÷90)]≈0.622。

电力生产最困难之处是电厂供应的电能不能提前生产、储存，电能必须生产与使用同时进行，如果根据客户的用电量而频繁地停机和开机及增减负荷不利于火电厂机组的安全性和经济性，由于白天用电量远多于晚上而造成用电高峰时供不应求，当用电低谷时又大大过剩，因此有条件的发电厂家，在用电低谷时将多余的电用来抽水储(蓄)能，等到用电高峰时再放水发电。按照现有技术水平，花一个KW的电用于抽水，将所抽的水放下来发电最多也只能发出0.75KW，是个赔本做法，但是发电厂收费峰电与谷电的价格是有区别的，即峰电远高于谷电，国外为4:1，因而还是有一定利润空间。

当使用改进后的对称式双转轮水轮机用来抽水蓄能情况就有所不同了，同一台轴流式水轮机可以是顺时针旋转用于抽水蓄能，逆时针旋转用于放水发电，或者为反过来的状况，抽水时螺旋叶片为主动水为被动，放水发电时水为主动叶片为被动，由于抵消了反压力，顺转时提高了功效或节省了能源，反转时容易被水推动节能效果一样，由此实现减少抽水耗电量增多发水发电量之目的。

B、循环运转形成推力

如果把两端在上、下部位相互连通的管道称为连通器，往连通器里只注入一种液体，不管其管道有多长、多弯或大小不一，也不管其内壁如何凸凹不平，当液体不再流动时，其两端液体之液面为绝对持平。“帕斯卡定律”是密闭液体传递外加压强的规律，即施加于密闭液体的任一部分的压强都能保持它原来的大小，由液体向各个方向传递(包括液体内部及与液体接触的器壁)。

如果首先将既比水的密度小又能顺利通过管道的物件比如皮球放到连通器中，然后从其中一端开口注入水，当水在流满管道后从另一端溢出时，皮球便必然会随着水的流动自动浮出，无须施加任何外力，由此足以证明水的浮力和水在流动中所形成的水能不管是在江河里还是在管道中都是一样的。

根据“帕斯卡定律”将同一台抽水机的进水管的入口端与出水管的出口端都放到同一个水池中并在管内注满水，不管出水管的中间段有多高，也不管水泵离水池是远还是近、是高还是低，一切符合工艺要求后，启动抽水机，其结果不言而喻——不仅比往上抽水时水在管道中的流速要快得多，同时其耗能量相对也少得多即与空转(不抽水)耗能量相等。其原由是往上走的水所产生的压强(反压力)被往下走的水所形成的吸力因二者完全相等彼此被抵消由有变无最后为零，剩下的仅是机器本身运转中的磨擦阻力与抽水无关。当突然关停抽水机时，管道中的水便会立即停流，并且其管道中仍可保持满管水而不空，即使进水管底阀破损穿洞，水也不会流出来，原由是进排两水管都就位在同一个水池中被水淹没，彼此水位一致，压强一样，只要管壁不进空气，水就不会往下流。

人们在抽水作业时，如果因扬程过高水抽不上去即上升到一定高度不再流动，只要在原高度不变或继续加高的条件下把出水管接长并往管内注满水，把接长部分返回到与进水管同一个水池中，不仅管道中的水立即就会流动起来而且流动得更快，同时运转中的动力比如电动机其负荷大为减轻，电流立即减少，所耗电能与空转耗能量无异，不管将扬程提得多高其效果不变。

如果把注满水的出水管与进水管相互对接，使其成为一根无入口无出口无堵塞即无头又无尾的环形管道，或者环形管道断开处由吸排泵接通，与水池无关，再启动抽水机，情况就不同了：不仅管道中的水流速会更快，而且当突然关停抽水机时即断开电源或关停动力，水还会照样循环来回运行少许时间。道理很简单，这和用手快速转动一个没有贴地的自行车车轮一样，当手松开后车轮在惯性的作用下还会旋转好一阵子，旋转中的速度越快自转的延续时间也就越长。

水电厂是利用水的流差即借助水的快速流动，在流动中推动水轮机旋转而带动发电机，即将水能转换成机械能，再将机械能转换成电能。在一定条件下水头(水位或水平面)的高度与发电量成正比关系，即用同样多的水在水头提高一倍的条件下其发电量相应也多一倍，其流水在超越水轮机之后就失去了其使用价值即仅为借用一次而不能重复利用，除非抽水蓄能回池。在环形管道上安装水轮机情况就大不一样了，由于在整个管道上不存在压强的差别，不管其管道有多长，也不管所安装在管道中的水轮机有多少台，只要是彼此结构与尺寸一致，每一台在运转中所输出的功率都是相同的，不管是往上流还是往下流都同样能推动水轮机旋转，管道越长所安装的水轮机越多，其输出总功率大于输入功率的比值也就越大，依据环形管道的长短和安装水轮机多少的不同，前者可以是后者的几倍、几十倍、几百倍、几千倍、几万倍……没有止点。其原由是管道中的水流在整条管道上的任何一处都是保持平衡的，恰似在一个天平秤的两端盘子里同时增加或减少同样的斤两于水平状的秤杆无有半点影响。环形管道的安装模式不是水平就是高低不平，二者必居其一，水平时自然为绝对平衡，不平时有上必有下、上下全相等，有高必有低、高低尺寸同，即其中一侧高多少，相对另一侧就低多少，有几处高就有几处低。由于水流为循环运转即流来双流去，流去又流来，原水走原道，循环无数次，在低处往高处流的同一时间高处也在往低处流动，往上流所产生的重力(压强)被往下流所形成的吸力(拉力)所抵消由有变无而不再存在，即无剩余无缺少刚好平衡，因此不管其管道是平装，立装或斜装和直道或弯道，也不管水轮机安装得再多，于输入功率并无影响，这与连通器里的液体流动是一个道理。

要让液体或气体在封闭的环形管道中来回往复循环流动需要施加多大外力即输入多少功率，应该等于推动一个以中心装有轴承为支点四周或两端重量完全相等的物件旋转所需的耗能量，或者等同将静止时为水平状的一根天平秤杆被推至倾斜所需的力，如果将其流速忽视不计，所需之力微乎其微。

由动力带动的吸排泵在运转中促使介质(液体或气体)在循环管道中快速往返流动，当突然关停动力时，还会继续自动流动好一阵子并带动吸排泵继续旋转，即快速流动中的介质所形成的惯性力也在对吸排泵施加一种推力，二者相辅相成。例如以水做为介质并选用活塞式吸排泵实施吸排时，当成双成对的活塞其中一半在前行中将水从缸套中排出，所排出的水必定要占据一定的容积，而环形管道中的水并无空位又不能被压缩，由此所排出的水对另一半在后行中的活塞施加一种推力；与此同时后行中的一半活塞在对水形成吸力的同时对前行中的一半活塞产生一定的拉力，其原由是被吸入缸套的水减少了环形管道中的存水量自然务必要有水来补足，所以只有吸入与排出同时进行才能实现吸排作业。当采用相同规格的两个活塞安装在同一根轴的两端时，该轴带连活塞在滑行中即可实现一端排出一端吸入二者同时进行，换言之吸入与排出二者相辅相成缺一不可。

由于液体或气体在环形管道中不存在膨胀力与挤压力，以水为例，因为管道的容积与水的体积完全相等无丝毫之差(被水充满)，也没有活塞给其加压，由此即使是管道某处存在小裂缝或小孔洞也不妨事，即水在流动中很难泄漏，其原由是水在循环运行中任何一处都始终如一地保持着前吸后推的惯性力，流速越快所形成的吸力与推力相应也越大，小孔外边的空气进不去，水自然不会流出来。

C、运用对称实现平衡

根据工艺要求将环形管道在长度上一分为二又二合为一，这样的分合次数依据工艺要求而定，每分合一次可以安装前后两台水轮机或气轮机或油轮机(用水做介质称水轮机，用空气做介质称气轮机，用油做介质称油轮机)，以水轮机为例，由两个相同的转轮分别安装在同一根轴的两端，轴的两端顶头空白位伸出管道外由轴承与轴承座支承定位。由螺旋叶绕轴安装组成转轮其中一个为左旋一个为右旋，流动中的水分两股在同一时间内等量并等速分别从两端流向中间为二合为一，在中间转弯后经短距离的中间纵向管道向前在同一时间内分两股等量并等速从中间流向两端为一分为二，再分别从两侧的纵向管道向前又从两端流向中间为重复上述过程，每分合一次超越前后相邻两台双转轮水轮机。由于管道中的水一流齐流一停齐停，只要管道和水轮机做得标准就不存在流速与流量的差别，只因安装在轴上的螺旋叶片与轴保留一定的夹角即螺旋升角(斜坡)，由此两股水在快速流动中分别促使左旋叶片往右转和促使右旋叶片往左转动，由于在同一时间内两股水流不是背道而驰就是相互会合，二者必居其一，推动两端螺旋叶片共同带动同一根轴向着同一方向旋转(甲乙二人面向或背向时甲的右边就是乙的左边，乙的右边便是甲的左边)，由此可知尽管安装在同一根轴上的两转轮一个为右旋一个为左旋，其实并不矛盾。

运转中依据水的流向所形成的轴向推力不是背向便是面向，背向时将同一根轴往两头拉，面向时将同一根轴往中间推，由于左右两头都是以同等的拉力或同等的推力落在同一根轴上彼此被相互抵消而由有变无，换言之，两端相互对称并完全平衡的拉力或推力有效地阻止了轴的左右移位而起到了更为可靠的轴向定位作用，由此完全可以取消止推轴承的安装，只须在轴的两端分别各安装一个径向轴承用于定位便可胜任，因为它的轴向力被抵消不再存在。这种水轮机按水的流向一分为二时安装在背道而驰的管道中，二合为一时安装在相互会合的管道中。

由动力带动的轴流式吸排泵，其结构与形状可以与水轮机完全一致，只是分工的不同，根据螺旋叶片的旋向不同。可以是顺时针旋转将水从中间往两端输送，逆时针旋转将水从两端往中间输送，或者为反过来的状况。同一台水轮机或吸排泵既可以顺转也可以反转，以工艺要求而定，吸排泵所起的作用是在运转中促使介质(水或空气)在环形管道中来回往返快速循环流动，在流动中推动若干台水轮机或气轮机运转而做功。但并不排除吸排泵与水轮机或气轮机结构各异，即不杜绝使用离心式或活塞式吸排泵。

水轮机其主轴上的两端转轮由二至三片不等的螺旋叶片以螺旋状围绕在轴上组合而成，前后相邻两叶片的相隔距离称为一个螺距，前后两叶片之间即通道，由此假想做为水轮机被卡死不转动，于水的流速与流量也不会造成影响，因为转动与不转动其通道是一样的即既不会增多也不会减少。所不同的只是当水轮机不转动时，水在流动中随螺旋状通道围绕轴为螺旋状绕圈子前进，由此它的流动路线即走程与螺旋个数相应即有几个螺旋就绕几个圈子；当水轮机转动时左旋叶片向右转、右旋叶片向左转，从而让位于水通过使水流减少了走弯路而更顺畅，按理论推算水轮机每运转一周水流便前进一个螺距的走程，但由于是水推动螺旋叶片旋转即水为主动，螺旋叶片为被动，由此水流在超越螺旋叶片时很难百分之百地成为直线往前流，多少还有点呈螺旋状前进，但至少不会因管道中有水轮机的存在而降低流速，相反同一条环形管道如若通道大小不一，其断面越小处流速越快。

在大自然中，水的流速与水头高低成正比，而要提高水头受着诸多条件的制约。在流速十分有限的条件下，办法之一就是将水轮机做得很大，一个水轮机重达数仟吨，其难度之大与成本之高可想而知。而本发明要想提高流速与流量是一件十分容易的事，只要加快吸排泵的转速或加大吸排泵和管道的尺寸即成；也可以将环形管道一分为二、为三、为四……，在每根分道上各安装一个吸排泵，然后又将若干分道再合拢为一即可；或者将环形管道某处断开，再由若干台吸排泵接通。便可实现需要多快流速就有多快流速，需要多大流量就有多大流量。由此为提高水轮机的转速具备了一个可行性条件，必要时可以根据工艺要求将其转速提高到为发电机或内燃机转速的几倍、十几倍不等。再通过减速增力装置间接带动发电机或交通工具行驶。依据各种交通工具其结构的不同选择适应的位置安装该装置，比如船舶可安装在底仓，客车可安装在驾驶室或顶蓬之上。若干个水轮机或气轮机既可连合驱动同一台发电机，也可单一驱动发电机或直接连接减速机。

D、借用液体的浮力加上扛杆之力

用钢材做成的水轮机是有一定重量的，由于钢材的密度是水的7.8倍之多，也就是说安装在水中的水轮机凭水的浮力只能抵消水轮机重力的12.8％(1÷7.8＝0.128)，其余的87.2％完全依靠轴承来支撑与承受。在使用反击式水轮机的水电站，由于反击式水轮机的转轮能量转换是在有压管流中进行的，即水轮机的转轮完全被淹没在水中。目前世界上单机出力最大的混流式水轮机(为反击式类其中之一)发电机组在我国(中国)的三峡水电站，两种型号每台水轮机分别重为3200t和3323t，除了水的浮力抵消一少部分重量外，大部分重量都落到轴承上，不难设想，数仟吨的重量由轴承来承受势必在运转中形成强烈的磨擦，这种磨擦所形成的阻力是以消耗一定的能量(水能)作为代价的，也就是说因磨擦阻力的存在而减少了水在流动中对水轮机的推力，即浪费了相当一部分水能。

万吨巨轮可在水面上飘流，其轮船也是钢材制造的，只要位于水平面以下部分等于或轻于水的重量就不会下沉。因此，只要将水轮机制做成空心状以此达到每立方米体积的重量在一吨以下(与水的重量相等或略少)，就可以完全由水的浮力将其浮起，从而轴承只是起到了定位的作用由此百分之百地消除了承受力，其磨擦阻力就变得微乎其微了。

反击式水轮机有四种机型：混流、轴流、斜流和贯流。转轮是水轮机的核心部件，其中轴流式和贯流式都是将数片螺旋浆式叶片以等距离安装在中轴尾端的四周组合成一个转轮，由于存在一定的螺旋升角，由水在流动中冲击其斜面而旋转。同一组螺旋叶片离轴心越近角度越大，反之越小；角度越小周线越长，反之越短。水在流动中所形成的推力距离中心越远越省力，省力是借用了杠杆之力，这与用手秤称东西其小小秤砣可压千斤是同一道理。

以轴流式水轮机为例，设螺旋叶片外φ为4m，将主轴φ尺寸定为螺旋叶片外φ的0.8为3.2m，用钢管做主轴，其厚度为0.05m，空心φ＝3.2—(0.05×2)＝3.1(m)，其空心断面所占比例＝(3.1×3.1×0.7854)÷(3.2×3.2×0.7854)≈0.938，即将两端密封后该转轮的中心主轴其体积增大了百分之九十以上而重量不变，由此每立方米的重量由7.8t减少到1t以下，从而实现被水浮起之目的。水轮机的内径(主轴)加大后，在同样大的外径条件下其通道必然有所减少，并且该通道集中在离轴心较远的圆周，由此所导出的结果是：同样多的水在流经(超越)较小的通道时其流速相应加快，杠杆之力相应增大，尽管通道有所减小(不可过小)其推力却有增无减，加上水的浮力抵消了水轮机的大部分重力或全部，从而大大地减少了轴承的磨擦阻力，为提高转速使用浮式轴承或永磁悬浮轴承提供了一个可行性条件。浮力+杠杆力+水流增快的推力＝省力(减少输入功率)。

为了减少流动中的介质在环形管道中的转弯抹角和适应水轮机或气轮机当必要时可立式安装，将水轮机或气轮机做成空心状圆柱形(不再安装螺旋叶片)，这种空心状圆柱形水轮机或气轮机每两个为一组相互对称以平式或立式安装于同一环形管道每处的上下或左右，依据水轮机或气轮机φ的大小其中一少部分位于管道的通道横截面之内，大部分凸出于通道边缘线之外，凸出部分被管道所包围尽可能保持最小的间隙，其目的一是为了接受环形管道中的介质在流动中所形成的推力，二是应顺同一条江河或同一根输水管宽大处流速慢小窄处流速快的自然规律，即根据水物质不灭定律，液体在同一根管道内既不会减少也不会增多又不能压缩，所以在单位时间内流过管道每一个截面的液体其体积(流量)都是相等的，与管道截面大小并无区别。由此可知，环形管道该处的通道断面由于水轮机或气轮机的圆柱体的凸进便相应减少，从而促使介质(水或空气)在流经(超越)此处时其流速相应增快而推力增大，推动每组相对两个水轮机或气轮机一个为左旋一个为右旋。只因其介质在快速流动中所形成的推力是施加于水轮机或气轮机的某一边缘只占其直径的若干分之一非中心更非全部，从而形成杠杆之力促使其转动，不难设想，这种圆柱形水轮机或气轮机的φ越大所借用的杠杆之力就相应越多也就越容易被推动，同时转速相对也越慢，它不同于轴流式螺旋桨叶结构的水轮机或气轮机其体积越大所需推力越多。

为了实现介质在流动中推力强劲即更有效地利用推力，将空心状圆柱形水轮机或气轮机的圆周外围以等距离制做成多块板叶式叶片，每一块叶片的两边侧面之间与轴心相对，等于加长了圆柱体的半径。其目的是增加介质在流动中与水轮机或气轮机的磨擦力，这样当水或空气在快速流动中与水轮机或气轮机的周边其中某一部分相遇时不会一滑而过，而是被数块叶片挡住形成一定的阻力，在介质的推力下促使水轮机或气轮机旋转，在旋转中让位于介质通过。

由于水的浮力是客观存在的，借用与不借用于浮力不会造成任何影响，即既不会增多也不会减少，这一点与大自然中的风力、水力完全相同。当使用液体做介质时，由于空心状圆柱形水轮机其内腔中的空气远比水轻而在水中形成一个向上浮的趋势，又由于水轮机有一定的重量即钢材的密度是水的近8倍，由此在自重的作用下形成一个往下沉的趋势，即在同一台水轮机上存在一个往上浮一个往下沉的两个因素，根据浮力的大小和重力的多少二者相互抵消其中一部分或者全部被抵消为二者持平，由此达到减少或消除落到轴承上的重力，从而使轴承更耐用和在运转中更省力，被抵消的重力越多省力也相应越多，利用该方法不管多大的水轮机其重力都可以被浮力所抵消，即由有变无或由多变少，必要时可在水中加入少量的助浮物料如氯化钠类促使浮力增大，并可防止低温结冰。

在不同场合根据工艺要求其环形管道断面(横截面)既可以是方形或圆形也可以是方圆结合形。环形管道的排列方式(形状)更是多种多样不受限制，只要能适应介质做循环往复流动就行。它可以是一个圆环；可以是两端为半个圆弧中间为两条直线；可以像螺旋状那样管道与管道之间隔开一定距离向上、向前、向后、向左、向右延伸，最后又回到起点两端头对接；可以由中间一条主道分为两根支道于左右绕到另一头又合为一根主道而相互接通；当然并不排除一主多支的做法，但分合过多会因受力不匀各管道中的介质流速很难一致，即离主道近的流速快，反则流速慢甚至停流，除非在各根支道上各安装一台吸排泵；根据地形可以是双排或弯来又弯去成为多排为水平排列即相互平行，也可以侧立以双排或多排为上下叠加，或者介于二者之间为一定斜度等。

依据工艺要求其空心状圆柱形水轮机或气轮机可以是平装(轴线持平)；也可以是立装(中轴垂直)。平装时相对某两个分别位于同一管道里面(内)的上下；立装时相对某两个分别位于同一管道里面(内)的左右。两个为一组在同一环形管道可安装单组、双组或多组(无止点)。如果所安装的水轮机或气轮机不是太多(5个以下)，可将环形管道除两头必须转弯外设置成左右相对并隔开一定距离的两条水平直线，并在两端分别安装各一个吸排泵，将空心状圆柱形水轮机或气轮机的转轮以立式安装于同一环形管道的左右两条直线管道之间并密封，其转轮的左右两侧边以直径的若干分之一凸入左右两管道介质流径的通道之内，由左右两股水流或气流一股向前一股向后分别从左右共同推动同一个水轮机或气轮机的转轮旋转，由此其推力便增大一倍。由于水轮机或气轮机在快速运转中会形成一定的离心力，离心力的作用可将上下两个端面的少量介质形成甩向四周的趋势，但由于因无空位(水满)又甩不出，尽管同一环形管道中的左右管道因安装单排水轮机或气轮机而彼此相互被串通，由于离心力的存在加上缝隙很小其左右介质很难从水轮机或气轮机的上下两端平面产生对流。立式安装的转轮左右边缘两侧圆周半径的少部分位于左右管道介质流路的通道里，每个侧边与通道的内侧前后免不了各形成一条竖状小间隙，其少量介质(一般为水或空气)会跟随转轮的旋转方向从该间隙中产生左右对流，但由于左右管道都分别各存在前后各一条共两条间隙，在运转中一条流出一条流进其流量二者(进出)完全相等，其结果仍可保持左右管道中的介质总量不变。不管对水轮机或气轮机采用何种安装方式，都必须将其转轮置于密封的管道中，只是中间主轴两端伸出在外，其目的是杜绝介质外泄。由于是同一型号的两个吸排泵分别等距离安装在环形管道的两端，吸力与推力彼此相等，由此杜绝了介质在流动中不超越两端的左右通流。

根据工艺要求空心状圆柱形水轮机或气轮机其转轮φ尺寸与转轮宽度尺寸二者可以是相等也可以是相差，并且不排除其形状的改变，比如将圆柱形改为鼓形或其他形状，在两端φ保持不变的条件下鼓形转轮中心φ便会增多相应体积增大，从而与通道中的介质接触面积也相应加大，由此更有利于接受推力。但鼓形或其他形状加工难度大而成本高，若要增大扭力选用加宽转轮的宽度或加大其φ相对前者(鼓形)而言既可达到目的又可节约成本。

选用液体或气体做为介质其做功原理不变，只是当选用气体(空气)做为流动介质时其流速应依据水电厂水轮机最高转速不超过1500/min和火电厂汽轮机最低转速不低于3000/min的定理而适当提高转速即可。道理很明了，当同样体积的木块和铁块以同样的速度撞击某一物体时，不言而喻自然是密度大的铁块撞击力要大，这与飞机在空中飞行碰上飞鸟会损坏飞机的道理一样，尽管飞鸟轻而小，但飞机速度太快所形成的撞击力太大。

借助液体或气体在快速循环流动中的推力其有益效果简述如下。

由于本发明可以选用不花钱的水或空气做为介质用于推动水轮机或气轮机运转而做功，并且可实现其输出能量远大于输入能量之目的，加上无须修筑蓄水堤坝和船闸，也不存在移民和添置大小辅机设备，水或空气长时间无须更换，运转中只是微乎其微的修理费，不仅投资很小，而且运行成本极低；无资源消耗自然无环境污染；发电不受资源制约，增减水轮机或气轮机十分容易，同样的设备只要调整介质的流速便可实现增减供电量；由于其结构简单而更有利于电脑控制，为实现无人上班少人值守提供了一个十分有利的条件；建站不受地域限制，高山、平地、斜坡、地下崖洞、屋顶或室内等都适用。

流动作业的交通工具即车辆、船只、飞机等由于不便搭架电线而只有使用发动机，由此务必造成投资大，运行成本高并污染环境和存在噪音，更主要是消耗了大量十分有限的原源。当使用本发明取代其发动机后，上述弊病不再存在，只多只须一两个蓄电池便可解决。

E、借用多余的离心力

凡是绕轴心快速旋转的物件都会形成不同程度的惯性力兼离心力，最为常见的是轮盘或称转轮其转速越快所形成的离心力相应也越大，并且离心力的增大值是转速增快值的平方，即转速增快两倍，离心力便增大4倍，转速为原来的4倍或8倍，离心力为原来的16倍或64倍，以此类推。

离心式水泵与离心式风机都是借用离心力将水或空气在高速旋转中将其从叶轮空间中甩出，这种离心力的形成必须要以消耗一定的能量作为代价，而安装在S195型柴油机其曲轴上的一个笨重飞轮和起动轴上的自动调速装置在运转中并不会增加能量消耗，相反，由于四冲程柴油机其中二分之一冲程用于进排气而不做功，只好借助安装的飞轮在旋转中储存做功时的能量使其形成惯性力而均速运转；自动调速装置其中起主导作用的六粒珠子，当转速升高时随着离心力的增大向四周散开，反之向内靠拢，在内外滑移过程中也是无须消耗能量的，因此安装与不安装与消耗燃油无直接关系，只是当内燃机转速过高或过低时调节供油量而确保运转平稳。

抽水机在抽水作业中由于扬程的存在而形成压强(反压力)，由此同样尺寸的水管其扬程越高所配套的动力相应越大。如果是无扬程抽水，抽水与不抽水(空转)的所需动力是相同的，即只是克服机器本身的磨擦阻力就行了。

由于离心力是客观存在的，形成后利用与不利用与能源消耗(输入功率)无关，如果使用一种方法利用这多余的离心力来为人类做功，将会获得一种无须花钱的新能源，比利用水能、风能、太阳能等更方便、更可靠、更实惠。

水轮机与汽轮机在快速旋转中仅限于直接或间接带动发电机旋转而发出电来，而在旋转中所形成的离心力百分之百地被白白浪费掉了。顾名思义，离心力所起的作用是以旋转轴心为起点，以外围周边为终点形成一个离开中心(离心)甩向四周的趋势，或说形成一种由轴心向四周散开的拉力，离轴心越远所形成的离心力越大，这是因为周线越长旋转线速越快的缘故。如果一个绕轴心快速旋转的轮盘其周边某处存在裂缝而欠牢固，当牢固性低于离心力时就会从该裂缝处脱开，被脱开部件便会向与轴心相反的方向飞去，假如其脱开部分并非单个而是成双成对并且彼此重量相等和脱开部位在缘周线上距离都等同，就不会因撕裂断开而影响轮盘在旋转中的平衡性，即不会给运转中的轮盘造成阻力。比方说以对称的形式并均等地从上位的左右向水平式安装并在运转中的轮盘加砂或淋水，砂或水在离心力的作用下被甩向四周而飞溅时必定会形成撞击力，如果把这些撞击力收集起来并利用它，便等于利用了多余的离心力。

根据无扬程抽水(进出两水管放入同一个水池中)相对空转状态而言不会增加能量消耗这一定理，只要将立式安装(中轴直立)的水轮机或气轮机的中轴上位适当加长，并在加长的某一位置加装一台离心式水泵(吸排泵)或离心式风机，(二者都为吸排泵)，为了在旋转中既能形成较大的离心力又能保持其平稳性不减，该吸排泵的叶轮φ应等于或略小于其下位的水轮机或气轮机的转轮φ。以安装吸排水泵为例，在原环形管道的上位再叠加一层储水渠道或水池，存水量以满足吸排泵的吸排作业为宜，吸排泵下位的进水管包围在立式水轮机中心主轴的周围并被淹没在水中，或者就根本不设进水管(水无杂质)，吸排泵的叶轮和壳体其中一大部分或全部位于水平面以下为近于无扬程或完全无扬程吸排，其泵体外壳与外壳上的排水出口是固定不动的，为了保持在运转中的平衡性，其排水出口只少设置对称式两个彼此相互距离180⁰，并在每一个排水出口处的水平面以上各安装一台水平状冲击式水轮机，由排水出口的射流推动，这样由原一台水轮机旋转做功变成了三台。如果加装在原水轮机主轴上的是一台离心式风机，由于其空气无处不在而无须设置存放空气的容器和不受立式安装的制约而更简便易行，其做功原理与水做介质无异。

由于由环形管道中的介质在快速流动中推动水轮机或气轮机在其主轴上位加装水泵或风机后既可保持惯性力有增无减，又可保持在运转中平衡性不变，凭运转中所形成的离心力将介质从出口甩出，有出必有进从而在甩出的同时所形成的吸力将介质从进口吸入，由此实现不断吸入与不断排出之目的；又由于(以水做介质)吸入与排出都在同一条水渠(水池)中进行，其水位可保持不升不降状态因而在吸排中不会形成压强(反压力)，排水出口与水面持平为无扬程吸排，当然也可以略高于水平面，用以减少其加装的冲击式水轮机在运转中的阻力，即水轮机整体位于水平面以上，尽管如此其吸排泵的叶轮仍然只少有二分之一被淹没在水中，与无扬程吸排相差无几，因此吸排与不吸排于原水轮机的运转做功几乎不会造成影响，其原由是吸入量与排出量二者完全相等而在运转中重量不变，由此对运转中的水轮机其平衡性无有改变，换言之等于吸排泵和通过吸排泵的水共同组成一个飞轮安装在立式水轮机主轴上，恰似在单缸内燃机主轴上加装一个笨重的飞轮对运转有益无害。

在同一主轴上安装有离心式水泵或离心式风机的立式水轮机或气轮机在运转中带动发电机或其他机器依靠的是环形管道中快速流动中的介质所形成的推力，而水泵或风机实现吸入与排出依靠的是水轮机或气轮机在快速运转中所形成的离心力，二者各行其道互不干扰，后者只不过是借助而已，因为离心力与水泵做功与不做功并无直接关系，即利用与不利用其离心力总是客观存在的。

离心力的大小不仅与转速有关，并且与所旋转的物体其体积特别是其直径大小有关，但加大体积务必增大成本，而提高环形管道中介质的流速是一件十分容易的事，即要多快就有多快，由此为增大离心力节省开支提供了一个极为有利的条件。

抽水蓄能发电，其抽水耗电量(输入功率)与放水发电量(输出功率)之比值与扬程高低无关，耗电量与发电量二者都由压力大小所决定，一大齐大一小齐小为正比关系，因此这种关系不受扬程高低的制约。设抽水扬程高2m，它的底层每m²的压力＝水的密度1000kg/m³×2＝2000kg，写成国际单位便是2000×9.8牛顿＝19600(帕斯卡)，而标准大气压则为：1.01325×10⁵＝101325(帕斯卡)，只有标准大气压的19.3％(19600÷101325)，这样低的压力在放水发电中又能形成多大射力呢(相对冲击式水轮机而言)？它远不如在2m高的扬程内抽水时其排水出口射流的速度；并且在整个放水过程中，这种压力从19600帕斯卡逐然下降到最后为0，即平均只有9800帕斯卡(19600÷2)，仅为标准大气压的9.67％(9800÷101325)。而提高扬程只能是实现以较少的水发出较多的电，却不能改变其发电量最多只有抽水耗电量的0.75这一不足。

改用本方法(借用多余的离心力)相对抽水蓄能发电而言其有益效果一是耗能量微乎其微(极低的扬程)，或者根本就不消耗能量(无扬程)，因为其离心力是借用的，是多余的即做为不借用运转中的水轮机或气轮机其离心力也是客观存在的；二是无须修建较大的蓄水池，同时又免去了输水管，因为它吸入与排出都在同一个水池中进行；三是可保持在整个过程中其流速与流量始终如一，不比抽水后再下放其压力必然是从开始的最大值降到最后的最小值。

F、借助液体或气体在出口之前的推力

抛石子、扔手榴弹、射击，在脱手和子弹出膛之后其飞速总是由快到慢，最后停飞下落。同样的道理，吸排泵在抽水时其出水管出口所冒出的射流速度依据送力大小其射程有远近之分。飞速与流速是在出口之前或脱手之前所形成，应顺这个自然规律，将圆柱形冲击式水轮机外缘的一少部分周线长度占半径的若干分之一用来取代吸排泵的出口，当在出口的上下或左右安装各一台水轮机或气轮机时便可取代出口的上下左右即整个出口，当只在上或下与左或右其中之一方向安装单台水轮机时也可取代三个方向的出口。由于借用离心力所安装的离心式水泵或离心式风机更适宜水平安装，其水轮机或气轮机为平式安装可以是上位单个或上下双个，以安装上位单个水轮机为例，设出口高80毫米，宽1000毫米，宽是高的十倍以上，其排水出口固定部位为底板和左右墙板，其上边为敞口由水轮机周边取代，只要将在圆周安装有多块阻堵板叶和墙板的水轮机其中一少部分边缘嵌合于吸排泵出口底板与左右墙板之内，与固定板保持最小的间隙，在水的射流推动下促使其水轮机旋转，水流为主动，水轮机为被动，流速快，水轮机转速相应也快，反之则慢。这样用于排水的出口上下左右四个方向的固定壁板其中左、右、上三个方向由固定改变为活动，不仅不会对射流造成阻力，相反还会大大减少阻力而助长了流速，其原由是：比如一个人的身体前后厚度是260毫米，要从左右相距为250毫米的间隙中挤过去或多或少会有些困难，如果将门的左右改为两个立式安装的并可转动的活动辊其宽度不变仍为250毫米，人要越过这道门就容易多了。

水轮机圆柱体的宽度与排水出口的宽度相等，水轮机圆周的阻堵板叶的高度等于排水出口最前边口子的高度，由此可知，当水轮机静止不动时排水出口便被堵死即没有出口，由于多块阻堵板叶相邻前后叶片之间存在一定的距离即空位，只有在水轮机转动时水的射流才能顺利通过，水轮机每运转一周对排水出口封堵的次数等于其圆周所安装的阻堵板叶数之和，由于每次封堵的时间极短，只有数千分之一秒，用肉眼是观察不出来的，并且是在运转中进行封堵，无有丝毫的停留，根据水轮机φ的大小和转速的高低与在圆周所安装阻堵板叶的多少每秒钟之内封堵数仟次。例如：设水轮机φ2200毫米，每分钟转速为1100，在其圆周等距离共安装110块阻堵板叶，每片厚度为3毫米，前后叶片之间距离＝2200×π(3.1416)÷110-3＝59.832毫米，运转中在每秒钟之内对出口封堵次数达2016次之多(110×1100÷60)；尽管如此，根据相邻前后叶片之距离在一定时间内其通流时间总是远远多于封堵时间，后者只有前者的5％(3÷59.832)，即每次封堵所占时间仅为40320分之一秒(2016÷0.05)，由此可知极短的封堵时间在每次封堵中只能是导致水的膨胀力加大而促使推力增大，每一块阻堵板叶在运转中超越出口后从与出口为零距离至脱开一定距离，不仅同样可接受出口之后的射流，并且是近得不能再近(零距离)，这一点是传统水力发电中使用的冲击式水轮机是无法做到的(零距离)。可见由于本发明水轮机在运转中即接受了出口前的水流推力又接受了出口之后的射流推力，加上减少了水流阻力和形成了水流的膨胀力使其推力更大，并且出口之前的推力远大于出口之后的推力，从而大大地提高了水流的利用率，由此相应提高了水轮机的转速。

G、抽除空气，减少阻力

只要没有脱离地球引力，任何物件在高速旋转中都依赖外在的动力，比如说风轮机，一旦停止向其吹风或风力过小就不再运转，其原由是在运转中存在自身的磨擦阻力(与支承点的磨擦)和与空气的磨擦阻力。

由于借用多余的离心力实现吸入与排出形成射流推动水轮机或气轮机运转而做功是在空间进行的，由此运转中与空气的磨擦成为必然，当选用液体如水做为介质时务必要在环形管道上位修建存水渠道或蓄水池，只要将该渠道或水池包括吸排泵及水轮机一起进行密封，只是留出水轮机的主轴伸出密封的真空室之外用于带动发电机，并且用真空泵将密封室内的空气抽出，这样不仅大大减少了水轮机在运转中与空气磨擦所形成的阻力，而且又阻止了水花外溅，同时还杜绝了水的蒸发和提高了排水出口的射流速度。此外，还大大降低了机件因受空气的影响而过早生锈氧化。

只要将密封垫安置于真空室的外边，室内真空度越高所产生的吸力越大其密封垫相应会贴得越紧，外边的空气越是难以入内，为维持室内真空度较长时间不减提供了一个可行性条件。

附图说明 图1是现有技术即传统中的火力发电厂发电过程示意图；

图2是传统水轮机其中之一的轴流式水轮机转轮结构与形状图；

图3是本发明轴流式水轮机其结构与形状图；

图4是传统做法即现有技术之一安装在管道中的贯流式水轮机与发电机合为一体的做功原理图；

图5是安装在组合式轴上的螺旋叶片组合成吸排泵其结构与做功原理示意图；

图6是一分为二又二合为一的环形管道与水轮机的安装位置及运转做功原理示意图；

图7是介质在一分为二又二合为一的环形管道中流动路线图；

图8是水平安装的环形管道侧视图；

图9和图10是单一的小方形一分为二又二合为一的环形管道与水轮机及吸排泵安装位及水流路线说明图；

图11是本发明圆柱形冲击式水轮机其形状与结构图；

图12是分别平装在环形管道上下各一个圆柱形水轮机被水流推动而运转做功原理图；

图13、图14、图15是防止水轮机或气轮机安装位其主轴端被伸出管道外而发生介质泄漏所采用的密封垫其结构与形状示意图；

图16是立式安装在环形管道左右两侧的圆柱形水轮机其主轴上位加装了一个离心式吸排泵及泵体左右各安装一台水平式圆柱形水轮机并借助立式安装的水轮机在运转中所形成的离心力实施吸排而达到推动左右两水平安装的水轮机其结构与做功原理图；

图17和图18是借助吸排泵在吸排过程中其出口之前的射流推力推动水平安装的圆柱形水轮机运转示意图。

具体实施方式 下面结合附图做进一步的说明。

参照图4，水渠18中的水流方向19在流动中推动安装在水道中的贯流式水轮机尾端轴流式转轮20快速旋转，在旋转中带动安装四方形48处其外壳里面的发电机(图中未示出)而发出电来，所发出的电能经过空心立柱21输送出渠道外，为了发电机与水轮机的稳固性而设置有前后定位支架23，为了便于检修而留有出入口通道22。这种发电机与贯流式水轮机的组合装置在环形管道中根据管道的长度不同可安装几台、几十台、几百台……。

参照图5，对称式双出口轴流式吸排泵由中间轴25和两端各一根轴26等零部件组合而成，由两个分开一定距离的轴承与轴承座7所支承与定位，三根轴由分开一定距离的左右两组共四个连轴器8将其连合为一根整体式为一字形的组合轴，左旋螺旋叶片4与右旋螺叶片5分别安装在同一根组合式轴的两端，为了介质(液体或气体)在脱开两端螺旋叶片后减少螺旋旋转的影响即能更平齐地向前流动而在轴的尾端安装有付叶6，为了便于与动力机(图中未示出)连合传动在中间轴上安装有皮带轮9，由动力带动的吸排泵在快速运转中将环形管道32中的介质(水或空气)经过螺旋叶片不断吸入和不断排出，由于吸入与排出都在同一根环形管道中进行，从而促使介质(以水为例)由二合为一水流1通过二合为一环形管道2再经过一分为二环形管道3成为一分为二水流27。

参照图6、图7和图8，左旋螺旋叶4与右旋螺旋叶片5分别安装在同一根主轴24上共同组成一台轴流式水轮机，轴的两端与其中一端分别安装有轴承与轴承座7及传动轮9(皮带轮)，水流方向由二合为一1改变为背道而驰10，又由一分为二27改变为相互会合11，再复原为二合为一，这样重复循环不断流动，在流中推动水轮机运转。

参照图9和图10，环形管道32由中间管道与两侧管道再加上两端管道共同组合而成，其中一端安装有吸排泵28用于驱动介质在环形管道中快速循环流动，在流动中一分为二又二合为一为反复循环重复进行，在不断流动中促使水轮机46旋转。为了能实现正常运转而在其两端和水轮机的外露端相隔一定距离分别安装有轴承与轴承座7，为了由动力带动吸排泵和由水轮机带动发电机(图中未示出)而在吸排的其中一端和单个水轮机的端头分别安装有传动轮9，为了将三个水轮机连合起来共同带动同一台发电机而将三个水轮机由链轮与链条47连合起来，由于三台水轮机体积与结构都一样，由此决定了二合为一的中间水流比两侧的一分为二水流其流速快一倍将成为必然，因此当必要时将三台水轮机用链条链轮联合时其中间水轮机由于其转速是两侧的双倍而应将中间的链轮相对两侧而言应减小一倍，由此才能达到三台水轮机转速一致。此种结构很适合交通工具上使用。

在图11和图12中，圆柱形水轮机由中间主轴29和牵枋(支架)49及外圈50等部件所组成。为了更有效地接受介质在流动中的推力而在周线上安装有两侧面之间与中心主轴相对应的纵向并多片叶片30，为了与排水出口左右套合以防水往外冒而在水轮机两端缘周安装有挡片31，这种冲击式圆柱形水轮机当水平安装时位于环形管道32的上边或下边或上下双边各一台，当水流方向33为从左向右时，上下双台圆柱形水轮机的旋转方向34一个为左旋一个为右旋。

参照图13、图14和图15，不管是吸排泵还是各式各样的水轮机安装在环形管道中都必须将中心主轴的两端通过环形管道墙壁伸出在外，为了防止主轴24与环形管道墙壁13邻近处往外漏水，除了传统方法采用水封外，在主轴的对应处设置一个周线凸台14，平板橡皮垫圈15被压盖16压在凸台上，压盖四周钻有若干个孔眼17，借助螺柱12将其与垫圈压紧，由于垫圈下面(内面)有凸台的存在被撑高一定尺寸使其与凸台紧贴，由此阻止了水的外泄。这种装置既可安装在环形管道之外(便于加油)，也可以安装在环形管道之内，当安装在内时由于水有一定的压力形成一个将垫圈向内壁压紧的趋势，因此凸台可以略平一点。

参照图16、图17和图18，立式安装的圆柱形水轮机的转轮35位于环形管道32中的左边或右边，水轮机主轴39的中位安装有传动轮9，上位加装有离心式水泵37，两端由轴承和轴承座7定位，轴承和轴承座7安装在机架(图中未示出)上，离心式水泵37的下半部位被淹没在水池36的水中，两个水平安装的圆柱形水轮机51一个在左一个在右其最低位少部分周长分别与两个排水出口38套合，按照旋转方向34一个为左旋一个为右旋。

水平式安装的圆柱形水轮机51它的圆周安装有多个叶片30，运转中其若干叶片30其中之一与排水出口的出口底边40相贴近(以不发生磨擦为宜)，为防止排水出口水的射流还未脱开出口之前往上喷射，而在其上边的左右设置有短尺寸并可拆卸的水平盖板44；吸排泵出品的宽度即左边41与右边42之间的距离等于水轮机辊体缘周叶片30的宽，或说辊体外圈的宽；它的出口里面(内)有效高度等于水轮机缘周叶片加上辊圈50厚度在φ上所占的尺寸；它的上边弧度等于水轮机辊圈内φ的弧度，只要将水轮机两端头的外缘即叶片与辊圈所占位置凸出一定尺寸(超越内部牵枋)，所凸出的宽度与上边盖板44的宽度相等，以便在其盖板下位顺利通过；为了起始进入排水出口的水轮机叶片30与排水出口上边后位缺口45套合处不冒水或少冒水，而在该处安装有橡皮板或厚布等类似物43，橡皮板块的后边安装在缺口45的后边与其连为一体，其左右与排水出口两侧贴近，其前边伸入盖板44的下位被此相互搭接一定尺寸，在水流的推力下橡皮板块向上浮，但由于有水轮机叶片在旋转中将其往下压即每超越一片叶片便下降一次和上浮一次，因为在前一叶片超越脱开之前后一叶片已达至贴近，从而在上浮与下降的重复进行过程中达到阻止水流外冒的目的。

实施例1：

吸排泵外φ10m，内φ(主轴断面φ)2m，叶片厚0.1m，螺旋角(指叶片内外平均值即中线螺旋升角，下同)20°，外缘运转线速100m/s，吸排效率0.8，求各项数据：

螺距：(10+2)÷2×π×正切系数：0.364≈6.861(m)

每秒(s)钟转速：100÷(10×π)≈3.2(转)

每秒钟吸排量：[(10×10×0.7854)—(2×2×0.7854)]×(6.861—0.1)×3.2×0.8≈1305(m³)

每秒钟流速：1305÷[(10×10×0.7854)—(2×2×0.7854)]≈17.3(m)

水轮机外φ8m，内φ6m，叶片厚0.1m，螺旋角20°，水流推动效率0.7，求各项参数：(计算公式略)8(m)

有效断面＝(8×8×0.7854)—(6×6×0.7854)≈22(m²)

每分钟转速＝1305×60÷[22×(8—0.1)]×0.7≈315(转)

实施例2：

吸排泵外φ0.25m，内φ0.05m，叶片厚0.008m，螺旋角20°，外缘运转线速100m/s，吸排效率0.7，求各项有关数据(计算公式略)：

螺距≈0.172m，每秒钟转速≈127转，有效断面≈0.047124m²每秒钟吸排量≈0.687m³

水轮机外φ0.25m，内φ0.1m，叶片厚0.008m，螺旋角20°，水流推动效率0.7，求各项有关数据(计算公式略)：螺旋≈0.2m，有效断面≈0.04124m²水轮机每分钟转速≈3643(转)

实施例3：

在实施例2的基础上增加一台相同的吸排泵，其他各项不变，求水轮机每分钟转速＝3643×2＝7286(转)。

Claims (10)

1.一种循环式驱动装置，由流动中的水或空气推动水轮机或气轮机旋转，其特征在于：将液体或气体做为介质置于无入口、无出口、无堵塞、无尽头或将其断开后由吸排泵接通的环形管道中，并在环形管道里面安装有若干台水轮机或气轮机或油轮机和由动力驱动的吸排泵。

2.根据权利要求1所述的一种循环式驱动装置，其特征在于：将安装水轮机或气轮机或油轮机和吸排泵的管道一分为二又二合一，其分合次数可以是一次、两次或多次。

3.根据权利要求1所述的一种循环式驱动装置，其特征是：水轮机或气轮机或油轮机的转轮成双成对地分别反方向安装在同一根轴的两端。

4.根据权利要求1所述的一种循环式驱动装置，其特征是当使用离心式吸排泵实施吸排时，每个泵体外缘在周线上以等距离只少设置有两个或两个以上的出口。

5.根据权利要求1所述的一种循环式驱动装置，其特征是：在由管道中的介质在流动中推动的立式安装在环形管道中的水轮机或气轮机的中心主轴上位加装有离心式吸排泵，当使用液体如水做介质时其吸入与排出在同一个水池中进行。

6.根据权利要求1或4所述的一种循环式驱动装置，其特征是：圆柱形水轮机缘周叶片在运转中与排水出口套合时超越中的其中某一叶片与排水出口的底边(40)相贴近但不紧靠。

7.根据权利要求1或5所述的一种循环式驱动装置，其特征是在排水出口其缺口(45)的后边安装有橡皮板块(43)或类似物。

8.根据权利要求1所述的一种循环式驱动装置，其特征是将加装在环形管道上位的离心式吸排泵与水轮机及水池密封在同一个被抽除空气的空间中。

9.根据权利要求1或8所述的一种循环式驱动装置，其特征是：其密封件由凸台(14)外加有弹性垫圈(15)和定位压盖(16)所组成。

10.根据权利要求1所述的一种循环式驱动装置，其特征为将水轮机中心的主轴做成空心并密封。

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