CN101586476A - 具有导流结构的流力致动涡轮装置 - Google Patents

具有导流结构的流力致动涡轮装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有导流结构的流力致动涡轮装置，为一种能提升将流体动能转为回转动能效率的设计，主要通过由特定循向导流结构单元装设于流力致动涡轮，使流体被循向导流结构单元由前向后沿涡轮受力侧延伸的开放式导流结构所引导，进而改变涡轮受力面的流体压力。

Description

具有导流结构的流力致动涡轮装置
本申请是原申请(申请日为2004年7月19日，申请号为200410069797.7，发明名称为“具导流体的流力致动涡轮装置”)的分案申请。
技术领域
本发明涉及涡轮装置，特指一种具有导流结构的流力致动涡轮装置。
背景技术
传统包夹状的导流罩结构风阻值(Cd)较高，不利于承载较高速的风力或流力的环境为其缺失，故思考如何获得较低风阻创新设计，而作成本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有导流结构的流力致动涡轮创新设计，为在涡轮上加设特定具有由前向后沿涡轮受力侧延伸的开放式导流体的循向导流罩，以随流体流向循向对准流体的流向作导流，进而改变涡轮受力面的流体压力。
本发明的目的是这样实现的：
一种具有导流结构的流力致动涡轮装置，其包括设置于机座而能将流力能转为动能的涡轮装置，该涡轮装置为一种呈球状或轮状的多叶式结构，该涡轮装置通过轴承结合于涡轮轴上可作自由转动，或固定于涡轮轴而使涡轮轴与涡轮装置可共同回转，且配置于机座体，该涡轮装置的周围设有数个与涡轮轴的径向辐射线呈同一方向具斜向设置的叶片，通过叶片迎向流体的受力侧承受较大流体推动力，而将流体动能转为回转动能以供驱动负载，另一侧则在转动中承受较小的流体压力而形成负压侧，该流力致动涡轮装置设有循向导流结构单元，使流体被循向导流结构单元由前向后沿涡轮受力侧延伸的开放式导流结构所引导，进而改变涡轮受力面的流体压力，该循向导流结构单元具有一能使流体被引导转向的导流结构体，上述导流结构体由同时设有增压与减压导流结构体所组成；
所述涡轮装置应用于通过流力驱动，该涡轮本身构成流体泵，所述涡轮装置上在对应第一空间处设置有上述增压与减压导流结构体，通过所述增压与减压导流结构体而流经第一空间的气流或液流的流力推动前述涡轮装置，将气流或液流的流力动能转为回转动能使涡轮装置回转，而由涡轮装置本身构成泵功能，由产生负压侧涡轮叶片产生负压效应以排放流体，供将涡轮装置下端设置于第二空间的流体入口结构的流体抽出，使第二空间的流体抽往第一空间；第一空间与第二空间的流体可为相同流体或不同流体。
本发明提出的一种具有导流结构的流力致动涡轮装置，其主要构成为含有传统设置于机座而能将流力能转为动能的涡轮装置，涡轮装置为一种略呈球状或轮状的多叶式结构，为通过轴承结合于涡轮轴上可作自由转动，或固定于涡轮轴而由涡轮轴与涡轮装置共同为可回转所配置于机座体，涡轮装置的周围设有数个与涡轮轴的径向辐射线呈同一方向略具斜向设置的叶片，通过叶片迎向流体的受力侧承受较大流体推动力，而将流体动能转为回转动能以供驱动负载，另一侧则在转动中所承受的流体压力下形成较小的负压侧，流力致动涡轮装设有循向导流结构单元结构，使流体被循向导流结构单元由前向后沿涡轮受力侧延伸的开放式导流结构所引导，进而改变涡轮受力面的流体压力。
所述的具有导流结构的流力致动涡轮装置，是在涡轮轴套设循向导流结构单元，循向导流结构单元由迎向流力源的前端向后沿涡轮装置受力侧延伸，而呈开放式导流功能的单片板状增压导流结构体的结构型态，其单片板状增压导流结构体为通过轴承套设于涡轮轴(或套设于涡轮)的单端或双端，并通过延伸结构向后延伸至适当长度，以供设置与循向导流结构单元的转向呈轴向垂直设置的循向舵片，循向导流结构单元的前端至少一片板状增压导流结构体最前端的导流面，与涡轮形成适当导流角并沿涡轮的轮廓形成间隙，而能在循向舵片稳定其指向后，供引导流往涡轮装置负压侧的流体，而使流体汇流增压导往涡轮装置的受力侧，以供驱动涡轮装置，进而将流体动能转为回转动能，以供驱动负载。
附图说明
以下配合附图详细说明本发明的特征及优点：
图1为本发明特定循向导流结构单元呈单板增压导流结构体实施例的俯视图。
图2为图1的侧视图。
图3为本发明特定循向导流结构单元含增压及减压导流结构体双板结构实施例俯视图。
图4为图3的侧视图。
图5为本发明特定循向导流结构单元呈罩状增压导流结构体结构的俯视图。
图6为图5的侧视图。
图7为本发明特定循向导流结构单元呈单板减压导流结构体结构的俯视图。
图8为图7的侧视图。
图9为本发明特定循向导流结构单元呈罩状减压导流结构体结构的俯视图。
图10为图9的侧视图。
图11为本发明特定循向导流结构单元呈分离式增压及负压导流体结构的俯视图。
图12为图11的侧视图。
图13为本发明特定循向导流结构单元含增压及减压导流结构体双板结构的俯视图。
图14为图13的侧视图。
图15为本发明特定循向导流结构单元呈罩状增压及减压导流结构体的俯视图。
图16为图15的侧视图。
图17为本发明循向导流结构单元增设循向导流叶片的结构例的俯视图。
图18为图17的侧视图。
图19为本发明导流体具弹性活动连杆组多组布设实施例示意图。
图20为本发明沿流体流向轴线呈渐退斜向排列的多组布设实施例示意图。
图21为本发明活流体流向轴线呈V形排列的多组布设实施例示意图。
图22为本发明应用于流力驱动的涡轮装置本身构成泵能的实施例俯视图。
图23为图22的侧视图。
具体实施方式
本发明的具有导流结构的流力致动涡轮装置，主要构成为含有传统设置于机座而能将流体动能转为回转动能的涡轮装置100，涡轮装置100为一种略呈球状或轮状的多叶式结构，为通过轴承结合于涡轮轴102上可作自由转动，或固定于涡轮轴102而由涡轮轴102与涡轮装置100共同为可回转所配置于机座体，涡轮装置100的周围设有数个与涡轮轴102的径向辐射线呈同一方向略具斜向设置的叶片101，通过叶片101迎向流体的受力侧承受较大流体推动力，而将流体动能转为回转动能以供驱动负载125，另一侧则在转动中所承受的流体压力下形成较小的负压侧。
本发明的具有导流结构的流力致动涡轮装置所揭示，供结合前述传统将流力转为动能的涡轮装置的循向导流结构单元，其各种实施例的特征包含：
如图1及图2所示，为在涡轮轴102套设循向导流结构单元103，循向导流结构单元103由迎向流力源的前端向后沿涡轮装置100受力侧延伸，而呈开放式导流功能的单片板状增压导流结构体104的结构型态，其单片板状增压导流结构体104，为通过轴承105套设于涡轮轴102(或套设于涡轮)的单端或双端，并通过延伸结构106向后延伸至适当长度，以供设置与循向导流结构单元103的转向呈轴向垂直设置的循向舵片107，循向导流结构单元103的前端至少一片板状增压导流结构体104的导流面，与涡轮100形成适当导流角并沿涡轮100的轮廓形成间隙，而能在循向舵片107稳定其指向后，供引导流往涡轮装置100负压侧的流体，而使流体汇流增压导往涡轮装置100的受力侧，以供驱动涡轮装置100，进而将流体动能转为回转动能以供驱动负载125。
如图3及图4所示，为在涡轮轴102套设循向导流结构单元103，循向导流结构单元103由迎向流力源的前端向后沿涡轮装置100受力侧延伸，而呈开放式导流体结构的双片板状增压导流结构体结构型态，并通过轴承105套设于涡轮轴102(或套设于涡轮)的单端或双端，并通过延伸结构106向后延伸至适当长度，以供设置与循向导流结构单元103的转向呈轴向垂直设置的循向舵片107，循向导流结构单元103的前端双片式板状体其中的一片板状体为增压导流功能的增压导流结构体104’，其导流面与涡轮100形成适当导流角并沿涡轮100的轮廓形成间隙，而能在通过循向舵片107稳定其指向后，供引导流往涡轮装置100的流体，而使流体汇流增压导往涡轮装置100的受力侧，以供驱动涡轮装置100，进而将流体动能转为回转动能以供驱动负载125；另一片板状体为负压导流功能的减压导流结构体104”，供减少涡轮装置100负受力侧的流体压力，双片式板状体呈V形状结构，其尖端供迎向流体源，其开口端供以设定间距包覆于涡轮装置100。
如图5及图6所示，为在涡轮轴102套设循向导流结构单元103，循向导流结构单元103由迎向流力源的前端向后沿涡轮装置100受力侧延伸，而呈开放式导流体结构的一体式增压结构，其整体结构呈罩状型态，其一体式增压导流结构体104’，为通过轴承105套设于涡轮轴102(或套设于涡轮)的单端或双端，并通过延伸结构106向后延伸至适当长度，以供设置与循向导流结构单元103的转向呈轴向垂直设置的循向舵片107，循向导流结构单元103前端的双片式板状体，其中的一片板状体为增压导流功能的增压导流结构体104’，其导流面与涡轮100形成适当导流角并沿涡轮100的轮廓形成间隙，而能在通过循向舵片107’稳定其指向后，供拦截流往涡轮装置100的流体，而将流体增压导往涡轮装置100的受力侧，以供驱动涡轮装置100，进而将流体动能转为回转动能以供驱动负载125；另一片板状体构成的减压导流结构体104”为作为负压导流功能，双片式板状体呈V形的罩状结构，其前端供迎向流体源，其开口端供以设定间距包覆于涡轮装置100。
如图7及图8所示，为在涡轮轴102套设循向导流结构单元103，循向导流结构单元103由迎向流力源之前向沿涡轮装置100负受力侧呈渐开状向后延伸，而呈开放式导流体结构的单板减压结构型态，以供驱动涡轮装置100，进而将流体动能转为回转动能以供驱动负载125，其单片式板状减压导流结构体114，为通过轴承105套设于涡轮轴102(或套设于涡轮)的单端或双端，并通过延伸结构106向后延伸至适当长度，以供设置与循向导流结构单元103的转向呈轴向垂直设置的循向舵片107，循向导流结构单元103的前端单片板状减压导流结构体114的导流面，与涡轮100形成适当导流角并沿涡轮100的轮廓形成间隙，而能在循向舵片107稳定其指向后，供拦截流通往涡轮装置100负压侧的流体，而使通过涡轮装置100负压侧的流体减压。
如图9及图10所示，为在涡轮轴102套设循向导流结构单元103，循向导流结构单元103由迎向流力源之前向沿涡轮装置100负受力侧呈渐开状向后延伸，而呈开放式导流体结构的单板锥形罩状的减压结构型态，以供驱动涡轮装置100，进而将流体动能转为回转动能以供驱动负载125，其单片式板状减压导流结构体114，为通过轴承105套设于涡轮轴102(或套设于涡轮)的单端或双端，并通过延伸结构106向后延伸至适当长度，以供设置与循向导流结构单元的转向呈轴向垂直设置的循向舵片107，循向导流结构单元103的前端单片板状锥形罩的减压导流结构体114的导流面，与涡轮100形成适当导流角并沿涡轮100的轮廓形成间隙，而能在通过循向舵片107稳定其指向后，供拦截流通往涡轮装置100负压侧的流体，而使通过涡轮装置100负压侧的流体减压。
如图11及图12所示，为在涡轮轴102套设循向导流结构单元103，循向导流结构单元103独立设置迎向流力源的前端向后沿涡轮装置100受力侧延伸的增压导流结构体124’，及独立设置由涡轮装置100迎向流力源的前端，沿涡轮装置100负受力方向，呈渐开状向后延伸的减压导流结构体124”，而呈开放式的双板分离式结构，包括具有增压导流结构体124’及减压导流结构体124”的型态，其双片分离式板状增压导流结构体124’及减压导流结构体124”的支撑结构，为通过轴承105套设于涡轮轴102(或套设于涡轮)的单端或双端，并通过延伸结构106向后延伸至适当长度，以供设置与循向导流结构单元103的转向呈轴间垂直的循向舵片107，循向导流结构单元103的前端独立设置的单片板状增压导流结构体124’的导流面，与涡轮100形成适当导流角并沿涡轮100的轮廓形成间隙，而能在通过循向舵片107稳定其指向后，为能引导部分流通往涡轮装置100的流体，而将流体汇流增压及导往涡轮装置100的受力侧，以供驱动涡轮装置100，进而将流体动能转为回转动能以供驱动负载125；独立设置于涡轮装置100负受力侧的减压导流结构体124”为供减少流体通往涡轮装置100负受力侧的流体压力。
如图13及图14所示，为在涡轮轴102套设循向导流结构单元103，循向导流结构单元103设置迎向流力源的前端向后沿涡轮装置100受力侧延伸的增压导流结构体124’，及设置与增压导流结构体124’呈一体而由涡轮装置100迎向流力源的前端，沿涡轮装置100负受力方向，呈渐开状向后延伸的减压导流结构体124”，而呈开放式的双板一体式结构，以供驱动涡轮装置100，进而将流体动能转为回转动能以供驱动负载125，包括具有增压导流结构体124’及减压导流结构体124”的型态，其双片一体式板状增压导流结构体124’及减压导流结构体124”的支撑结构，为通过轴承105套设于涡轮轴102(或套设于涡轮)的单端或双端，并通过延伸结构106向后延伸至适当长度，以供设置与循向导流结构单元103的转向呈轴间垂直的循向舵片107，循向导流结构单元103的前端板状增压导流结构体124’的导流面，与涡轮100形成适当导流角并沿涡轮100的轮廓形成间隙，而能在通过循向舵片107稳定其指向后，为能引导部分流往涡轮装置100的流体，而将流体汇流增压及导往涡轮装置100的受力侧；其一体延伸设置于涡轮装置100负受力侧的减压导流结构体124”为供减少流体通往涡轮装置100负受力侧的流体压力。
如图15及图16所示，为在涡轮轴102套设循向导流结构单元103，循向导流结构单元103设置迎向流力源的前端向后沿涡轮装置100受力侧延伸的增压导流结构体124’，及由涡轮装置100迎向流力源的前端，沿涡轮装置100负受力方向，呈渐开状向后延伸的减压导流结构体124”，两者呈一体并呈罩状构成循向导流结构单元103，包括具有增压导流结构体124’及减压导流结构体124”的型态，以供驱动涡轮装置100，进而将流体动能转为回转动能以供驱动负载125，其一体式板状增压导流结构体124’及减压导流结构体124”的支撑结构，为通过轴承105套设于涡轮轴102(或套设于涡轮)的单端或双端，并通过延伸结构106向后延伸至适当长度，以供设置与循向导流结构单元103的转向呈轴间垂直的循向舵片107，循向导流结构单元103的前端板状增压导流结构体124’的导流面，与涡轮100形成适当导流角并沿涡轮100的轮廓形成间隙，而能在通过循向舵片107稳定其指向后，为能引导部分流通往涡轮装置100的流体，而将流体汇流增产及导往涡轮装置100的受力侧；其一体并呈罩状的自动循向导流结构单元供设置于涡轮装置100负受力侧的减压导流结构体124”为供减少流体通往涡轮装置100负受力侧的流体压力。
前述各实施例所配置的增压导流结构或减压导流结构于涡轮装置的直径较大时，可配合增设一片以上的循向导流叶片而呈多片式结构，如图17为本发明循向导流结构单元增设循向导流叶片的实施例俯视图，图18为图17的侧视图；如图17及图18所示，为在涡轮轴102套设循向导流结构单元103，循向导流结构单元103设有一片以上呈多片式的循向导流叶片108，多片式的循向导流叶片108由迎向流力源的前端向后沿涡轮装置100受力侧表面延伸，而呈多片式导流功能的增压导流结构型态，并通过轴承105套设于涡轮轴102(或套设于涡轮)的单端或双端，及通过延伸结构106向后延伸至适当长度，以供设置与循向导流结构单元的转向呈轴向垂直设置的循向舵片107，多片式导流功能的增压导流结构型态的前端板状体，含作为增压导流功能的增压导流结构体，以及一片以上循向导流叶片108，各循向导流叶片108之间及与增压导流结构体的导流面之间略呈平行设置，而形成多片式的导流面，其各导流面分别与涡轮100形成适当导流角并沿涡轮100的轮廓形成间隙，以各别导入流体通往涡轮100的相对受力侧，而能在通过循向舵片107稳定其指向后，供引导流往涡轮装置100的流体，而使流体汇流增压导往涡轮装置100的受力侧，以供驱动涡轮装置100，进而将流体动能转为回转动能以供驱动负载125，此外亦可依需要选择性设置负压导流功能的减压导流结构体，供减少涡轮装置100负受力侧的流体压力，上述呈多片式导流体的增压导流结构体与减压导流结构体形成的近似V形状结构，其尖端供迎向流体源，其开口端供以设定间距包覆于涡轮装置100。
本发明的具有导流结构的流力致动涡轮装置，在高密度布设时为避免瞬间乱流干扰致使导流体互相撞击，可进一步将两组以上的导流体间设置一支以上的弹性活动连杆组，弹性活动连杆组为由呈V形的两支杆301及302结合于具有可扭转及自动归定位的弹性关节装置303，而两支杆301及302两端的活动枢轴304、305与所配置具有导流结构的流力致动涡轮装置的涡轮中心距离相同，以在流体的流向变化瞬间可限制各组导流体的转向，避免相邻布设的具有导流结构的流力致动涡轮装置上所设置导流体相互干涉；图19为本发明导流体具弹性活动连杆组多组布设实施例示意图。
本发明的具有导流结构的流力致动涡轮装置，在流向变化较稳定的较大流场中布设时，可由两个以上的具有导流结构的流力致动涡轮装置，沿流体流向轴线呈渐退斜向排列的布设，以使流体形成沿各具有导流结构的流力致动涡轮装置所集体形成增压面形成增压效果；为避免瞬间乱流干扰致使导流体相互撞击，可依需要选择性将两组以上的导流体间设置一支以上的弹性活动连杆组，弹性活动连杆组为由呈V形的两支杆301及302结合于具有可扭转及自动归定位的弹性关节装置303，而两支杆301及302两端的活动枢轴304、305与所配置具有导流结构的流力致动涡轮装置的涡轮中心距离相同，以在流体的流向变化瞬间可限制各组导流体的转向，避免相邻布设的具有导流结构的流力致动涡轮装置上所设置导流体相互干涉；图20为本发明活流体流向轴线呈渐退斜向排列的多组布设实施例示意图。
本发明的具有导流结构的流力致动涡轮装置，在流向变化较稳定的较大流场中布设时，亦可由两个以上的具有导流结构的流力致动涡轮装置，沿流体流向轴线呈V形排列的布设，以使流体形成沿各具有导流结构的流力致动涡轮装置所集体形成增压面形成增压效果；为避免瞬间乱流干扰致使导流体相互撞击，可依需要选择性将两组以上的导流体间设置一支以上的弹性活动连杆组，弹性活动连杆组为由呈V形的两支杆301及302结合于具有可扭转及自动归定位的弹性关节装置303，而两支杆301及302两端的活动枢轴304、305与所配置具有导流结构的流力致动涡轮装置的涡轮中心距离相同，以在流体的流向变化瞬间可限制各组导流体的转向，避免相邻布设的具有导流结构的流力致动涡轮装置上所设置导流体相互干涉；图21为本发明活流体流向轴线呈V形排列的多组布设实施例示意图。
本发明的设计应用甚广，可供应用于将气流能或液流的流力动能转为回转动能进而供驱动各种负载；此外亦可如图22及图23所示，以已有厂家所设计通过流力驱动的涡轮装置如气流或液流带动的涡轮装置，而由涡轮本身构成流体泵为例，其主要通过将设置于第一空间的涡轮装置设置增压导流结构体或设置负压导流体、或两者皆设置，以通过着流经第一空间气流或液流的流力推动前述涡轮装置，将气流或液流的流力动能转为回转动能使涡轮装置100回转，而由涡轮装置100本身构成泵功能，由产生负压侧涡轮叶片产生负压效应以排放流体，供将涡轮装置100下端设置于第二空间的流体入口结构126的流体抽出，使第二空间的流体抽往第一空间；第一空间与第二空间的流体可为相同流体或不同流体，此项应用例为本发明具有导流结构的流力致动涡轮装置，通过气流或液流的流力动能驱动涡轮装置本身产生流体泵功能的应用例之一。
本发明的具有导流结构的流力致动涡轮装置，更可应用于通过气流或液流的流体动能转为回转动能，进而驱动负载125，负载125包括空中、地面、水上或水中的载具、或发电装置、或流体泵、或其它适用的机力驱动负载，可依循类推不再例举。
前述各项实施例中，涡轮100可为呈圆筒状、球状、橄搅球状、或香菇状、或直径呈上大下小或上小下大的圆筒体等形状，并沿其周围环设呈特定斜角供承受流体力的多片状叶片，而其轴向呈双端开放或单端开放，供轴向通过流体的中空涡轮结构，或为不可通过流体的封闭或实心涡轮结构，而其表面具有供承受流体力的多叶片状结构，或可供承受流体力的凹凸几何形状的表面结构。
前述导流体的结构基于工程需求、成本、环境等因素的考量，除以板状结构或加设罩结构构成外，亦可依需要选择制成实心、或中空、或以组合等方式构成；但以皆具有增压导流面或具有减压导流面或增压及减压导流面同时设置为特征。
本发明的具有导流结构的流力致动涡轮装置，可供应用于将定流向或不定流向流动的气流动能转为回转动能，亦可供应用于将定流向或不定流向流动的液流动能转为回转动能，其设置方式包括由一组以上设置于所结合机体的上方或底部或边侧，而其所结合的机体可为固定式或移动式或可锚定或具有人力、或机力、或引擎、或电力马达、或自然力所构成的位移驱动装置的空中、地面、水上或水中的载具。
此外，当流体为稳定流向的流场环境时，此项具有导流结构流力致动的涡轮装置，可依需要将导流体制作为固定式而不须制成循向功能的结构，即导流体与涡轮装置100及流体源方向间为固定角度的空间关系。
此外，为配合弹性需求，亦可将导流体制成可调整及可固锁的结构，即导流体与涡轮装置100间为可调整及锁固其所迎向受力流体源的方向。
又，为了防止流体所挟带的异物干扰涡轮装置100，本发明的具有导流结构的流力致动涡轮装置，可进一步依需要选择性地在其循向导流结构单元103加设护网109，以防止流体所挟带的异物干扰涡轮装置100为其特征。

Claims (1)

1、一种具有导流结构的流力致动涡轮装置，其包括设置于机座而能将流力能转为动能的涡轮装置(100)，该涡轮装置为一种呈球状或轮状的多叶式结构，该涡轮装置通过轴承结合于涡轮轴(102)上可作自由转动，或固定于涡轮轴而使涡轮轴与涡轮装置可共同回转，且配置于机座体，该涡轮装置的周围设有数个与涡轮轴的径向辐射线呈同一方向具斜向设置的叶片(101)，通过叶片迎向流体的受力侧承受较大流体推动力，而将流体动能转为回转动能以供驱动负载(125)，另一侧则在转动中承受较小的流体压力而形成负压侧，其特征在于：该流力致动涡轮装置设有循向导流结构单元(103)，使流体被循向导流结构单元由前向后沿涡轮受力侧延伸的开放式导流结构所引导，进而改变涡轮受力面的流体压力，该循向导流结构单元具有一能使流体被引导转向的导流结构体，上述导流结构体由同时设有增压与减压导流结构体所组成；
所述涡轮装置应用于通过流力驱动，该涡轮本身构成流体泵，所述涡轮装置上在对应第一空间处设置有上述增压与减压导流结构体，通过所述增压与减压导流结构体而流经第一空间的气流或液流的流力推动前述涡轮装置，将气流或液流的流力动能转为回转动能使涡轮装置回转，而由涡轮装置本身构成泵功能，由产生负压侧涡轮叶片产生负压效应以排放流体，供将涡轮装置下端设置于第二空间的流体入口结构的流体抽出，使第二空间的流体抽往第一空间；第一空间与第二空间的流体可为相同流体或不同流体。
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