CN1016258B - 以流体为动力的原动机-能量发生器设备 - Google Patents

Abstract

一种以流体为动力的原动机一能量发生器设备，具有一动力输出端和一机械驱动的输入端。为了驱动能量发生器的输入端，可转动地装配有一通常呈流线型的原动机壳体，该原动机壳体具有多个径向延伸通常呈V字形的肋片，这些肋片装配在该壳体的外表面。诸肋片都装在原动机壳件一个外表面上方的支架上，且具有一朝转动方向的凸出侧和一朝与转动方向相反的方向的凹入张开侧。因此流体流动对于肋片的作用有助于使原动机壳体转动，并驱动能量发生器。若原动机一能量发生器设备系装在水中，则能量发生器可封装在另一个■定在一大片水的底床上的流线型壳体中。能量发生器壳体的底部可附设第三个流线型原动机壳体，使其以与第一个流线型壳体转向相反的方向转动。

Description

本发明总的说来涉及一种将流体的运动转换成另一种形式的能量的设备，特别是涉及一种以流体为动力的原动机-能量发生器设备。

众所周知，有许多装置是利用流体的动能产生机械能或电能的。例如，风车通过驱动泵机将风能转换成机械能，或通过驱动发电机将风能转换成电能。水轮以与风车差不多相同的方式将流水的能量转换成机械能或电能。

海或河中的水流是一种能源。美国专利№2，501，696公开了一种水流水轮机（stream    turbine），该水流水轮机具有一流线型外壳和一个发电机，流线型外壳内装有传动装置，发电机则由外部螺旋桨驱动。将一对这种装置装在叶轮上，同时螺旋桨反向运转。这种结构能漂浮，且锚定在水道中。但螺旋桨的直径，从而发电容量，受到水道深度的限制。

美国专利№3，922，012公开了一种用于海洋和江河中的潜水式发电机。发电机具有一个转子，转子上有多个共同装在一个立式转轴的水平辐射辐条上，转子即由该立式转轴驱动。各辐条有一个铰接的叶轮片，叶轮片即借助于这种铰接方式相对于其辐条自动定位，从而使水流通过转子的部分位移而作用到叶片的表面积最大，同时通过其它部分位移使这个表面积最小，从而产生引起转动所需用的必要的不对称力。

美国专利No.4，045，148公开了一种水轮机，该水轮机带有一个浸在一片水中的水驱动式运动元件。运动元件包括一个密度接近于水的盘，该盘配有多个装有液体与气体的混合物的容器。盘的上部和下部表面带有多个叶片，叶片可绕一个水平轴线枢轴转动。各叶片至少有一个装有 气液混合物的小囊，从而使与盘上部表面连接的叶片，其密度小于水，与盘下部表面连接的叶片，其密度大于水。该盘还具有这样的结构，使叶片达到竖向位置时本身保持在枢轴转动的一个方向上。因此，在水流的作用下，叶片被驱动到它们的竖向位置，从而使盘转动，驱动发电机系统。

美国专利№4，095，422公开了一种立轴式复合摆动叶片水轮，用以将流体的基本上水平流动的动能转换成机械能。为防止复合水轮转动，对称于输出轴配置有数对叶轮。水轮轴上竖向配置有多个叶轮，使各两毗邻叶轮彼此相差某预定的角度，以防止各叶片之间的内部水流，并起均衡驱动转矩波动的作用，从而提高效率，同时保证较大的功率输出。

美国专利No.4，262，211公开了一种储液装置和能量发生器，该装置和发生器具有多个浮动的细长的成圈排列的储液容器，供绕安置在中心位置的发电机旋转之用。诸容器可漂浮在较浅的水中，水以不同的速度流动，从而使整个模式的储液容器转动，产生电能。

英国专利GB1600351A公开了一种漂浮在水面上工作的水能发电机，固定在原动机壳体外表面上的叶片是沿垂直于原动机的旋转轴线的平面布置的，因此，叶片所复盖的水域面积是有限的。

本发明的目的是提供一种以流体为动力的原动机-能量发生器设置，该设备包括：

－能量发生装置，具有－机械驱动的输入端和－动力输出端;

－通常为流线型的原动机壳体，可转动地装配有转动轴，且连接起来后用以驱动所述能量发生装置的输入端;和

多个径向延伸的肋片，固定到所述原动机壳体的外表面，各所述肋片具有－取向于所述原动机壳体转动方向的凸出侧和－取向于相反方向的凹入侧，从而使所述原动机壳体暴露在流体流中时绕其转动轴转动以驱动所述能量发生装置，其特征在于，所述原动机壳体连同通常的垂直 转动轴可浸入流体流中，各所述肋片都配置在穿过转动轴的平面内，从转动轴的一端到转动轴的另一端连续地延伸。

在本发明的另一方面，以流体为动力的原动机－能量发生器设备的特点是，所述原动机壳体连同通常的垂直转动轴可浸入流体流中，还包括一个通常呈碟形的能量发生装置壳体，它包围着具有所述机械驱动的输入端和所述动力输出端的所述能量发生装置，一条杆，沿所述转动轴延伸且其一端连接到所述能量发生装置壳体的中心部分，该流线形原动机壳体的中心部分可旋转地装在所述杆的相对一端，且连接到所述能量发生装置的输入端，各所述肋片配置在穿过该转动轴的平面内，从转动轴一端到转动轴的另一端连续地延伸，各所述肋片是沿同一方向取向的，且是由一对径向延伸壁所组成的，各所述壁的其中一边毗连形成面向所述原动机壳体的旋转方向的尖顶，各所述壁的另一边则分开。

在本发明的再一方面，以流量为动力的原动机－能量发生器设备的特点是，所述原动机壳体连同通常的垂直转动轴可浸入流体流中，各所述肋片都配置在穿过转动轴延伸的平面内，从转动轴的一端到转动轴的另一端连续地延伸，各所述肋片是由一对壁所组成的，各壁的第一径向延伸边彼此毗连，形成所述肋片沿所述原动机壳体的转动方向取向的突出侧，各壁的第二径向延伸边彼此分开，使所述两壁形成大体上为六十度的角。

带肋片的壳体可以取任何适当的流线型形状，也可由空气流驱动。该壳体能够可转动地安装在机动车辆、船只、房屋、塔式建筑物等上面，以便利用流过的空气流发电。此外，本发明的设备是没有方向性的，因为它可根据任何方向的流体流动而沿同一个方向转动。因此它可在水流中运转，或随潮水始终在同一个方向上转动。

图1是本发明浸入一片水中的原动机-能量发生器设备的正视图。

图2是图1所示设备的上体和其中一个肋片的局部放大图。

图3是沿图2的3-3线截取的横向剖视图。

图4是图1设备的顶视图。

图5是图1所示的设备的另一个实施例的正视图。

图6是图1所示的设备的又一个实施例的正视图。

图7是图1所示的设备的第三个实施例的正视图。

图8是图1所示的设备的第四个实施例的顶视图。

图9是图1的设备装在江河中时的顶视图。

图10是图1所示的设备的第五个实施例的透视图。

图11是图10所示的设备的顶视图。

图1是本发明的以流体为动力的原动机-能量发生器设备的示意图。在通常呈碟形的第一或上部壳体11的外表面上装有多个径向延伸的肋片组件10。上部壳体11一般是空心的，目的是使重量减至最轻，而且内部还可加上镇重物（图中未示出），使壳体略微浮起。壳体11取这样的构形使其对箭头12所示的水流流通的阻力小。壳体的形状对较大的直径来说在结构上还是安全稳定的。

上部壳体11可转动地装在连接杆13上，连接杆13则通常是在垂直方向上朝下延伸，且固定到下部或第二静止的或固定的壳体14的上部表面。下部壳体14通常也呈碟形，目的是使上部壳体11底下的湍流减至最低。下部壳体14用至少一对连接在下部壳体14与埋没在水底的锚块17之间的金属线15和16锚定在水深处。下部壳体14有一个舱盖18，作为通向内部的通道。

下部壳体14外表面的一部分剖开，以显示连接到驱动轴20的能量发生装置19，驱动轴20则向上延伸通过连接杆13，且连接到上部壳体11上，由此而转动。能量发生装置19可以是一个液压泵或发电机，它将上部壳体11通过驱动轴20的转动所提供的机械能转换成流体动力或电能，电能通过输电线21传输到陆上。壳体14的重量应使本身略为浮起，锚定线15 和16则防止上部壳体11和下部壳体14漂浮到水面上或随水流12漂移。

图2是上部壳体11的外表面和其中一个肋片板10的局部放大视图。图3是沿图2的3-3线截取的横向剖视图。各径向延伸的肋片10，其截面通常呈V字形，其凸出侧被弄尖，其凹入侧从彼此分开的两边向内朝尖顶逐渐靠拢。V22的尖顶跟随着壳体11外表面的轮廓。所有的肋片10指向同一方向，使得当V字形的内部面向水流12时（如图3所示），流动着的水施加一个力，有助于使上部壳体11沿水流12的方向转动。

肋片10间隔分布在上部壳体11的外表面，并藉多个在尖顶22处连接到肋片10的支架23固定到壳体11的外表面。因此当肋片10的V字形外表面面向箭头24所示的水流时，水就会绕肋片10流动，有些水朝向肋片10与壳体11的外表面之间。当尖顶22面向水流时，肋片10阻力下降。

如图4所示，V字形的开口部分面向水流12时肋片所增加的阻力和尖顶22面向水流24时所下降的阻力产生有助于使上部壳体11沿箭头25的方向转动的不平衡。上部壳体11无论是从哪个方向受到水流的作用都会继续沿箭头25的方向转动。

图5是本发明的以流体为动力的原动机-能量发生器设备另一个实施例的示意图。在第二壳体14下面可设另一个即第三个碟形体26。碟形体26可转动地装在附在壳体14上的连杆27上。径向延伸的肋片28固定在碟形体26的外部表面。肋片28与肋片10类似，但取向相反，使转动体26沿相反于第一个转动体11的方向转动。于是方向彼此相反的转动体11和26平衡掉加到固定体14上的转矩，有助于整个设备的平衡。固定体14最好是构成比转动体11和26具有更大的直径，以便容纳可由这类设备驱动的另外的能量发生器。此外在水位较深处还可以分别在转动体11上面和转动体26下面加设另一些转动体。

本发明的以流体为动力的原动机-能量发生器设备可以装在任何有流体流动的地方。若动力源是水，则设备可安装在海洋或江河中。举例 说，在靠近佛罗里达群岛，墨西哥湾流约为48英里宽，流速约5英里/小时，如此形成的大能源足以驱动本发明的设备。碟形体具有内在的结构刚性，只需要用极少的内部撑条。因此壳体的直径可达一千英尺那么大，足以在低转速高转矩下产生巨大的动力。上部和下部表面上的肋片能提供最大的推力。在这方面，大多数以流体为动力的能量发生器系依靠高转速产生能量，而本发明则依靠转矩。

若以风作为动力源，则设备可安装在屋顶之类的静止物体上或装在汽车顶部或船的桅杆上等可移动的物体上。当转动体是固定到建筑物或机动车辆上时，就不需用静止体14，因为能量发生器设备可安置在建筑物或机动车辆构架上。此外，转动体还可设置供自身升降用的升降装置，以便可在流动空气流中选择性地定位。转动体11也可安装在油井架之类的塔式建筑上，在水底或陆地上使用。

在水域环境中使用时，最好采取防漏措施。参看图6，外壳体30上附有多个肋片31。外壳体30包围着形状类似但直径较小的内壳体32。内壳体32固定到中心或内部连杆34上。杆34为固定在外壳体30上的空心驱动轴35所包围。外杆36包围着杆34和驱动轴35。外杆36适宜固定到象图1的壳体14的静止下壳体上。驱动轴35的作用与图1所示的驱动轴20类似。内杆34可固定到象下部壳体14之类的下部壳体构架上，使内部壳体32相对于外转动体30静止不动。外壳体30和内壳体32界定着其间的空间37。这样，当外壳体30漏时，内壳体32会防止水流入外转动体30内部的大部分，从而使整个结构仍能漂浮。

图7是图1所示设备的另一个实施方案。图1中，壳体11的直径大体上大于壳体的高度。此比值可根据待运行设备的场所的尺寸加以改变。举例说，在较深而窄的水道中适宜采用图7中所示的壳体40。壳体40的高度大体上大于其直径。壳体40上有许多肋片41，壳体40本身则可转动地装在杆42上，以便固定到适当的构架上。因此转动体可以取任何流线 型的形状，例如球形，其上带有径向延伸的肋片。

图8是图1所示设备另一种实施方案的顶视图。通常为碟形的壳体50，其外表面具有多个肋片51。但与图4中所示的直形肋片10比较，肋片51系制成螺线形。

本发明的设备应用于江河中时，可安装得只有半个壳体处在主水流中。举例说，如图9所示，壳体11系安置在江河60中，河中的水流沿箭头61的方向流动。若使河岸在62处凹进去形成一个水潭，则在箭头63的方向上会产生反向的水流或涡流。当半个壳体11安置在水潭62处时，主水流和反向水流在驱动壳体11的过程中相辅相成。多个这类装置可沿河流设置以发电供给城市和/或工业生产。必要时可利用加热或水冒泡防止结冰。

本发明具有许多用途。它可取代风车作为泵水灌溉的动力源。在空气中使用时，壳体可由重量较轻的框架构成，框架可用结实质轻的布料盖起来。布料可以是能在构架上产生热收缩的热缩性布料。

图10和11是本发明的以流体为动力的原动机-能量发生器设备的第五种可供选择的实施方案的示意图。在通常为流线型的在此呈正圆柱体形状的壳体71的外表面上装有多个径向延伸的肋片组件70。壳体71的纵向轴线通常是竖向取向，壳体71本身则可转动地装配在延伸入底座73的轴72上。如下面将要谈到的那样，使壳体71转动，以产生所希望形式的能量。例如，将壳体71可以转动地装配在相对于底座73固定的轴72上。壳体71可连接起来用以驱动与图1的发电机19类似的发电机（图中未示出）发电。或者，壳体71也可以固定到轴72上，与轴72一起转动，以驱动位于底座73上的发电机。

肋片组件70各由一对肋片74和75构成，各肋片的一端固定到壳体71上，另一端在接合点76固定在一起。固定到壳体71上的肋片74和75的端部互相间隔一段距离，使得肋片74和75彼此形成一定的角度，该角度最 好为90度，但也可取任何适当的构形。肋片74和75与图1-3的肋片10类似。虽然图上看到的是八个，但壳体71上可以固定任何数目的肋片组件70。尽管肋片组件70能自我支撑，顶住流体施加到它们上面的力，但可另加支撑。例如，在各肋片组件70中，在接合点76与壳体71之间可接上支撑件77。此外还可以在肋片组件70的毗邻肋片接合点76之间接上外部支撑件78，如图所示。

根据专利法的规定，已经就本发明的最佳实施方案对本发明的原理和工作方式进行了文字上和图示上的说明。但应该理解的是，在不脱离本发明的精神实质和范围的前提下，本发明是可用与上述具体举例说明的不同的方式付诸实施的。

Claims (24)

1、一种以流体为动力的原动机-能量发生器设备，该设备包括：

一能量发生装置，具有一机械驱动的输入端和一动力输出端，

一通常为流线型的原动机壳体，可转动地装配有转动轴，且连接起来后用以驱动所述能量发生装置的输入端，和

多个径向延伸的肋片，固定到所述原动机壳体的外表面，各所述肋片具有一取向于所述原动机壳体转动方向的凸出侧和一取向于相反方向的凹入侧，从而使所述原动机壳体暴露在流体流中时绕其转动轴转动以驱动所述能量发生装置，

其特征在于，所述原动机壳体连同通常的垂直转动轴可浸入流体流中，各所述肋片都配置在穿过该转动轴的平面内，从转动轴的一端到转动轴的另一端连续地延伸。

2、根据权利要求1的设备，其特征在于，所述能量发生装置是一个液压泵，由所述原动机壳体在所述输入端上驱动，并在所述动力输出端提供加压液流。

3、根据权利要求1的设备，其特征在于，所述能量发生装置是一个发电机，由所述原动机壳体在所述输入端驱动，并在所述动力输出端上提供电能。

4、根据权利要求1的设备，其特征在于，所述肋片通常呈V字形，所述凸出侧被形成尖顶，所述凹入侧从彼此相隔一段距离分开的各边向内逐渐靠拢到所述尖顶。

5、根据权利要求1的设备，其特征在于，该设备包括连接在所述肋片与所述原动机壳体之间的支架装置，用以使所述肋片与所述原动机壳体的外表面相距一段距离。

6、根据权利要求5的设备，其特征在于，所述肋片通常呈V字形，所述凸出侧被形成尖顶，所述支架装置在所述凸出侧固定到所述肋片上。

7、根据权利要求1的设备，其特征在于，所述能量发生装置包括一通常呈流线型的壳体和一个杆，所述杆的一端固定到所述能量发生装置上，另一端可转动地连接到所述原动机壳体上。

8、根据权利要求1的设备，其特征在于，所述原动机壳体能相对于一大片液体而浮起，且具有将所述原动机壳体锚定到所述一大片流动的液体中的锚定装置。

9、根据权利要求1的设备，其特征在于，所述原动机壳体具有一封装在一外壳体中的内壳体，所述肋片固定在所述外壳体的外表面，所述外壳体则可转动地相对于所述内壳体而装设。

10、根据权利要求1的设备，其特征在于，所述原动机壳体的直径大体上大于所述原动机壳体的高度。

11、根据权利要求1的设备，其特征在于，所述原动机壳体的高度大体上大于所述原动机壳体的直径。

12、根据权利要求1的设备，其特征在于，所述肋片沿曲线轨迹径向延伸。

13、根据权利要求1的设备，其特征在于，所述原动机壳体由一正圆柱体构成，所述肋片各由一对分支构成，各所述分支的一端固定到所述原动机壳体上，另一端固定到所述一对分支中另一所述分支的另一端上。

14、根据权利要求13的设备，其特征在于，该设备包括多个支撑件，各支撑件的一端固定在所述原动机壳体上，另一端固定到所述其中一对分支的所述另一端的接合点上。

15、根据权利要求13的设备，其特征在于，该设备包括多个支撑件，各支撑件连接在所述肋片其中毗邻肋片的所述分支对的所述另一端的接合点之间。

16、一种以流体为动力的原动机-能量发生器设备，该设备包括：

-能量发生装置，具有一机械驱动的输入端和一动力输出端，

-通常为流线型的原动机壳体，可转动地装配有转动轴，且连接起来后用以驱动所述能量发生装置的输入端，和

多个径向延伸的肋片，固定到所述原动机壳体的外表面，各所述肋片具有一取向于所述原动机壳体转动方向的凸出侧和一取向于相反方向的凹入侧，从而使所述原动机壳体暴露在流体流中时绕其转动轴转动以驱动所述能量发生装置，

其特征在于，所述原动机壳体连同通常的垂直转动轴可浸入流体流中，还包括一个通常呈碟形的能量发生装置壳体，它包围着具有所述机械驱动的输入端和所述动力输出端的所述能量发生装置，一条杆，沿所述转动轴延伸且其一端连接到所述能量发生装置壳体的中心部分，该流线形原动机壳体的中心部分可旋转地装在所述杆的相对一端，且连接到所述能量发生装置的输入端，各所述肋片配置在穿过该转动轴的平面内，从转动轴一端到转动轴的另一端连续地延伸，各所述肋片是沿同一方向取向的，且是由一对径向延伸壁所组成的，各所述壁的其中一边毗连而形成面向所述原动机壳体的旋转方向的尖顶，各所述壁的另一边则分开。

17、根据权利要求16的设备，其特征在于，该设备包括一连接到所述能量发生器的壳体上，用以将所述设备锚定在一大片流体中的锚定装置。

18、根据权利要求16的设备，其特征在于，该设备包括，另一个一端连接到所述能量发生器壳体中心部分的杆，另一个通常呈碟形，具有可转动地装配在所述另一个杆的另一端上且连接到所述能量发生装置输入端的中心部分的原动机壳体，和另外多个径向延伸固定到所述另一个原动机壳体外表面的肋片，各所述肋片同方向取向。

19、根据权利要求16的设备，其特征在于，所述原动机壳体和所述另一个原动机壳体转动方向相反。

20、一种以流体为动力的原动机-能量发生器设备，该设备包括：

一能量发生装置，具有一机械驱动的输入端和一动力输出端，

一通常为流线型的原动机壳体，可转动地装配有转动轴，且连接起来后用以驱动所述能量发生装置的输入端，和

多个径向延伸的肋片，固定到所述原动机壳体的外表面，各所述肋片具有一取向于所述原动机壳体转动方向的凸出侧和一取向于相反方向的凹入侧，从而使所述原动机壳体暴露在流体流中时绕其转动轴转动以驱动所述能量发生装置，

其特征在于，所述原动机壳体连同通常的垂直转动轴可浸入流体流中，各所述肋片都配置在穿过转动轴延伸的平面内，从转动轴的一端到转动轴的另一端连续地延伸，各所述肋片是由一对壁所组成的，各壁的第一径向延伸边彼此毗连，形成所述肋片沿所述原动机壳体的转动方向取向的突出侧，各壁的第二径向延伸边彼此分开，使所述两壁形成大体上为六十度的角。

21、根据权利要求20的设备，其特征在于，该设备包括一通常呈流线型包围着所述能量发生装置的能量发生器壳体和一个杆，杆的一端固定到所述能量发生器壳体中心部分，杆的另一端可转动地固定到所述原动机壳体上。

22、根据权利要求21的设备，其特征在于，所述原动机壳体和所述能量发生器壳体通常都呈碟形。

23、根据权利要求20的设备，其特征在于，所述肋片沿曲线路径径向延伸。

24、根据权利要求20的设备，其特征在于，所述原动机壳体由一正圆柱体构成，且各所述肋片系由一对分支构成，各所述分支的一端固定到所述原动机壳体上，另一端固定到所述一对分支的另一个分支的另一端上。

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