CN101649808B

CN101649808B - 新型流体发动机

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Publication number: CN101649808B
Application number: CN200910305381A
Authority: CN
Inventors: 杨伦华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2029-08-07
Also published as: CN101649808A

Abstract

本发明涉及流体发电设备技术领域，特别是一种适用于季风区中风能发电或定向江流中水能发电的新型流体发动机，包括机架和旋转体，其特征在于：所述旋转体包括中部设有上、下端盖轴且可分别绕上、下端盖轴旋转的上、下端盖和沿周向均匀布设于上、下端盖之间的若干竖向叶片组成，所述旋转体外侧周边上设有横断面成弧形且可绕旋转体转动中轴线旋转的竖向弧形挡流板，所述竖向弧形挡流板沿周向向后延伸设有一制导尾舵，以在流体力作用于制导尾舵上时带动竖向弧形挡流板沿周向转动。该流体发动机不仅可根据流体作用方向的变化实时改变工作姿态，而且结构简单，制造、使用成本低，使用效果好。

Description

新型流体发动机

技术领域

本发明涉及一种流体发电设备技术领域，特别是一种适用于季风区中风能发电或定向江流中水能发电的新型流体发动机。

背景技术

专利号为200710009055.9的中国专利公开了一种能在潮汐水或季风区中转动并发电的流体发动机，其特点是考虑了潮汐水流的冲击力大速度慢，其中旋转活动体具有较大面积承受水流冲击压力，为了使直立地放在潮汐水中的该旋转活动体转动起来，该发明设立了一个挡水板把潮汐水中的旋转活动体逆水面遮盖起来，并把遮盖力分别传到框架结构以及水底地表面上，同时设立一套跟踪系统，随时都能够跟踪水向标或风向标来移动挡水板的位置，使流体发动机转动并进行发电。在该发明方案中，在流体发动机外周边上，竖向弧形挡流板移动的电动制导过程是全方位的。但在特定条件下，如在季风区中，采用电动控制竖向弧形挡流板的移动，不仅结构复杂，耗电大，而且装置制造、使用成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型流体发动机，该流体发动机不仅可根据流体作用方向的变化实时改变工作姿态，而且结构简单，制造、使用成本低，使用效果好。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种新型流体发动机，包括机架和旋转体，其特征在于：所述旋转体包括中部设有上、下端盖轴且可分别绕上、下端盖轴旋转的上、下端盖和沿周向均匀布设于上、下端盖之间的若干竖向叶片组成，所述旋转体外侧周边上设有横断面成弧形且可绕旋转体转动中轴线旋转的竖向弧形挡流板，所述竖向弧形挡流板沿周向向后延伸设有一制导尾舵，以在流体力作用于制导尾舵上时带动竖向弧形挡流板沿周向转动。

在季风区中，在长时间季节风中风力方向基本在一个方向上吹，风力方向变化角度较小，本发明的有益效果是设计了一个直接由风力控制的制导尾舵，使用制导尾舵能使旋转体外周边上的竖向弧形挡流板随着风力方向变化而转动，以改变工作位置。以使不论风力方向怎样改变，竖向弧形挡流板都能不断地遮盖住旋转体的逆风面。从而免除了电力控制，降低了制造和使用成本。

此外，在季风区中，由于有竖向弧形挡流板的存在，且可根据风力对制导尾舵的作用，自动改变工作位置，在风力冲击下的顺风面和逆风面所受风力冲击压力是永久不平衡的，在顺风面得到的力矩大于逆风面得到的力矩，促使旋转体不断地转动起来。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例的新型流体发动机的正视图。

图2是本发明实施例的制导尾舵、倾角调节器、竖向弧形挡流板、支撑板以及轴套之间装配关系示意图。

图3是本发明实施例的竖向叶片结构及其在端盖中位置关系示意图。

图4是本发明实施例的主叶片与副叶片构成的竖向叶片的结构示意图。

图5是本发明实施例的倾角调节器的构造示意图。

图6是本发明实施例的多节新型流体发动机串接结构示意图。

其中，1、端盖轴，2、端盖，3、竖向叶片，4、端盖轴与端盖之间紧固板，5、端盖轴中部承压环，6、压力轴承，7、固定钢板，8、动力输出转轮，9、扇形支撑板，10、轴套，11、轴承，12、轴承安装枉，13、竖向弧形挡流板，14、制导尾舵，15、制导尾舵与竖向弧形挡流板之间侧向连接杆，16、制导尾舵与支撑板之间的尾舵连接杆，17、滑轮脚，18、机架，19、倾角调节器，20、主叶片，21、副叶片，22、传动链条，23、发电机，24、上下端盖轴之间的联轴器，25、流体阻尼隔板。

具体实施方式

本发明的新型流体发动机，包括机架18和旋转体，所述旋转体包括中部设有上、下端盖轴1且可分别绕上、下端盖轴1旋转的上、下端盖2和沿周向均匀布设于上、下端盖之间的若干竖向叶片3组成，所述旋转体外侧周边上设有横断面成弧形且可绕旋转体转动中轴线旋转的竖向弧形挡流板13，所述竖向弧形挡流板13沿周向向后延伸设有一制导尾舵14，以在流体力作用于制导尾舵14上时带动竖向弧形挡流板13沿周向转动。

上述各竖向叶片3由主叶片20和副叶片21构成，所述主叶片20的外侧边与端盖2的外周边对齐，所述副叶片21的内侧边与主叶片20背面的中部固定连接，外侧边与端盖2的外周边对齐，所述主叶片20和副叶片21在同一转向面上布设有若干流体阻尼隔板25。

上述旋转体以穿过旋转体转动中轴线的中轴平面为界分为左右两侧，能够看到主叶片20上流体阻尼隔板25的一侧定义为顺风面，另一侧则为逆风面，所述竖向弧形挡流板13设于旋转体的逆风面上，以挡住吹向逆风面的来风，所述制导尾舵14的部分或全部受风面位于顺风面，并与中轴平面成一定角度，以使制导尾舵14的受风面在受到风力作用时，带动竖向弧形挡流板13转动以改变工作位置。

上述竖向弧形挡流板13上、下端分别与上、下扇形支撑板9固定连接，所述上、下扇形支撑板9在转动中心部位分别设有一用以套在上、下端盖轴1上的轴套10，以分别实现与上、下端盖轴1的转动连接，所述机架18包括设于旋转体上、下部的固定钢板7，所述轴套10分别经轴承11与上、下部的固定钢板7相连接，所述上、下扇形支撑板9后侧边沿径向分别设有一向外伸出的尾舵连接杆16，所述制导尾舵14一侧竖边的上、下端分别与两尾舵连接杆16的中部相铰接，另一侧竖边与设于两尾舵连接杆16后部的倾角调节器19相连接。上述竖向弧形挡流板13的下侧连接有若干滑轮脚17，所述滑轮脚17下端部铰接有与下侧的固定钢板7相接触的滑轮，以利竖向弧形挡流板13在固定钢板7上卸力及滑动。这种挡流板结构能够把它在旋转体外周边上承受的流体冲击压力经过上、下扇形支撑板9、轴套10以及轴承11传到上下侧的固定钢板7上。

上述倾角调节器19包括连接于两尾舵连接杆16后端且可做竖向转动的转动轴和设于转动轴上的多平台柱面体，所述多平台柱面体的多个侧面距转动轴的距离不同，以形成不同高度的多个平台，从而在不同高度的平台与制导尾舵14接触时，改变制导尾舵14与转动轴的距离，进而改变制导尾舵14与尾舵连接杆16的夹角，所述制导尾舵14与尾舵连接杆16之间设有拉紧弹簧，以使制导尾舵14能与多平台柱面体的平台保持紧密接触。

为了利于高空风力发电，上述机架18可沿高度方向安装多个旋转体，相邻的旋转体之间经联轴器进行串接。

把已经安装好流体阻尼隔板25的旋转体的中心轴线垂直于风力方向安放在季风区中，为了让风力在顺风面和逆风面产生的力矩不一样，也就是要让顺风面力矩大于逆风面的力矩就必须把作用在逆风面上的风力尽量去掉，也就是在逆风面的地方用竖向弧形挡流板13把风力挡掉。并把风力的冲击压力传到固定钢板7之上。

在此可以这样假设：如果不采用制导尾舵或其它办法，就无法让竖向弧形挡流板13搁置在逆风面前面。一下子就被迎面来风的风力吹跑，跑到背后去，根本起不到遮盖逆风面的风力。在本发明技术方案中设计一个制导尾舵14，如图2所示。这时竖向弧形挡流板13、制导尾舵14和支撑板9之间通过AB和A’B’圆弧线的连接，以及连接杆16和15之间相互连接构成一个整体，轴套10是套在旋转体端盖轴1之上，也就是在风力吹动下三者可绕着端盖轴1转动。制导尾舵14离开支撑板9有一段距离，在支撑板9之上C点与A点之间也有一段小距离。制导尾舵14的平面与风力方向做成不平行，有个倾角即夹角。这个倾角能让风力冲击压力压在制导尾舵14之上而形成的侧向推力，能通过连接杆16与15以及支撑板9总会把竖向弧形挡流板13推向旋转体的逆风面。这种推力的大小与以下几个参数有关，就是制导尾舵14自身平面的面积越大，同时与风力方向之间形成的倾角越大，效果就越明显，风力越大，尾舵的侧向推力也就越大。这三个参数变量中最关键的是尾舵平面与风力方向之间的倾角变量，如当倾角变得很小时，风力的大小和尾舵面积大小的影响都跟着变得很小。因此，在图1中所示在尾舵平面14的后部设置一个尾舵倾角调节器19。

以下对尾舵倾角调节器的功能作两种分析。

第一种情况是在季风区中在风力大小变化不大的情况下，旋转体外周边上竖向弧形挡流板13的遮盖率是与制导尾舵14的受风面倾角大小相对应的。在本发明技术方案中竖向弧形挡流板13通过连接杆15和16和制导尾舵14的受风面及支撑板9构成一体。风力吹到竖向弧形挡流板13之上的力可以分解成二种力，一个是垂直压向旋转体，这种压力通过竖向弧形挡流板13和支撑板9以及轴套10、轴承11等传到固定钢板7之上，另一个力是把竖向弧形挡流板13推向背后的，而且这种推向背后的力，随着遮盖率越大往后推力也越大。这主要是遮盖率越大受风面也越大。另外由于制导尾舵14的受风面倾角越大，风力在制导尾舵14的受风面往侧向推力也就越大。在竖向弧形挡流板13之中，由于这二种力的存在，一个是向后推力，另一个是向前推力，使二种力相互抵消，一旦往后推力大于向前的推力，结果是竖向弧形挡流板13整个地向背后推动，后果是又增加了制导尾舵14的受风面的倾角，促使制导尾舵14的受风面侧向推力有所增加，竖向弧形挡流板13经过几次摆动之后，竖向弧形挡流板13就稳定在一个位置之上。反之，同理。

第二种情况是风力突然间改变一个方向，制导尾舵14的受风面的倾角与竖向弧形挡流板13遮盖率之间的调整过程。

在季风区中当尾舵制导的流体发动机的风力突然间改变一下风力方向，例如突然间改为偏向顺风面吹来，或者突然间改为由逆风面吹来。在此就突然间偏向顺风面方向吹来的风力来说明：这种风力方向突然间改变方向最明显的效果是风力方向对制导尾舵14的受风面的倾角变大了。就加大了风力对制导尾舵14的受风面的侧向推力。促使竖向弧形挡流板13增大了在逆风面的遮盖率。另外这种风力方向突然间改变方向其明显效果是顺风面和逆风面的位置也跟着改变位置。两个面整个地往顺风面方向移动，当竖向弧形挡流板13向顺风面移动时，紧接着制导尾舵14的受风面对风力方向之间的倾角也跟着变小，推力也变小，当风力方向确定后，两种推力经过几次摆动调整后，两者又都处于一个稳定状态，竖向弧形挡流板13又处在一个稳定的位置上。

同时，本发明技术方案在旋转体主叶片20的中间部位设置一个副叶片21，在旋转体转动过程在风力作用下，副叶片21对主叶片20有个拨动拉力作用，这个拉力对顺风面的力矩增加有一个帮助。这是由于副叶片21的增加，在逆风面的叶片从图3来分析都形成三叉形的三条边，一条边引向旋转体中心线，另两条引向外圆周边上。在逆风面顺着风力方向看去，在侧向离开旋转体中心线不小的范围内，在三叉形引向外圆周边上二边中，斜向顺风面的一边与风力方向形成的夹角小于90°，在风力作用下产生的风力倾向于顺风面，有利于顺风面的转动力矩。因此，由于副叶片21的存在，同时在竖向弧形挡流板13的协同下有利于逆风面遮盖率变小。

如图5所示，可以看出每一节尾舵制导的旋转体结构是完全相同的，在每一节之中上下两个端盖轴之上的结构也基本一样，为了能把本发明技术方案用于高空风力发电，可采用以下两种方法做到高空风力发电。第一种是把已经升到高空中的机架预先分成多节，先在机架18上预先设置安装好各节固定钢板7。然后再安装各节之间端盖轴1的联轴器24以及端盖轴上相关的部件，接着安装各个竖向弧形挡流板13、制导尾舵14以及各节的旋转体，最后安装各节之间的发电机组23。第二种是在各节机架之中都分别安装好制导尾舵的流体发动机中所有配件，然后再借用吊装机从地面开始逐节安装各节之间的联轴器24，以实现多节串接，达到高空发电的目的。本发明技术方案中使用了联轴器24串接和多个机架18的安装。比较容易地做到新型流体发动机在机架18中安装形成串联和并联。在整个机架安装好之后，在它们的前前后后再做好多个牵拉钢绳，紧固在地面上。

实施例：

由本发明技术方案所体现的产品结构特点大体上分为旋转体主体结构以及由风力控制尾舵，由尾舵制导的旋转体外圆周边上竖向弧形挡流板移动系统两部分组成。但是从结构安装方便程度来考虑应当分为主要部件装配即旋转体和尾舵倾角调节器19、框架结构以及竖向弧形挡流板13和支撑板9的加工，最后进行整套结构的总装。

尾舵倾角调节器部件的装配：

尾舵倾角调节器19是安装在尾舵14的后部，先把尾舵14平面pp’oo’用小角铁等做成稳定的平面，尾舵14的平面用0.5mm镀锌薄板做成，将尾舵倾角调节器19装在上下支撑板9的连接杆16的末端K点和K’之间，尾舵倾角调节器19的侧视图5所示有六个平台1、2、3、4、5、6。在连接杆16和15的中部加上横向连杆XY和OO’，使它们之间形成一个平面。尾舵19平面POO’P’与KOO’K’平面之间用活叶进行连接，两个平面之间用弹簧R和R’拉紧，两平面在横杆OO’处形成夹角β，尾舵19平面POO’P’末端PP’依靠弹簧R和R’的拉力刚好压在尾舵倾角调节器19之上六个平台中的其中一个，例如平台2，要想加大尾舵14平面的倾角，可通过尾舵倾角调节器19的旋钮S的转动来调高平台高度，例如调到平台6，这时由于平台高度的提高，平面的夹角β也跟着提高。这样也就加大了尾舵平面与风力方向之间的倾角。反之也可以减少倾角。

旋转体的装配：

以图4中所示先做好各节中叶片的组装，主叶片20和副叶片21用0.5mm镀锌薄板做成。又如图3所示，副叶片21的一边铆合固定在主叶片20之间部位，主叶片20和副叶片21的两端应用铆钉或螺钉固定在上下两个端盖2之间，副叶片21的另一边和主叶片20外圆周方向的外沿边都分别与两端盖外圆周边对齐。每节中叶片数量为5个，旋转体中心线部件是空的，在制造过程多做几个组装好的旋转体作为备用。

框架结构的装配：

框架结构由机架18和固定钢板7组成，机架18由四根槽钢或大号三角铁做成，在实际风力发电装置中应由多节组成，每节高度以7米左右，固定钢板7为正方形，每边长5米。固定钢板7四个角固定在机架18之上。

竖向弧形挡流板13、支撑板9等配套件加工：

竖向弧形挡流板13用1mm镀锌薄板，高度为旋转体高度加上5cm，大约为6.5米，其宽度为旋转体外圆周长的四分之一，用卷板机卷板成半径等于旋转体半径的圆柱形，加工好后能贴在旋转体的外圆周边上移动。支撑板9的配套件包括支撑板9本身，加上轴套10、轴承11以及轴承安装枉等。将轴承安装枉12套在轴承11上面，支撑板9用0.8mm镀锌薄板做成，外圆周半径为旋转体外圆半径大出0.5cm。圆弧长度为旋转体外圆周长的二分之一。再将支撑板9转动中心孔与轴承11分别紧紧地打在轴套10的两头。这样，支撑板9的配套件就形成了。

整体结构的总装：

在以上框架结构的每一节中，在上下两个固定钢板7中心位置上首先安装上下两个端盖轴1，作为与多个旋转体、支撑板9等部件与框架结构之间衔接之用。在本发明的技术方案中，所述端盖轴1的中部设有一与端盖轴固定连接为一体的承压环5。具体安装过程是：将压力轴承6套在端盖轴1中间部位的承压环5的下方，然后把端盖轴1穿过上下固定钢板7的中心位置的穿孔。同时把上下两个支撑板9配套件中的轴套10分别套进端盖轴1的下端或上端。接着把支撑板9配套件中的轴承安装枉12用螺钉分别固定在固定钢板7的底面或上面。最后再把已经装配好的旋转体的上下端盖2的中心孔分别穿过上下两个端盖轴1的下端或上端，紧接着用两个紧固板4分别将上下两个端盖2与上下两个端盖轴1的末端之间加以紧固。

竖向弧形挡流板13和制导尾舵的安装：

先将上下两个支撑板9配套件中的两个支撑板9转到旋转体的逆风面上，在靠近顺风面的一边与竖向弧形挡流板13的卷面边对齐，分别把竖向弧形挡流板13上下圆弧边与上下两个支撑板9的外圆弧边对齐，并用螺钉把上下竖向弧形挡流板13两端固定在上下两个支撑板9的外圆周边上。再用三个滑轮脚17安装在竖向弧形挡流板13下端的前后中三个位置上。让竖向弧形挡流板13和支撑板9等的重量就落到固定钢板之上。最后将安装好尾舵倾角调节器19的尾舵14通过连接杆16和连接杆15分别安装并固定在支撑板9和竖向弧形挡流板13之上。

以下对安装后的上下两个端盖轴1起到多种功能作如下分析：

其一，旋转体的重量和转动均可体现在端盖轴1之上，具体是在旋转体上的上下端盖2通过紧固板4紧固在上下端盖轴1之上，通过上下端盖轴1中间部位的承压环5下方的压力轴承6将旋转体的重量传到固定钢板7之上，同时做到旋转体的转动。

其二，通过上下端盖轴1上的轴套10和轴承11等实现了竖向弧形挡流板13和制导尾舵14的转动。并把竖向弧形挡流板13受到的风力冲击压力传到固定钢板7之上。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种新型流体发动机，包括机架和旋转体，其特征在于：所述旋转体包括中部设有上、下端盖轴且可分别绕上、下端盖轴旋转的上、下端盖和沿周向均匀布设于上、下端盖之间的若干竖向叶片组成，所述旋转体外侧周边上设有横断面成弧形且可绕旋转体转动中轴线旋转的竖向弧形挡流板，所述竖向弧形挡流板沿周向向后延伸设有一制导尾舵，以在流体力作用于制导尾舵上时带动竖向弧形挡流板沿周向转动；所述各竖向叶片由主叶片和副叶片构成，所述主叶片的外侧边与端盖的外周边对齐，所述副叶片的内侧边与主叶片背面的中部固定连接，外侧边与端盖的外周边对齐，所述主叶片和副叶片在同一转向面上布设有若干流体阻尼隔板；所述旋转体以穿过旋转体转动中轴线的中轴平面为界分为左右两侧，把能够看到主叶片上流体阻尼隔板的一侧定义为顺风面，另一侧则为逆风面，所述竖向弧形挡流板设于旋转体的逆风面上，以挡住吹向逆风面的来风，所述制导尾舵的部分或全部受风面位于顺风面，并与中轴平面成一定角度，以使制导尾舵的受风面在受到风力作用时，带动竖向弧形挡流板转动以改变工作位置；所述竖向弧形挡流板上、下端分别与上、下扇形支撑板固定连接，所述上、下扇形支撑板与上、下端盖轴转动连接，所述上、下扇形支撑板后侧边沿径向分别设有一向外伸出的尾舵连接杆，所述制导尾舵一侧竖边的上、下端分别与两尾舵连接杆的中部相铰接，另一侧竖边与设于两尾舵连接杆后部的倾角调节器相连接。

2.根据权利要求1所述的新型流体发动机，其特征在于：所述上、下扇形支撑板在转动中心部位分别设有一用以套在上、下端盖轴上的轴套，以分别实现与上、下端盖轴的转动连接，所述机架包括设于旋转体上、下部的固定钢板，所述轴套分别经轴承与上、下部的固定钢板相连接。

3.根据权利要求1所述的新型流体发动机，其特征在于：所述倾角调节器包括连接于两尾舵连接杆后端且可做竖向转动的转动轴和设于转动轴上的多平台柱面体，所述多平台柱面体的多个侧面距转动轴的距离不同，以形成不同高度的多个平台，从而在不同高度的平台与制导尾舵接触时，改变制导尾舵与转动轴的距离，进而改变制导尾舵与尾舵连接杆的夹角，所述制导尾舵与尾舵连接杆之间设有拉紧弹簧，以使制导尾舵能与多平台柱面体的平台保持紧密接触。

4.根据权利要求2所述的新型流体发动机，其特征在于：所述竖向弧形挡流板的下侧连接有若干滑轮脚，所述滑轮脚下端部铰接有与下侧的固定钢板相接触的滑轮，以利竖向弧形挡流板在固定钢板上卸力及滑动。

5.根据权利要求2所述的新型流体发动机，其特征在于：所述机架可沿高度方向安装多个旋转体，相邻的旋转体之间经联轴器进行串接。