CN101676550A - 一种水力作用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及开发水力资源的一种水力作用装置，其特征在于具有水力位控制机构、转子、叶片；水力位控制机构包括有定子，定子上具有水击口与叶片滑道；定子上的叶片滑道改变了转子周围的叶片径向位置，相对运动的水流作用在叶片上，转子上不同的叶片的水流作用力是不同的，促使转子的转动，并可产生定向的作用力，转子的动能可用来发电、抽水或甚至可将逆水流的能量用来推动水上运载工具的运动，而转子的定向的作用力可以平衡水上设备的其它作用力如重力。本发明构思新颖，具有巨大的实用价值。

Description

一种水力作用装置

所属技术领域

本发明涉及水力资源利用设备与水上运输的船舶上使用的一种水力作用装置。

背景技术

水流具有冲击力、压力与浮力，可通过水力设备用来发电、灌溉、运输。

现有固定式叶片或微动式叶片的水力设备一般用于水库发电站，用在江河流水的水力资源的利用率很低，主要原因：现有固定式叶片或微动式叶片的水力设备一般需要导流通道，江河的水位一年四季不同，面较大；

用于开发江河流水的水力资源还有活动式叶片的水力设备，但是利用率也不高，要么体积太大，要么只能利用部分水流资源，尤其难以与横跨江河的桥配合利用桥洞进行水流发电；

水上运输的工具本文中称为水运工具，水运工具现有排量型船舶、滑行艇、水翼艇、冲翼艇、穿浪型船舶和小水线面积船舶、筏、水陆两用车、水陆两用船、摩托舰、水上飞机、军舰、航空母舰等民用装备和军用装备，这些运载工具在水面上航行时水的阻力随航速的增加而按航速的多次方递增，尤其在逆行时，水流的阻力更大，水阻造成能源的大量浪费；现有减缓水运工具在水中行驶阻力的技术也有许多，一种是通过浮力滚筒、水下潜体等技术，但这些技术减缓的作用有限，因为浮力滚筒、水下潜体等在水中行驶时依然会产生较大的阻力；另一种是气垫技术，气垫技术需要驱动气体来支撑水运工具的重量，也同样要消耗大量的能源。还有利用水轮机将江河中逆水的能量转换为船逆水行驶的动力，但水轮机的体积较大，重量较大，水流冲击在水轮机前下部的叶片时，还会产生向下的作用力，增大大船舶的吃水深度，因此，简单地采取水轮机的技术效率较低。

发明内容

水流喷在水轮上不同的位置，作用在水轮叶片上力大小与方向是不同的：有动力，有阻力，有顺时钟作用扭矩，有反时钟作用扭矩，有向上的力，有向下的力，因此，水与水轮及叶片在做相对运动时，控制水与水轮的相互结合的位置，可以减少水流的负作用力，提高水能的利用力，就可转化为可以利用的能源和各种形式的作用力。

本发明的目的之一是控制相对运动的水流与水轮结合的位置提供一种水力作用装置。

本发明的目的之二是控制相对运动的水流与水轮结合的位置提供一种水流发电装置。

本发明的目的之三是控制相对运动的水流与水轮结合的位置提供一种水力推进器。

本发明的目的之四是控制相对运动的水流与水轮结合的位置提供一种低能耗水运工具。

本发明所涉及的一种水力作用装置是这样实现的，其特征在于具有水力位控制机构、转子、叶片；其特征在于水力位控制机构包括有定子，定子上具有水击口与叶片滑道。

本发明的工作过程是这样的，方案一中：定子具有较大的水击口，转子上的叶片的一端都可与水击口相连，定子及其叶片滑道改变了转子周围的叶片径向位置，在不同水击口位置，水流作用在叶片上的力是不同的，不同叶片作用在转子上的力也是不同的，不同的力在转子上产生一定的转矩，促使转子的转动；水流的冲力可推动叶片及转子转动，定子及其叶片滑道可促使叶片在转子上移动。

方案二：定子具有半封闭的壳体，水击口相对较小，转子上部分叶片的一端与水击口相连，水力位控制机构通过半封闭的壳体与叶片滑道配合，保持定子水击口位置的叶片接触相对运动的水流，并阻挡了水流作用在其它叶片上，更有效地避免叶片产生负作用力，可产生更大的定向的作用力，有助于提高水力作用装置的水力效率。

在实际使用中，方案一与方案二还可通过其它设施如液压缸、连杆等装置控制定子、转子、叶片等的移动，可与定子壳体、叶片滑道配合控制水流作用在水击口位置的叶片上，避免或减少水流作用在其它叶片上产生负作用力，可产生更大的定向的作用力，有助于提高水力作用装置的效率。

作用在叶片上的水力促使转子转动，转子转动可用来推动其它设备运动如发电机、水泵、驱动桨进行能量转换，由于水力位控制机构控制叶片的非对称分布结构，并产生一定方向与大小的作用力，还可通过半封闭的定子壳体或液压缸等结构更有效避免或减少负作用力，成为其它水力设备运动所需的作用力，如用于平衡船舶的重力，减少船舶的吃水深度与行驶阻力。

本发明所涉及的一种水流发电装置是这样实现的，其特征在于具有如上所述的一种水力作用装置；其特征在于水力位控制机构包括有液压缸；其特征在于具有发电装置，发电装置与转子相连。

本发明的工作过程是这样的，水力位控制机构包括有定子与液压缸；

如本发明所涉及的转子围绕水平方向的轴转动安置，水力位控制机构通过液压缸带动水力作用装置与发电装置上下移动，也保持转子在定子水击口的叶片可接触江河中的流水，避免江河中的流水作用在转子其它的叶片上，并产生负作用力，作用在定子水击口的叶片上的水力促使转子转动并带动叶片在转子上运动，转子带动发电装置发电；

如将本发明所涉及的转子围绕竖直方向的轴转动安置，还需要采取具有半封闭外壳的定子，定子半封闭的外壳保持转子在定子水击口的叶片接触江河中的流水，可避免其它叶片产生负作用力，作用在叶片上的水力促使转子转动，转子的轴是竖直的，可直接带动发电装置发电；

当本发明所涉及的一种水流发电装置阻碍泄洪或船只往来时，液压缸提起或推开本发明所涉及的水流发电装置。

不同位置与不同大小的定子水击口还可产生不同方向的作用力，以满足不同的使用要求。

本发明所涉及的一种水力推进器是这样实现的，其特征在于具有如上所述的一种水力作用装置；其特征在于定子具有喷水口。

本发明的工作过程是这样的，相对运动的水流如波浪推动定子水击口位置的叶片，水力位控制机构及定子外壳阻止水流作用在其它叶片上，定子水击口位置的叶片带动转子转动或摆动，定子壳体、叶片、转子之间形成一个容积变化的空间，可以吸水排水，并产生具有一定压力的水流，经喷水口喷出，产生一定的推力，推动船舶等水上设备前进。

本发明所涉及的一种低能耗水运工具上是这样实现的，其特征在于具有如上所述的一种水力作用装置；其特征在于水力位控制机构包括有液压缸；其特征在于包括有船体、动力转换传递装置，动力转换传递装置与转子相连，船体与液压缸相连。

本发明的工作过程是这样的，水力位控制机构包括有定子与液压缸；转子、叶片、动力转换传递装置等通过液压缸移动；定子上的叶片滑道促使叶片在转子上运动，水力位控制机构通过液压缸与定子的叶片滑道控制与相对运动的水流与叶片接合位置，保持转子下端伸出的叶片接触水流，可减少水作用在其它叶片上，并可产生向上的作用力，由于水作用在叶片上的力与水流的相对速度的多次方相关，水运工具行驶速度逐渐增加时，这种向上的力也越来越大，水运工具通过液压缸也逐渐减小船体的吃水深度，就减少了船体的水流阻力，水运工具需要消耗的能源就少了，水流相对水运工具的速度达到一定程度时，船体甚至可完全脱离水面，这样水运工具可基本上克服了水的阻力；转子的转动带动动力转换传递装置运动，动力转换传递装置可以是喷水泵或驱动桨或液压泵等，水流的能量也可成为水运工具所需的能源。

由此可见，本发明利用水流与水轮的作用点的作用力原理开发利用水能，构思新颖，具有巨大的开发价值。

附图说明

下面结合实施例及附图对本发明作更进一步说明。

附图1所示的实施例一是本发明中所涉及的一种水力作用装置的实施例之一。

附图2所示的实施例二是本发明中所涉及的一种水力发电装置的实施例之一。

附图3所示的实施例二在江河的桥上使用的状态图。

附图4所示的实施例三是本发明中所涉及的一种水力推进器的实施例之一。

附图5所示的实施例四是本发明中所涉及的一种低能耗水运工具的实施例之一。

附图6所示的是本发明中所涉及的一种低能耗水运工具的作用力分析原理图。

附图1中，1、叶片滑道；2、定子；3、叶片；4、转子；5、水力位控制机构，6、水击口。

附图2中，7、叶片滑道；8、叶片；9、转子；10、液压缸；11、发电装置；12、水力位控制机构。13、定子；14、水击口。

附图3中，15、液压缸；16、桥；17、水力发电装置。

附图4中，18、叶片滑道；19、叶片；20、转子，21、水力位控制机构；22、定子；23、喷水口；24、水击口。

附图5中，25、船体，26、动力传递转换装置；27、液压缸；28、叶片；29、水力位控制机构；30、动力桨及其发动机驱动机构；31、支撑条；32、水击口；33、定子；34、转子；35、叶片滑道。

附图6中，靠近Fx的箭头代表Fx分力的方向，靠近Fy的箭头代表Fy分力的方向。

具体实施方式

附图1所示的实施中，水力位控制机构5包括有定子2，定子2支撑转子4的转动；定子2两侧的壳体上具有叶片滑道1，叶片滑道1控制叶片3在转子周围的径向位置；转子转动时，定子2的叶片滑道1促使叶片3在转子4上作径向移动；水击口6位于定子2两侧的壳体之间。

当本装置全置于水流中，由于叶片3分布在转子周围的径向位置不同；水流在转子4周边上各个叶片上的力是不对等的，转子上方的叶片缩在转子内，水流冲击不到，主要是转子下方一侧的叶片产生较大的作用力，这种不对称的作用力推动转子的运动。

本装置在实际使用中与通过液压缸配合，保持只有转子伸出的叶片接触水流，水流作用在叶片上推动叶片的运动，除在叶片上产生与水流方向相同的推力外，并产生向上的推力，向上的推力通过转子4传递到水力位控制机构5上，并传递到需要向上助力的设备上，可推动需要向上助力的设备向上运动，水流作用在时片3上的推力推动转子转动，可通过其它设备进行能量转换，转子的运动也可以用来发电、泵水等，这样水流作用在叶片3上的力基本上没有能量损失。这种水力作用装置既可用在水上运动的设备上，还可有效减少水上运动设备吃水的深度，减少水上运动设备水流的阻力。

附图2所示的实施例二中，转子9是围绕水平方向的轴转动，水力位控制机构12是一个包括有轴孔的轴承支座，轴承支座支撑转子9的轴，水力位控制机构12与液压缸10相连，使用时，液压缸10可通过其它油泵及控制阀块来驱动，定子13及其叶片滑道7阻挡了流水作用在另一侧的叶片，作用在定子开口位置的叶片8上的水力促使转子转动，转子9带动发电装置11发电，叶片滑道将叶片间的水排挤出去，提高了容积效率。

如附图3所示，通过液压缸15将水力发电装置17推到桥16的洞口，河水的水位就会升高，水流会加快，并增大对叶片的冲力，就可以产生更多的水能。当转子与叶片影响防碍往来船只或泄洪时，通过液压缸15推开水力发电装置17即可，这样，就可以较为充分地利用水能。

附图4所示的实施例三是一种利用波浪能量作为推动动力的装置。定子22具有半封闭的壳体，避免波浪作用在壳体内的叶片19上，波浪作用在定子22的水击口24位置的叶片19上，推动转子20的运动，转子20转动时，转子20、定子22与定子的水击口24附近两侧的叶片19形成了二个容积变化的空间，一个吸水时，另一个产生具有一定压力的排水，两侧采取定向喷水口23排水的方式向同一个方向排水，这样，不论波浪的运动方向，都会推动定子水击口叶片的运动，都会产生同一个方向喷水，喷水就会产生推动力。

附图5所示的实施例四中，水力位控制机构29包括由凸轮、液压缸27与定子33组成，转子34通过凸轮的轴支撑，叶片28的一端与凸轮相连，叶片滑道35与凸轮控制叶片在转子34中运动，定子33、转子34、叶片28、动力转换传递装置30等通过液压缸27移动；在本实施例中动力转换传递装置30是驱动桨，转子通过齿轮的传动带动驱动桨运动，定子33包括有支撑条31，支撑条上也具有叶片28的滑道，支撑条31有助于平衡叶片28在水击口位置的受力，液压缸27、定子33及其叶片滑道35可保持水击口32位置的叶片接触水流，减少甚至避免水作用在其它叶片上的阻力，并可产生附图6中所示的向上的推力Fy与水平方向的力Fx，由于水作用在叶片上的力与水运工具的行驶速度的多次方相关，水运工具行驶速度逐渐增加时，水运工具通过液压缸27也逐渐减小船体的吃水深度，减少了船体25的水流阻力，由于水平方向的力Fx与推力Fy带动转子34作功，并转变为动力转换传递装置30推动船体向前运动的动力，水运工具需要消耗的能源就少了，水流相对水运工具的速度达到一定程度时，甚至船体可完全脱离水面，这样水运工具可基本上克服了水的阻力；船舶在逆水中行驶时，水流的能量通过叶片也同样转变为了船舶前进的动力，当船体完全脱离水面时，助力装置产生向上的推力与船的重量平衡，并同时产生作功的扭力矩，成为推动船舶逆水行驶的动力，因此，在逆水中快速行驶并当船体完全脱离水面时，在逆水中船舶更为节省能源。

实施例五中所示的水力作用装置产生向上的力，还可以利用水力作用装置产生侧向、向后、向下的作用力，可用于水上船舶的转向、制动、防摇等。

由上可见，本发明利用水流与水轮的作用点的作用力原理开发利用水能与水力，构思新颖，具有巨大的开发价值。

Claims (10)

1、本发明涉及一种水力作用装置，其特征在于具有水力位控制机构、转子、叶片。

2、根据权利要求1所述的一种水力作用装置，其特征在于水力位控制机构包括有定子，定子具有水击口与叶片滑道。

3、本发明涉及一种水流发电装置，其特征在于具有如上所述的一种水力作用装置。

4、根据权利要求3所述的一种水流发电装置，其特征在于水力位控制机构包括有液压缸。

5、根据权利要求1、3与4所述的一种水流发电装置，其特征在于具有发电装置，发电装置与转子相连。

6、本发明涉及一种水力推进器，其特征在于具有如上所述的一种水力作用装置。

7、根据权利要求2与6所述的一种水力推进器，其特征在于定子具有喷水口。

8、本发明涉及一种低能耗水运工具，其特征在于具有如上所述的一种水力作用装置。

9、根据权利要求9所述的一种低能耗水运工具，其特征在于水力位控制机构包括有液压缸。

10、根据权利要求1、8与9所述的一种低能耗水运工具，其特征在于包括有船体、动力转换传递装置，动力转换传递装置与转子相连，船体与液压缸相连。

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