CN101871415A - 万能全效发电动力机 - Google Patents

Abstract

万能全效发电动力机属于将水能、蒸汽能等常规能源和风能、由太阳能加热形成的蒸汽能及潮汐水能等新能源，全能全部有效地转换为旋转机械能的发电动力设备。该机主要由一个或数个射流口及其调节机构，与射流口相对应的装置在主轴上的一个或数个万能全效转轮，以及调速器等部件组成。该机将所有形式的水能、蒸汽能和风能全能进行开发利用，并且能将所利用的水能、蒸汽能和风能全部有效地转换为旋转机械能，还将现有各式水轮机、汽轮机和风力机全能进行替换，而且结构简单性能可靠，造价低易实施。从而能够开创水力、热力及风力发电行业的设备更新换代和水力全效发电、风力液压发电及太阳能蒸汽发电等新能源发电产业迅猛发展并成为主体能源的新纪元。

Description

万能全效发电动力机

所属技术领域

本发明属于将水能、由煤炭、石油、天然气及核能过热后形成的蒸汽能等常规能源和风能、由太阳能加热形成的蒸汽能及潮汐水能等新能源，全能全部有效地转换为旋转机械能的发电动力设备。根据其不同的原动力和工作介质可将其分为全能全效水动机、全能全效汽动机和全能全效风力液动机。

背景技术

目前，水力发电的动力设备分为反击型水轮机和冲击型水轮机两大类型。

在反击型中的混流式、轴流式及贯流式等水轮机，由上冠与下环之间或轮毂外围设置的数个横截面为翼形的叶片构成的转轮、转轮外围或其上游侧的流道内设置的导水机构和转轮下游侧设置的尾水管等部件组成。由于该水轮机的结构复杂而又庞大、台数多、土建工程量大、造价高，并且其设备的制造、运输等均有很大的难度，从而严重制约了水能资源的开发利用进程，并且对有些水能资源根本无法开发。由于其导水机构在不同的开度位置使水流产生不同的出流方向，并且在不同的出流方向会使流出导水机构的水流相互间产生不同程度的碰撞现象，因此该水轮机只能在最优工况即最大开度时才能达到60％-80％的较高效率；由于其水流流经转轮叶片时，按径向、轴向或斜向进入后均按轴向流出，从而使压力水流将其水能传递给叶片的过程中会产生巨大的轴向水推力，该推力的形成不仅消耗了部分水能，而且使机组需要设置足够支撑强度的推力轴承，并且该推力随导水机构开度的增大而增大使推力轴承很容易发生烧瓦事故；由于其主轴密封的漏水直接由转轮上端间隙中未作功前进入的压力水流造成，当导水机构开度最大时因主轴密封的水压最大而造成的漏水也最大。因此，该水轮机在满负荷状态下运行时则处于高危状态，为使该机组安全稳定运行通常只能在70％左右的负荷状态下运行，而此时又偏离了最优工况区，使该水轮机无法达到其较高的效率。此外，其转轮外围或上下两端的间隙中存在有压力水流的泄漏损失；转轮叶片的进水边存在摩擦损失，叶片的出水边还存在脱流损失；其过流部件的曲线形外表面磨损或汽蚀后维修复原的难度大。因此，被认为运行性能优越和适应范围较广的反击型水轮机，不但不能将所利用的水能全部有效地转换为机械能，而且存在有诸多无法彻底解决的严重问题，并且使海洋潮汐水能资源的开发与利用几乎处于停止状态。

在冲击型中的水斗式和斜击式水轮机，由喷嘴及其喷针或阀门，由数个将外边沿的一处等间距并相互间独立固装在轮盘外缘处的水斗或内外轮环间等间距固装的数个斗叶构成的转轮，以及折向器等部件组成，并且水斗或斗叶的凹面分别朝向其前方水斗或斗叶的背面。该水轮机存在的不足为：因水斗或斗叶的凹面被其前方水斗或斗叶的背面几乎全部遮挡，从而只能使截面积很小的射流从其前方水斗的缺口或斗叶与斗叶间的缝隙射向其凹面。射流将其动能传递给水斗或斗叶后又因其前方水斗的遮挡，只能以与其进入时的方向倾斜一定角度的方向排出。因此，射流进入和流出水斗或斗叶凹面时方向的改变无法达到或接近180度，根据高速射流对凹面板的作用原理，该水轮机不能将水流的动能全部有效地转换为旋转机械能。并且，从固装水斗处的凹面边沿排出的水流会直接作用于其前方水斗相应部位的背面，对该叶片造成了与旋转方向相反的反向作用力，严重干扰了转轮的运转；从圆形的喷针周围射出的高速水流向其端部中心集中时会产生严重的对撞现象，对射出喷嘴的水流动能造成了一定程度的损失。当主轴上装置多个转轮时，由于射流只能以一定的倾斜角进入和排出，因此转轮之间需要足够的间距，从而会导致主轴的长度及其它结构的成倍增大而无法实施。因此，该水轮机不仅将所利用水流动能的一部分损失在了其内部，而且无法满足各种水头下对大流量水能资源的开发要求。由此，该机也无法将其它液压能运用于发电领域。

在公开号为CN101354004A的《全能水轮机》中，由螺旋形叶片构成的转轮，其不足为沿螺旋方向向上流动的水流无法排出；由圆环形凹槽的叶片或由数个表面形状为凹槽形的叶片依次排列或对接形成的圆环状叶片，以及在其凹槽内设置的辅助叶片或支撑板构成的转轮，其不足为射流会与辅助叶片、支撑板或与其前方叶片的背面产生严重撞击，从而使其效率只有20-30％；由数个光滑的凹槽形叶片及其支撑板或支撑环构成的转轮，其不足为进入凹槽的射流会直接撞击流出凹槽的射流。此外，在该机中所有形式的射流口均使水流只能按同一方向射出，从而无法满足转轮各叶片对射流所需的不同方向的最佳射入角度。因此，该技术方案同样不能将水流的动能全部有效地转换为旋转机械能。

在公告号为CN2038957U的《新型双击式水轮机装置》中，喷咀出口部位内设置的固定小导叶，由于其两出水边沿间无间距，因此会使从相邻两出水口射出的射流始终存在严重的碰撞现象，从而会造成水能的严重损失。

目前所使用的汽轮机主要由主轴、动叶栅、静叶栅和汽缸等部件组成。虽然该机承担着世界绝大部分发电量的发电任务，但由于其动叶和静叶的凹面均被其前方的动叶和静叶完全遮挡，使高速汽流进入和脱离动叶和静叶时方向的改变同样无法达到或接近180度，从而使该机同样将汽流动能的一部分损失在了其内部，因此其效率也只有70％左右。而且其内部还存在有动叶损失、漏汽损失和摩擦损失等。并且该机必须利用高温高压蒸汽时才能达到较高的转换效率，而在高温状态下的管路输热损失很大，因此该机利用太阳能蒸汽发电的效率只有15％左右。而且形成高温高压蒸汽时所需的太阳光聚光器及其蒸汽器的制造及配置难度大、造价昂贵，从而使太阳能热发电只能处于停止状态。

目前所使用的风力发电机组由风轮、齿轮传动系统、偏航系统、刹车及变浆距机构、控制系统、解缆装置、发电机和塔架等组成。虽然目前风电有了较快的发展，但到目前为止世界风电技术仍无法完全满足风速急剧大幅和风向长期连续全角度变化的状况。并且在无风时发电机会带动风轮成为大风扇后消耗电网大功率电能，因此需要频繁的脱网和并网。而且发电机的输出功率因风速的瞬时起伏会急剧波动，从而很难满足电网的并网要求。此外，其组成部件繁多、结构复杂、造价高，并且每个风轮都要配备所有的设备后架设在塔架顶端。

由于现有各式水轮机及汽轮机转换率的低下和现有风力发电机组存在的严重不足，不仅对已经开发和利用的水能、风能和蒸汽能造成了严重损失，而且使大量清洁无污染、廉价并可再生和不用即失的水能、风能和无处不在的太阳能资源因无法有效开发而长期地无为流失，不能为人类造福。

发明内容

本发明的目的在于克服目前所使用的水轮机、汽轮机等传统发电动力设备和风力发电机组、太阳能热发电机组等新能源发电动力设备存在的所有严重不足，而提供一种不仅将所有形式的水能、蒸汽能和风能全能进行开发利用，而且能将所利用的水能、蒸汽能和风能全部有效地转换为旋转机械能，还将现有各式水轮机、汽轮机及风力机全能进行替换，并且性能安全可靠，结构简单合理，造价低，在实际运用中易实施的万能全效发电动力机。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

万能全效发电动力机包括压力输水、输汽或输液管道及其出口端设置的引流室，在该管道或其引流室的出口端固接的一个或数个射流口及其与调速器或动力装置相连接的调节机构，主轴及其轴承，并且包括轮盘或轮毂以及两侧间表面形状为凹槽形的叶片，其特征在于：在主轴上装置一个或数个主要是由轮盘或轮毂和其外表面设置的，分别由数个按圆周方向布置的两侧间表面形状为凹槽形的叶片和在每个叶片凹槽的外端端面和该端面的槽口边沿至其后相邻叶片凹槽的内端边沿或凹槽的内表面之间分别设置的引流板构成的一组或数组沿轴线方向排列的圆环形叶片组成的万能全效转轮，并使射流口的出射口分别与其相应的叶片凹槽表面的一侧或一部分相对应，主轴的端部与发电机等机械的主轴或与另外装置有万能全效转轮的主轴传动连接。

本发明所述的射流口，可以是现有技术中的各式射流口，还可以主要是由射流口和其内部设置的一个或数个不同角度的导流板组成的射流口，并且导流板出射端的两出射边沿间具有一定的间距。从而使射流口的出射端具有数个不同角度的出射口，并且使相邻两出射口的相邻两出射边沿间具有一定的间距。

本发明所述的射流口，当其与压力输水或输液管道相连接时，在射流口的出射口对应的叶片的出流部位设置排泄流道；当其与压力输汽管道相连接时，在射流口的出射口对应的叶片外侧设置另外一组或数组圆环形叶片，并在叶片的出流部位和与其外侧相邻叶片的邻接一侧对应的转轮外围分别设置横截面形状为凹槽形的其槽口朝向转轮的辅助射流口，将排泄流道设置在最外侧叶片的出流部位，在辅助射流口的凹槽内分别设置数个导流板。

本发明所述的压力输液管道，其入口端与一个或数个液压泵的压力出液口相连接，并且在泵轴的端部装置风轮或者将泵轴通过传动部件与风轮轴传动连接；本发明所述的压力输汽管道，其入口端可以与现有的各式锅炉或蒸汽器的出气口相连接，还可以与由太阳能加热的蒸汽器的出气口相连接。

当压力水流、蒸汽或由风轮及液压泵产生的压力液流通过压力管道及其引流室进入射流口，并以很高的速度从出射口射出时，已将其压能完全转换为了动能。射出射流口的高速射流则直接从其对应的转轮叶片凹槽表面的一侧或一部分进入后开始冲击叶片。根据高速射流对凹面板的作用原理，射流从叶片半圆弧形凹面的一侧进入并在引流板的引导下沿其表面流动至叶片另一侧时，射流的方向从其进入时的方向改变至180度，此时已将射流的动能完全传递给了叶片。叶片则带动转轮开始转动，从而将射流的动能完全转换成了旋转机械能。当射流的方向改变至180度时，射流已完全朝向射流口两侧的排泄流道或辅助射流口，并顺利地进入排泄流道或辅助射流口。进入辅助射流口的蒸汽则膨胀后再次射向下一级转轮叶片的一侧，并最终从最后一级转轮叶片的另一侧排出后进入排泄流道。当需要改变进入转轮叶片的射流流量大小时，则可由调速器或动力装置通过调节机构调整出射口的射流流量或压力的大小，或者开启或关闭一个或数个出射口来改变进入转轮叶片的射流流量大小。

根据以上所述的构成情况及其工作原理和工作过程，该机具有如下有益的效果和显著的进步：

1.该机能将来自太阳的直接辐射及间接来自太阳辐射的水能、风能、煤炭、石油、天然气、生物质能；来自天体与地球相互作用的潮汐能；地热能和核能四类自然资源均可直接或者通过蒸汽动力循环或液压传动的方式转换为旋转机械能。而且由该机带动的发电机均能与电网并网运行，从而能够联合承担电网的调频调压任务。

2.在该机中，一个或数个射流口及万能全效转轮，以及与该机相连接的另外一台或数台全能全效机，对各类自然资源中的大、中、小型及高、中、低压等所有形式的开发利用要求全能满足。并且完全能够满足目前无法开发或很难开发的，而且蕴藏量极为丰富的极低水头的水能资源、潮汐水能资源，以及由太阳能加热形成的低温低压蒸汽能的开发利用要求。

3.由于该机中引流板的引导使凹槽形的转轮叶片在运转过程中，完全能够按照高速射流对凹面板的作用原理的要求将高速射流的方向改变至180度后顺利排出，而且与该转轮相配套的射流口的每个出射口始终能按各叶片对射流所需的不同方向的最佳射入角和最佳位置射出，并且不存在泄漏损失。因此，该转轮的效率可高达99％以上，即能将所利用的射流动能全部有效地转换为旋转机械能，而且在各种工况下均能以最高效率的状态运行。

4.由于该机中射流口的导流板出射端的两出射边沿间设置的间距，不仅能有效避免相邻两高速射流在作用于叶片凹面之前产生碰撞现象，而且能有效避免高速射流作用于引流板的背面后对转轮产生与其旋转方向相反的作用力；由于导流板的出射端装设调节闸板或者使射流从导流板的出射端直接射出时，均不产生射流的自身损失。因此，该射流口的效率同样可高达99％以上，即能将所利用的压能全部有效地转换为动能，而且在各种工况下均能以最高效率的状态运行。

5.由于该机在运转过程中，射流的方向按径向进入并改变180度后又按径向流出，因此不产生轴向推力，从而不需要设置结构复杂的推力轴承。而且其主轴密封只需承受洪水期间高出主轴的尾水压力或低压侧蒸汽的压力，而与未作功的压力水流、液流或蒸汽无关联。因此，该机不仅具有很高的安全可靠性，还将为建造全自动发电站创造了可靠的基础条件。

6.由于该机的转轮能将射流从其进入时的方向改变至180度后排出，因此在其主轴上沿轴线方向可以无间距地连续排列多个转轮，从而使该机在增大其容量时其结构不会成倍增大。

7.当利用该机进行水力发电时，除转轮的进水部位和出水部位外，转轮的其它部位均可由护罩或外壳严密包围，使转轮在水中淹没后其叶片与其它水流能够有效地隔离，从而大大减小了叶片在水中运转时的阻力。因此，该机的转轮在洪水期处于淹没状态运行时仍能高效运转。

8.当利用该机进行水力发电时，因大、中、小型等各种形式的全能全效水动发电机组均可按卧式装置方式装置，从而可大大降低其土建工程量。

9.当该机利用潮汐水能发电时，在涨潮和退潮过程中均能使发电机按同一方向运转，并且其结构简单合理、造价低，而且其容量可根据需要增大，因此该机能够极大地推动海洋潮汐水能资源的开发利用进程。

10.当该机利用蒸汽能进行发电时，由于其叶片和辅助射流口均能将高速汽流的方向改变至180度，而且其内部不存在动叶损失、漏汽损失和摩擦损失等，使该机将所利用的高压、中压以及低温低压的蒸汽能全能全部有效地转换为旋转机械能。

11.由于该机能够将低温低压的蒸汽能全部有效地转换为旋转机械能，并且在低温状态下的管路输热损失很小，因此该机利用太阳能蒸汽发电的效率可高达90％。而且低温低压的蒸汽可大大降低太阳光聚光器及其蒸汽发生器的制造及配置难度。从而使太阳能蒸汽能够大规模进入发电领域，并且将众多的太阳能蒸汽汇集后，可建造超大容量的太阳能蒸汽发电站。

12.当利用该机进行风力发电时，将风轮输出的轴功率通过液压泵转换为液压能后再由全能全效机转换为旋转机械能。该结构使风轮能够完全满足风速急剧大幅和风向连续全角度变化的状况，并且低风速时的管路输液损失很小，超过最大额定风速以外的液压能又能与管路损失互抵，从而使风能能够得到充分利用。由于发电机和全能全效机的转动部分以及飞轮与风轮无牵连，使风轮在无风时无法成为风扇，因此不需要频繁的脱网和并网，而且飞轮能有效平拟发电机输出功率的急剧波动，从而使该机完全能够满足与电网的并网要求。并且其整体结构简单合理，造价低易实施，塔架顶端的设备少，性能灵活可靠。而且该结构将众多的液压能汇集后，同样能建造超大容量的风力液压发电站。从而开创了风力液压发电的新时代。

13.由于该机可以将由相同或不同原动力驱动的主轴传动连接后共同带动一台发电机，因此当风力液动机和太阳能汽动机联合运转时，可使发电机昼夜连续运转，从而使大片的荒原及荒漠可成为大规模的新能源发电基地。

14.由于数台全能全效机可共同带动一台发电机，因此其容量可在不增加发电机台数的情况下来增大，从而减少了发电机及其后续设备的台套数。

15.由于该机的结构简单，因此构成该机的另部件少；由于该机的结构合理，因此各部件的受力很单一，使各部件具有优越的受力条件，从而使各部件的结构非常简单。这不仅避免了复杂的制造工艺及难度，而且避免了繁琐的辅助设备和附属装置。因此，该机不仅造价低，而且易实施。

16.由于该机可根据需要能够进行任意组合，从而大大降低了设备的运输难度。而且对不同形式的水能、风能及太阳能资源，针对其制造、运输及地形、地质等条件还可以以以整化零或化零为整的方式灵活地开发和利用。因此，该机对具有水能资源的河流和风能资源的风场，以及对阳光充足的太阳能均可进行地毯式开发。从而能够发挥其规模效益后成为主体能源。

17.由于该机可根据需要按卧式或立式的不同形式装置，因此该机还将现有各式水轮机、汽轮机及风力机全能进行替换。替换后不仅其原有的其它设备均可继续利用，而且能够彻底弃除原有机组存在的所有无法解决的难题，并且其发电量在原有低效机组的基础上可增加近一倍。

在世界范围内具有丰富的水能、风能及太阳能资源，因此对清洁、廉价和永久性可再生的水能、风能及太阳能资源进行充分的开发和利用，能够改变当今世界存在的能源紧缺和污染物严重排放的困难局面。根据以上所述的有益效果及显著的进步，该机的运用能够开创水力、热力及风力发电行业的设备更新换代和水力全效发电、风力液压发电及太阳能蒸汽发电等新能源发电产业迅猛发展并成为主体能源的新纪元，从而能为世界提供永久的和足够的清洁无污染、廉价并可再生的优质能源。因此，可以消除当今世界因能源紧缺而引发的各类战争，并可阻止当今世界因污染物的严重排放而导致全球变暖的进程，而且能够实现世界经济的科学发展和可持续发展。

附图说明

图1是由三台全能全效水动机带动一台发电机的总体平面布置图；图2是图1中沿A-A线的剖面图；图3是图1中沿B-B线的剖面图；图4是图2中沿C-C线的剖面图；图5是图7中转轮叶片及其引流板的H向视图；图6是图5中的D向视图；图7是图5中的E向视图；图8是图7中沿F-F线的剖面图；图9是液压调速器的接力器及控制板的连接结构图；图10是全能全效风力液动轮机与风轮的连接结构图；图11是图10中液压泵及旋转接头的剖面图；图12是图10中的G向视图；图13是图17中全能全效汽动机的K-K线的剖面图；图14是图13和图17中在辅助射流口的凹槽内设置的导流板的主视图；图15是图14中的L向视图；图16是图15中的M向视图；图17是图13中沿J-J线的剖面图；图18是液压泵与齿轮箱的连接结构图；图19是图20中沿H-H线的剖面图；图20是图19中沿N-N线的剖面图；图21是图22中沿P-P线的剖面图；图22是图21中的Q向视图；图23是图21和图22中射流口的主视图；图24是图23中沿J-J线的剖面图；图25是图21和图22中折向调节板及其支撑板的主视图；图26是图27中沿R-R线的剖面图；图27是图26中沿S-S线的剖面图；图28是图26和图27中转轮的侧视图；图29是图30中沿H-H线的剖面图，该图表达了图26和图27中叶片的整体结构；图30是图29中的M向视图，图中虚线为引流板的连接部位；图31是图29中的N向视图；图32是图26中沿圆周方向相邻两叶片的连接图；图33是微型水动发电机组的整体结构图；图34是图35中接力器与传动杆的连接结构图；图35是图36中的T向视图；图36是图35中沿O-O线的剖视图，该图中在虚线框内的部件为原有部件；图37是图38中沿V-V线的剖面图；图38是图37中沿U-U线的剖面图；图39是图40中沿D-D线的剖面图；图40是图39中的Y向视图；图41是图40中沿Z-Z线的剖面图；图42是图39中沿A-A线的剖面图；图43是图39中转轮叶片的侧视图；图44是图46中的H向视图；图45是图44中的D向视图；图46是图44中的E向视图，图中虚线为其后相邻叶片的连接部位；图47是图46中沿F-F线的剖面图；图48是图39中沿圆周方向相邻两叶片及其引流板的连接图；图49是图48中的G向视图；图50是将灯泡贯流式水轮发电机组更换为全能全效水动机和卧式发电机后的整体结构布置图，图中以虚线表示的部分为已拆除或搬迁的原有设备；图51是全能全效汽轮机与由太阳能加热的蒸汽器的连接结构图；图52是风力液动机和太阳能汽动机的连接结构图。

以上各图中的代号分别代表：1.压力管道；2.引流室；3.射流口；4.叶片；5.引流板；6.轮盘；7.键；8.主轴；9.轴承；10.密封件；11.护罩；12.补气孔(阀)；13.调节闸板；14.传动杆；15.接力器(液压缸)；16.导流板；17.尾水渠；18.联轴器；19.阀叶；20.进水闸门；21.出射口；22.支座；23.轨道；24.隔板；25.排泄流道；26.轮毂；27.传动臂；28.蝶阀；29.折向调节板；30.支撑板；31.飞轮；32.隔热板；33.伸缩节；34.泄流板；35.发电机；36.底盘；37.行程开关；38.控制板；39.顶盖；40.海洋；41.海湾；42.海堤；43.海堤中墩；44.吊物井；45.端盖；46.支撑环；47.滚轮；48.钢丝绳；49.横梁；50.抗磨板；51.弹簧；52.液压马达；53.滑块；54.风轮；55.启闭机；56.调速手轮；57.转轴；58.液压泵；59.塔架；60.万能全效转轮；61.尾翼；62.控制电机；63.传动轴；64.旋转接头；65.滑环；66.止回阀；67.闸阀；68.齿轮箱；69.安全泄压阀；70.消力池；71.排液(汽)管；72.辅助射流口；73.拉杆；74.拉板；75.主接力器；76.传动齿轮；77.调节汽阀；78.太阳光聚光器；79.补水管；80.保温层；81.支架；82.蒸汽发生器；83.风力液动机；84.太阳能汽动机。

具体实施例

图1至图9示出了本发明的第一个实施例。该实施例是将水能转换为旋转机械能的全能全效水动机，并且是由三台全能全效水动机的主轴依次传动连接后共同带动一台发电机的大型水动发电机组。

如图所示：在各压力输水流道1的出水端分别连接有引流室2，引流室2的出水端固接有相互间具有一定间距的，并且横截面形状为矩形的三个射流口3。射流口3的内部分别设置有五个不同角度的导流板16，并且导流板16出射端的两出射边沿间具有一定的间距，从而将射流口3分隔为具有六个矩形出射口21和其相应的矩形流道的射流口。在矩形流道内分别装置有阀叶19，阀叶轴的一端分别通过传动臂27与接力器15′传动连接，接力器15′的油腔通过油路及其电气控制元件与液压动力装置相连接。在最顶部的出射口21中靠近发电机35的两个出射口的两侧分别设置有轨道23，轨道23内分别装置有调节闸板13，调节闸板13的顶端分别与装置在其顶部的液压接力器15之间通过传动杆14传动连接，两接力器15的上下油腔通过油路并联连接后与接力器75′的左右油腔相连接，接力器75′与液压调速器的主接力器75传动连接。在接力器75和75′传动连接的连接件上固装有控制板38，控制板38的左右两侧分别装置有电气行程开关37，行程开关37通过电气控制回路与接力器15′的电气控制元件相连接。射流口3出射端的两侧作为泄水流道25，并在其顶部设置有泄流板34。主轴8的两端分别由轴承9支承。主轴8的一端通过联轴器18与发电机35的主轴传动连接，另一端与另外两台全能全效水动机的主轴依次传动连接并装置有飞轮31。转轮的上方装置有护罩11，并在护罩11上开设有补气孔12。护罩11的两侧与主轴8之间设置有密封件10。在主轴8上套装有三个沿轴线方向紧密排列的万能全效转轮，均由轮盘6和其外表面设置的，分别由二十四个按圆周方向布置的两侧间表面形状为半圆弧形凹槽的叶片4和在每个叶片4凹槽的外端端面和该端面的槽口边沿至其后相邻叶片凹槽的内端边沿之间分别设置的平面形引流板5构成的两组沿轴线方向紧密排列的圆环形叶片组成，并使射流口3的出射口21分别与其相应的轮盘6上沿轴线方向相邻两叶片4邻接一侧的凹面部分相对应，将叶片4的出流部位分别与泄水流道25相对应。在所有泄水流道25的下方设置有尾水渠17。轮盘6与主轴8之间用键连接。

当液压调速器通过接力器开启调节闸板后，压力水流从射流口射出，并从叶片凹面的一侧进入后开始冲击叶片，使转轮通过主轴和联轴器带动发电机开始转动。当高速水流从叶片的另一侧排出时，已将水流的动能完全传递给了叶片，并已完全朝向泄水流道，此时水流则靠其自重顺利地下泄至尾水渠。

当调节闸板全开后继续将其开启时，则由控制板带动的电气行程开关通过电气控制元件依次开启一个或数个阀叶，并由调速器将调节闸板关闭至适当位置；当主接力器关闭至40％左右的位置时，则由控制板带动的电气行程开关通过电气控制元件依次关闭一个或数个阀叶，并由调速器将调节闸板开启至适当位置。在调节闸板底部出现杂物卡阻现象时，两调节闸板60％左右的总关闭行程仍能使控制板发出关闭阀叶的信号。将所有阀叶同时关闭后可紧急停机。当洪水期因尾水水位过高而将转轮淹没时，由于护罩能将转轮叶片与其它水流有效地隔离，并且在护罩上设置的补气孔能及时向处于未作功的叶片内补入空气，使引流板在运转的同时不产生离心泵效应，因此该转轮处于淹没状态时仍能高效运转；由于其主轴密封只需承受高出主轴的尾水压力，因此只需设置结构简单的密封装置即可满足主轴的封水要求。由于阀叶后流道内压力水流的部分压力已转换为流速势能，并且阀叶后的流道不需要承受水锤压力，因此导流板和射流口平面形的外壁具有一定的厚度或采用空腹板时即可满足其所承受的压力。

图10至图12示出了本发明的第二个实施例。该实施例是将风能转换为旋转机械能的全能全效风力液动机。

如图所示：在依次排列并相互连通的十根压力输液管道1的底端分别连接有两根分支管道，并且其入口端均与五十个螺杆式液压泵58的压力出液口相连接。液压泵58分别通过旋转接头64装置在其各自的塔架59的顶部，并且泵轴的端部分别装置有风轮54。液压泵58的另一端设置的支座22内装置有可转动的尾翼61，尾翼61的转轴57的底端通过蜗轮和蜗杆及传动轴63与装置在支座22上的控制电机62传动连接，操作控制电机62正反转的电源线通过滑环65接入电机。液压泵58的进液口分别与排液管道71相连接，并在所有管道及液压泵58内充入润滑液体。在管道1上分别装置有自动安全泄压阀69，泄压阀69的出口端设置有消力池70。管道1的出口端分别固接有引流室2及具有五个出射口的射流口3，在主轴8上装置有分别对应于射流口3的十个万能全效转轮，射流口3和转轮的结构与第一个实施例相同。主轴8的一端与发电机35的主轴传动连接，其另一端装置有大直径的飞轮。射流口3最顶部的出射口均装置有调节闸板及其接力器，并将该接力器的油路全部并联后与调速器的接力器相连接，将除顶部外的每五个阀叶接力器的油路并联后与液压动力装置相连接。

当风轮带动液压泵转动时则可将压力液体输入压力输液管道，压力液体通过射流口射向万能全效转轮的叶片时，已将风能通过液压传动的方式转换成了旋转机械能。在零至最大额定风速内将调节闸板及阀叶调整在零至全开范围内的相应开度，从而将输液管道内的压力控制在额定范围内。在短时的零风速内发电机可调相运转，当风速超过最大额定风速或输液管道内的压力超出额定值时自动安全泄压阀即可相应开启，从而有效避免了发电机的过负荷现象。飞轮则能以储能或释放能量的形式有效平抑因风速的舜时起伏而引起发电机输出功率的急剧波动，并且发电机调相运转及飞轮平抑波动时与风轮无牵连，从而使风轮始终不能成为大风扇。尾翼和旋转接头能使风轮自动并及时高效地适应风向长期连续全角度变化的状况，并且将尾翼通过控制电机转动一定角度时，尾翼则依靠风力拖动风轮转动一定的角度，从而能够调整风轮的轴输出功率；将尾翼通过控制电机转动90度后，尾翼则拖动风轮转动90度使风轮停止运转。

图13至图17示出了本发明的第三个实施例。该实施例是将由燃煤锅炉产生的蒸汽能转换为旋转机械能的全能全效汽动机。

如图所示：在底盘上设置有与隔热板32连为一体的支撑板30和30′，在上下两支撑板30中间装置有圆环形的引流室2及射流口3和其两侧的辅助射流口72和设置有拉杆73的排汽管道71，在其内的主轴8上装置有分别从主轴8的两端套入的两个万能全效转轮，并将射流口3内由导流板16构成的出射口分别与其相应的叶片凹槽表面的一侧相对应；将横截面形状为凹槽形的其槽口朝向转轮的辅助射流口72分别与叶片的出流部位和与其外侧相邻叶片的邻接一侧对应的转轮外围相对应；将排汽管道71与最外侧叶片的出流部位相对应。在辅助射流口72的凹槽内分别设置有数个导流板16′，其中间部位设置有支撑环46。将圆环形的引流室2及射流口3通过隔板24分隔为四段，并分别与四根和调节汽阀相连接的压力输汽管道1相连接。射流口3对应的叶片结构与第一个实施例相同，其外侧分别设置有另外四组与其相同结构并逐渐放大的圆环形叶片。

当由调节汽阀调节后的蒸汽通过压力输汽管道从射流口的出射口射出，并从第一级转轮叶片的凹槽表面排出后进入辅助射流口时，已将汽流的动能传递给了转轮。进入辅助射流口的蒸汽膨胀后又射向第二级转轮叶片表面，并最终从最后一级转轮叶片的出流部位排出后进入排汽管道，此时已将膨胀后的蒸汽动能全部有效地转换成了可调节的旋转机械能。

图18至图20示出了本发明的第四个实施例。该实施例是装置有弧面形调节闸板的全能全效风力液动机。

如图所示：在塔架59的顶端固装有支座22，支座22的下方固装有液压泵58，支座22的上方装置有可转动的并且装置有风轮54、滑环65和尾翼61的传动齿轮箱68，并将液压泵58的泵轴通过联轴器18及传动齿轮76与风轮轴传动连接。在五个依次排列的引流室2的出口端分别设置有射流口3，在射流口3的出射端外侧边沿分别设置有轨道23，在轨道23内分别装置有弧形拉板74，拉板74之间对应于出射口21的部位分别设置有弧面形调节闸板13，拉板74的顶部分别设置有传动臂27，传动臂27通过传动杆14与装置在轨道23′内的滑块53传动连接，滑块53与接力器15传动连接的。各接力器15的下油腔通过油管及闸阀67与引流室2相连接，并设置有排油管及闸阀67′。各接力器15的上方设置有弹簧51，并且五个弹簧51的压力从中间向两侧依次增大。在主轴上装置有五个相互间具有一定间距的万能全效转轮，并使射流口3的出射口与凹槽形叶片表面的中间部位相对应。该实施例的其它结构与第二个实施例相同。

当液压管道内的压力上升时弧面形调节闸板则可根据压力大小从中间向两侧依次自动开启；当压力下降时调节闸板则从两侧向中间依次自动关闭，从而使该机射流口的开度完全能够自动并及时高效地适应风速急剧大幅变化的状况。调节闸板依次的开启或关闭还能有效防止管道内压力与调节闸板开度的共振或拉锯现象。当停机时，则可将所有闸阀67关闭并打开所有闸阀67′后停机。

图21至图25示出了本发明的第五个实施例，该实施例是射流口的出射口为圆形的全能全效水动机。

如图所示：在压力引水管1的出口端固接有引流室2，引流室2的一侧设置有由六个依次排列的并分别装置有蝶阀28的圆形出流管1′，蝶阀28的阀叶轴通过传动臂27分别与装置在引流室2上的接力器15′相连接，接力器15′分别通过油路及其控制元件与液压动力装置相连接。蝶阀28的出口端分别固接有圆形的射流口3，并将其中一个射流口3的出射口21的面积设置为其它出射口的一半。射流口3的顶部固装有护罩11′，射流口3的两侧分别设置有轨道23，轨道23内分别装置有伸向圆形出射口21外的支撑板30，在支撑板30位于出射口21外的部位之间设置有折向调节板29，并将支撑板30的顶部分别与传动杆14传动连接。传动杆14的两端分别与装置在支座22上的接力器15传动连接，接力器15通过油路及同步器与液压调速器相连接。在主轴8上装置有六个结构与第一个实施例相同的万能全效转轮。在尾水渠17内设置有抗磨板50。

根据来水量的大小，由液压动力装置通过接力器开启一个或数个蝶阀时，压力水流从该射流口射出，并由折向调节板将其直接导入尾水渠。此时，调速器则可根据转轮的需要将折向调节板调整至相应的位置，使射流射向转轮叶片。在停机时，可由折向调节板将所有射流直接导入尾水渠，从而能够消除水锤压力的威胁。不同的出射口面积能更好地适应来水量及机组出力的变化情况。

图26至图32示出了本发明的第六个实施例。在该实施例中将一台现有的轴伸贯流式水轮机替换为了全能全效水动机。

如图所示：在设置有伸缩节33的引流室2的出水端连接有两个结构与第一个实施例相同的射流口3，其出射口21为三角形形状，并将其装置在底盘36上。射流口3的两侧为泄水流道25，其顶部设置有泄流板34。在主轴8上套装有两个由设置有支撑环46的轮毂26和其外表面设置的，分别由二十四个按圆周方向布置的两侧间表面形状为接近半圆弧形的凹槽形叶片4和在每个叶片4凹槽的两外端端面和该端面的槽口边沿至其后相邻叶片凹槽的内表面之间分别设置的平面形引流板5构成的一组圆环形叶片组成的转轮。将射流口3分别与叶片4凹槽表面的中间部位相对应，其两端分别与泄水流道25相对应。主轴8的两端分别由装置在底盘36上的轴承9支承。将原有的轴伸贯流式的水轮机和发电机拆除，并将全能全效水动机置于尾水渠17的顶部后，将底盘36与尾水渠17的顶面相连接，引流室2的入水口与原有的压力引水管道1的出水端相连接，接力器15和15′与液压调速器和液压动力装置相连接，主轴8的一端通过联轴器18与发电机的主轴传动连接。

当射流射向凹槽形叶片中间部位的表面后，在引流板的引导下射流沿凹槽表面流向叶片的两端，并随叶片的转动使射流的方向改变至180度或略大于180度的空间位置后排出并下泄至尾水渠。在该实施例中，虽然转轮叶片的凹面分别朝向其前方叶片凹槽的背面，但其引流板能将水流顺利引向射流的两侧。

图33示出了本发明的第七个实施例。该实施例是一台将全能全效水动机和发电机安装在同一底盘上的微型水动发电机组。

如图所示：该水轮机只有一个射流口，并且该射流口只有一个装置有调节闸板的出射口，调节闸板的顶部通过传动杆与由蜗轮和蜗杆组成的启闭机55传动连接，蜗杆的一端装置有调速手轮56，其另一端装置有液压马达52。在主轴上装置有一个与射流口相对应的万能全效转轮。该水轮机可以通过调速手轮手动调节，也可以将液压马达通过油路与液压调速器连接后自动调节。

图34至图36示出了本发明的第八个实施例。在该实施例中将一台现有的卧式混流式水轮机更换为了全能全效水动机。

如图所示：将原有水轮机的蜗壳及其导水机构和混流式转轮拆除，并将压力引水管道1的出水端向上变向一定的角度后固接引流室2及射流口3，在调节闸板的传动杆14与接力器15活塞杆的连接处设置有弹簧51。在主轴8的端部通过键7和原泄水锥螺母固装万能全效转轮。该实施例的其它结构与第一个实施例相同。支承主轴8的径向推力轴承9以及飞轮31、发电机35、蝶阀28及伸缩节33等均为原有设备。

由于全能全效水动机不产生轴向水推力，因此其推力轴承在机组长期连续的运转中因不受力而不发生烧瓦事故，并且将其继续利用后，其配套的主轴等设备均可继续利用。在调节闸板与接力器之间设置的弹簧，可在调节闸板底部出现杂物卡阻的情况下，使接力器仍能关闭一定的行程后向阀叶发出关闭信号。

图37和图38示出了本发明的第九个实施例。在该实施例中将一台现有的立式轴流式水轮机更换为了全能全效水动机。

如图所示：将原有水轮机装置在蜗壳内的导水机构和轴流式转轮拆除，并将蜗壳作为引流室2。在蜗壳内设置圆环形的射流口3，在射流口3内由导流板16构成的流道中分别装置有阀叶19，并在阀叶19出水端的顶部分别设置有补气阀12。阀叶轴的顶端分别通过传动臂27与接力器15相连接，接力器15中左右相对应的两个接力器的油腔通过油路并联连接后与液压调速器传动连接的接力器油腔相连接，其它接力器15分别通过油路及控制元件与液压动力装置相连接。在主轴8的底端装置有万能全效转轮，该转轮由轮盘和一组圆环形叶片组成。射流口3与叶片4凹面的上半部分相对应，凹面的下半部分与尾水渠17的顶部相对应。在叶片4的顶部与射流口3的顶部之间设置有密封件10′，在射流口3的顶部装置有护罩11，护罩11的顶部装置有主轴密封10和水导轴承9。

该实施例的调节过程及调节原理与第一个实施例相同。补气阀能在阀叶处于部分开启时或者在全开及全关的过程中向其背面及时补入空气后消除汽蚀。

图39至图49示出了本发明的第十个实施例。在该实施例中全能全效水动机利用海洋潮汐水能资源进行水力发电，并由八台结构完全相同的全能全效水动机依次传动连接后共同带动一台发电机运转。

如图所示：在海堤42底部设置有连通海湾41和海洋40的矩形过水流道1，在流道1的两端设置有进水闸门20和20′。海堤42及海堤中墩43的中间部位为吊物井44。海堤中墩43的底部设置有连通海洋40和海湾41的示流管，示流管装置有示流器及换向阀。流道1的两侧分别为端盖45。两端盖45位于海洋40一侧和海湾41一侧之间分别设置有横梁49和49′、方向相反的射流口3和3′和弧形隔板24和24′。隔板24和24′内分别装置有弧面形调节闸板13和13′，闸板两端设置有滚轮47，并且闸板两端的底部分别固接有不锈钢丝绳48。在主轴8上套装有五个万能全效转轮，该转轮的叶片4两端端面两侧间的连线均与叶片的横截面间呈一夹角，并且其引流板5两侧间的形状为弧形，该转轮的其它结构与第一个实施例相同。主轴8两端的端盖45内侧分别固装有支撑环46。主轴8的两端分别由轴承9支承。端盖45的顶部装置有顶盖39，并将钢丝绳48的另一端分别与装置在支座22和22′顶部的接力器15及15′传动连接。接力器15及15′通过油路及换向阀与液压调速器及液压动力装置相连接。主轴8通过联轴器18与其相邻的全能全效水动机或发电机的主轴传动连接。主轴8与端盖45的外侧间分别装置有密封件10。

由于海水在月球和太阳引力的作用下定期涨落。因此当海水涨潮时，海洋中的海水要通过过水流道流入海湾。此时，水流沿实线箭头所指方向从射流口3射出后冲击其对应的转轮叶片的凹面，并通过射流口两侧间的泄水流道进入海湾。当海水退潮时，海湾中的水流要通过过水流道流入海洋。此时，由于示流管中水流流向的改变，使换向阀转换其工作状态。换向阀转换工作状态后，接力器15的活塞完全下落，使调节闸板13靠其自重下落到底部后将射流口3及其两侧的泄水流道25完全关闭，并将接力器15′与液压调速器相连接后将调节闸板13′的开度调整至相应的位置。从而使水流沿图中虚线箭头所指的方向从射流口3′射出，开始冲击转轮上部叶片的凹面，并使转轮按原来的方向继续旋转。将动能传递给转轮后的水流通过射流口3′两侧间的泄水流道进入海洋。当海水再次涨潮时，由于示流管中水流流向的改变，使换向阀将其工作状态转换至原始状态。此时，接力器15′将调节闸板13′提升至完全关闭的位置。接力器15由液压调速器根据需要将调节闸板13的开度调整至相应的位置。从而使水流又按图中实线箭头所指的方向开始工作。

图50示出了本发明的第十一个实施例。该实施例是将现已运行的灯泡贯流式水轮发电机组更换为全能全效水动机和卧式发电机的结构事例。

如图所示：将原有的灯泡贯流式水轮发电机组拆除后将其水轮机段的过流流道作适当扩大，并将其尾水流道向上变向并延伸后在其端部固接射流口3。在主轴上套装与射流口3相对应的万能全效转轮60，主轴的端部与卧式发电机35的主轴传动连接。射流口3与万能全效转轮60的结构与第一个实施例相同。

在该实施例中，虽然厂房需要重新修建，但与原有的灯泡贯流式水轮机相比，全能全效水动机在各种工况下均能将所利用的水能全部有效地转换为旋转机械能，并且其结构简单合理、造价低，性能安全可靠，从而能够保证发电机组长期、连续、安全、稳定及全效率运行。

图51示出了本发明的第十二个实施例。该实施例是全能全效汽动机将由太阳能加热产生的蒸汽转换为旋转机械能的结构事例。

如图所示：在底盘36上装置有全能全效汽动机，其结构与第三个实施例相同。将其圆环形引流室2及射流口3通过隔板一分为二，并分别与设置有调节汽阀77的压力输汽管1相连接。压力输汽管1的入口端分别与五百个通过支架81装置在凹坑形太阳光聚光器78顶部的圆桶形蒸汽发生器82和凹槽形太阳光聚光器78′顶部的圆管形蒸汽发生器82′的出汽口相连接，并在蒸汽器82和82′上设置有补水管79、安全泄压阀69和放水阀。太阳光聚光器的底部设置有通过控制电机62调整其朝向的支座。所有输汽管的表面均设置有保温层80。

当太阳光通过聚光器集中在蒸汽器底部时，蒸汽器内会产生一定温度和压力的低温低压蒸汽。压力输汽管将所有蒸汽器内的蒸汽集中并输送至中心机房后，由全能全效汽动机将该蒸汽全部有效地转换为满足发电所需的旋转机械能。

图52示出了本发明的第十三个实施例。在该实施例中将风力液动机和太阳能汽动机的主轴传动连接后共同带动一台发电机，并将其建造在荒原中。

在该实施例中，与风力液动机83相连接的液压泵均分别设置在其各自塔架的底端，并且其泵轴分别通过设置在塔架内的传动轴与塔架顶端齿轮箱的输出轴传动连接，该机的其它结构与第四个实施例相同。在太阳能汽动机84中除转轮叶片和射流口导流板的设置方向外，其它结构与第十二个实施例相同。

在荒原及荒漠中白天晴天时阳光充足，白天阴天时或夜间及早晚风力巨大，因此该发电机组可昼夜连续运转。在短时的即无阳光又无风的状况下，发电机则可调相运转。因万能全效转轮空转时的风损和各轴承的机械损失均很小，因此调相运转时的耗电量也很小，并且在调相运转时发电机还可向电网发送无功功率。从而使该机组能够充分利用荒原及荒漠中的太阳能和风能。

Claims (4)

1.万能全效发电动力机包括压力输水、输汽或输液管道及其出口端设置的引流室，在该管道或其引流室的出口端固接的一个或数个射流口及其与调速器或动力装置相连接的调节机构，主轴及其轴承，并且包括轮盘或轮毂以及两侧间表面形状为凹槽形的叶片，其特征在于：在主轴上装置一个或数个主要是由轮盘或轮毂和其外表面设置的，分别由数个按圆周方向布置的两侧间表面形状为凹槽形的叶片和在每个叶片凹槽的外端端面和该端面的槽口边沿至其后相邻叶片凹槽的内端边沿或凹槽的内表面之间分别设置的引流板构成的一组或数组沿轴线方向排列的圆环形叶片组成的万能全效转轮，并使射流口的出射口分别与其相应的叶片凹槽表面的一侧或一部分相对应，主轴的端部与发电机等机械的主轴或与另外装置有万能全效转轮的主轴传动连接。

2.根据权利要求1所述的万能全效发电动力机，其特征还在于：射流口主要是由射流口和其内部设置的一个或数个不同角度的导流板组成，并且导流板出射端的两出射边沿间具有一定的间距。

3.根据权利要求1或2所述的万能全效发电动力机，其特征还在于：当射流口与压力输水或输液管道相连接时，在射流口的出射口对应的叶片的出流部位设置排泄流道；当射流口与压力输汽管道相连接时，在射流口的出射口对应的叶片外侧设置另外一组或数组圆环形叶片，并在叶片的出流部位和与其外侧相邻叶片的邻接一侧对应的转轮外围分别设置横截面形状为凹槽形的其槽口朝向转轮的辅助射流口，将排泄流道设置在最外侧叶片的出流部位，在辅助射流口的凹槽内分别设置数个导流板。

4.根据权利要求1所述的万能全效发电动力机，其特征还在于：压力输液管道的入口端与一个或数个液压泵的压力出液口相连接，并且在泵轴的端部装置风轮或者将泵轴通过传动部件与风轮轴传动连接。

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