CN102155346A - 扩径引流型流体聚流集能装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及流体聚流集能方法和技术。多腔形体组合式逐级扩径的引流聚流结构，增大了引流口面积。流体进入后不断汇聚，流速不断提高，实现聚流。聚流后高速流体驱动流体机械，经调速或变速后再驱动工作机器，实现集能。多腔形体结构使聚流集能器有较高强度。对置设置多个聚流集能器，形成二维或三维的全方位聚流集能装置。多聚流集能器构成聚流集能场。可在江河等水流全程长度内获得绿色能源，不用建大坝。也可在广泛各处位置聚集风的气流能量。结构简约，易实现，成本低廉。可用于发电、供水、灌溉、供风、通风、加工等广泛领域，市场广阔，经济价值和节能减排社会效益很大。

Description

扩径引流型流体聚流集能装置和方法
(一)技术领域
本发明涉及流动流体的聚流集能装置和技术，特别是通过多方位扩径腔形体逐级组合形成的较大尺寸引流聚流结构，提高流体能量密度，驱动流体机械的聚流集能器的装置和技术。获得高能量密度、绿色可再生的流体流动能源。属流体能源利用技术领域。
(二)背景技术
多种流体，如自然界的各种流体，蕴含总量很大的能量。江水滔滔，河流滚滚，瀑布飞泻，溪水奔腾，海洋川流，风起云涌，风吹呼啸，各种自然流体的能量巨大。而且几乎是取之不尽、用之不竭的绿色可再生能源。自然流体分布广泛，各处都有可能实现能量聚集、采集和利用。因此，自然流体的能量利用有非常大的潜力。船舶、水工、机械、电子、控制等领域的技术和产业已经实现了高速的发展，但由于自然流体(如自然水流和风)能量密度较低，且流体流动的运动空间范围大，限制了各种自然流体能量在许多方面的应用。
(三)发明内容
本发明的目的是利用多方位扩径腔形体逐级组合形成的较大尺寸的引流聚流结构，提高流体的能量密度，驱动流体机械，采集聚流后流体能量和输出功率以驱动受能工作机器，实现流动流体的聚流集能的方法和技术。获得高密度、高品质的聚流流体能源，克服自然流体的流动分散、能量密度低等问题。
本发明通过如下的装置、结构和技术实现上述目的：由整体式腔壁和格栅式腔壁构成多方位扩径的腔形体。多个扩径腔形体以径向并列和轴向连接方式逐级组合，形成多方位逐级扩径的多腔形体结构的引流聚流器。引流聚流器的汇集端口与导流通道连接构成引流聚流导流器。引流聚流器的汇集端口与流体机械室连通，或引流聚流导流器的汇集端口与流体机械室连通，构成引流聚流集能器。导流通道可为弧形、折形等结构的通道。
多个扩径腔形体组合结构，不仅增大了引流口面积，而且内部腔壁起提高结构强度和结构稳定性作用，使引流聚流器整体腔体有较高的强度和可靠性。聚流集能器的引流人口可设置防固体物格栅。
通过逐级组合扩径，引流聚流器形成较大的引流人口，增大引流面积和引流聚流器的受能总量，将大量流体引入引流聚流器。流体流入引流聚流器后，在引流聚流器逐级缩径作用下，流体不断汇聚，流体流速不断提高，实现聚流。聚流提速后的流体进入流体机械室，驱动流体机械。流体机械经调速或变速后再输出功率驱动各种工作机器，如发电机、水泵、粉碎机、风机等，实现流体聚流集能和高品质能量利用。
多个聚流集能器并列组合，构成聚流集能器系列。聚流集能器系列之间用格栅式腔壁连接，形成聚流集能器系列之间的流体流动通道，避免相互影响。两个或多个聚流集能器系列以这种相互独立、隔离方式地连接形成一个整体，构成聚流集能场。也可将多个聚流集能器以独立、隔离方式地连接设置成一个整体，构成聚流集能场。
在聚流集能器后部设置后下向伸展式或后上向伸展式导向器，并在聚流集能器后部两侧各设置一个侧后向伸展式导向器。在流动的流体中发挥自然导向功能，确保聚流集能器的引流口朝向流体流速最有利的方向。上述构成自然导向式聚流集能装置。
自然导向式聚流集能装置，在流体流动方向变化较小场合，可不设两侧和后部导向器。在水流中，采用锚式或锚与绳缆结合的方式固定方向并提供上下浮动空间，或以滑轨、滑筒等方式固定方向并提供上下浮动空间，形成固定方向式引流聚流集能装置。在空中，固定在底座上确定引流方向，形成固定静置式引流聚流集能装置。
在水平方向对置设置多个(3个及以上)扩径引流聚流导流器。流体机械室位于中部。各引流聚流导流器的汇集端口与流体机械室连通。各引流聚流导流器的汇集端口的排出方向为流体机械的同轴和同向转动的方向。上述构成水平方向的二维全方位引流聚流集能装置。流体从迎流侧的汇聚端口进入流体机械室，从相对的汇聚端口排出。由上下层叠设置的多个二维全方位聚流集能装置构成二维全方位引流聚流集能装置系列。
在垂直方向对置设置多个(3个及以上)扩径引流聚流导流器。流体机械室位于中部。各引流聚流导流器的汇集端口与流体机械室连通。各引流聚流导流器的汇集端口排出方向为流体机械的同轴和同向转动的方向。在中间垂直平面上的侧向引流口外连接水平方向导流板。上述构成自然导向的三维全方位引流聚流集能装置。流体从迎流侧的汇聚端口进入流体机械室，从相对的汇聚端口排出。
流体机械室的出入口可设置闸门及其控制设备，控制流体流量以获得较稳定的输出功率。在闸门完全关闭并隔离流体的情况下，也为其内部的设施维修提供条件。
流体机械可立式(竖向)设置，也可卧式(横向)设置。流体机械可与调速机构或变速机构连接后再连接各种工作机器。多个流体机械可耦合驱动较大功率或较高速工作机器，提高聚流集能器输出功率的规模和品质。
多个扩径腔形体组合式的扩径引流的聚流集能器或聚流集能场，可对各种自然流体(如水流或风)实现较大面积的规模化聚流集能，通过驱动流体机械获得大规模的输出功率，获得大量的绿色可再生、高品质的流体流动能源，驱动各种工作机器工作。船舶、水工、机械、电子、控制等领域技术的发展，为扩径引流的流体聚流集能技术提供了各方面的基础和应用技术支撑平台，流体聚流集能技术的应用有广泛的技术基础和产业基础。可以在流体的全流程范围内，如整个河流或江流的流程和长度范围内，连续、梯级、逐段设置和利用聚流集能技术。不需要建设大坝等设施，获得大量的水流能源。也可在长期有风和风速较稳定的位置实施扩径引流和聚流集能技术，获得大量的风能。可直接用于发电、供水、灌溉、供风、加工等许多领域。结构简约，易于实现。造价和运行成本低廉。关联设备和技术成熟度高，装置运行可靠性高。应用领域广泛，市场潜力和前景广阔，经济价值和节能减排的社会效益潜力很大。
(四)附图说明
图1为水流聚流集能装置侧视剖面示意图。
图2为水流聚流集能装置俯视剖面示意图。
图3为双系列的水流聚流集能场侧视剖面示意图。
图4为双系列的水流聚流集能场俯视剖面示意图。
图5为气流聚流集能装置侧视剖面示意图。
图6为双系列的气流聚流集能场侧视剖面示意图。
图7为二维全方位聚流集能装置俯视剖面示意图。
图8为二维全方位水流聚流集能装置侧视剖面示意图。
图9为二维全方位气流聚流集能装置侧视剖面示意图。
图10为三维全方位气流聚流集能装置侧视剖面示意图。
各图中：1为整体式腔壁，2为浮箱舱兼设施舱，3为设备舱，4为后下向伸展式导向器，5为侧后向伸展式的导向器，6为格栅式腔壁，7为同轴式转筒及其筒座，8为转轮，9为转轮导轨。
(五)具体实施方式
(1)水流中实施
自然导向式聚流集能装置可在邻近水面的水流上层实施，也可设置在水流中部或水流底部，以处于流速有利的区域。在邻近水面的水流上层实施时，在其引流口前部设置自行上下浮动(如滑轨式)、从引流口两侧斜向前伸的尖头式(三角式)水面漂浮物导流器，使水面漂浮物沿漂浮物导流器斜面流动而下，防止水面漂浮物进入引流入口和装置内部。可采用锚式或锚与绳缆结合的方式固定聚流集能装置位置。在两侧和上下部可设置浮箱舱或浮箱舱兼设施舱，为聚流集能装置提供浮力。浮箱舱兼设施舱为设置各种设施和人员活动提供空间。在水流不大的场合下，可借助小型水坝获得较有利的水流和引流面积。
自然导向式聚流集能装置，在水流方向变化较小场合，可不设两侧和后部导向器。在水流中可采用锚式或锚与绳缆结合的方式固定方向并提供上下浮动空间，或以滑轨、滑筒等方式固定方向并提供上下浮动空间，为固定方向式引流聚流集能装置。
二维全方位引流聚流集能装置可在邻近水面的水流上层实施，也可设置在水流中部或水流底部。在邻近水面的水流上层实施时，在每个上部侧面引流口的前部设置自行上下浮动(如滑轨式)、从该引流口两侧斜向前伸的尖头式(三角式)水面漂浮物导流器，使水面漂浮物沿漂浮物导流器斜面流动而下，防止水面漂浮物进入引流入口和装置内部。可采用锚式或锚式与绳缆结合的方式固定位置；也可采用滑轨或滑筒固定位置并提供上下浮动时的滑动条件。在装置的周围和上下部可设置浮箱舱或浮箱舱兼设施舱，为聚流集能装置提供浮力。
自然导向的三维全方位引流聚流集能装置在水流中实施时，可采用锚式或锚式与绳缆结合的方式固定位置，并提供一定角度范围内的转动空间。在装置周围和上下部可设置浮箱舱或浮箱舱兼设施舱，为聚流集能装置提供浮力。可设置在水流中部，也可设置在水流底部。
在水流较小或深度不足的场合，可与小型水坝组合，形成有利的水流和引流面积。
(2)在气流(空气)中实施
自然导向式聚流集能装置在空中实施时，采用有阻尼型、同轴转动的转盘、转筒、转轮导轨类型机构的底座，形成支撑和转动装置。使聚流集能器通过自然导向转动确保引流口朝向最有利的方向。
在气流方向变化较小场合，自然导向式聚流集能装置可不设两侧和后部导向器。在空中固定在底座上确定引流方向，为固定静置式引流聚流集能装置。
在气流有水平方向的流动方向频繁变化、而垂直方向无气流流动的场合，水平方向二维全方位引流聚流集能装置可固定在支撑底座上，形成固定静置式的二维全方位引流聚流集能装置。
在气流流动方向是三维范围的频繁变化的场合，实施自然导向的三维全方位聚流集能装置。采用有阻尼型、同轴转动的转盘、转筒、转轮导轨类型机构的底座，形成支撑和转动装置，确保引流口朝向最有利的方向。
气流聚流集能器可置于建筑顶部、建筑间风口、山间风口、山顶等较有利的位置。

Claims (10)

1.本发明涉及流动流体的聚流集能方法和技术。由整体式腔壁和格栅式腔壁构成多方位扩径腔形体。多个扩径腔形体以径向并列和轴向连接方式逐级组合，形成多方位逐级扩径的多腔形体结构的引流聚流器。引流聚流器汇集端口与导流通道连接构成引流聚流导流器。
导流通道为弧形、折形通道。引流聚流器的汇集端口与流体机械室连通，或引流聚流导流器的汇集端口与流体机械室连通，构成引流聚流集能器。
多个聚流集能器并列组合，构成聚流集能器系列。聚流集能器系列之间用格栅式腔壁连接，在聚流集能器系列之间形成流体流动通道。两个或多个聚流集能器系列以这种相互独立、隔离方式地连接形成一个整体，构成聚流集能场。也可将多个聚流集能器以独立、隔离方式地连接设置成一个整体，构成聚流集能场。
在聚流集能器后部设置后下向伸展式或后上向伸展式导向器，并在聚流集能器后部两侧各设置一个侧后向伸展式导向器，构成自然导向式聚流集能装置。
在水平方向对置设置多个(3个及以上)扩径引流聚流导流器。流体机械室位于中部。各引流聚流导流器的汇集端口与流体机械室连通。各引流聚流导流器的汇集端口的排出方向为流体机械的同轴和同向转动的方向。上述构成水平方向的二维全方位引流聚流集能装置。由上下层叠设置的多个二维全方位聚流集能装置构成二维全方位引流聚流集能装置系列。
在垂直方向对置设置多个(3个及以上)扩径引流聚流导流器。流体机械室位于中部。各引流聚流导流器的汇集端口与流体机械室连通。各引流聚流导流器的汇集端口排出方向为流体机械的同轴和同向转动的方向。在中间垂直平面上的侧向引流口外连接水平方向导流板。上述构成自然导向的三维全方位引流聚流集能装置。
流体机械可立式(竖向)设置，也可卧式(横向)设置。流体机械可与调速机构或变速机构连接后再连接各种工作机器。多个流体机械可耦合驱动较大功率或较高速工作机器。
2.根据权利要求1所述的流体机械室，其特征在于该流体机械室前后可分别设置闸门，既可控制流体流量以获得稳定输出功率，也可为该室及其内部设施的维修提供条件。
3.根据权利要求1所述的引流聚流器，其特征在于该引流聚流器的扩径引流人口可设置防固体物的格栅。
4.根据权利要求1所述的自然导向式聚流集能装置，其特征在于该自然导向式聚流集能装置，在流体流动方向变化较小场合，可不设两侧和后部导向器。其特征也包括在水流中可采用锚式或锚与绳缆结合的方式固定方向并提供上下浮动空间，或以滑轨、滑筒等方式固定方向并提供上下浮动空间，形成为固定方向式引流聚流集能装置。其特征也包括在空中固定在底座上确定引流方向，形成固定静置式引流聚流集能装置。
5.根据权利要求1所述的自然导向式聚流集能装置，其特征在于该自然导向式聚流集能装置可在邻近水面的水流上层设置，也可设置在水流中部或水流底部。其特征也包括在邻近水面的水流上层设置时，在其引流口前部设置自行上下浮动(如滑轨式)、从引流口两侧斜向前伸的尖头式(三角式)水面漂浮物导流器，使水面漂浮物沿漂浮物导流器斜面流动而下，防止水面漂浮物进入引流入口和装置内部。其特征还包括可采用锚式或锚与绳缆结合的方式固定聚流集能装置位置。其特征也包括在两侧和上下部可设置浮箱舱或浮箱舱兼设施舱，为聚流集能装置提供浮力。
6.根据权利要求1所述的自然导向式聚流集能装置，其特征在于该自然导向式聚流集能装置在空中设置时，采用有阻尼型、同轴转动的转盘、转筒、转轮导轨类型机构的底座，形成支撑和转动装置。
7.根据权利要求1所述的二维全方位引流聚流集能装置，其特征在于该二维全方位引流聚流集能装置可在邻近水面的水流上层设置，也可设置在水流中部或水流底部。其特征也包括在邻近水面的水流上层设置时，在每个上部侧面引流口的前部设置自行上下浮动(如滑轨式)、从该引流口两侧斜向前伸的尖头式(三角式)水面漂浮物导流器，使水面漂浮物沿漂浮物导流器斜面流动而下，防止水面漂浮物进入引流入口和装置内部。其特征还包括可采用锚式或锚式与绳缆结合的方式固定位置；也可采用滑轨或滑筒固定位置并提供上下浮动时的滑动条件。其特征也包括在该装置的周围和上下部可设置浮箱舱或浮箱舱兼设施舱，为聚流集能装置提供浮力。
8.根据权利要求1所述的二维全方位引流聚流集能装置，其特征在于该二维全方位引流聚流集能装置在空中设置时，可固定在支撑底座上，形成固定静置式的二维全方位引流聚流集能装置。
9.根据权利要求1所述的自然导向的三维全方位引流聚流集能装置，其特征在于该自然导向的三维全方位引流聚流集能装置在空中设置时，采用有阻尼型、同轴转动的转盘、转筒、转轮导轨类型机构的底座，形成支撑和转动装置。
10.根据权利要求1所述的自然导向的三维全方位引流聚流集能装置，其特征在于该自然导向的三维全方位引流聚流集能装置在水流中设置时，可采用锚式或锚式与绳缆结合的方式固定位置，并提供一定角度范围内的转动空间。其特征也包括在周围和上下部可设置浮箱舱或浮箱舱兼设施舱，为聚流集能装置提供浮力。其特征也包括可设置在水流的上部、中部或底部。
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