CN104763638A - 一种环流节能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环流节能装置，旨在提供一种投资少，运行成本低，结构简单，减少资源消耗和降低环境污染，既可以用来带动发电机，也可以用来推动各种机器和驱动交通工具行驶的节能装置，其技术方案的要点是：选用液体或气体做为介质将其置于无入口、无出口、无堵塞，即无头又无尾，或由吸排泵的吸入管和排出管连接的圆状或方状或弯曲的环形管道中，并且在其管道内安装若干台水轮机或气轮机及吸排泵，由动力带动的吸排泵在运转中促使液体或气体在环形管道中快速来回往返循环流动，在流动中推动水轮机或气轮机运转，在运转中带动有关机器如发电机发电。

Description

一种环流节能装置

技术领域

本发明涉及用来驱动机器运转的间接传动部件，更确切更具体地讲是借助该装置将动力间接地传递到机器的工作部件促其运转而做功。 

背景技术

    众所周知，机器在运转中由动力带动，其动力有电动机、内燃机及大自然中的水力、风力等，其带动方式不外乎直接与间接两种，传统的做法选用最为普遍的间接带动方式是依据机器中的工作部件其转速高低在动力部件与工作部件之间增设一台减速或增速装置称为减速机或变速箱，不管是直接还是间接，也不管是增速还是减速都不可避免地存在一定的磨擦阻力，由此必须以消耗一定的能力作为代价。以抽水蓄能发电为例，依据现有技术水平其放水发电量最多为抽水耗电量的0.75，即因各种磨擦阻力而损耗了四分之一，这种损耗是借助于谷电与峰电的差价得以解决。因此存在制做和运行成本高和使用燃料过多而污染环境等弊病。 

发明内容

本发明为解决上述不足，旨在提供一种投资少，运行成本低，结构简单，减少资源消耗，降低环境污染，既可以用来带动发电机，也可以用来推动各种机器和驱动交通工具行驶的助动装置。采用以下技术方案予以实现。 

选用液体或气体做为介质将其置于无入口、无出口、无堵塞，即无头又无尾，或由吸排泵的吸入管和排出管连接的圆状或方状或弯曲的环形管道中，并且在其管道即介质流动的环形通道内安装若干台水轮机或气轮机或或与其配套的发电机组及吸排泵，由动力带动的吸排泵在运转中促使液体或气体在环形管道中快速来回往返重复环形流动，在流动中推动水轮机或气轮机运转，在运转中带动有关机器如发电机发电。即将少量的机械能转换成水能或风能，再由水能或风能转换成较多的电能或机械能。其具体做法与做功原理详述如下： 

以选用水做介质为例，为提高运转效率，最为简单的做法是在环形管道中的上下或左右安装对称轴流式吸排泵和偏心滑移式或开合式叶片水轮机若干台，其中水轮机应多于吸排泵，依据工艺要求既可以平装水平（水轮机中心转轴为水平），也可以立装，为了更有效地利用水流的推力，选择上下或左右彼此相互对称安装即两个为一组，每台水轮机的中心转轴两头或其中一头超越密封环伸出管道之外用于借助轴承与轴承座安装定位和加装传动轮，水流从上下或左右两台水轮机之间超越，由此推动两台水轮机一个为左旋一个为右旋。

对称轴流式吸排泵其结构与做功原理为： 

将彼此反方向旋转的各一组螺旋叶片分别安装在同一根轴或一字形排列的三合一轴的两头，前者是将两组螺旋叶片分别焊接安装在各一根管上，再将管套装在同一根轴的两端外缘，否则其轴承和传动轮无法装入，由此省去了用于连接三轴的多个连轴器。其两头螺旋叶片及转轴分别就位于一分为二的各一个环形管道內，仅中间段露出在外用于安装传动轮和连轴器与轴承及轴承座，其中传动轮其作用是接受动力方能运转，各连轴器将左右中三轴为三合一连为一字形排列的整体，至少两个轴承及轴承座相互分开一定距离作为三合一轴的支承定位和给其运转提供一个可行性条件，使其成为一台对称轴流式吸排泵。其做功原理为：由动力带动的三合一长轴在运转中由于两头彼此旋向相反的螺旋叶片的作用分别将管道中的水往前推送，后边一分为二管道为吸进，前边二合为一管道为排出，由于吸进与排出都在同一根环形管道中进行，当旋转中的螺旋叶片为主动、水流为被动而快速流动的同时，因惯性力的作用其水流也在推动螺旋叶片旋转，即停止使用动力后依据流速快慢其吸排泵还会旋转好一阵子。水流分两头排出彼此为背道而驰，即叶片将水往前推，所形成的反压力将叶片往后推，由于两头以同等的推力同时落在同一根组合式轴上被抵消使其由有变无，从而实现节能省力的目的。如果只是单头排出, 务必要在安装螺旋叶片其轴的后位加装一个止推轴承来阻挡反压力, 由此导致使磨擦加剧而耗能增多。

偏心滑移式水轮机其结构与做功原理如下： 

在转轮其长度上除两端头封口板少量尺寸外，四周以等距离（圆周等分）做成若干条对中横向穿通的纵向通道（通槽），每个通道穿通于转轮的左右或上下，六个通道将转轮横断面分为十二块，八个为十六块，以此类推，并在每个通道的两侧分别安装可内外滑移的板片和滑杆做为转轮的叶片，叶片外边缘两头顶端分别安装有走轮在运转中因离心力的作用顺环形轨道滑移，每片叶片在长度上至少有两根滑杆与转轮通道中相对应的内外至少两组靠轮套合，每组左右各一个靠轮将滑杆夹在中间与其紧贴，当板片连及滑杆在运转中内外移位时，滑杆为主动两靠轮为被动一个为左旋一个为右旋，从而减轻被此相对磨擦，由于各一个环形轨道分别安装在同一个转轮的两端顶头之外，并且与转轮保持一定的偏心，由水流推动叶片为主动转轮为被动而不断旋转，在旋转中各叶片受偏心和固定安装的环形轨道制约，促使在每运转一周中其叶片在通道中做伸出变长和缩进变短和不外露的内外移位，伸出通道变长以实现接受水流的推力，缩进通道变短和不外露以达到减小运转中的阻力。

单片叶片在宽度上外边一半为板叶与滑杆及孔洞三者结合体，内边一半为单独滑杆，在同一个转轮中各根滑杆在长度上相互错开，并且每两片叶片以左右或上下相互对应为一字形排列安放在同一通道中，各一片板叶与对方对应的滑杆位做成孔洞，叶片缩进时各滑杆插入对方的孔洞中。由板叶和滑杆及孔洞所组合而成的叶片在运转中伸出量达到最大时留在转轮通道中仅只有滑杆，依据环形管道与转轮的偏心尺寸伸出转轮尺寸和留在转轮中的尺寸各占二分之一左右。缩进量达到最大时其叶片外边距转轮缘周表面为转轮半径的二分之一，相对两片叶片其外边都位于转轮之内而不外露时各方滑杆全插入对方的孔洞中，此时的两块板叶相互贴合成一体。滑杆插进孔洞的做法是为了增大伸缩尺寸，否则就会减少一半伸出量，例如转轮的φ为2m，每片叶片的宽度同样也是2m，其中外边板叶与内边单独滑杆各为1m，当伸出量最大时外边缘距旋转中心为2m，而对边叶片外缘距旋转中心仅为0.5m，此值为4 ：1（2 ：05）由此所形成的杠杆之力也为4 ：1，远超出传统做法的1 ：1。 

由安装在主轴上的转轮和安放在转轮通道中的叶片及环形轨道为主要部件所组合而成的水轮机既可是单台安装作业，也可以双组合形式将两台水轮机安装在同一横向断面为方形的水流通道其左右或上下(以水的流向而定,即平流或立流)两侧为对称排列，共同接受同一股水流的推力，其中一台为左旋一台为右旋，既可各自单独带动各一台发电机，也可以借助两个结构与尺寸一致的齿轮彼此相互啮合共同驱动同一台发电机。平装与立装做工原理不变。 

在横向断面为方形的水流通道（管道）中安装单台水轮机时，运转中叶片在转轮通道中缩进尺寸最多的一侧和对应方叶片伸出最多的一侧与管道内壁保持最小的间隙，以互不发生磨擦为准，叶片在前伸和后退过程中与通道内壁贴近而不贴紧所占周线长度（角度）以至少前一叶片在脱开之前后一叶片起始进入为准，其目的是减少水流从无叶片处通过（漏流），换言之就是更大限度地接受水的能力。当在同一管道中的左右或上下或前后以对称的形式安装双台水轮机时，各台叶片缩进的一侧位于外边与水流管道贴近，让水流从两台水轮机之间通过，为了实现两台水轮机转速一致而分别在各主轴相对位置安装其结构与尺寸相同的两齿轮并彼此相互啮合，两台水轮机在运转中至少保持有各自一片叶片外边缘与对方相贴靠，即至少前相对两叶片在脱开之前后相对两叶片起始贴合，只要将每相对的两叶片相互贴合处做成一凸一凹，并在凸凹平面加装软垫，便可实现杜绝水的漏流而优于安装单个水轮机。 

当用来抽水储能发电时，其抽水上流存水储能和放水下流用于发电可共用同一管道，由电动机带动水轮机顺转用于抽水，由水流推动水轮机反转驱动发电机用于发电，前者由电动机带动转轮为主动、叶片为被动，后者由水流推动叶片为主动、转轮为被动,其转向依据水的流向而定，即或者为反过来的状况(反转用于抽水,顺转用于发电)，当改变转向用于抽水时其水轮机便变为水泵了，即一机可两用，无须另安装和无须拖动，因为它顺转与反转只是改变水的流动方向，其做功原理和效率不变。 

偏心滑移式水轮机既可安装在水流通道中，其转轮与叶片完全被水淹没，也可以像水斗式水轮机那样安装于明处，借助喷嘴形成的高速射流推动。 

其做功原理为：水流为主动，叶片和转轮为被动快速旋转，运转中所形成的离心力将叶片往外甩出，促使其向距离旋转中远的一头滑移，由此实现外边两头走轮与环形轨道内侧紧贴，受环形轨道的制约每运转一周既往外伸出转轮通道又往内缩进转轮通道，依据环形轨道与转轮的偏心量，当同一叶片缩进的一侧距旋转中心近于另一侧边时，受离心力的影响便会反向滑移，直到滑杆全部插入对边另一块叶片的孔洞中至两叶片板叶紧贴为止,此时向内滑移的叶片其走轮与环形轨道脱开并相隔一定距离。运转中的叶片伸出和缩进不断重复换位,伸出长的一块在缩进中将对方往外推促其复位,同一个转轮上的多块叶片在同一时间其中一半在前伸一半在后退相互轮流交替进行.增大或减小环形轨道与转轮的偏心量便可实现提高或降低做功效率,二者为正此关系。 

开合式叶片水轮机其结构与做功原理如下： 

在同一个辊筒的外缘周线上以等距离安装若干块纵向（与辊筒断面成直角）弧形板块做为叶片，各板叶与辊筒的连接为滑动配合即可横向旋动一定角度，将同一辊筒外缘周线的若干叶片顶头两侧都置于同一个偏心并静止不动的环形轨道中，运转中的弧形板状叶片受着轨道的制约，促使叶片外边顶头在运转一周中距离旋转中心由远到近又由近到远，距离旋转中心远所起的作用是做功，即接受水流的推力，水流为主动叶片为被动而旋转，距离旋转中心近是为了减少运转的阻力，远可以是近的两倍以上。当由动力带动时，距离旋转中心远所起的作用是增加吸入量和排出量，距离旋转中心近可减少介质（水或空气）的回流，不管是远还是近，都是为了提离效率。

为减轻运转中其叶片外边顶头与两侧轨道的磨擦，而在每一块叶片的外边顶头两侧分别安装各一个走轮，走轮在轨道上做环形滑移为滚动移位，走轮的轮子由两侧面带密封盖的轴承（出厂前已加注润滑油）和外套组合而成，外套其敞开的一个侧面加装有水封，用于保护轴承免受水浸。各叶片内边以等距离安装在同一个辊筒的外缘周线上同样为轴承式结构以便转动，辊筒与叶片连接处在长度上为左右两个点或两个点以上，其叶片弧度略大于辊筒外缘直径，即以在运转中合拢时能与相邻上下叶片贴合为准（此时叶片外边顶头距旋转中心为最近）。 

与偏心滑移式水轮机一样既可以平装，也可以是左右对称或上下对称的双个装，即水流从双个水轮机的同一内侧通过。各叶片和轨道及辊筒与辊筒中心的转轴都位于流水的管道中为封密状，并由展开的叶片将通道切断，如果叶片不转动水流便不能通过为静停状态，当叶片不断转动时将水往前推移输送，使其不能回流，由此减少了动力消耗。 

综上所述, 本发明其技术方案的要点是：将彼此反方向旋转的各一组螺旋叶片分别安装在同一根整体式长轴或一字形排列的三合一轴的两头，其两头螺旋叶片及转轴分别就位于一分为二的各一个环形管道內，仅中间段露出在外用于安装传动轮和连轴器与轴承及轴承座，整轴式长轴可省去连轴器。 

 偏心滑移式水轮极其叶片为可内外滑移的活动式；环形管道与转轮的安装位彼此存在一定的偏心率；叶片由外边板叶和滑杆及孔洞所组合而成，板叶两端顶头分别有走轮与环形管道内侧相贴；转轮长度上的外缘周线以等距离开有若干条对中横向穿道的纵向通道，各通道中安装有靠轮，每两个为一组分左右以横向排列将滑杆夹于其中；在同一纵向水流管道中以横向对称的形式安装双台水轮机时，运转中各自至少有其中一叶片与对方相互贴合，彼此相互贴合处分别为一凸一凹。 

开合式叶片水轮机所选用的技术方案是在同一个辊筒的外缘周线上以等距离安装若干块纵向排列与辊筒横断面缘周成直角的弧形叶片，各叶片内边即与旋转中心距离最近的一边与辊的连接为滑动配合即可横向旋转一定角度；各叶片的外边即叶片展开后距离旋转中心最远的一边两头分别安装有走轮与偏心环形轨道相贴；该水轮机除中心转轴两头或其中一头伸出管道为外露外其余各部件都位于管道內为封闭状，并且由展开的叶片将管道即水或气体流经的通道隔离断开。 

本发明的有益效果简述如下： 

由于对称轴流式吸排泵在运转中可以抵消反压力而节省力,加上偏心滑移式和开合式叶片水轮机因借助杠杆之力而节能, 更为主要的因素还是不管环形管道的断面是圆或是方，长度上是直或是弯，是水平或是高低不平，也不管分合多少次，于液体或气体的流动不会造成任何影响。其原由是液体和气体没有一定的形状而适应于各种变化；有高必有低，高低尺寸同；有上必有下，上下全相等。在循环流动中往上流所形成的重力（阻力）被往下流所形成的拉力（吸力）二者完全相等而被相互抵消由有变无而不再存在。由此可知当吸排泵为主动在推动液体快速循环流动的同时，其液体也在推动吸排泵旋转，当停止使用动力时在惯性力的作用下还会运转好一阵子，因此所需要动力很微小。

减少资源消耗自然降低环境污染，在双减的条件下用来带动发电机所导出的结果一是建厂投资少，因为它既不像江河上水电站那样需要修筑大坝和移民，更不像火电站那样必须安装锅炉和储水箱等诸多设备。二是运行成本极低，仅为运转中的机器磨损，加上极少的燃料。三是建厂地址易选，高山、平地、地下室、水面都行，并且可大可小，不受因小而运行成本高的制约。 

用来直接或间接驱动交通工具如汽车、火车、飞机、轮船等，只要没有离开地球引力即只要有重力的存在并将由电能提供动力的储电池充满电就可以实现较长时间地无燃料运行，因为它所需要的电量并不多。 

附图说明

图1是本发明即偏心滑移式水轮机其结构与做功原理示意图； 

图2是双个水轮机以横向对称的形式安装在同一水流通道中的单头横向剖视图；

图3是叶片与转轮及环形轨道和转轮中的靠轮各配件其组合就位显示图；

图4是本发明中的主要部件其转轮结构与形状展示图；

图5和图6是偏心滑移式水轮机中其叶片平面视图；

图7是运转中的水轮机相对两叶片彼此相互套合贴靠明示图；

图8和图9是叶片纵向断面剖视图；

图10是本发明各配件纵向排列就位主视图；

图11和图12是本发明其结构与做功原理展示说明图；

图13是双个开合式叶片水轮机一左一右水平排列安装接受同一垂直管道中的水流推力展示图；

图14是无入口无出口的圆状环形管道中安装有内外毎两个为一组彼此相对的多个水轮机和吸排泵其就位排列显示图；

图15是其介质即液体或气体在一分为二又二合为一的长方形管道內来回往复循环流动路线展示图；

图16和图17是对称轴流式吸排泵其结构与做功原理示意图。

具本实施方式 

下面结合附图做更进一步的说明。

参照图1、图2和图3，转轮1外缘周线以等距离开有对中的若干通道6，每个通道的左右或上下分别安装有各一块叶片2为一字形对称排列，每块叶片的外边两头（图中只示出其中一头）安装有走轮9在水流方向13的推力下顺环形轨道其内侧以圆圈线路重复滑移，由于静置安装的环形轨道3与转轮1存在一定的偏心率，在叶片移位带连转轮旋转的同时每运转一周做伸出和缩进运动，伸出以接受水流的推力，缩进以减少运转中的阻力。图8中的两个水轮机在运转中各自有两叶片与对方贴近对接，在前两叶片相互脱开之前后两叶片已起始贴近，从起始贴靠套合至脱开两叶片的贴靠取代了轨道，其运行路线为一字形直线，由此实现完全接受水流的推力而避免因漏流造成浪费。在图9中，每个通道中都安装有靠轮5和叶片2（图中只示出其中之一），叶片上的滑杆11在每组由左右两个靠轮5与其中间做内外滑移，由于各根滑杆和靠轮在长度（纵向）上是相互错开的，即不在一个横断面。 

参照图4，转轮缘周以等距离开有与中心对称的多个纵向通道6，纵向除两端顶头封口盖板14外，其余纵横为完全穿通用于安装叶片，主轴15其中一头安装有传动轮7用于借助皮带与电动机或发电机传动轮相牵连，为间接传动，转轮正中为主轴15的两头借助轴承与轴承座支承和定位（图中未示出）。 

参照图5至图9，叶片由板叶10和孔洞12及滑杆11所组成，在其外边边缘两端顶头分别安装有走轮9，在转轮通道中是以每两片相互滑杆对孔洞一字形横向排列，运转中相互隔开又相互贴近，隔开时滑杆从孔洞中抽出，贴近时滑杆插入孔洞中，由此实现伸出量更大而更有利于接受水的推力。 

参照图10，水轮机由转轮1和多块叶片(图中未示出)及主轴15与两头各一个环形轨道3所组合而成。除主轴15两头外,其所有部件都安装在其横向断面为长方形的水流通道16中。 

参照图11和图12，开合式叶片水轮机由辊筒1和辊筒中心轴2及断面为弧形的叶片3与走轮6等零配件所组成，各叶片借助两头下边短轴8穿通安装在辊筒1其两头外缘周线各个轴承与轴承座7中可转动，叶片外边两头分别安装有走轮6与偏心环形轨道4相贴，管道5中的水流按箭头9的方向流动。其做功原理为：水在流动中推动叶片3连及辊筒1与中心转轴2顺箭头10方向旋转，由于偏心环形轨道4的存在，促进叶片在每运转一周中由合拢到展开又合拢复原，快速运转中所形成的离心力促使叶片3外边两头各一个走轮6与轨道4紧贴，受轨道制约展开与合拢，展开接受水流的推力，合拢所起的作用一是将被堵在相邻两叶片之间的水流排出，二是减小水的回流，三是可以减小运转中的阻力。 

参照图13，双个开合式叶片水轮机分左右以对称式安装，单头两轨道4内边彼此相互贴靠，通道5中的水流顺箭头9从上往下超越左右两水轮机内侧，水流为主动叶片3为被动连及辊筒1和辊筒中心转轴2顺箭头10旋转，左右两水轮机一个为左旋一个为右旋，运转中的叶片受轨道4的制约而展开和合拢重复循环进行。 

当水轮机由动力带动时，只须在转轴2其单头或双头伸出通道5即露出在外的长度上安装传动轮（图中未示出）借助皮带或链条与动力机传动轮牵连套合即可，便可实现叶片为主动、水流或气体等介质为被动，其做功原理不变。 

参照图14，同一条环形管道内的内外两边安装有多个水轮机或气轮机和吸排泵12，毎两个相互一内一外为对称排列，其中水轮机或气轮机远多于吸排泵，运转中的吸排泵促使液体或气体顺箭头11环形快速流动，在流动中推动內外双排水轮机或气轮机一排为左旋一排为右旋。 

参照图16和图17，对称轴流式吸排泵安装在一分为二又二合为一的环形管道2中, 吸排泵由左转轴3和右转轴11及中间转轴10借助中段左右各一组连轴器8连为三合一为一字形排列的整体, 左右转轴上分别安装有右旋螺旋叶片5和左旋螺旋叶片4，露出在外的部位安装有轴承和轴承座7共两个彼此隔开一定距离用于定位和便于轴的运转, 正中安装有传动轮9用于接受动力, 运转中螺旋叶片为主动, 液体或气体为被动顺箭头1的路线一分为二又二合为一重复循环来回流动。 

  

Claims (5)

1.一种环流节能装置，其特征是选用液体或气体做为介质将其置于无入口、无出口、无堵塞，即无头又无尾，或由吸排泵的吸入管和排出管连接的圆状或方状或弯曲的环形管道中，并且在其管道即介质流动的环形通道内安装若干台水轮机或气轮机或与其配套的发电机组及吸排泵。

2.根据权利要求1所述的一种环流节能装置，其特征是对称轴流式吸排泵以彼此反方向旋转的各一组螺旋叶片分别安装在同一根整体式轴或一字形排列的三合一轴的两头。

3.根据权利要求1所述的一种环流节能装置，其特征是偏心滑移式水轮机其叶片为可内外滑移的活动式；环形轨道与转轮的安装位彼此存在一定的偏心率；叶片由外边板叶和滑杆及孔洞所组合而成，板叶两端顶头分别有走轮与环形轨道内侧相贴；转轮长度上的外缘周线以等距离开有若干条对中横向穿道的纵向通道，各通道中安装有靠轮，每两个为一组分左右以横向排列将滑杆夹于其中。

4.根据权利要求1所述的一种环流节能装置，其特征是开合式叶片水轮机为在同一个辊筒的外缘周线上以等距离安装若干块纵向排列的弧形叶片，各叶片内边即与旋转中心距离最近的一边与辊筒的连接为滑动配合即可横向旋转一定角度；各叶片的外边即叶片展开后距离旋转中心最远的一边两头分别安装有走轮与偏心环形轨道相贴；除中心转轴两头或其中一头伸出管道为外露外其余各部件都位于管道内为封闭状，并且由展开的叶片将管道即水或气体流经的通道隔离断开。

5.根据权利要求1或3所述的一种环流节能装置，其特征是在同一管道的左右或上下以对称的形式安装双台水轮机时，运转中各自至少有其中一叶片与对方相互贴合。