CN104781547A - 流体的动力转换系统 - Google Patents

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Abstract

本发明组涉及使用可再生资源的领域，尤其是包括风能和水能，且将此能量转换成其他形式的能量。用于从流体介质中转换能量的系统包括旋转体、以轴为形式的至少一个传输器件以及基础元件；其中，该旋转体安装在具有扩散器和收敛器的圆柱体内，其中该扩散器设有保护栏。旋转体由外壳和内壳组成，且所述外壳和内壳通过风帆型叶片彼此固定连接；或者所述旋转体由两个或多个顺次排列且反向旋转的轮子组成，所述轮子具有外壳和内壳，且所述外壳和内壳通过风帆型叶片固定连接。

Description

流体的动力转换系统
技术领域
本发明组涉及可再生资源的领域，尤其涉及风力和水力工程方面，和此能量与其他形式的能量之间的转换。
背景技术
公知的流体动力转换系统包括旋转体，该旋转体设置在包含扩散器和收敛锥(convergent cone)的主体内，并包含以轴为形式的至少一个耦接件和基础块，如乌克兰专利号为76445的专利中阐述的[МПКF03B 13/10,F03B 13/12,F03B 17/02,2006年8月15日公开]。在技术规格和获得的成果方面，该种流体动力转换系统可作为本申请所要求保护的技术方案的最接近的技术方案之一。该系统包括旋转体和至少一个耦接件。其中，在旋转体的前端部分设有输入端，且在旋转体的后端部分设有输出端。而至少一个耦接件连接至发电机的输入侧。旋转体包括收敛的圆锥状和/或洋葱状部分，该收敛的部分设置在大致圆柱形的窄部分的输入侧；该旋转体还包括设置在相反侧的带有圆锥形和/或凹形的部分或平面部分。旋转体的窄部分包括沿圆周且以规则的间隔排列的涡轮机叶片，以确保旋转体的旋转；其中，该旋转体松散的前端与位于外侧的耦接件嵌合，以驱动发电机。
此动力转换的缺点如下：
-主要通过海流来用于生成能量；
-尺寸大，在涡旋机操作引起的反作用力的影响下，需要额外的配件去避免扩散器和收敛锥的旋转；
-由于涡旋机叶片上动能的损失导致动力低，其中在低流体速率下该动力相当小；
-由于不受周围物体保护的叶片的高旋转速率导致对环境的重大危害。
发明内容
本发明组的目标在于拓展动力转换系统在风力和水力工程领域的应用范围，并通过使用流体的势能来提高动力和对慢流的灵敏度，并提高环境的安全性和简化设计。
在第一实施例中，通过如下方式来实现目标：根据本发明，提供了一种流体动力转换系统，包括设置在包含扩散器和收敛锥的主体内的旋转体、以轴为形式的至少一个耦接件以及基础块。其中，所述旋转体包括外壳和内壳，所述外壳和内壳通过风帆型叶片彼此固定连接。所述旋转体的轴与增速传动装置的输入轴连接，其中所述增速传动装置设置在服务块的壳体的内部，且所述服务块固定在扩散器或收敛锥内，所述增速传动装置的输出轴与动力转换单元连接。
在第二实施例中，通过如下方式来实现目标：根据本发明，提供了一种流体动力转换系统，包括设置在在包含扩散器和收敛锥的主体内的旋转体、以轴为形式的至少一个耦接件以及基础块。其中，所述旋转体包括两个或多个顺次排列且反向旋转(oppositely rotating)的轮子，所述轮子设有外壳和内壳，且所述外壳和内壳固定连接至风帆型叶片。偶数轮子安装在轴上，且位于由奇数轮子的相互连接的外壳所限制的空间内。第一奇数轮子的内壳连接至服务块的壳体，其中所述壳体内部安装有增速传动装置，所述增速传动装置的输入轴与偶数轮子的轴连接，且所述增速传动装置的输出轴与动力转换单元连接。
在两个实施例中，扩散器均设置有保护屏，且服务块的壳体是密封的。
在两个实施例中，外壳和内壳之间固定连接的弹性的风帆型叶片创建了叶片型的槽形旋转体，该旋转体使用流体的动能的一部分。流体流动改变其方向，并且提高输出流动速率，引起了在旋转体前后的压力差，且作为从流体流动获得势能的主要要求。风帆型叶片的操作装置意味着叶片上的任何点均能以比流体流动的速率更小的速率向任何方向移动。由于在公知的技术方案中已知，任何方向上的叶片旋转的速率均超过流体流动的速率，因此本申请方案的上述特点构成了与仅利用流动的动能时使用涡轮机叶片之间的主要区别。
另外，风帆型的槽形旋转体不会产生有害于人体的高频振动。由于这个事实，使得流体动力转换系统可安装在紧邻住宅和工业设备的位置。
使用叶片型的槽形旋转体很大程度上提高了对慢流的灵敏度，并在通过利用50％的动能使其增速时从流体流动回收高动力的能量，上述方案使得能够回收此流体流动的势能，该势能比动能大10-40倍[Treshchalov G.V.,High-Efficiency Way of Retrieving Energy from a Free Fluid Flow Based on theSpecific Hydrodynamic Effect.–http://www.rusphysics.ru/articles/94/]。
将回收的能量引导到增速传动装置的输入轴，然后从增速传动装置的输出轴传输至能量转换单元，如发电机、空气泵、水泵或热泵。
根据第二实施例，由于使用了两个或多个顺次排列且反向旋转的轮子，并在一个轴上设有风帆型叶片，因此每个连续轮子中将使用从前一个轮子的旋转得到的能量；其中，轮子的反向旋转使得与增速传动装置的壳体相关的输入轴的旋转速率翻倍，且补偿在偶数轮子和奇数轮子上流体流动影响所引起的反作用转矩，并由此提高了流体流动的动力效率。
扩散器的保护屏提高了所要求保护的流体动力转换系统的安全性和环境的安全性。
附图说明
将在下述附图中描述所要求保护的本发明组的本质：
-图1是流体动力转换系统的第一实施例的示意图；
-图2是流体动力转换系统的第二实施例的示意图(描述了包括四个顺次排列且反向旋转的轮子的旋转体)；
-图3是旋转体的组合轮子的示意图：a-偶数轮子；b-奇数轮子。
具体实施方式
所要求保护的流体动力转换系统的第一实施例包括旋转体1，其中该旋转体设有外壳2和内壳3，该外壳和内壳通过风帆型叶片4以固定连接的方式彼此连接。其中，该旋转体设置在包含扩散器6和收敛锥7的主体5内。通过轴8将旋转体1枢轴地连接至密封的服务块(service block)9，其中该服务块9例如设置在收敛锥7内，且在该服务块壳体的内部设置有增速传动装置10。增速传动装置10的输入轴11与轴8连接，且输出轴12与动力转换单元13连接。扩散器6设置有保护屏14。本系统安装在基础块15上。
所要求保护的流体动力转换系统的第二实施例包括旋转体1，该旋转体1设置在包含扩散器6和收敛锥7的圆柱体5内，且该旋转体例如包括四个顺次排列且反向旋转的轮子16和17，其中该轮子16和17上均设有外壳2和内壳3，其中外壳2和内壳3通过风帆型叶片4彼此固定连接。偶数轮子16安装在轴8上，且位于奇数轮子17的外壳2所限制的空间内。第一奇数轮子的内壳3刚性连接至服务块9的密封壳体，该密封壳体的内部设置有增速传动装置10，增速传动装置10的输入轴11与偶数轮子16的轴8连接，而输出轴12与动力转换单元13连接。扩散器6设置有保护屏14。本系统安装在基础块15上。
所要求保护的流体动力转换系统的第一实施例运行如下(流体流动方向采用箭头表示)。
本系统安装在水内(水改造)或者陆地上(风改造)，并对准流体的流动方向。经过保护屏14，流体进入扩散器6，并流至旋转体1的风帆型叶片4，并将该流体的能量传输至叶片。通过轴8将机械能传输至增速传动装置10的输入轴11。根据旋转速率使得能量在增速传动装置内增加，并随后通过输出轴12将该能量转移给动力转换单元13。
所要求保护的流体动力转换系统的第二实施例运行如下(流体流动方向采用箭头表示)。
本系统安装在水内(水改造)或者陆地上(风改造)，并对准流体的流动方向。经过保护屏14，流体进入扩散器6，并流至旋转体1的第一奇数轮子17的风帆型叶片4，并将该流体的能量传输至叶片。由于流体作用在奇数轮子17的风帆型叶片4的影响，使得该流体流动改变其方向，旋转并到达偶数轮子16的风帆型叶片4。流体流动方向改变后，奇数和偶数轮子的风帆型叶片4上产生了压力差，并导致流体依次产生介质势能。通过轴8将机械能传输至增速传动装置10的输入轴11。根据旋转速率使得能量在增速传动装置内增加，并随后通过输出轴12将能量转移给动力转换单元13。
因此，所要求保护的本发明组使之能够拓展在风力和水力工程的应用范围，且无需建立坝。因此，本系统可以安装在任何方便或需要的地方，使之尽可能靠近消费者，具有最小的费用成本和安装时间。本系统有助于相当大地提高系统的输出动力和对慢流的灵敏度，提高了环境的安全性，同时简化了流体动力转换系统的设计。
所要求保护的流体动力转换系统的可能应用可以是自动生成机械能(从驱动轴送出能量以驱动机械设备，如碾磨器或空气泵、液压泵或热泵)，和在遥远和隔离的地区自动生成电能(设备的热量和水)；其中，这些地区没有集中的能量供应，但是拥有风流、海流和河流，尤其在存在能源成本增加的情况下自动生成上述的能源。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种流体动力转换系统，包括设置在包含扩散器（6）和收敛锥（7）的主体（5）内的旋转体（1）、以轴（8）为形式的至少一个耦接件以及基础块（15），
其特征在于，所述旋转体（1）包括两个或多个顺次排列且反向旋转的轮子（16、17），所述轮子设有外壳和内壳（2、3），且所述外壳和内壳通过风帆型叶片（4）彼此固定连接，其中每个所述轮子用于运行为叶片型的槽形旋转体，
其中，偶数轮子安装在轴（8）上，且位于由奇数轮子（17）的相互连接的外壳（2）所限制的空间内，
其中，第一奇数轮子（17）的内壳（3）连接至服务块（9）的壳体，所述壳体内部安装有增速传动装置（10），所述增速传动装置的输入轴（11）与偶数轮子的轴（8）连接，且所述增速传动装置的输出轴（12）与动力转换单元（13）连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述叶片型的槽形旋转体以风帆模式操作来运行，叶片上的任何点均以比流体流动的速率更小的速率向任何方向移动。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述服务块的壳体是密封的。

Claims (7)

1.一种流体动力转换系统，包括设置在包含扩散器和收敛锥的主体内的旋转体、以轴为形式的至少一个耦接件以及基础块，其特征在于，所述旋转体包括外壳和内壳，且所述外壳和内壳通过风帆型叶片彼此固定连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述旋转体的轴与增速传动装置的输入轴连接，其中所述增速传动装置设置在服务块的壳体的内部，且所述服务块固定在扩散器或收敛锥内，所述增速传动装置的输出轴与动力转换单元连接。
3.一种流体动力转换系统，包括设置在包含扩散器和收敛锥的主体内的旋转体、以轴为形式的至少一个耦接件以及基础块，其特征在于，所述旋转体由两个或多个顺次排列且反向旋转的轮子组成，所述轮子设有通过风帆型叶片彼此固定连接的外壳和内壳。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，偶数轮子安装在轴上，且位于由奇数轮子的相互连接的外壳所限制的空间内。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，第一奇数轮子的内壳连接至服务块的壳体，其中所述壳体内部安装有增速传动装置，所述增速传动装置的输入轴与偶数轮子的轴连接，且所述增速传动装置的输出轴与动力转换单元连接。
6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述扩散器设置有保护屏。
7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述服务块的壳体是密封的。
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