CN107246349A - 一种粘性力水动机及基于该水动机的发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粘性力水动机，包括发电机，还包括与所述发电机的输入轴相连的转轴，所述转轴的轴线与输入轴的轴线共线，所述转轴上固定连接N个相互平行的圆盘，其中N≥2。还公开了基于粘性力水动机的发电方法，包括(a)使液体从N个相互平行的圆盘之间流过，由液体的粘性阻力驱动圆盘进行转动；(b)由圆盘转动带动发电机的输入轴转动，使发电机发电。本发明的目的在于提供一种粘性力水动机及基于该水动机的发电方法，以解决现有技术中水力发电离不开水轮机，导致结构复杂、造价昂贵、成本极高的问题，实现利用流体粘性阻力进行发电的目的。

Description

一种粘性力水动机及基于该水动机的发电方法

技术领域

本发明涉及水动机领域，具体涉及一种粘性力水动机及基于该水动机的发电方法。

背景技术

现有的水能动力装置主要为水轮机，它利用不同形状的叶片和转轮，将水能转化为机械能，带动发电机输出电能，是目前水能发电领域必不可少的组成部分。然而，现有的水轮机具有如下缺陷：(1)设计理论复杂。(2)制造难度大。水轮机流线型部件较多，此类部件制造工艺难度较大，工序复杂，成本较高。(3)结构复杂，零部件数目较多，安装工作量较大，技术要求高，造价昂贵。如附图1中所示即为现有的常见水轮机的结构示意图，明显可看出其结构复杂程度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粘性力水动机及基于该水动机的发电方法，以解决现有技术中水力发电离不开水轮机，导致结构复杂、造价昂贵、成本极高的问题，实现利用流体粘性阻力进行发电的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种粘性力水动机，包括发电机，还包括与所述发电机的输入轴相连的转轴，所述转轴的轴线与输入轴的轴线共线，所述转轴上固定连接N个相互平行的圆盘，其中N≥2。

针对现有技术中水力发电离不开水轮机，导致结构复杂、造价昂贵、成本极高的问题，本发明提出一种粘性力水动机，利用一根转轴与发电机的输入轴连接，转轴转动即能带动发电机的输入轴转动进行发电。转轴上固定连接N个相互平行的圆盘，使流体从各圆盘之间流过，由流体的粘滞阻力带动圆盘转动，圆盘转动后带动转轴转动，从而带动发电机的输入轴转动，进行发电。本发明的工作原理如下：首先，由流体力学已经证实，任何流体在流动的时候都存在粘滞性，物体在流体中相对流体运动，物体表面有“附面层”，该层靠近物体的微团相对于物体静止，靠该层外侧的流体微团则有流体的速度，因此附面层内存在速度梯度和黏性力，表现为物体的阻力就叫做粘性阻力。相对的，当流体在物体表面流动时，因为流体具有粘性，会粘附在物体表面。附在物体表面的流体会阻碍相邻流体的流动，即产生与流动方向相反的阻力f。根据牛顿第三定律，则流体对物体表面产生了与流动方向相同的推力F。如果流体在两个平面内流动，则流体对两平面产生的合力为F＝F1+F2。如果流体在多个平面内流动，则流体对多平面产生的合力为F＝F1+F2+…..+Fn。如果流体是在一个圆盘上流动，推力推动圆盘，圆盘就会转动，从而能够输出轴功率。流体在多个圆盘之间流动，每个圆盘都受到两侧流体粘性阻力的推动，因此N个圆盘一共受到2N个粘性阻力的推动，即是圆盘数量越多，粘性阻力带动转轴进行转动的作用力就越大。并且，流体的粘性越大，获得的推力就越大。因此如果使用清水效果不佳，还可以适当添加增粘剂并进行循环利用，即可取得优良的使用效果。为了应对清水粘度不大、流动边界层厚度较小的问题，为了获得足够大的推力，就要增大流体的过流面积，延长流动距离，同时要把流体的厚度限定在一个很小的范围内，所以本发明采用圆盘组设计来满足这这些要素。在一根轴上装设了很多个圆盘，圆盘相互之间有一定的距离，作为过流通道。当流体从圆盘组间通过时，就能最大限度地产生粘性阻力。水要继续流动，就必须将自身的压力全部用于克服阻力，从而最大限度地将水能转化为机械能。相邻两个圆盘之间的间距越小，对液体粘度要求越低，发明人通过实验得出，当相邻两个圆盘之间的间距足够小时，使用清水也能够实现发电效果。相较于传统的水轮机结构而言，本发明设计理论简单，具有普通流体力学知识、熟悉流体的粘性理论即可完成设计。无异型的流线型部件，制造工艺简单；装置结构简单，零部件数目非常少，安装简单，造价低廉，从而解决了现有技术中水力发电离不开水轮机导致的结构复杂、造价昂贵、成本极高等问题，实现了利用流体粘性阻力进行发电的目的。

优选的，所述圆盘垂直于转轴的轴线，且转轴的轴线过圆盘圆心。即是转轴位于各圆盘的中心位置，使得圆盘带动转轴转动时需要克服的阻力最小，使得动能传递过程中的能量损耗最小，从而降低能量损耗，提高能量转化率与发电效率。

优选的，相邻两个圆盘之间的间距相等。相邻两个圆盘之间的间距相等，使得每个圆盘所受到的两侧的流体粘性力的大小相等，确保每个圆盘所受到的推动力基本相等，从而确保转轴上圆盘分布区域内的受力均匀，使得转轴上的应力分布稳定可靠，以此提高结构强度、延长使用寿命。

进一步的，所有圆盘均位于一个壳体内，所述壳体分别与进水管、排水管连通，转轴伸至壳体外部。即是壳体与进水管、排水管组成液体的流动通道，发电机位于壳体外部，通过伸出至壳体外部的转轴与发电机的输入轴连接即可。

优选的，所述进水管、排水管相互垂直。以增大液体在壳体内的流动距离。

进一步的，所述进水管与壳体的连通处设置有内径小于进水管管体内径的喷口，喷口朝向圆盘方向，且喷口的中心线不过圆盘圆心。通过内径比进水管更小的喷口，使得进入壳体内的液体具有更大的动能，可供转换成的粘性阻力也就更大。同时使得喷口的中心线不过圆盘圆心，从而液体还能够推动圆盘进行转动，提高附加的额外动力，由液体的推动力与粘性阻力共同做功，使得圆盘具有更大的转速与动能，从而显著提高发电效率。

优选的，所述喷口为流量可调式喷口。使用现有的可调式喷口进行流量控制，如在喷口中加入球阀等设置即可实现，以此提高本发明的可控性与可操作性。

基于粘性力水动机的发电方法，包括以下步骤：

(a)使液体从N个相互平行的圆盘之间流过，由液体的粘性阻力驱动圆盘进行转动；

(b)由圆盘转动带动发电机的输入轴转动，使发电机发电。

利用了传统技术中被认为是能量消耗的粘性阻力作为驱动力，极大程度上简化了水力发电装置的结构、降低了成本，具有突出的实质性特点和显著进步。

优选的，通过与圆盘固定连接的转轴，带动发电机的输入轴进行转动。实现转动的直接传递，降低能量消耗。

优选的，使液体处于紊流状态下从圆盘之间流过。流体在物体表面形成的因受粘性剪应力而使速度减小的薄流体层称为边界层。边界层厚度越大，说明粘性力传递较远，流体对物体表面产生的粘性推动力越大。紊流状态下边界层的厚度更大，壁面摩擦应力更大，获得的粘性力更大，因此对圆盘所产生的推动力更大，具有更加优良的发电效率。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种粘性力水动机，相较于传统的水轮机结构而言，本发明设计理论简单，具有普通流体力学知识、熟悉流体的粘性理论即可完成设计。无异型的流线型部件，制造工艺简单；装置结构简单，零部件数目非常少，安装简单，造价低廉，从而解决了现有技术中水力发电离不开水轮机导致的结构复杂、造价昂贵、成本极高等问题，实现了利用流体粘性阻力进行发电的目的。

2、本发明基于粘性力水动机的发电方法，利用了传统技术中被认为是能量消耗的粘性阻力作为驱动力，极大程度上简化了水力发电装置的结构、降低了成本，具有突出的实质性特点和显著进步。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为现有技术中水轮机的结构示意图；

图2为本发明具体实施例1的结构示意图；

图3为本发明具体实施例1过转轴轴线的剖视图；

图4为本发明具体实施例2的示意图；

图5为本发明具体实施例3的流程框图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-发电机，11-输入轴，2-转轴，3-圆盘，4-壳体，5-进水管，6-排水管，7-喷口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图2与图3所示的一种粘性力水动机，包括发电机1，还包括与所述发电机1的输入轴11相连的转轴2，所述转轴2的轴线与输入轴11的轴线共线，所述转轴2上固定连接N个相互平行的圆盘3，其中N≥2。所述圆盘3垂直于转轴2的轴线，且转轴2的轴线过圆盘3圆心。相邻两个圆盘3之间的间距相等。本实施例在一根轴上装设了很多个圆盘3，圆盘3相互之间有一定的距离，作为过流通道。当流体从圆盘3组间通过时，就能最大限度地产生粘性阻力。水要继续流动，就必须将自身的压力全部用于克服阻力，从而最大限度地将水能转化为机械能。相邻两个圆盘3之间的间距越小，对液体粘度要求越低，当相邻两个圆盘3之间的间距足够小时，使用清水也能够实现发电效果。相较于传统的水轮机结构而言，本发明设计理论简单，具有普通流体力学知识、熟悉流体的粘性理论即可完成设计。无异型的流线型部件，制造工艺简单；装置结构简单，零部件数目非常少，安装简单，造价低廉，从而解决了现有技术中水力发电离不开水轮机导致的结构复杂、造价昂贵、成本极高等问题，实现了利用流体粘性阻力进行发电的目的。转轴2位于各圆盘3的中心位置，使得圆盘3带动转轴2转动时需要克服的阻力最小，使得动能传递过程中的能量损耗最小，从而降低能量损耗，提高能量转化率与发电效率。相邻两个圆盘3之间的间距相等，使得每个圆盘3所受到的两侧的流体粘性力的大小相等，确保每个圆盘3所受到的推动力基本相等，从而确保转轴2上圆盘3分布区域内的受力均匀，使得转轴2上的应力分布稳定可靠，以此提高结构强度、延长使用寿命。

实施例2：

如图4所示的一种粘性力水动机，在实施例1的基础上，所有圆盘3均位于一个壳体4内，所述壳体4分别与进水管5、排水管6连通，转轴2伸至壳体4外部。所述进水管5、排水管6相互垂直。所述进水管5与壳体4的连通处设置有内径小于进水管5管体内径的喷口7，喷口7朝向圆盘3方向，且喷口7的中心线不过圆盘3圆心。所述喷口7为流量可调式喷口。壳体4与进水管5、排水管6组成液体的流动通道，发电机1位于壳体4外部，通过伸出至壳体4外部的转轴2与发电机1的输入轴11连接即可。通过内径比进水管5更小的喷口7，使得进入壳体4内的液体具有更大的动能，可供转换成的粘性阻力也就更大。同时使得喷口7的中心线不过圆盘3圆心，从而液体还能够推动圆盘3进行转动，提高附加的额外动力，由液体的推动力与粘性阻力共同做功，使得圆盘3具有更大的转速与动能，从而显著提高发电效率。

实施例3：

如图5所示的基于粘性力水动机的发电方法，包括以下步骤：(a)使紊流状态下的液体从N个相互平行的圆盘之间流过，由液体的粘性阻力驱动圆盘进行转动；(b)由圆盘转动带动发电机的输入轴转动，使发电机发电。本方法利用了传统技术中被认为是能量消耗的粘性阻力作为驱动力，极大程度上简化了水力发电装置的结构、降低了成本。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种粘性力水动机，包括发电机(1)，其特征在于，还包括与所述发电机(1)的输入轴(11)相连的转轴(2)，所述转轴(2)的轴线与输入轴(11)的轴线共线，所述转轴(2)上固定连接N个相互平行的圆盘(3)，其中N≥2。

2.根据权利要求1所述的一种粘性力水动机，其特征在于，所述圆盘(3)垂直于转轴(2)的轴线，且转轴(2)的轴线过圆盘(3)圆心。

3.根据权利要求1所述的一种粘性力水动机，其特征在于，相邻两个圆盘(3)之间的间距相等。

4.根据权利要求1所述的一种粘性力水动机，其特征在于，所有圆盘(3)均位于一个壳体(4)内，所述壳体(4)分别与进水管(5)、排水管(6)连通，转轴(2)伸至壳体(4)外部。

5.根据权利要求4所述的一种粘性力水动机，其特征在于，所述进水管(5)、排水管(6)相互垂直。

6.根据权利要求4所述的一种粘性力水动机，其特征在于，所述进水管(5)与壳体(4)的连通处设置有内径小于进水管(5)管体内径的喷口(7)，喷口(7)朝向圆盘(3)方向，且喷口(7)的中心线不过圆盘(3)圆心。

7.根据权利要求6所述的一种粘性力水动机，其特征在于，所述喷口(7)为流量可调式喷口。

8.基于权利要求1至7中任一粘性力水动机的发电方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)使液体从N个相互平行的圆盘之间流过，由液体的粘性阻力驱动圆盘进行转动；

(b)由圆盘转动带动发电机的输入轴转动，使发电机发电。

9.根据权利要求8所述的发电方法，其特征在于，通过与圆盘固定连接的转轴，带动发电机的输入轴进行转动。

10.根据权利要求8所述的发电方法，其特征在于，使液体处于紊流状态下从圆盘之间流过。