CN1094482A - 一种发动机及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机及其应用，特别是一种具 有高效导流部件的流体发动机及其在发电装置上的 应用。

本发明所说的流体发动机主要由导流罩、叶轮、 旋流器等部件构成，由于同时使用了导流罩和旋流 器，使作用流体得到两次加速，增大了发动机的输出 功率。特别是将此发动机与发电机组合后，开发出的 各类流体发电装置，发电效率高，相对体积小，可使流 体发电技术在更广泛的领域内得到应用，使人们更充 分地利用气、水、油等各类流体的能量造福社会。

Description

本发明涉及一种发动机及其应用，特别是一种具有高效导流部件的流体发动机及其在发电装置上的应用。

人们对于利用气流或液流推动的流体发动机，已不陌生，说到风力发动机（风车）、水力发动机（水轮机）等等，甚至连小学生都知道。多少年来，人类利用流体发动机将流体能量转为机械能，造福于社会，促进了经济的发展和社会的进步。

普通的流体发动机主要由叶轮、叶轮轴和机架构成，发动机向外输出的功率与叶轮受力面积和作用流体的流速呈正相关。为了获得较大的输出功率，人们以往的主要作法是扩大叶轮的受力面积，所以，现有大功率流体发动机，几乎全是一些庞然大物。巨大的体积不但限制了流体发动机的应用领域，而且使流体发动机与其它发动机，如内燃机、电动机等等相比较，显得效率太低，对此，人们是不满意的。但是由于流体发动机具有许多其它发动机所不具备的优点，例如能量转换无污染、动力成本低、能源广泛等等，人们并不愿意放弃它。于是，怎样才能在保证具有较大输出功率的基础上缩小发动机的体积，即怎样才能提高流体发动机的能量输出效率，就成了目前人们在这个技术领域中努力研讨的课题之一。

我们知道，当流体流经几何形态不同的物体时，其流速会发生变化，例如当流体流经一种几何形态为先收缩后扩张的“拉瓦尔喷管”时，会产生一种压力降低流速升高的局部效应，即“射流效应”。有人将此原理应用于风力机，设计出一种装有“喇叭外壳”的风力机，其输出功率比不装外壳时要大得多，大型的甚至要大5.5倍……（见一九八四年第二期《知识就是力量·五种最佳设计的风力机》）。我们还知道，旋转的涡流具有极大的轴功率。有人据此“涡流效应”设计出一种称为“风透镜”的装置，将此装置安装在风轮前面，使迎面而来的风流线改变为沿轴向加速运动的涡流，集中吹向后面“焦点”处的风轮，使风轮飞速旋转，它可使现有风车功率再提高8倍……（见一九八五年第一期《知识就是力量·风力发电的新方法》）。这些例子都说明了只要设法改善流体发动机某些部位的几何形态，就有可能加快作用流体的流速，无须扩大叶轮的受力面积亦可增大发动机的输出功率，从而提高发动机的能量输出效率。

本发明的目的就是要提供一种具有高效导流部件的流体发动机，并将其应用于流体发电机技术，以开发出风力、水力、管流等一系列新型发电装置，拓宽流体发电技术的应用领域。

发明是这样实现的：将前、后两只具有先收缩后扩张几何形态的导流罩以首尾套接的方式结成一个管状整体，在其管腔内依次装上前叶轮、旋流器、后叶轮、调节器等部件，就构成了一个具有高效导流部件的流体发动机。其具体结构是：后导流罩的前端与一个中心设有轴承的旋流器以环边相联，后端与一个具有同心轴承的调节器环边相联，一根直轴贯穿于旋流器与调节器的轴承之中，在旋流器与调节器之间的直轴上装有后叶轮，在旋流器外的轴端头上装有前叶轮，用前导流罩罩住前叶轮，使前叶轮处于前导流罩的收缩口部位，以前导流罩的后端与后导流罩的前端相套接，就成了一个管状整体的流体发动机。当流体流经前导流罩的收缩口时，产生“射流效应”作用流体获得第一次加速，加速了的流体作用于前叶轮，推动其旋转作功;同时，进入导流罩的作用流体经过旋流器的导流槽和后导流罩的收缩口时，产生“涡流效应”，作用流体得到第二次加速，形成一股轴功率极强的涡流推动后叶轮旋转作功。前后两只叶轮同轴旋转，共同向外输出能量。发动机尾部的调节器则可调节作用流体流量的大小。

将本发明所说的流体发动机与发电机组合在一起，即可开发出各类流体发电装置。

由于本发明同时设计使用了导流罩和旋流器，使作用流体产生“射流效应”和“涡流效应”而得到两次加速，增大了发动机的输出功率，从而提高了发动机的能量输出效率。特别是将此流体发动机与发电机组合后开发出的各类流体发电装置，发电效率高，相对体积小，结构简单，维修方便，可使流体发电技术在更为广泛的领域内得到应用，使人们更充分地利用流体能量造福于社会，这些就是本发明与现有技术相比所具有的突出优点。

以下将结合附图对本发明作进一步详细描述。

图1是本发明一种具体结构-管流发电装置的剖视示意图。

图2是本发明另一种具体结构-风力发电装置的剖视示意图。

参照图1，在管道出口处安装着一个由前叶轮（1）前导流罩（2）、旋流器（3）、后导流罩（4）、后叶轮（5）、直轴（6）、调节器（7）构成的流体发动机，该发动机的具体结构如下：后导流罩（4）的前端通过环边与旋流器（3）相联，所说的旋流器（3）是一个由环形边通过若干导流片与一个中心设有轴承的流线形基套相连而组成的，表面具有若干向上旋转的导流槽的锥形体;后导流罩（4）的后端通过环边与调节器（7）相联，所说的调节器（7）是一个由若干阻流片与联动机构共同组成的，类似于现有普通照像机上光圈调控机构的流量调节机件，在其支架中心装有一个同心轴承;直轴（6）贯穿旋流器（3）与调节器（7）的同心轴承;在旋流器（3）与调节器（7）之间的直轴（6）上装有后叶轮（5），伸出旋流器（3）的直轴（6）的端头上装有前叶轮（1），前叶轮（1）被前导流罩（2）环周罩住，前导流罩（2）的后端与后导流罩（4）的前端套接在一起，构成了发动机整体。位于管道出口处的流体发动机以穿出调节器（7）的直轴（6）的端头，通过动力转输机构与安置于发动机附近的发电机相联，组成管流发电装置。当管道运作时，管内流体，或水，或油，或其它液体、气体，流经流体发动机而输出，该流体即可高效率地推动发动机运转，从而带动发电机发电，将管流能量转换为电能。

参照图2，一种风力发电装置。该装置整体由一个主体部件和两个附加部件组装而成，所说的主体部件，是一个由发电机与流体发动机组合为一体的管状发电装置，因这种管状发电装置可以潜入流体发电，故又称其为潜流发电装置。这种主体部件的具体结构是：前导流罩（2）与后导流罩（4）以首尾套接的方式联结为一个整体，其中，前导流罩（2）以内壁通过电机支架（9）与机轴端头装有前叶轮（1）的发电机（8）相环接，后导流罩（4）的前端装有旋流器（3），后端装有调节器（7），与发电机轴同心相连的直轴（6）贯穿旋流器（3）与调节器（7）的同心轴承，在旋流器（3）与调节器（7）之间的直轴（6）上装有后叶轮（5）。在该主体部件的上部，装有附加部件之一的导向器（10）;在主体件下部，装有附加部件之二的转向基座（11）。这种风力发电装置若应用于来流方向恒定的场合时，可以将附加部件导向器（10）和转向基座（11）拆除，而其主体部件-潜流发电装置又可作为水力发电装置单独使用，以利用那些水头不高的江河、溪涧、渠水发电。

Claims (8)

1、一种由前、后叶轮，前、后导流罩，以及旋流器、直轴、调节器构成的流体发动机，其特征是，后导流罩的前端通过环边与旋流器相联，后导流罩的后端通过环边与调节器相联，直轴的一端从旋流器上的中心轴承中穿过，一直伸入调节器上的同心轴承，并穿过它而露出轴端头，在旋流器与调节器之间的直轴上装有后叶轮，在旋流器外的直轴端头上装有前叶轮，前叶轮被前导流罩环周罩住，而前导流罩与后导流罩又以首尾套接的方式联成一体。

2、根据权利要求1所述的流体发动机，其特征是，所说的前、后导流罩均是一种具有先收缩后扩张几何形态的管状部件，它们以首尾套接的方式联结为一个整体。

3、根据权利要求1所述的流体发动机，其特征是，所说的旋流器是一个由环形边通过若干导流片与一个中心设有轴承的流线形基套相连而组成的，表面具有若干向上旋转的导流槽的锥状体，并以环边与后导流罩的收缩口端相联结。

4、根据权利要求1所述的流体发动机，其特征是，所说的前叶轮所处的位置在前导流罩的收缩口部位。

5、根据权利要求1所述的流体发动机，其特征是，所说的后叶轮所处的位置在旋流器锥形末端后的涡流束点处，亦即处于旋流器上各导流槽流线的交汇点上。

6、一种管流发电装置，其特征是，包含一个发电机和一个流体发动机，所说的流体发动机由前、后导流罩以首尾套接的方式联结为一体，其中，后导流罩的前端与旋流器环边相联，后端与调节器环边相联，一根直轴贯穿旋流器与调节器上的同心轴承，在旋流器与调节器之间的直轴上装有后叶轮，直轴的一端延伸至旋流器外，端头上装有前叶轮，直轴的另一端延伸至调节器外，通过动力传输机构与发电机相联。

7、一种由前、后叶轮，前、后导流罩，以及旋流器、直轴、调节器、发电机、电机支架构成的潜流发电装置，其特征是，前导流罩与后导流罩以首尾套接的方式联结为一管状整体，其中，前导流罩以内壁通过电机支架与机轴端头装有前叶轮的发电机相环接，后导流罩的前端与旋流器环边相联，后端与调节器环边相联，而与发电机轴同心相连的直轴则贯穿于旋流器与调节器上的同心轴承，在旋流器与调节器之间的直轴上装有后叶轮。

8、一种由导向器、转向基座和潜流发电装置共同组成的风力发电装置，其特征是，导向器和转向基座分别装在潜流发电装置的上、下部，所说的潜流发电装置，由前、后导流罩以首尾套接的方式联结为一个管状整体，其中，前导流罩以内壁通过电机支架与机轴端头装有前叶轮的发电机相环接，后导流罩的前端与旋流器环边相联，后端与调节器环边相联，而与发电机轴同心相连的直轴则贯穿于旋流器与调节器上的同心轴承，在旋流器与调节器之间的直轴上装有后叶轮。

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