CN112628081A - 用于驱动发电装置的万向多级竖直轴水力风力转换机械 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用水能，包括非筑坝的江、河、湖、海、洋、人工渠堰的水流、浪涌、波能及风能转化为机械能的装置，具体是用于驱动发电装置的万向多级竖直轴水力风力转换机械，包括导流板、转子盘、定子盘和主轴，所述导流板与定子盘的内圆切线呈45°夹角状态，从而使水能和风能导向轮机叶片产生力矩，风和水可以从装置任意方向的相邻导流板之间的通道进入且装置迎水和迎风面积占总面积的90%以上，同时由于轮机叶片设置的角度，大推力的风和水还是在推动转子盘旋转，直至导流板在持续增加的推力下偏转至顺水和顺风位置，水和风都成了过堂水和风，避免了装置本身过度受力。

Description

用于驱动发电装置的万向多级竖直轴水力风力转换机械
技术领域
本发明涉及利用水能，包括非筑坝的江、河、湖、海、洋、人工渠堰的水流、浪涌、波能及风能转化为机械能的装置，具体是用于驱动发电装置的万向多级竖直轴水力风力转换机械。
背景技术
在风力机中，小型风力机是在3-5级风使用风速4-8m/s，采风效率0.15-0.35，大中型风力机是在5-9级风，使用风速一般是在10-15m/s，最常用13m/s。从能量公示E=
Figure DEST_PATH_IMAGE001
ρV³可知风从0-17级风速从0-60m/s，风级越大，风速越高，能量就越大。整个风力发电机所使用的风力基本上是9级以下，风速在25m/s以下。当风速10m/s时每平米的风能是0.6kw，在相当7级风时风速15m/s能量是每平米2.025kw。当风在9级时，风速25m/s每平米风能10kw，现有风力发电机在风速13m/s以上时采风效率反而又在下降，目前风力发电机效率一般0.4，很好情况下0.47。但风的级别越大，风功率却上升很快，如11级风30m/s每平米功率17.4kw，而风力发电机却采集不上，大部分流失了。
在水力发电的水力机中以各种高低筑坝式以高水位落差的水轮机为主，这些电站的功率强大、技术成熟，但投资巨大，建造周期长，选址要求高，选址的自由度小，对地质环境影响大，筑坝电站毕竟是少数，地球上最广泛水能还是在普通江河海洋的自流水及经过人工适当改造的人工渠堰的水流如中国成都市都江堰和海洋里的浪涌。江河海洋流动水携能是巨大的。如3.3m/s每平米的水能就是17.9kw，而30m/s每平米的11级风携能才17.4kw，这是由于水、风密度差近800倍，所以他们的能量密度差也是如此之大，虽然自流水能如此之大分布范围又广，但至今也没有自流水能发电装置应用，实是遗憾。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于驱动发电装置的万向多级竖直轴水力风力转换机械，它能提供不筑坝的自流水能、风能场中，用竖直多级结构把水能、风能能级分段采集，且用大面积引流，多点切线加力于机械转子叶片，来推动机械转子旋转进而驱动发电机发电，适合于各处，定向的包括江、河、渠堰的水流；不定向的包括海洋水流、浪涌能、风能的地方使用，其结构简单，安装自由度大，采集能级的幅度宽。在那些大电网无法供电又需要电且又有方便水能、风能的地方可自建电源；而在水力、风力资源都丰富的地方可以发电并网。在海洋上，由于风和浪涌是伴生的，进一步可做成水力发电和风力发电同一浮动平台共建，只是水电、风电各有自己的发、供电系统，最后整合外送。
本发明包括自流水力机、风力机、涡流水力机三种技术方案：
1、自流水力机
自流水力机安装在水上浮动平台下悬吊在水体中，平台上是发电机的浮动水力发电系统。
图1为万向N级竖直轴自流水力机中一级的竖向剖面图；
图2为万向N级竖直轴自流水力机中一级的横向剖面图。
在图1与图2中，孔门1，压簧1b，主轴2，轴套3，小筋板4，圆筒5，轮机叶片6，转子盘7，刹车环7a，推力轴承内圈座8，推力轴承（锥轴承）9，泄流孔10，定子盘11，导流板12，换能仓13，大筋板14，锁紧螺栓15，立柱16，定子盘与转子盘之间的预留间隙17等均为自流水力机主要零部件，这些主要零部件所在的空间分布位置如图1、图2所示；从图1、图2的剖面看，自流水力机是其各部件在以主轴2为圆心的各同心圆以一定等分角均布的组合体，从整体外观看是一个笼式网架结构，在实际实施中，根据水流的宽度和深度可做成一定直径的上下多级组合，配以适配的发电机、电控系统安装在水域浮动平台上，就是一个自流水利发电站。从图中可以看出，这是一个万向结构，流动的水可以从任意一个方向进入水力机，本水力机能吸纳迎水面90%以上的水能。
自流水力机每级都有两个定子盘11，与立柱16固接，大筋板14连接着立柱16和推力轴承9的外套，这就构成了整个装置的总支承。每级的两个转子盘7、圆筒5、轴套3由小筋板4连接，并与推力轴承9的内圈座8连接，由于轴套3和主轴2由锁紧螺栓15锁为一体，推力轴承9就成了自流水力机转子可旋转的支承。图中所示每两个轮机叶片6固接在圆筒5外侧和两个转子盘7之间，其与转子盘7径向夹角为20°-25°，每两个轮机一片6所辖的转子盘部分与圆筒5 壁所含空间为换能仓13，每两个叶片所辖的转子盘7中开的泄流孔10是自流水力机的特有设置，为的是在运行中使后进的水可把先前进的水从泄流孔10推入级间通道进入主水流。设计时，要评估换能仓13的容积和泄流孔10的孔径，以防水淤阻。两个定子盘11之间的导流板12是以立柱16为依托的弹簧门式结构，导流板12的直线部分与定子盘11内圆切线呈45°夹角。导流板12的形状如图所示，从横剖面图左边看，立柱16和导流板12的弯曲部分形成有利于水流向转子方向流动。导流板12的弹簧的扭力设计是能保证水流压力将要达到设计的某高档能级时才逐渐偏转，水的压力越大偏转就越多，直到设计压力时，导流板12就成了顺水方向（导流板的自由端在运动时不超越定子盘11的内圆线），当导流板12都到顺水方向时，水流除了直对着转子的部分外都成了过堂水，已对转子切向给力小多了。综上，导流板12的设置在于：1、增加迎水面，可采集更多的水能；2、营造对转子多点施压的位置，使加力机会成N倍增加；3、设置所要采能级的门拦。由于转子叶片6有径向20°-25°夹角，直对着转子的水流还是会推着转子旋转的，当水流继续增大，压力达到设定界限时，最后的孔门1就被冲开，这时换能仓13的水不仅从泄水孔10排走，还从孔门1直接排入圆筒5内再进入级间主水流。这里特别提示：孔门1是转子的最后安全保障，孔门1是在每两个轮机叶片所在位置的圆筒5壁上开设的一个通向圆筒5内的门洞，门洞内侧设有一个如图所示的由弹簧压着闭合的可以朝旋转方向开启的门，当水压力快到装置安全极限时，孔门1就会被逐渐冲开，强大的水流会以转子的旋转方向冲出，并产生一个与转子转向相反的反冲力，对转子的转速起到抑制作用。水从孔门1排入圆筒5内也减小了转子的正面压力。图中的标记17为定子盘11和转子盘7之间的预留间隙，以保证转子在高速旋转时在各种力的作用下产生的径向跳动时不会碰到定子盘11为限。
2、风力机
这里风力机和自流水力机的基本结构基本相同，只是因为水和风（空气）这两种工质的密度差别巨大，水的密度近乎是空气密度的800倍，水几乎没有压缩空间，而空气却可以被大幅度压缩，所以设计风力机和水力机还是有区别的，由于空气有可大幅度压缩性，故专为自流水力机设置的泄流孔10就不需要了，被压缩的风有利于转子的切向推力。由于空气（风）和水的密度差别巨大，流动的风和水所携带的能量差别相应也是巨大的。根据动能公式E=
Figure 458778DEST_PATH_IMAGE001
ρV³推算，10m/s的风每平米携带的能量为0.6kw，而10m/s的水每平米携带的能量约为480-500kw。所以，按图1、图2设计风力机时，就应是一个较小的转子，配一个很大的定子（虽然定子很大但只是一个空旷的结构），增加了迎风面，才能得到转子所需的转矩，但本申请必须指出现有的各种风力机都是在风能场中一个很窄的能级区间的发电装置，例如三叶风力发电机那样重量大且举得很高的单台机组即便再先进也只能采集一个比较窄的能级区间；就是在制作自流水力机时，在能级跨度很大的实际情况下，靠单套装置采集很宽的能级跨度的水能并无可能。在现实中，人们已经公认风是从0-17级，即从无风—飓风60m/s，水流从平静-惊涛骇浪，高浪头可达30m以上高度，流速也有十多米每秒；据记载，曾有一艘满载的集装箱船在海上被巨浪掀翻而倾覆。在能级范围很宽且特别是高能级能量如此之大的情况下，人类也只能用到中低档能级的能量，这是很无奈的事情。为了更多地采集高能级的水能、风能，本申请提出一种新的采集技术方案-分段采集，这里以风力机为例。
分段采集技术方案是：本风力发电机装置的整体安装形式是风力机在上，发电机及电控系统在最下层-地基上。这样就不存在重量大和头重脚轻的问题，进一步，我们需要改变设计理念。首先，把大跨度的能级分段，如三段：低、中、高（包括某级飓风），由于风力机的下端为输出端，在主轴下端安装一个大一些的平置伞齿轮，同时配三个小一些的竖置伞齿轮与之常啮合，每个竖置伞齿轮又连接一组常脱开的电控离合器的一侧，另一侧各连接着一台设定档级的发电机及配电系统，每一台发电机及配电系统都共由一套风力检测机构及指令发送机构总控制。无风时，风力机不工作，当有一定的风力时，由于各离合器都呈脱开状态，风力机在几乎无负载的情况下极易启动，风力机启动后，主轴有一定的扭矩，风力检测机构及指令发送机构会适时指令某台发电机的电控离合器与对应的还在空转的竖置伞齿轮的离合器合拢开始工作-发电。当风力升级到另一能级区段时，风力检测机构及指令发送机构又发送指令脱开前一级离合器后瞬时合拢，正处当时能级发电机组的离合器而继续发电，以此类推。关于所采集的不同能级区间的电压、频率的整合变送，输变电科技工作者自有解决之道。由于自流水能、风能都使用大跨度能级分段采集，虽然投资增加了，但效益却成倍增加。
三、涡流水力机
涡流水力机，是从自流水力机、风力机拓展而来的，本发明上述描述的自流水力机、风力机是在单向直流环境下的水能、风能场中使用的。流动的水、风是从装置的一侧流进，能量释放后又从另一侧排出，可吸纳迎水、迎风面90%以上的能量，最显著的特点：一是万向，二是多点施压，三是多级，四是能级分段采集以扩大能级采集面。现在还利用这些特点结合自然界一种常见的流体涡流现象按水力机的基本构型，作一些适应性变动设计，就能得到涡流水力机。如设计、制造、选址（包括做一些投放地的改造）和安装，如图3、图4、图5所示，其采能效率会是同规格的自流水力机效率的两倍以上。因为，它是在涡流形成的漩流水从水力机环周旋转同时进入转子的所有换能仓13的，从原理上讲，它跟高水头水力发电机的水轮机较为接近，只是涡流水力机的动能比较小而已，但涡流水力机的投资却只是筑坝水电站的九牛一毛。
涡流水力机主要适用地点是陆地上的江河水流。江河水流虽有涨落之差，但远没有大海大洋那样的惊涛骇浪，也就是能级的跨度并没有那么大，况且这里已经提出了分段采集的技术方案，这样涡流水力机就不考虑自流水力机和风力机所设的双保险功能。具体是：按图1、图2所示，原定子盘11的导流板12不设扭簧，并去掉其弯曲部分，使导流板12呈平直状态，保持原45°夹角，并且与两个定子盘11和立柱16固接。由于漩流水从固定的导流板12以固定的45°角冲击轮机叶片6，把轮机叶片6的20-25°夹角去掉，改为径向布置，转子才能得到有效的切向力。涡流水力机所在外部环境是一个整体漩流型庞大的向心水柱，漩涡的中心是漩流水下泄的通道，所以涡流水力机要符合这个自然规律，漩流水经导流板12导向后必须从圆筒5壁上的门洞进入圆筒5内下泄，这门洞上的可开合的门也就可以被去除，前述的这个门不设了，变成通孔，漩流水进入门洞后就没有旋转力了，而是直接从上到下泄流。正因为这样，原转子盘7上的泄流孔10也就不需要了，由于无需级间排水，所以多级结构中每两级间只需要一个转子盘7，同样定子盘11也是两级合用，即两级共用一套转子盘7和定子盘11，这里的定子盘与转子盘的设置不只是结构刚性的需要，还在于要强制漩流水从换能仓13进入圆筒5内，而不致于造成水流从装置外下泄的趋势是必须的。涡流水力机根据水域水体的深浅程度可能是多级的，在多级的涡流水力机中，越是靠近水面的级从圆筒5门洞下泄的水的动能就越大，多层下泄水的动能是可以利用的，其方法是：在多级涡流水力机的最下级或倒数（从下往上数）第二级以小筋板4圆筒5内壁为依托按导流板12的导向均布安装若干个具有45°升角的一定面积的二次叶片把下落的水的动能再回收一次，达到水能的充分利用。
四、选址和安装
本发明所涉及的自流水力机和涡流水力机的整体装置安装都采用水上浮动平台，这个平台可以被专门制造，也可以利用退役的舰船改制。做成的浮动平台式的自流水力发电机和涡流水力发电机的水力机部分是安装在浮动平台的下部，即是悬吊在浮动平台下部的水体中。考虑到流水的表层，特别是内陆的江河水在发洪水期间，水流表面常有很多漂浮物，在制造水力机时，水力机最上一段应预留一定的不装定子、转子功能部分，各立柱16之间的空间作为漂浮物的通道，而整个有定子、转子的有效段迎水面设一定孔目的防护网还是必需的。而发电机及电控部分都安装在平台上边的仓室，所以其中的电控部分都要高于浪高安全线。前述提到的水电、风电同台共建指的就是在大海大洋上，风与浪是伴生的，风急浪就高，在这样的海域搞水、风电共建一举两得，只是水电、风电各有自己的发、供电系统，最终还需要整合输出，建议用高能“蓄电池+集装箱”的模式集成轮换输送。
本发明自流水力发电系统和涡流水力发电系统总体应用在不筑坝的发电站，但作为水力发电装置的承载浮动平台安装的依托还是要有的，一般自流水力发电机可以依硬岩、已有岸坝建造桩基，也可以在不影响航运的情况下，以大型桥墩为依托由纤绳拉索牵拉，对涡流水力发电机安装，是要在江河营造一个涡流环境，如图3、图5所示，在流速和水深都很可观的水域制造一个半悬坝以规范水流，使之成为水漩涡，把发电平台投放其中。所谓半悬坝则是以岸为依托在河床上打若干桩基并建造一个半截半悬的坝墙，其形成的涡流水会从半悬坝的下方汇入江河主水流。
为实现上述目的，本发明提供一种用于驱动发电装置的万向多级竖直轴水力风力转换机械，是适用于自流水力、风力场中的换能装置，分别形成自流水力机、风力机和涡流水力机；本转换机械均从上之下分级设置，风力机的主轴2的输出端位于其下端，自流水力机与涡流水力机主轴2的输出端位于其上端，并且各备多套与之适应的发电机组相适配的伞齿轮，用以分段采集各能级段能量之用，其中自流水力机单元和风力机单元的相邻两级之间的设有排水通道，涡流水力机则不设级间通道；每级由自流水力机或涡流水力机或风力机作为单位构成，每个单元包括孔门1、压簧1b、主轴2、轴套3、小筋板4、圆筒5、轮机叶片6、转子盘7、刹车环7a、推力轴承内圈座8、推力轴承9、定子盘11、导流板12、换能仓13、大筋板14、锁紧螺栓15、立柱16、环形间隙17、自流水力机专设的泄流孔10，用于固定安装自流水力机、涡流水力机的桩基18、半坝19、岸坝20、撑杆21及纤绳23；定子盘11四周沿圆周方向等距离安装着若干立柱16，立柱16铰接有导流板12，导流板12为强弹力活动门设计且由安装在圆筒5内周壁上的压簧1b作用在无流体作用时分别对应封挡圆筒5周壁上环向均布的孔门1。在正常水力发电机和风力发电所需力的情况下，导流板12的直线部分与定子盘11的内圆切线之间呈45°夹角状态。定子盘11内侧设有转子盘7，转子盘7内侧设置有主轴2，主轴2外侧设有轴套3，主轴2通过锁紧螺栓15与轴套3固定连接，主轴2外侧套设有圆筒5，圆筒5与主轴2为同心设置，圆筒5内侧设置有小筋板4，圆筒5通过小筋板4与轴套3外侧固定连接，转子盘7与圆筒5固定连接，转子盘7与定子盘11之间预设由环形间隙17，每个定子盘11和转子盘7均有两个环形间隙17；涡流水力机不设级间排水通道，相邻两级之间共用同一转子盘7和定子盘11，圆筒5固接于两转子盘7之间，两个转子盘7之间均布设置有若干个与转子盘7与圆筒5固接的轮机叶片6，每两个轮机叶片6之间形成换能仓13，换能仓13的尺寸根据装置的整体规格、水与空气的不同而相应调整，圆筒5正对着换能仓13的位置开设有门洞，门洞内侧安装有由弹簧机构-压簧1b压着的可顺着旋转方向开启的孔门1，涡流水力机只有门洞而不设孔门1，推力轴承9外套镶在由立柱16、定子盘11和大筋板14构成的框架上继而合并拼成装置的总承载台。
立柱16为耐盐碱耐腐蚀钢质管材或与之强度同等的高分子材质，本发明所用其它器部件也是由耐盐碱耐腐蚀材质构成。
导流板12的钮簧的扭力设计是保证水流压力将要达到设计的某高档能级时才逐渐偏转，当达到预定设计压力时，导流板12就成了顺水方向。
自流水力机或风力机的轮机叶片6与转子盘7径向夹角为25°，而涡流水力机的轮机叶片6为转子盘7径向设置。
孔门1是由弹簧压着的能在设定压力时才能打开的门板。
推力轴承9内圈与内圈座和小筋板4、轴套3相连接并构成每级水力机转子可旋转的承载台，所有级的转子的轴为可分段且贯穿的通轴。
水力机的转子盘7上正对换能仓13的位置开设有出水孔10。
涡流水力机级间不设走水通道，水流从圆筒5的门洞进入圆筒5内直接进入圆筒5下泄。
当涡流水力机是多级时,圆筒5内设有若干与转子旋向相同的有45°升角的二次叶片与圆筒5壁和小筋板4固接，以吸纳圆筒5内下泄水的剩余动能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
导流板与定子盘的内圆切线呈45°夹角状态，从而使水能和风能导向轮机叶片产生力矩，风和水可以从装置任意方向的相邻导流板之间的通道进入装置且迎水和迎风面积占总面积的90%以上，同时当水能和风能的压力超过设定值时，导流板在水能和风能的作用下发生偏转，受力越大偏转越大，导流板顺着水能和风能进行偏转，减小了转子盘的切向受力，从而保证了转子盘转矩的稳定性，同时由于轮机叶片设置的角度，大推力的风和水还是在推动转子盘旋转，直至导流板在持续增加的推力下偏转至顺水和顺风位置，水和风都成了过堂水和风，避免了装置本身过度受力，对装置起到了防护的作用，水能和风能进一步增大的情况下，圆筒内壁上设置的孔门在水能和风能的作用下被冲开，水和风通过孔洞后按转子旋转方向冲击，其反冲力对转子转速起到了抑制效果，通过孔洞进入圆筒内的水和风进一步进入级与级之间的通道，水力发电机单元中设置的泄流孔用于水的排出，从而维持水力发电机单元中转子的转速；
1、本机械是借一定流量的自流水能发电，结构简单，规格可选幅度很大，安装的自由度较大，任何江、河、海、洋等都可进行安装，小型装置很适合海岛和偏远山区的自供电流，简单方便，涡流水力机的选址一般在江河海洋水流流经的硬岩、山咀和突然拐弯处都会形成一定的而且往往是常态涡流，同时能形成涡流的地方也是水深和流速都合适进行涡流水力机安装的地方，同时也是本机械最能发挥特长的地方；
2、在总电控系统中，由于风力检测系统具有判定和发指令功能，按照风的等级进行检测，发令系统会指示适配的发电机合拢离合器开始发供电，当风力档级变换时，发令系统会指令脱开离合器，合拢另一个适配的离合器，继续发供电，极大地提高了风能的利用效益。
附图说明
图1为用于驱动发电装置的万向多级竖直轴水力风力转换机械的竖向剖视图；
图2为用于驱动发电装置的万向多级竖直轴水力风力转换机械的横向剖视图；
图3为用于驱动发电装置的万向多级竖直轴水力风力转换机械中人工涡流半悬坝示意图；
图4为用于驱动发电装置的万向多级竖直轴水力风力转换机械中浮动发电装置方框图；
图5为用于驱动发电装置的万向多级竖直轴水力风力转换机械中涡流选址的示意图。
图中所示：孔门1、主轴2、轴套3、筋板4、圆筒5、轮机叶片6、转子盘7、外套8、推力轴承9、泄流孔10、定子盘11、导流板12、换能仓13、大筋板14、锁紧螺栓15、立柱16、环形间隙17、桩基18、半悬坝19、岸坝20、撑杆21、涡流水力发电机22、纤绳23、水漩涡24、河岸25、河道26。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～3和图5，本发明实施例中，是适用于自流水力、风力场中的换能装置，分别形成自流水力机、风力机和涡流水力机；本转换机械均从上之下分级设置，风力机的主轴2的输出端位于其下端，自流水力机与涡流水力机主轴2的输出端位于其上端，并且各备多套与之适应的发电机组相适配的伞齿轮，用以分段采集各能级段能量之用，其中自流水力机单元和风力机单元的相邻两级之间的设有排水通道，涡流水力机则不设级间通道；每级由自流水力机或涡流水力机或风力机作为单位构成，每个单元包括孔门1、压簧1b、主轴2、轴套3、小筋板4、圆筒5、轮机叶片6、转子盘7、刹车环7a、推力轴承内圈座8、推力轴承9、定子盘11、导流板12、换能仓13、大筋板14、锁紧螺栓15、立柱16、环形间隙17、自流水力机专设的泄流孔10，用于固定安装自流水力机、涡流水力机的桩基18、半坝19、岸坝20、撑杆21及纤绳23；定子盘11四周沿圆周方向等距离安装着若干立柱16，立柱16铰接有导流板12，导流板12为强弹力活动门设计且由安装在圆筒5内周壁上的压簧1b作用在无流体作用时分别对应封挡圆筒5周壁上环向均布的孔门1,在正常水力发电机和风力发电所需力的情况下，导流板12的直线部分与定子盘11的内圆切线之间呈45°夹角状态，定子盘11内侧设有转子盘7，转子盘7内侧设置有主轴2，主轴2外侧设有轴套3，主轴2通过锁紧螺栓15与轴套3固定连接，主轴2外侧套设有圆筒5，圆筒5与主轴2为同心设置，圆筒5内侧设置有小筋板4，圆筒5通过小筋板4与轴套3外侧固定连接，转子盘7与圆筒5固定连接，转子盘7与定子盘11之间预设由环形间隙17，每级定子盘11和转子盘7均有两个环形间隙17；涡流水力机不设级间排水通道，相邻两级之间共用同一转子盘7和定子盘11，圆筒5固接于两转子盘7之间，两个转子盘7之间均布设置有若干个与转子盘7与圆筒5固接的轮机叶片6，每两个轮机叶片6之间形成换能仓13，换能仓13的尺寸根据装置的整体规格、水与空气的不同而相应调整，圆筒5正对着换能仓13的位置开设有门洞，门洞内侧安装有由弹簧机构-压簧1b压着的可顺着旋转方向开启的孔门1，涡流水力机只有门洞而不设孔门1，推力轴承9外套镶在由立柱16、定子盘11和大筋板14构成的框架上继而合并拼成装置的总承载台。
立柱16为耐盐碱耐腐蚀钢质管材或与之强度同等的其它高分子材质，本发明所用其它器部件也是由耐盐碱耐腐蚀材质构成。
导流板12的钮簧的扭力设计是保证水流压力将要达到设计的某高档能级时才逐渐偏转，当达到预定设计压力时，导流板12就成了顺水方向。
自流水力机或风力机的轮机叶片6与转子盘7径向夹角为25°，而涡流水力机的轮机叶片6为转子盘7径向设置。
孔门1是由弹簧压着的能在设定压力时才能打开的门板。
推力轴承9内圈与内圈座和小筋板4、轴套3相连接并构成每级水力机转子可旋转的承载台，所有级的转子的轴为可分段且贯穿的通轴。
水力机的转子盘7上正对换能仓13的位置开设有出水孔10。
涡流水力机级间不设走水通道，水流从圆筒5的门洞进入圆筒5内直接进入圆筒5下泄。
当涡流水力机是多级时,圆筒5内设有若干与转子旋向相同的有45°升角的二次叶片与圆筒5壁和小筋板4固接，以吸纳圆筒5内下泄水的剩余动能。
根据图4所示，自流水力机或涡流水力机所需要的浮动平台稳定且保持自流水力机或涡流水力机竖直状态的原理为：图中CDEF在水中水位时，撑杆AB在水平位置，当水涨到高水位时，装置上浮到C1D1E1F1的位置，撑杆A升到A1，撑杆B升到B1，当水位下降到低水位时，装置下浮到C2D2E2F2的位置，撑杆A降到A2，撑杆B降到B2，不管高水位还是低水位，发电装置都保持竖直状态，进一步利用纤绳从上水位拉住装置；
本发明的创新在于：
1、万向性:装置总机型是竖直圆柱型，投放在水、风力场中，水风可从装置的任何方向流入。
2、分段采集多段能级的水、风能，由于本机械的风力机是输出端在下（在地面上），不存在重量大的问题，为多套发电机组分段采集多段能级，包括某些飓风级风能创造了极好条件，才能效率会成倍增加。
3、导流板12的设置实现了大面积采集水风的能量的条件，就如三叶风力机的风叶一样扩大采集面，比三叶片更有效。导流板12的制作比三叶风机的风扇叶简单许多，虽然面积可能很大，但重量却很轻。导流板12的弹簧设置是为采到相应能级的风、水的能量设的门栏。
4、由于导流板12的设置才有了对水力机、风机在转子的多点切线施压的条件。
5、由于设定了导流板12与定子盘内圆切线之间的40°-50°夹角，所有导流板12之间的水和风才能都成了转子的切向推动力，不像古今都用的水车是单点加力。
6、由于风力机导流板12的设置，使本机械的发电和电控的大重量块头可以不用举得很高，可放在地面上，为分段采能创造了很好的条件，才能扩大能级采集面，只要整个装备结构刚性可靠，整个装置的安全系数就极高，可以采集到很高档级风能，水力机也同样。
7、涡流水力机在普通自流水中的应用本身就是创新，包括选址等半坝的准备做好了，其采能效率应是同等单向自流水力机两倍，只是安装自由度小些。
8、自流水力、风力机的孔门1是这种机型的命门，也是最终安全保障，因为导流板12都顺水顺风时，孔门1也就相应打开，全装置就不兜风，自然就安全。
9、水、风电海上同台共建，风和浪相互半生的，风大浪就高，水电的浮动平台正好是风电的基础，浮动对装置使用没有影响。
10、制动：制动是利用转子盘7的外圆设置的一圈呈环状的刹车环7a，在定子盘11靠近其内圆处设置一个或若干个孔眼并由推杆动作操控的刹车片与刹车环7a耦合制动即可，本处未给图示意，推杆对风力机的制动操作在基层（地面）施行，水力机在浮动平台上操作，整个制动系统均由电力检测机构及指令发送机构操控完成。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于驱动发电装置的万向多级竖直轴水力风力转换机械，其特征在于：每级由自流水力机或涡流水力机或风力机作为单位构成，每个单元包括孔门（1）、压簧（1b）、主轴（2）、轴套（3）、小筋板（4）、圆筒（5）、轮机叶片（6）、转子盘(7)、刹车环（7a）、推力轴承内圈座（8）、推力轴承（9）、定子盘（11）、导流板(12)、换能仓(13)、大筋板(14)、锁紧螺栓(15)、立柱(16)、环形间隙(17)、自流水力机专设的泄流孔（10），用于固定安装自流水力机、涡流水力机的桩基（18）、半坝（19）、岸坝（20）、撑杆（21）及纤绳（23）；所述的定子盘（11）四周沿圆周方向等距离安装着若干立柱（16），立柱（16）铰接有导流板(12)，导流板(12)为强弹力活动门设计，且由安装在圆筒（5）内周壁上的压簧（1b）作用在无流体作用时分别对应封挡圆筒（5）周壁上环向均布的孔门（1）,在正常水力发电机和风力发电所需力的情况下，导流板(12)的直线部分与定子盘（11）的内圆切线之间呈45°夹角状态，定子盘（11）内侧设有转子盘（7），转子盘（7）内侧设置有主轴（2），主轴（2）外侧设有轴套（3），主轴（2）通过锁紧螺栓（15）与轴套（3）固定连接，主轴（2）外侧套设有圆筒（5），圆筒（5）与主轴（2）为同心设置，圆筒（5）内侧设置有小筋板（4），圆筒（5）通过小筋板（4）与轴套（3）外侧固定连接，转子盘（7）与圆筒（5）固定连接，转子盘（7）与定子盘（11）之间预设由环形间隙（17），每级定子盘（11）和转子盘（7）均有两个环形间隙（17）；涡流水力机不设级间排水通道，相邻两级之间共用同一转子盘（7）和定子盘（11，圆筒（5）固接于两转子盘（7）之间，两个转子盘（7）之间均布设置有若干个与转子盘（7）与圆筒（5）固接的轮机叶片（6），每两个轮机叶片（6）之间形成换能仓（13），圆筒（5）正对着换能仓（13）的位置开设有门洞，门洞内侧安装有由弹簧机构-压簧（1b）压着的可顺着旋转方向开启的孔门（1），涡流水力机只有门洞而不设孔门（1），推力轴承（9）外套镶在由立柱（16）、定子盘（11）和大筋板（14）构成的框架上继而合并拼成装置的总承载台。
2.根据权利要求1所述的用于驱动发电装置的万向多级竖直轴水力风力转换机械，其特征在于：所述立柱(16)为耐盐碱耐腐蚀钢质管材或与之强度同等的高分子材质。
3.根据权利要求1所述的用于驱动发电装置的万向多级竖直轴水力风力转换机械，其特征在于：自流水力机或风力机的轮机叶片(6)与转子盘(7)径向夹角为25°，而涡流水力机的轮机叶片(6)为转子盘(7)径向设置。
4.根据权利要求1所述的用于驱动发电装置的万向多级竖直轴水力风力转换机械，其特征在于：所述孔门(1)是由弹簧压着的能在设定压力时才能打开的门板。
5.根据权利要求1所述的用于驱动发电装置的万向多级竖直轴水力风力转换机械，其特征在于：推力轴承（9）内圈与内圈座和小筋板（4）、轴套（3）相连接并构成每级水力机转子可旋转的承载台，所有级的转子的轴为可分段且贯穿的通轴。
6.根据权利要求1所述的用于驱动发电装置的万向多级竖直轴水力风力转换机械，其特征在于：所述水力机的转子盘（7）上正对换能仓（13）的位置开设有出水孔（10）。
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