CN2360654Y - 变臂叶轮 - Google Patents

Abstract

本新型变臂叶轮是将流体物质的动能转变成轮轴旋转能的一种装置。它比螺旋桨式叶轮具有采能效率高,采集面较大的优点。其特征是:在竖直固定轴(1)外,依次设有一个传动管轴(2)和一个薄壁空心轮(3),并在其各轮柱(7)上,分别设有一个可转动的方向一致的弧面形的薄壁叶片(4),在叶片支架(8)和支杆(9)的支持下,在平流的风流或水流的作用下,在其两侧就会形成不同大小的力臂和力矩的差异,所以它就会转动起来,并带动发电机进行发电。

Description

变臂叶轮

本实用新型是涉及将流体物质的动能，转变成轮轴旋转能的一种装置，称之为变臂叶轮，它优其适用于利用自然风和水能资源来进行发电。

现在利用水能或风能发电的叶轮，大多为螺旋浆式叶轮，这种叶轮在航空、航海、电力等科学技术领域的作用是无法估量的，但是它在采集风或水能方面仍还存在着一些不足之处，如在这种大半径叶轮的制作过程中，既要求叶轮的质量要轻，又要求它具有一定的机械强度和硬度，这样给制造的技术上和材料的选择上，带来一定的困难。因此也就影响了该种大面积叶轮的使用。其二，在使用该种叶轮时，叶片的转动方向与流体的流动方向总是垂直的，这样叶片的密度自然受到了限制，使该种叶轮在流体压强比较大时，对这些能的利用效率还比较高，反之的情况下，它的效率就更比较小。这样使可利用的流体物质的能造成一定的浪费。其三，由于该叶轮的叶片与流体物质的接触面总是成一个锐角而进行的，所以使叶轮转动的力只是总力分解的一部分，这样自然也造成了能量的损耗。

本实用新型的目的是要提供一种特别结构和特别形状的叶轮，它可弥补螺旋浆式叶轮采能效率低，采集面较小的弱点，特别是使用它可充分利用水流或风流的能来进行发电或直接带动其它机械来为人类服务。

本实用新型目的的实现，具体由以下实施例及其附图给出。图1是本新型的正面俯视图，图中(1)是固定轴：一个圆柱形的轴；(2)传动管轴：它是一根管状的轴，它是通过轴承固定在固定轴上的：(3)是薄壁空心轮：它是中心设有一根轴皮(5)的，上下周围都封闭的薄壁空心桶结构的制品，由于它可围绕固定轴旋转，所以称它为薄壁空心轮。当流体物质正面向它冲击时，它具有使流体物质在此增压并向两边分流的作用，所以也称它为增压分流轮。在其外部压力较大时，也可在其内部增设一个薄橡胶和超薄金属合金的混合层内胎，并充足氮气和少量氢气的混和气体，氦气更佳。这样在保证安全的条件下，可增强其对外的压力；因薄壁空心轮所受浮力的作用，所以又可减小变臂叶轮的轴皮对其轴座的压力，这种作用在水中更为明显，这样可达到减小变臂叶轮轴皮与其底坐之间滚动的摩擦力。轴皮(5)：它也是一根管状的金属制品，是通过轴承固定在传动管轴上的。并且在传动管轴和轴皮之间设有象自行车飞轮似的单向传动设施，所以变臂叶轮只有正向转动，即变臂叶轮向其叶片的拱面方向转动时，变臂叶轮的动力才能传给它的传动管轴，这样可以避免在以后变臂叶轮的串联中，一些单元节变臂叶轮因某些原因不能转动而消耗另一些单元节变臂叶轮所得的能。(6)是轮条：它是在薄壁空心轮上下圆周的六等分点上和空心轮轴皮相对应位置上相连接的管状部件，称之为薄壁空心轮的轮条。如果空心轮直径较大，可多设几根，但最少不得少于六根。(7)轮柱：它是在上下位置相对应的两轮条的外端部分别连接的管状部件，称为薄壁空心轮的轮柱，因为它还兼做叶片的轴，所以也称它为叶片轴。当然了，在轮柱兼设叶片轴的同时，还应在空心轮壁上，设有与叶片轴承相对应的、凹形的、叶片轴承窝。也可在各轮柱的外侧，分别设一根专用的与轮柱平行的叶片轴。(8)叶片支架：在轮条内分别插入一根与轮条等长的管状部件，这部分称为叶片的支架。(9)叶片支杆：在上下位置相对应的叶片支架的端部，再分别连接一根管状部件，称之为叶片支杆。并在它的外层分别设有一个内含网丝的橡胶管，称之为减震管。(4)叶片：它是用来采集流体动能的、成弧面形状的薄壁叶片。它与空心轮等高，宽为从该叶片的轴到它所向的叶片支杆的弧略长为宜。(10)叶片轴承：在叶片轴上，设上、中、下三点，通过叶片轴承与叶片连接。为了增强叶片对风的抵抗能力，还可在叶片的边框上到叶片正面所对的叶片支杆间分别设一根或数根既柔软又耐折的高强度的细条带，它的长度为叶片在展开时所需的最大长度，我们把这个细条带，称为叶片保护带；在增压分流轮壁上和其各相邻的叶片轴缝之间，粘贴的既柔软又耐折的防止流体物质从隙缝中通过的密封带，我们称它为叶片缝隙软密封带。为了图的简洁，在本图1中以上这两个部件没有画出。(11)流体入口处；(12)固定叶片支架螺丝：用它来固定叶片支架，并可通过所固定叶片支架的长短来控制流体入口的大小，并由流体入口的大小，来控制变臂叶轮旋转的连续性和均匀性。(13)稳定拉线盘；(14)固定轴箱式底坐：它是在传动管轴的下端安装发电机时使用的一个部件，它是由上下两部分组成的金属制品，上部分是一个方形盖，其中心有一个比传动管轴直径略大的圆孔。在圆孔周边上设有一个可承载变臂叶轮重量的平动轴承架(16)；在其左右后边上设有数个穿固定螺丝的孔。下部分是一侧开口的，平底方框形状的底座、在它中心底部设有一个竖直的固定轴(1)，在其外围设有一个承载传动管轴重量的平动轴承架(15)。在其左、右、后边框上设有与盖上相对应的螺丝孔。(17)是传动管轴下端，在该处可安装带制动器的发电机，或是带制动器的皮带轮或齿轮。

下面结合变臂叶轮的结构(如图1所示)，以风为动力来说明它的工作原理，当风由北向南吹来时，(及图中箭头方向所示)北风作用在变臂叶轮的正北部，受到薄壁空心轮壁的阻力，使风流在此增压，并向两边分流，一部分由趋向于西部叶片的进风口进入，叶片自动打开，这时变臂叶轮西部叶片的正面(即凹面上)，继续在北风的作用下，使这些叶片与各自背面对应的叶片支杆相接触，这时变臂叶轮西部叶片上接受风力作用的面积和力臂也就随之而增大；而此时变臂叶轮东部叶片的背面(即拱面上)，在北风的作用下，使这些叶片自动紧贴在各自正面所对应的叶片支杆上，这时变臂叶轮东部叶片上接受风力作用的面积和力臂就会随之而减小。故称之为变臂叶轮。这样由于在北风的作用下，变臂叶轮东西部产生力臂和力矩的差异，所以变臂叶轮就会转动起来。该轮在其它方向风力和水力的作用下，工作原理可以此类推。而且这种变臂叶轮的转动方向与平流风的方向无关。只与它的结构及叶片的进风口方向有关。

以上变臂叶轮，为了能够达到实用的目的，我们只有将变臂叶轮增加到一定的高度，也就是将叶片的面积增大到犹如帆船上的帆那样大时，这种叶轮才有真正的实用价值，为了制造，搬用安装的方便，也可将大小适中，转向相同的一些变臂叶轮，在同一个固定轴外的空心传动轴上，把数个变臂叶轮一节一节地象算珠一样串成多节变臂叶轮组，我们把每一节变臂叶轮称之为变臂叶轮组的一个单元节，把该组变臂叶轮组的安装方式，称之为变臂叶轮的串联。把两个或两组串联的变臂叶轮按相反的转动方向并排起来的安装方式称之为变臂叶轮的并联，用以上这些方法，可很容易地增大变臂叶轮组叶片的总面积。

如果变臂叶轮单元节数较多，自身重量较大，传动方式也可采用以下方案：将圆柱形传动轴位于管状固定轴中心，变臂叶轮围绕固定轴而旋转，将各节变臂叶轮的重量，分别负于固定轴上，所以这种传动方式，称之为分节负重传动方式，那么图1中所举的传动方式，称为一次性负重传动方式。分节负重传动方式的具体方法是：在管状固定轴上，分别于各节变臂叶轮上下方位的中线位置相对应高处的固定轴壁上的圆周三等分点上，分别打一个可放置传动小齿轮的洞，该小齿轮轴的安装方法与手表带轴基本相同。小齿轮将外部变臂叶轮的动力，传给它内部所对应的飞轮外层圈，由飞轮再传给它中心的传动轴，(飞轮即象自行车飞轮似的单向传动设施)。固定轴具体的负重方法是：在固定轴上，在准备安装每节变臂叶轮底部的定位处，设有一个圆环形的凹槽，并在此槽中，设有两个半圆形键，将这两个金属键插入槽内，并通过这两个键端部的螺丝孔及螺丝，可将它们紧固于固定轴的此槽中，并在它上面设一个平动轴承托盘架，将该节变臂叶轮的重量通过空心轮轴皮负于它上。

本实用新型的优点和积极效应是：由于本新型在制造时，要求技术条件比较简易，又可大幅度地增大变臂叶轮组叶片的总面积，自然它采集风或水能的面也就较大。而且叶片做有用功时，它的转动方向与它所在的风流或水流的方向相同，叶片做有用功时，对风和水流所形成的阻力面与平流的风和水流的角度又成90°，而且由于空心轮所受浮力的作用，还可减小变臂叶轮轴皮与它底座之间的滚动摩擦。所以它不仅采集风或水能的面积大，面且对风和水能的利用率也比较高，而且安装比较简单。利用本新型可挖掘出江、河流水中和具有一定流速的洋流内的巨大能量和自热风的能量来进行风力和水力发电，既无环境污染，取能范围又相当广泛。如可利用本新型在高山、沙漠地带、海域、南北两极以至于外星上等风资源较丰富的地区设立风力发电，而且可根据发电负荷的大小来控制它的转速，它属于慢速性叶轮，对鸟类不会造成伤害。而且还可节约边远地区架设高压线所用的经费。也可解决边远地区小兵站的生活用电问题。用水力可在具有一定流量的江、河和具有一定流速的洋流内设立。由于本新型的转向与所在水流的方向无关，只与它的结构有关，所以还适用于海滩上利用海潮来进行发电。在江河上利用本新型发电，不用筑坝，只是选一个河道较窄，流速较快的地方，根据过往船只的大小和采用将变臂叶轮先串联后再并联的方式，然后定两个串联组的定位轴间的距离及位置，然后进行安装定位轴、变臂叶轮、发电机，发电机可设在水下，也可设在水上的高架天桥上。变臂叶轮可深入一般船只的吃水线以下，如果有更大的船只通过时，还可采用提升变臂叶轮组上层几单元节变臂叶轮的方法，将船只通过。当河道较宽时，也可采用多组进行，而且定位轴还可兼设桥梁的桥墩。在用该叶轮进行水力发电的过程中，它还具有堵水的作用，所以还可利用它在河道中便发电便进行蓄水。而且一旦发生严重性地震、洪灾、战争等灾害时，大型水坝万一受到损坏，就会给下游人民带来严重损失。利用本新型可进行层层发电，进行河道阻水作用，以缓解下游河道的流水量，减轻国家和人民的损失。

Claims (2)

1、变臂叶轮是将流体物质的动能，转变成轮轴旋转能的一种装置，它优其适用于利用自然风和水能资源来进行发电，其特征是：在竖直圆柱形固定轴(1)外，依次设有一个可转动的管状的传动管轴(2)和一个薄壁空心轮(3)，并在其各轮柱(7)上，或其外侧的专用叶片轴上，分别设有一个可转动的、方向一致的、弧面形的，并用密度较小强度较大的如铝合金、炭纤维等材料制成的薄壁叶片(4)组合而成。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征是：薄壁空心轮(3)，它是用密度较小、强度较大的如铝合金、炭纤维等材料制成的，中心设有一个管状结构的轴皮(5)，上下底面和周围都封闭的薄壁空桶结构的制品，并且它可围绕固定轴旋转，在薄壁空心轮外部压力较大时，也可在其内部增设一个薄橡胶或超薄金属合金内胎，并充足氮气和少量氢气的混合气体，氦气更佳。

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