CN85106954A - 流体力原动机 - Google Patents

Abstract

本发明是利用自然流体的动力即将水力和风力转换为机械动能的流体力原动机。其特征是流经原动机的流体为水平任意流向和空间任意向，而原动机却能以一个定向旋转，产生转矩作功。

流体力原动机结构的直径可制造成和流体流面的宽度相等大小的尺寸，转换流体的功能。

Description

流体力原动机

本发明涉及利用自然流体动力即水力和风力将它们的动能转换为机械能的一种原动机。

现有的水力发电、潮汐发电均需要建造水库，水库建设的资金大，建设期较长。潮汐发电水库，因水中含泥较多，排泥工程量等较大，生产电的成本较大。另外水轮机，风动机对流体流向要求为定向。

风力发电的机架结构高大，占用场地较大，不能因时因地更易地点转换最大的动能。並且对安装环境有一定的要求，如高层屋顶、航海船上均不宜安装。

本发明的任务要把水力发电不用建造，水库，特别是潮汐发电不用水库。直接利用自然流体水和风的动力转换为机械能或直接进行发电。可提供建设生产、人民生活用电和为海洋舰、船、水上工厂，水上水下作业，提供机械能或电力能源。

本发明的原动机按功能和结构可分为两种型式的流体力原动机。这两种型式的原动机是水平任意流向型（平流力型）和空间任意流向型（球形方位力型）。这两种型式的原动机均可将两种状态流体水和风的动能转变为机械能。並且原动机旋转的方向和流经原动机的流体流向无关。其共同的特征是圆框体内设有多个（最好6个）单向动叶，当流体与其接触时，推动转轴旋转。单向动叶为平面板形和流体流向垂直。流体的动力作用于平面板上，推动平面板绕轴旋转。

本发明水平任意流向型原动机和空间任意流向型原动机的任务是以下方式完成的：流体流向原动机以轴为中心分流两个流道区。即一个为（闭合道区）作功道区和另一个为（顺道区）无功道区。当流体流入无功道区，该流道的单向动叶，在流体动力的作用下与流向成平行，对流体的阻力最小顺通流过原动机的一侧。作功道区（闭合道区）的单向平面板形动叶和流体流向垂直，流体动力对其作用，推动动叶绕轴旋转。另外，空间任意流向型流体力原动机的平面板转叶装设有可转动的水平（横向）动片，纵向流体对它作用，可推动转轮绕轴旋转。並且它们共同的特点是动机旋转方向都是一个定向。

以下将结合附图1和附图2对本发明的实施例作进一步的详细描述。

附图1是本发明水平任意流向型流体力原动机工作原理图。

附图2是本发明水平任意流向型流体力原动机模型样机的具体结构纵向剖面图。

实施例1，参照附图1和附图2。一个以轴中心〔11〕的圆框形转轮架〔12〕，是用若干（6）条横接杆〔15〕等距离排列作为径杆和轮圈〔13〕联接成一体。把两个用这种方式联成的单轮架和若干（6）条竖支杆〔17〕联接成园形框架。又在框架内轴中心，又用内竖支杆〔23〕若干（6）条和主轴〔11〕平行联接在上、下径杆之间，配装上、下轮圈〔19〕、〔20〕，如此联接成内园形框架〔22〕用同样的联接方法，根据需要还可联接成多个这样的内园形框架。

联环〔4〕把单向动叶〔1〕和横接杆〔15〕活动联挂起来。单向动叶定位杆〔2〕的一端和竖接杆〔17〕的下部相接，另一端和内框竖支杆〔23〕的下部相接。还可用其它的方式组装成将单向动叶〔1〕定位的形式。单向动叶〔1〕和单向动叶定位杆〔2〕是组成水平任意流向型流体力原动机工作最主要的部分。原动机转换平流流体动能为机械能以及流经动机的流体流向发生任何的变化，而转轴旋转方向为一个定向。以上的功能作用都是由这部分完成的。以上的联接方式，还可在内圆形框里设置相同型式的内转轮，以提高原动机有效的作用效率。根据需要内转轮〔27〕还可截分成多个节段式的原动机结构。

参照本发明附图1，水平流向的流体流向原动机，当流体由方位Ⅰ流入时，无功道区（1）的单向动叶〔1〕在流体动力的作用下与流水的流向成平行，对流体的阻力最小，顺通流过原动机的一侧。作功道区（2）的单向动叶〔1〕利用单向动叶定位杆〔2〕，阻挡单向动叶〔1〕将它垂直定位阻挡流体流过。流体动力对垂直定位的单向动叶〔1〕作用，推动动叶〔1〕（位移）绕轴转动，动叶转动经过方位Ⅱ的无功道区（3）和轴〔11〕，进入流道区（4），该动叶原为作功道区（2）的作功动叶。这时变为无功道区的动叶，其作用为无功动叶。多个单向动叶〔1〕具有等有效面积，以等距离垂直式联挂于转轮。受流体作用的动叶发生转动，其它各动叶相继轮换受流体作用而转动。连续流体对作功道区（2）的单向动叶〔1〕连续作用，动叶连续轮换作用，转轮〔21〕连续绕轴顺时针方向旋转作功。如果，当流体由方位Ⅱ流入时，无功道区（3）的单向动叶〔1〕的作用和流体由方位Ⅰ流入时，无功道区（1）的单向动叶〔1〕作用相同。作功道区（4）的单向动叶〔1〕的作用和流体由方位Ⅰ流入时，作功道区（2）的单向动叶〔1〕的作用相同。转轴〔11〕的旋转方向仍为顺时针方向。这表明原动机转动的方向与流体流经动机的流向无关。

参照附图2描述组成机架〔39〕的部件，顶珠〔37〕顶竖主轴〔11〕定位在机架〔39〕，上、下横连接杆中间的两个轴承〔35〕将主轴〔11〕竖立定位于机架〔39〕的中心，以减少主轴〔11〕的磨擦阻力。主轴〔11〕转动带动轴齿轮〔61〕同时传动发电机齿轮〔62〕和发电机〔63〕。发电机固定螺丝〔64〕将发电机固定在机架〔39〕上。排泥孔〔32〕是用作排除进入顶珠〔37〕座的泥土。

本发明实施例2。

附图3是本发明空间任意流向型（球形方位力型）流体力原动机工作原理图。

附图4是本发明空间任意流向型流体力原动机平面板形转叶平视图。

附图5是本发明空间任意流向型流体力原动机纵流向双片动片平视图。

附图6是本发明空间任意流向型流体力原动机，以轴中心纵向剖面图。

本发明空间任意流向型流体力原动机的任务是以下方式完成的。参照附图3该原动机转轮架〔12〕结构和实施例1的园形框轮架〔12〕相同，但轮框〔12〕中的单向动叶定位杆〔2〕不联接。其内部设有平面板转叶〔1〕其转轴竖立在上、下轮圈〔13〕〔14〕之间，另一边为翻边〔10〕作功时靠住内轮圈〔19〕〔20〕的边。平面板转叶〔1〕两面各设置纵流向动片〔3〕，两动片之间用连轴相连接。动片的形状是扇形为56°～59°角面。两动片扇弧边的连接轴〔5〕穿经平面板转叶轴〔9〕定位，定位的联轴〔5〕可自由转动。动联轴〔6〕穿经动程槽〔8〕，在槽内可作上、下转动45°以内的弧度角。内园框轮内可装设同型式的平面板转叶〔1〕和纵流向动片〔3〕。形成第二层转轮结构。根据需要内层转轮可以设置成多个结构。上述结构平面板转叶〔1〕和纵流向动片〔3〕是组成空间任意流向型流体力原动机最主要的部分。原动机转换空间任意流向流体动能为机械能和流经动机的流体流向为空间任意流向，而动机的旋转方向为一个定向，原动机以上的功能作用都是由这部分完成的。

本发明空间任意流向型流体力原动机，其特征可分两个部分完成的。先以水平流向的流体流向原动机，其分流道区的作用关系和水平任意流向型原动机相同。当流体由方位Ⅰ流入时，无功道区（1）的平面板形转叶〔1〕，在流体动力的作用下与流向成竖立平行，对流体的阻力最小，顺通流过原动机的一侧。作功道区（2）的平面板转叶〔1〕利用内园框〔22〕的上、下轮圈将转叶〔1〕的翻边〔10〕定位，起阻挡流体流通的作用。流体动力对竖立定位的平面板转叶〔1〕作用，推动转叶〔1〕绕轴转动，转叶〔1〕转动经过方位Ⅱ的无功道（3）和主轴〔11〕，进入流道区（4），该转叶〔1〕原为作功道区（2）的作功转叶〔1〕，这时变为无功道区的转叶，其作用为无功转叶的作用。多个转叶〔1〕具有等有效面积，以等距离竖立式装置在上、下转轮圈〔13〕〔14〕之间。受流体作用的转叶〔1〕发生转动，其它各转叶〔1〕相继轮换受流体作用而转动。连续流体对作功道区（2）的转叶〔1〕连续作用，转叶连续轮换受作用，主轴〔11〕连续顺时针方向旋转作功。如果，当流体由方位Ⅱ流入时，无功道区（3）和作功道区（4）的转叶的作用和流体方位Ⅰ流入时，无功道区（1）及作功道区（2）转叶〔1〕的作用相同。主轴〔11〕的作用相同。主轴〔11〕的旋转方向仍为顺时针方向。

纵流向的流体流经原动机，不论由上向下或由下向上，动机旋转方向均为顺时针方向。当纵流向的流体由上向下流入时，设置在竖立式平面板转叶〔1〕上的纵流向双动片〔3〕，动片的尖部顺流向向下转移45°定位。流体动力对双动片〔3〕作用，双动片〔3〕将流体动力转换为机械动力传递给竖立式转叶〔1〕的转轴〔9〕，转轴〔9〕推动转轮〔21〕绕主轴〔11〕顺时针方向旋转。转轮〔21〕旋转时，竖立式平面板转叶〔1〕的位置和转轮成切线。如果当纵流向流体由下向上流经原动机，纵流向动片〔3〕顺流向向上转移45°定位，其它各作用关系和纵流向由上向下流经原动机所发生的动作过程的作用关系相同。

当水平流向流体的流向发生向纵向偏位时即流经原动机的流体为偏流时，流向方位和水平流的角度越小，流体对竖立式平面板转叶〔1〕作用力越大，对纵流向双动片〔3〕的作用力越小。这时流体的动力主要是对竖立式平面板转叶〔1〕作用。主轴顺时针方向旋转。

如果，当纵流向流体的流向，向水平向偏位时流经原动机，流向发生的偏角越小，流体对纵流向双动片〔3〕作用力越大，对竖立平面板转叶〔1〕的作用越小。这时流体的动力主要是对纵流向双动片〔3〕作用。主轴〔11〕仍是顺时针方向旋转。

从上述表明，当流体的流向为水平任意流向和纵流任意流向流经原动机，动机主轴〔11〕旋转方向均是顺时针方向。如果当流体流向为水平流向和纵流向之间即发生偏角方位流经原动机，它们对动机的作用，推动动机旋转的方向也仍为顺时针方向。上述空间任意流向的流体流经原动机，动机主轴〔11〕都是顺时针方向旋转，即动机旋转的方向和流经原动机流体的流向无关。

本发明水平任意流向型流体力原动机和空间任意流向型流体力原动机，两种型式的外形结构是园框形或长方框形机体都为一个整体结构，体积小，重量较轻，安装方便稳固。任何地理条件和环境都能适应安装使用。並且两种型式的流体力原动机，水力和风力都可用。特别是利用潮汐潮流的自然动力转换成机械能或直接进行发电，利用潮流和海风，可以提供舰、船的推进机动力。是很有发展的使用方式。流体力原动机还可以在高层屋顶安装，不需要建筑高架，有一个固定机架的座架就可以安装，並且不需随风向反流调整方向，操作使用和更易安装地点方便。

本发明的装备用于潮汐潮流和水力自然动力转换成机械能或发电的安装方式，是以双体船为一单位的换能站比较合适，流体力原动机安装在两船之间。双体船停泊的位置是以潮流和流水对转换能量最有利的水面。这种装置方式移动变位灵活方便。潮汐潮流的能量和风动力的能量，用本发明的装备转换，可以得到满足人类需要的动力能源。

本发明如果配装增流器，可以增加流体力原动机作功效率2～4倍，或可调节动机转速不受潮流变化的影响还可调节发电量。关于增流器，另立专利申请文献。

本发明如果配装制成有同步器装置的流体力原动机，作为转换潮汐潮流和水力能量装备。同步器的功能可解决因潮汐潮流潮位的高低流层发生高低变化及上下流层的流速不同涨潮落潮流的反向流流层等自然流态现象所产生的对原动机的影响。关于同步器另立专利申请文献。

Claims (22)

1、一种利用自然流体的动力即水力和风力。将其动能转化为机械能的流体力原动机，其特征是：

a、原动机的转轮呈水平布置，即旋转主轴与水平面垂直。

b、转轮圆形框架中设置有只能单向开启的多个平面单向动叶或转叶(最好是6个)。

c、流经转轮圆形框架的流体方向为水平任意流向或为空间任意流向。

2、如权利要求1所述的流体力原动机，其特征是平面形单向动叶可上下翻动，转叶可绕平面板的转轴转动。

3、如权利要求1所述的流体力原动机，其特征是原动机的转轮可制作成任意直径，可制作成最大的与水流面宽度相当的直径，以利用其最大的有效面积。

4、如权利要求2所述的流体力原动机，其特征是叶片材料可用铝镁合金制成。

5、如权利要求1所述流体力原动机，其特征是空间任意流向型的原动机，其平面板转叶〔1〕上还装有1～2片横向扇形的纵流向动片〔3〕。

6、如权利要求3所述流体力原动机，其特征是圆形框轮架〔12〕内，其中心根据需要还可设置与上述相同的多个内圆形框轮架〔22〕其主轮轴〔11〕居中心位置。

7、如权利要求1或3所述流体力原动机，其特征是圆形框轮架〔12〕是用多条（6条）横接杆〔15〕和轮圈〔13〕装接成轮圈架，以相同的两个轮圈架和多条（6条）竖接杆〔17〕联接成圆形框轮架〔12〕。

8、如权利要求6或7所述流体力原动机，其特征是内圆形框轮架〔22〕的结构，用多条（6条）内竖支杆〔23〕与上、下横接杆〔15〕、〔16〕联接，又和内轮圈〔19〕、〔20〕联成和上述相同的内园形框轮架〔27〕。

9、如权利要求6所述原动机，其特征是内转框是通过等距离垂直竖支杆〔23〕和径向上、下横接杆〔15〕、〔16〕联接成的。

10、如权利要求6和9所述流体力原动机，其特征是内圆形框轮架〔22〕内还可设置和上述相同的动叶〔1〕或转叶〔1〕，形成第二层或多层转轮〔27〕结构。

11、如权利要求5所述原动机结构，其特征是纵流向动片〔3〕为双片或单片。

12、如权利要求5或11所述原动机结构，其特征是定位联轴〔5〕和动程联轴〔6〕把两片动片联成一体。

13、如权利要求12所述原动机结构，其特征是动叶〔3〕的定位联轴〔5〕装置在转叶轴〔9〕的定位点〔7〕位置，动联轴〔6〕设在动程槽〔8〕槽里。

14、如权利要求5或13所述原动机，其特征是纵流向双动片〔3〕的位置，设置在转叶〔1〕的两面，並且装置在平面板转叶〔1〕上的位置，各邻转叶应上下参差装置。

15、如权利要求12或13所述原动机，其特征是纵流向动程槽〔8〕的动程为上、下为45°弧度角内，θ₁＝θ₂。

16、如权利要求1或2所述水平任意流向型流体力原动机，其特征是单向动叶〔1〕用联环〔4〕联挂，单向动叶〔1〕翻动的范围在垂直和水平之间，並且只能一个单向翻动。

17、如权利要求16所述原动机，其特征是单向动叶〔1〕的垂直定位关系，是用单向定位杆〔2〕拦住的。

18、如权利要求10所述原动机，其特征是内层转轮〔27〕可截分成两个或多个内转轮的原动机结构，可提高有效作用面积。

19、如权利要求1或2所述原动机，其特征是平面板转叶〔1〕为竖立式，定位在轮圈〔13〕、〔14〕之间，並且平面板转叶〔1〕的宽度大于外轮圈〔13〕和内轮圈〔19〕之间的距离1～5%。

20、如权利要求1所述，其特征是水平任意流向型流体力原动机的机架为圆形框架机座。

21、如权利要求1所述，其特征是空间任意流向型流体力原动机的机架为方形框架或长方形框架。长方形框架的长和宽的比为2∶1。

22、如权利要求20或21所述，其特征是机架中设置有轴承〔35〕和顶珠〔37〕可减小主轴的磨擦力，並且在机架底座开有排泥孔〔32〕和机架固定螺孔。

附图6上的编号50、51、52、53是增流器装置，该装置另立专利申请文献。

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