CN85108192A - 涡轮机 - Google Patents

Abstract

水动涡轮机的主体部分为圆锥(或类似)形状，分隔装有一系列车叶。每一车叶与主体连接，上端装于主体中部，其径向尺寸由上至下递增，而倾斜度递减。相邻车叶间有一由上至下越来越大的凹槽，向主体中轴区域提供一较低的压力，即可获得较高的效率。

Description

本发明是涉及一从液体操作的涡轮机，和特别地，而并不是唯一地，是一个当全部或部分地浸在一水流中时能用作泵水、发电、或其他工作的水动涡轮机。

在许多方面的用途上，很理想的是可以利用一流动液体所能提供的能量，举例说，在许多的农业应用上，河流中的能量是很需要被用作往一高处泵水，从作储存用途。在一些远离市区的地方，发电是特别需要的。

以往水轮机是被应用于将河流或水流中水流动的能量加以利用，通常这些水轮机是有在缓慢水流中很有限和低效率的表现，为了产生有用的水轮转速和较高的能量水平，一水流急速的水流，或一水坝的建筑是有需要的，用以提供足够的水头来带动水轮机。

风车机是用于泵水的，但风的提供并不是可预料的，尤其在需要时会不足够。风车机亦是应用着水轮机的同一原理来运作，和在微风下通常是并不很有效。

一可在水流，如河流或潮流中运作，耐用和制造费便宜的高效率水动涡轮机，是很需要的，再者，是一个可在低水流速度中发挥出较高能量的涡轮机，再者在很多用途上，能够在充满杂物的情况下，如在水流中有许多流动着的海藻等，仍然能运作是很重要的。

本发明比起先前技术来作出新的与有用的发展。

根据本发明所提供的水动涡轮，是包括一沿一中轴的中心主体部分，和沿中轴方向往底部增大着径向尺寸。多个车叶是环绕着中心主体的外表面被均匀地装置着，用以提供相应的车叶间的凹槽，每一车叶自位于中心主体外表面的中段部分上的前端开始延伸，而每一车叶的末端则是结束在上述底部的外缘侧，再者每一车叶自前端往末端通常增大着径向尺寸，而减小着倾斜角度;各相邻车叶间的凹槽则是沿下流方向扩大;当水轴向流主体部分往底部流着时，涡轮机便转动，而一相对低压带便会在底部中心沿下流附近形成。

中心主体部分最好是圆锥形的。

最好采用少数大面积的车叶，如五至十二块，和最理想地是九块沿中心主体部分外表面等距地被装置着的车叶。每个车叶的末端是被安置在底部邻近，和邻近隔一块车叶的前端是共同在一沿中轴平面上，即每一车叶是顺着圆周方向与下一块车叶重迭着50%。

每一车叶是与经其中心点的轴心平面成一四十五度的角度。

更理想地，每一车叶的前端是处于中心主体部分的中段位置。

更有好处地，中心主体是可以空心的，并可容纳一水泵，如一正排量泵，其是拥有一组相对的液压缸，和相对应被连接往一曲轴的活塞，以及一个控制缸内活塞行程的装置，举例说，如可使用一位置可移动的曲柄销，另一选择是可应用一可变冲程的膜片泵。另一选择是可将一发电机装置在这中心主体里。

以下将根据附图描述本发明的实施例，附图中：

图1是应用本发明一水动涡轮机的侧面图;

图2是涡轮机主体和车叶的结构图;

图3是一图解地显示涡轮机被装置在一双体船台上;

图4是一浮台上装置有涡轮机的实用型侧面图;

图5是图4涡轮的剖面图，是显示着水泵的装置;

图6是涡轮机的剖面图，有三个内置的发电机;

图7是图6涡轮机的端剖面图;

图8是一实施例的说明，其是被横过河流地装置着，并利用中和的浮力承托着。

如图1所示，涡轮机是拥有一圆锥形中心主体20和一主轴18，主体20从尖端部分19延伸到横向的水平底部21，底部21和轴18垂直。一组九块被分隔着的弯曲车叶22是被连接往主体20。

圆锥主体有一约六十五度的底角A，这底角与其他结构特点的结合，将产生出一个多用途的高效率涡轮机。每一车叶22自其前头端23至末端24，在半径方向增大着尺寸，前端23是处于沿中心主体20的约中段地方，而末端24则是处于底部21的平面上。图1显示一附加的加固棒25，被显示只装置在最下的车叶末端24处，并延伸横过往其紧扣的底部部分。

每一车叶与圆锥中心主体20是经济地用金属片制成，并如图2所示，应用简单的几何图形。为获得更高的效率，每一车叶是可以用翼剖面状，但这形状设计是将引至较高的成本价格。图2中明显地显示，拥有九块车叶的较理想实施例，其中圆锥主体是自-154°的扇形制作出来，为了方便制作，这扇形是被分为九个相等的17.11°扇形。每一车叶是沿圆锥主体伸延着，并沿圆周围着主体地占有二扇形，因而一车叶相对于下一车叶是有百分之五十重迭。图2显示每车叶22在摊平时之外形，车叶边缘22A是沿曲线L被紧靠和连接往圆锥主体上。在说明的实施例中，车叶的倾斜度是往底部21的方向减小下去。在头端23处车叶是与一沿圆锥主体在一中轴平面上的线成-34°角，该线通过前端，位于前端和底部21（以圆弧A表示）之间一半的地方，倾斜度已减小至45°，随后倾斜度继续再减小下去，每一车叶的后边缘22B，是拥有一相对于圆锥主体20底部直径大得多的高度。

在一普遍的实施例中，底部21的直径，如图1X所示，是六十厘米，而车叶后边缘22B的高度，如尺寸Y所示，是二十厘米。在这实施例中，水动涡轮机的总直径是约一米，其长度最好亦是约一米，或与其总直径相同。这实施例的底角约为65°。

一管状装置26是自圆锥主体尖端19向前伸出，用以容纳，举例说，一可能被装置在圆锥主体内的发电机或水泵的接驳。

涡轮机上车叶的正确数目，其形状与设计和相对于圆锥主体的比例，是可以改变的，但那根据图1及图2所描述的装置，是被认为可提供一高效率的涡轮机，特别是为用于比较缓慢的河流中。举例说，当应用一总直径为一米的涡轮机时，峰负转速与水流流速基本是线性关系。举例说，在约每秒一米的水流中，可得到约每分钟廿四转的涡轮转速。

再者，这涡轮机被发现从能量的生产来说，是相对地有效率的;以下的举例只是从一个一米涡轮机来加以说明的：

水流速度    能量（瓦）

0.5米/秒    12.3

1米/秒    98

2米/秒    785

3米/秒    2650

再者，涡轮机的外形，包括邻近车叶间所形成凹槽的发散形状，是被发现可提供一基本上是，相对于水流中携带着海澡和杂物，有自我清洁的效能;无论如何，高效率是被获得。本发明的实施例是可以有多种用途，造价便宜，维修需要量低，可靠性高和安装维修与操作简单易行。

本发明另一实施例的表现说明，是用在非常缓慢水流（0.14米/秒;或0.54米/小时）中总直径约为1.5米的涡轮机，用一内置在涡轮主体中的水泵被发现可以达到13.6升/分钟的泵水速率，而水泵的输出水压则为18.2米水头。

本发明的实施例是可以以很多种不同的形式装置，但一特别地有好处和有用的装置，是将会根据图3及图1被如下描述。图3的图解图形是显示水动涡轮34的一实施例被连接往双体船台35上，这实施例中，涡轮机是较图1及图2所显示的拥有较多的车叶，但这只是为了说明的目的而已。

双体船台中，是有一支承棒36经一枢轴栓37被装置着，而这棒则是连接着涡轮机34的一端。

一用以拨开杂物的导流尾鳍38，亦是被装置于双体船台的两浮物间。和被连接往支承棒36。支承棒36是被连接往一绳缆39，其当被顺着箭号X方向拉动时，便会使结构沿着枢轴转动而提起涡轮机34和导流尾鳍38至如虚线所示位置，以方便维修和/或运送。导流尾鳍是可以被解下来和然后被水平地扣紧，用以方便运送，如38所示。

另一可选择的结构，其可以是更便宜和更方便的，是一在其中涡轮机34是被装置在一可转动的主轴上，这主轴是被安置成一微角被装在水面上的轴承中，用以带动一旋转负荷，如泵，发电机或压缩器。

现在根据图4中本装置的实用形态，图中与图3相应的部分也是用着相同的数字来作表示。这实施例中涡轮机34是部分地被剖视，连接着有出水管41的水泵40，而出水管41则是被一停泊缆43的承托着。

双体船的外壳是微微展开成八字形的，即上流端较下流端分离得较开，用以产生一双体船的自定中心效应。每一外壳是可以有中心垂直板42（如图虚线示），用以作进一步增加定中心效果，并从一会聚隧道的作用来增加流过涡轮的水流速度。

图5中的实施例是应用另一不同型号的水泵40A，这水泵拥有两组相对的活塞，其是被装置成可在相应的液压缸45中往复移动，活塞是经相应的连接棒被连接往一曲轴46，而这曲轴46则是被连接往涡轮机的底部21，用以与其一起旋转。水泵的前端则是被安置往装置管25。

在涡轮机底部有一开口，其是被一网状物43掩盖着。水中可能有沙粒或其他杂物随附着，而这些杂物则是倾向积聚于圆锥主体的末端内部，如图中51所示，为了避免这问题，一幼细管52是至少某些车叶径向地向外伸延至车叶外尖处，用以排去这些积聚的沙粒。在圆锥主体尖端附近有小孔53，其是处于主体固体物33的刚好下流处，用以当主体被提起离开水面时（如根据图3所描述），把主体中的水排去。

一较理想的另一可选择进水装置是如图5虚线所示，也就是主体尖端19附近的一排被网状物掩盖着的进水孔54，沙粒是有效地经末端管道52被排出主体外。

图6及7是显示一涡轮机，其是连同与其一起旋转的内置发电机一起被应用。一中心齿轮61是被装置在安置管25处，和被装置以使与行星齿轮64互相作用，用以带动发电机60来发电。发电机是经滑动环63被连接往电缆62，用以沿布放在安置管25内的电缆输送电能。

涡轮机可被配置一装置，用以提供一中和的浮力，这可以是以一可膨胀气囊的形式被装置在涡轮机里，气囊是被使足够地膨胀着，因而涡轮机便可刚在水面之下被悬挂在水流中。涡轮机是可转动地被拴接往一固定的设置棒25上，用以防止被水流带走;在这情况下是不需要浮台的。图8中，一设置缆70是横过一河流地被伸展在两固定物，如树之间，然后一串涡轮机34被被拴往设置缆上，并带动转动装置，如装置在涡轮机内的水泵。

中心主体部分和车叶的外形，是容许一般的转动速度，其是较传统的水轮机为高速许多，这是因为后者转速是被水流速度所限制着。这是假设车叶上是会得到文氏效应;当水流经过中心主体部分时，速度便会增加，而水流撞向车叶上从使涡轮机。水流经过车叶间所形成的凹槽，被吸往涡轮机的紧贴后部低压地带时而继续加速，这低压地带是被中心主体部分末端的突然结束所产生，即那巨大而平的底部。这加速会在车叶末端形成一较低形成一较低压地带，其是被相信可帮助产生一高效率设计。

Claims (20)

1、一水动涡轮机包括：

一沿一中轴伸延的中心主体部分，其沿中轴往底部的径向尺寸是增加着的；

多个车叶是沿中心主体部分的外表面上被等距排列装置着，而车叶间则提供相应的凹槽，每一车叶是自其一前端伸延至其一末端，其前端是被装置在中心主体外表面的中间部分，而其末端至末端，其径向的尺寸通常是增加着的，而其倾斜角度则通常是减小着；

每一相邻车叶间的凹槽，是顺下流方向地扩大着；

上述底部是被设计成这样，当水流轴向地流经主体部分流向底部时，涡轮机便旋转，并有一较低压地带被形成于底部下流邻近沿中轴处。

2、根据权利要求1中的水动涡轮机，特征为其中上述的底部是约莫与中轴垂直地伸延着。

3、根据权利要求1或2中的涡轮机，特征为其中心主体部分是呈圆锥状的。

4、根据从上任何一项权利要求中的涡轮机，特征为其中是有五至十二块车叶被环绕着中心主体部分地等距排列装置着。

5、根据以上任何一项权利要求中的涡轮机，特征为其中每一车叶的末端是被装置于底部邻近，并且是与邻近后一车叶的前端同在一中轴平面上。

6、根据以上任何一项权利要求中的涡轮机，特征为其中每一车叶从前端与一经过前端的中轴平面成一延，大约用45°的角度和一通过车叶中间点的中轴平面相交。

7、根据以上任何一项权利要求中的涡轮机，特征为其中是拥有大约九块上述的车叶。

8、根据以上任何一项权利要求中的涡轮机，特征为其中每一车叶末端部分的径向尺寸，是约为涡轮机总直径的百分之十至四十左右。

9、根据以上任何一项权利要求中的涡轮机，特征为其中每一车叶的径向尺寸，是约为水动涡轮机总直径的百分之二十左右，而每一车叶的径向尺寸则是自前端往末端部分在逐渐增加着。

10、根据以上任何一项权利要求中的涡轮机，特征为其中每一车叶的前端是约被装置于沿中心主体部分的中段。

11、根据以上任何一项权利要求中的涡轮机，特征为其中每一车叶根部与中心主体的连接处，是沿一根曲线，而车叶自这曲线向外伸延。

12、根据以上任何一项权利要求中的涡轮机，特征为其中中心主体呈圆锥形的，而圆锥曲面与底部则是成六十五度角，再者，底部则大约是垂直于圆锥主体的中轴。

13、根据以上任何一项权利要求中的涡轮机，特征为其中一水泵是被装置在中心主体部分内，并被连接成可被中心主体部分的旋转所带动，而中主体部分则拥有一入水处。

14、根据权利要求13中的涡轮机，特征为其中水泵是一正排量泵，其是拥有多个相对的被压缸和其相应的活塞，或多个膜片被连接往一曲轴，和一用以控制缸内活塞的冲程，或隔板的冲程的装置。

15、根据权利要求13或14中的涡轮机，特征为其中至少有一管道是沿半径地自中心主体部分内底部的附近，向外伸延至在或邻近于一邻近车叶的末端的排出点，用以排出自流水中带来的杂物使其远离水泵。

16、根据以上任何一项权利要求中的涡轮机，其并是与浮台结合着，涡轮机在浮台上的装置，是有二状态的;第一状态是为涡轮机被装置在浮台之上，其是为方便运送，而第二状态则是为涡轮机被装置在浮台之下，其是为浸在水流中操作。

17、根据以上任何一项权利要求中所规限的涡轮机，其可利用中和浮力的。

18、一水动涡轮机器，其是包括一装置方法，用以在水流中装置一或更多的水动轮机，而每一涡轮机则是属于权利要求17中所提及的，并被连接带动一转动负荷。

19、一如在这里先前根据附图1及2中所描述的涡轮机。

20、一如在这里根据附图4、图5或图6及7中所描述的涡轮发电装置，和根据权利要求19中所提及的涡轮机。

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