方塔形水風(fēng)聯(lián)用動(dòng)力的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種新能源設(shè)備：方塔形水風(fēng)聯(lián)用動(dòng)力機(jī)。其特征是：它可以同時(shí)收施水流動(dòng)能和水流上方的風(fēng)能。四根鋼柱串聯(lián)N+1副正方形鋼框形成N層豎直方塔形塔架。四副水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)等分別設(shè)置在塔架的最下和次下層，4(N-2)副風(fēng)力帆輪串并聯(lián)設(shè)置在N-2層方塔形塔架四周，形成半交融狀態(tài)。上下相鄰的帆輪靠?jī)?nèi)齒輪聯(lián)系。帆門在風(fēng)力作用下隨帆輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在順風(fēng)一側(cè)載荷工作時(shí)呈形曲面，并接近和風(fēng)向垂直，呈現(xiàn)盡可能大的風(fēng)阻系數(shù)，在逆風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，風(fēng)阻系數(shù)接近零。
【專利說(shuō)明】方塔形水風(fēng)聯(lián)用動(dòng)力機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本實(shí)用新型涉及一種新能源技術(shù)。是為收施水流能、風(fēng)能而設(shè)計(jì)的機(jī)電裝置。
【背景技術(shù)】:
[0002]市場(chǎng)上已有的傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)，都存在下述缺憾:結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，抗風(fēng)毀能力差，難以大型、大功率化，不能水風(fēng)聯(lián)用。
實(shí)用新型內(nèi)容:
[0003]本實(shí)用新型的發(fā)明目的是:使其利用風(fēng)能的同時(shí)還可以利用水流能，而且容易大型、大功率化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，抗風(fēng)毀能力強(qiáng)。
[0004]技術(shù)方案是:設(shè)置N+1(N = I.2.3...)副高強(qiáng)度正方形鋼框，再用四根高強(qiáng)度鋼柱按相同的間距、相同的規(guī)格將鋼框串聯(lián)成N層豎直塔架，鋼框平面各處于不同的水平面上，其串聯(lián)固定點(diǎn)分別在鋼框四邊的中點(diǎn)。以塔架為基礎(chǔ)載體，上下串聯(lián)和并聯(lián)下述帆輪。
[0005]設(shè)置豎直帆輪轉(zhuǎn)軸，靠近轉(zhuǎn)軸的兩端各垂直設(shè)置一塊半固定鋼質(zhì)圓盤。所謂半固定是指:相對(duì)于轉(zhuǎn)軸，圓盤只能向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，類似自行車的飛輪。
[0006]聯(lián)固上下兩圓盤成為剛性體。以兩圓盤為基礎(chǔ)載體，間隔均勻設(shè)置六組活動(dòng)帆門。俯視活動(dòng)帆門組架、相對(duì)于轉(zhuǎn)軸呈放射狀，前視帆門組架，呈橫置‘開(kāi)’字狀，在其兩橫桿的近圓盤處，各水平焊置傾角60度左右的所謂的塑形斜柱，張口朝向轉(zhuǎn)軸。
[0007]每一帆門組架相對(duì)基礎(chǔ)圓盤都有30度左右的水平向自由轉(zhuǎn)動(dòng)余地；.^、L兩種規(guī)格的兩扇帆門被組合在組架上、并相對(duì)組架能較大角度的自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0008]^帆門的門架框面呈130度左右的二面角。一側(cè)面裝固定帆芯；另一側(cè)面裝活動(dòng)帆芯:其活動(dòng)軸在該側(cè)面框架的外側(cè)。
[0009]a帆門在其二面角頂點(diǎn)處通過(guò)軸承與活動(dòng)組架的外側(cè)邊、即遠(yuǎn)離基礎(chǔ)圓盤的側(cè)邊聯(lián)系。
[0010]L帆門:將兩塊長(zhǎng)度相同而寬窄不同的長(zhǎng)方形薄板通過(guò)合葉聯(lián)系。再用軸承將較寬的薄板聯(lián)系在組架中間豎軸上，形成一扇可折疊的帆門，它也可以在塑形斜柱的作用下、被塑形成L狀的二面角。
[0011]八、L帆門在隨整體帆輪的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)到順風(fēng)一側(cè)時(shí)、可自動(dòng)聯(lián)合組成既不重疊，又銜接較好的r-ν形迎風(fēng)曲面，而轉(zhuǎn)到逆風(fēng)一側(cè)時(shí)全部帆門平面都將和風(fēng)向平行，以最大限度的增大帆輪的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、減小阻力力矩。
[0012]除L帆門外，尚有其他結(jié)構(gòu)形式的帆門隨帆輪轉(zhuǎn)到順風(fēng)一側(cè)時(shí)、也可自動(dòng)形成^形迎風(fēng)曲面，而轉(zhuǎn)到逆風(fēng)一側(cè)時(shí)全部帆門平面都將和風(fēng)向平行。
[0013]以上4(N_2)副帆輪分別通過(guò)軸承限位于塔架的四角，形成4組、N-2層帆輪組，上下相鄰的帆輪通過(guò)內(nèi) 齒輪聯(lián)系。四組帆輪通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一體化向下輸送動(dòng)力。
[0014]于塔架的最下層的四個(gè)角處安裝四副水輪機(jī)。其結(jié)構(gòu)是:設(shè)置豎直轉(zhuǎn)軸，在靠近轉(zhuǎn)軸上端處設(shè)置一塊半固定鋼質(zhì)圓盤，以圓盤為載體、沿半徑向相互間隔90度固定四副帆門懸吊臂，凹面形帆門懸吊于懸吊臂下、凹面背向其轉(zhuǎn)動(dòng)方向。凹面形帆門僅能在豎直和水平間的90度內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。四副水輪機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一體化向上輸送動(dòng)力。
[0015]在次下層設(shè)置發(fā)電機(jī)等，接受上下輪傳送來(lái)的動(dòng)力。
[0016]以上所有帆輪劃為等分兩類，區(qū)別因素是:以順時(shí)針為參考向，帆門裝置在組架的前側(cè)或后側(cè)。上下串聯(lián)在同一塔角和對(duì)角的應(yīng)是同一類帆輪。
[0017]上述帆輪和塔架形成方塔形融合體、豎直固定在水流底床，僅把最下層的凹面帆門淹沒(méi)于水面下。
[0018]有益效果:以上設(shè)計(jì)、使本實(shí)用新型不但可以水風(fēng)聯(lián)用，而且還可以使其容易大型、大功率化，同時(shí)具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，抗風(fēng)毀能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是塔架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是帆輪的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是水輪機(jī)的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是帆輪的工作狀態(tài)示意圖；
[0023]圖5是本實(shí)用新型的俯視圖。
[0024]其中:1、塔架；2、轉(zhuǎn)軸；3、圓盤；4、組架；5、帆門；6、帆門；7、水輪機(jī)。
【具體實(shí)施方式】:
[0025]如圖1，為了使本實(shí)用新型大型化并具有強(qiáng)大的抗風(fēng)毀能力、其基礎(chǔ)支架要設(shè)計(jì)成四方塔形。設(shè)置N+1副高強(qiáng)度正方形鋼框，再用四根高強(qiáng)度鋼柱按相同的間距、相同的規(guī)格將鋼框串聯(lián)成N層豎直塔架I。鋼框平面各處于不同的水平面上，其串聯(lián)固定點(diǎn)分別在鋼框四邊的中點(diǎn)或四角(以下以串聯(lián)固定點(diǎn)在鋼框四邊中點(diǎn)的塔架為例說(shuō)明本實(shí)用新型)。以塔架為基礎(chǔ)載體，上下串聯(lián)和并聯(lián)下述帆輪。
[0026]如圖2，設(shè)置豎直轉(zhuǎn)軸2，靠近轉(zhuǎn)軸的兩端各垂直設(shè)置一塊半固定鋼質(zhì)圓盤3。所謂半固定是指:相對(duì)于轉(zhuǎn)軸，圓盤只能向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)和工作原理類似自行車的飛輪。通過(guò)轉(zhuǎn)軸2的外套管將上下兩圓盤3焊固成一體化剛體。上述半固定設(shè)置的目的是為以后的設(shè)備維護(hù)提供方便(后述)。
[0027]如圖2、圖4，在兩圓盤3的上表面靠近轉(zhuǎn)軸2處的圓上，各間隔60度均勻豎直固定6根短立柱?！皺M置‘開(kāi)’字形”高強(qiáng)度帆門組架4通過(guò)軸承裝聯(lián)在上下兩個(gè)對(duì)應(yīng)的短立柱上。組架4可以繞短立柱在一定的角度內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。在組架上下兩橫桿靠近圓盤處沿水平向各焊聯(lián)一根傾角60度左右的所謂塑形斜柱，張口朝向轉(zhuǎn)軸2。
[0028]每副帆輪上有6副上述的組架4。為了嚴(yán)格限制組架4轉(zhuǎn)動(dòng)的區(qū)限和角度(以30度為例)，擬在圓盤3的上表面沿半徑向焊固豎直擋板，每?jī)蓳醢鍖?duì)應(yīng)一根短立柱形成一組，共6組，組組規(guī)格相同且在圓盤上均勻分布，它使組架4繞短立柱在兩擋板之間轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)、轉(zhuǎn)角不超過(guò)設(shè)定的度數(shù)，例如30度。再在每一組兩豎直擋板的上沿用平板焊聯(lián)，形成扇面形限制空洞，以防組架4向上脫離圓盤。
[0029]每一帆門組架4上都組裝有兩種帆門，如圖4。[0030]帆門5的門架框面呈130度左右的,^，形二面角。一側(cè)面裝固定帆芯，例如厚
0.8mm鋁鎂合金板；另一側(cè)面設(shè)活動(dòng)帆芯:其活動(dòng)軸在該側(cè)面框架的外沿。在其二面角頂點(diǎn)處通過(guò)軸承與橫置‘開(kāi)’字形組架4的外側(cè)邊、即遠(yuǎn)離基礎(chǔ)圓盤3的側(cè)邊聯(lián)系。
[0031]帆門6:將兩塊長(zhǎng)度相同而寬窄不同的長(zhǎng)方形薄板通過(guò)合葉聯(lián)系。再用軸承將較寬的薄板聯(lián)系在組架4中間的豎柱上，形成一扇可折疊的帆門。
[0032]如圖3，在風(fēng)力作用下，帆門5、6隨整體帆輪轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到順風(fēng)一側(cè)時(shí)、可自動(dòng)組合成既不重疊，又銜接較好的形迎風(fēng)曲面，以增大阻力系數(shù)(如2.2)。而轉(zhuǎn)到逆風(fēng)一側(cè)時(shí)，帆門平面將都和風(fēng)向平行，極大的減小阻力系數(shù)(接近于零)，從而最大限度的增大帆輪的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、減小阻力力矩。
[0033]其詳細(xì)物理動(dòng)作是:如圖4所示、在南風(fēng)作用下(上北下南左西右東)，位于正右側(cè)(正東)的兩帆門:帆門6較寬的薄板平貼組架4，窄板在塑形斜柱阻擋下與寬板形成一定角度的二面角、如120度。帆門5的固定帆芯面、在與風(fēng)向垂直平面上的投影面積相對(duì)較大，接受風(fēng)力較大 而平貼組架4。使兩帆門5、6聯(lián)合形成λ?形曲面。
[0034]組架隨著帆輪的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，活動(dòng)帆芯緊貼其框架、在風(fēng)向垂直面上的投影面積逐漸加大、接受的風(fēng)力也逐漸加大，而固定帆芯面接受的風(fēng)力逐漸減小，當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)臨界角，導(dǎo)致帆門5整體大幅度逆時(shí)針?lè)D(zhuǎn):使固定帆芯平面向北、和風(fēng)向平行，另一側(cè)面上的活動(dòng)帆芯相對(duì)其框架張開(kāi)，也轉(zhuǎn)止和風(fēng)向平行。
[0035]上述臨界角的大小由兩個(gè)因素決定:1、帆門5 二面角的角度；2、帆門5 二面角兩個(gè)面的面積比。例:二面角的角度130度，面積比是1，臨界角將是20度。即圖示朝向正東的組架4繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)20度后，活動(dòng)帆芯在風(fēng)向垂面上的投影開(kāi)始大于固定帆芯的投影，接受的風(fēng)力也相對(duì)較大，導(dǎo)致帆門5逆時(shí)針?lè)D(zhuǎn)。調(diào)整有關(guān)數(shù)據(jù)，把臨界角設(shè)定為30度，以呼應(yīng)后述的舉例說(shuō)明。
[0036]如圖4所示朝向正東的組架4隨帆輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)30度，帆門6的窄薄板和風(fēng)向平行，進(jìn)而在風(fēng)力作用下向?qū)挶“逭郫B。轉(zhuǎn)過(guò)90度，帆門6在風(fēng)力作用下逆時(shí)針?lè)D(zhuǎn)、展開(kāi)，并在北向方位暫和風(fēng)向保持平行。
[0037]組架4隨帆輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，半周順風(fēng)半周逆風(fēng)。逆風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程，就是各帆門逐漸向組架靠貼的過(guò)程，進(jìn)入順風(fēng)半周后，逐漸形成O形迎風(fēng)曲面。在順風(fēng)半周的后期^形曲面解體，帆門都轉(zhuǎn)止和風(fēng)向平行。
[0038]如前述，每一組架4相對(duì)圓盤3都有30度的自由轉(zhuǎn)動(dòng)余地。所以相鄰兩組架4間的夾角既可以是30度，也可以是90度。當(dāng)某一組架4轉(zhuǎn)到圖示的正北方向后，不再隨帆輪轉(zhuǎn)動(dòng)，要暫停30/360 = 1/12周期的時(shí)間，使它和其后方的組架間的夾角由60度變?yōu)?0度。然后再隨帆輪正常轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)到正南方向時(shí)，它和其前方組架間的夾角已經(jīng)變?yōu)?0度。而后在風(fēng)力作用下零負(fù)荷快轉(zhuǎn)2 ω t = Θ +30角度后、進(jìn)入載荷工作狀態(tài)。其中、2 ω、t分別是組架4零負(fù)荷快轉(zhuǎn)的角速度和時(shí)間，30度是組架相對(duì)圓盤3最大轉(zhuǎn)角；Θ是t時(shí)間內(nèi)圓盤3轉(zhuǎn)過(guò)的角度。若帆輪正常工作時(shí)的尖速比設(shè)定為0.5，則圓盤3的角速度將是組架4零負(fù)荷快轉(zhuǎn)的角速度的0.5倍、即ω。由前述得出方程(Θ+30)/2 ω = θ/ω — Θ =30。故帆門進(jìn)入載荷的工作區(qū)間是(以風(fēng)向?yàn)閰⒖枷?:90-30~90+30度。解讀計(jì)算過(guò)程和結(jié)果:如圖4、為敘述方便，命名朝向正東(右)的組架為a組架，朝向正南(下方)的為b組架。a組架接受風(fēng)力、輸出動(dòng)力以角速度ω載荷轉(zhuǎn)動(dòng)(角位移)30度到90+30度的同時(shí)，b組架在風(fēng)力作用下，零載荷以2 ω的角速度角位移Θ +30 = 30+30 = 60度到90-30度的位置開(kāi)始載荷，并以角速度ω角位移60度到90+30度處后形迎風(fēng)曲面解體。如此設(shè)計(jì)的目的是:能使各帆門組無(wú)隙接替、輪流工作在與風(fēng)向盡可能垂直的狀態(tài)，以最大限度的增大風(fēng)的阻動(dòng)力。
[0039]事實(shí)上、尚有多種結(jié)構(gòu)形式的帆門及帆門組合可以達(dá)前述目的:順風(fēng)時(shí)呈O狀、逆風(fēng)時(shí)與風(fēng)向平行。
[0040]將4(Ν_2)副帆輪分別通過(guò)軸承限位于塔架的四角，形成4組、N-2層帆輪組。據(jù)觀測(cè)統(tǒng)計(jì)，同一時(shí)間、高度每上升IOm風(fēng)速加快7%。若設(shè)定帆輪組的層高是IOm則上下相鄰的帆輪要通過(guò)速比107/100的內(nèi)齒輪聯(lián)系，以便各個(gè)帆輪都盡可能工作在最佳狀態(tài)。于帆輪組的下端通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一體化向下輸送動(dòng)力。
[0041]在N層塔架的最下層裝置水輪機(jī)7。其結(jié)構(gòu)如圖3:設(shè)置豎直轉(zhuǎn)軸，在靠近轉(zhuǎn)軸上端處設(shè)置一塊半固定鋼質(zhì)圓盤，以圓盤為載體、沿半徑向相互間隔90度固定四副帆門懸吊臂，凹面形帆門懸吊于懸吊臂下。凹面形帆門僅能在豎直和水平間的90度內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0042]四副水輪機(jī)7通過(guò)軸承設(shè)置于塔架I最下層的四角，并通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一體化向上輸出動(dòng)力。
[0043]發(fā)電機(jī)等安置在塔架I的次下層。
[0044]將上述塔架、帆輪融合體豎直固定在水流底床，僅把下吊的凹面形帆門淹沒(méi)于水下。水輪機(jī)7在水流作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，半周順?biāo)?、半周逆水流。在順流半周，凹面形帆門豎直下垂并限位，使凹面迎阻水流得到動(dòng)力。逆流半周、在水流的沖擊和飄浮作用下，凹面向上掠浮水面、水阻較小，
[0045]以上所有帆輪(包括水輪機(jī))、按帆門與組架(懸吊臂)的相對(duì)位置劃分類別:以順時(shí)針為參考向，以帆門組裝在組架的前側(cè)或后側(cè)劃分、成為等分兩類。顯然，帆門裝置在組架的前側(cè)的帆輪，不管風(fēng)向，其轉(zhuǎn)向總是逆時(shí)針；而帆門裝置在組架的后側(cè)，其轉(zhuǎn)向總是順時(shí)針。如圖5上下串聯(lián)在同一塔架角和對(duì)角的應(yīng)是同一類帆輪。
[0046]大型、大功率塔形動(dòng)力機(jī)，其中有4(N_2)副風(fēng)力帆輪和4副水輪機(jī)。要維護(hù)其中某一帆輪，根據(jù)其結(jié)構(gòu)，單單阻停被維護(hù)的一副帆輪即可，因?yàn)閳A盤3相對(duì)轉(zhuǎn)軸2之間是半固定聯(lián)系，其結(jié)構(gòu)及工作原理類似自行車飛輪，整體串聯(lián)的轉(zhuǎn)軸2繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以單單阻停某一副帆輪并不影響其他帆輪繼續(xù)工作。
[0047]本實(shí)用新型也可以單取最下兩層成為水輪動(dòng)力機(jī)，也可以去掉水輪機(jī)層成為風(fēng)力機(jī)。所以有了前述的N = I.2.3...。
【權(quán)利要求】
1.一種方塔形水風(fēng)聯(lián)用動(dòng)力機(jī)是由塔架和帆輪組成，其特征是:其基礎(chǔ)支架是由N+1副正方形方框被四根豎直立柱串聯(lián)成為N層方塔形塔架，4(N-2)副帆輪分別通過(guò)軸承限位于塔架上部的N-2層四周，上下相鄰的帆輪通過(guò)內(nèi)齒輪聯(lián)系，形成4組、N-2層帆輪組，在塔架的最下層的四周設(shè)置4副水輪機(jī)，次下層內(nèi)設(shè)置發(fā)電機(jī)等，接受上下動(dòng)力輪傳來(lái)的動(dòng)力，N=I.2.3...。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方塔形水風(fēng)聯(lián)用動(dòng)力機(jī)，其特征是:靠近帆輪豎直轉(zhuǎn)軸(2)兩端、各垂直設(shè)置一塊圓盤(3)，上下兩圓盤通過(guò)豎直軸的外套管剛性聯(lián)固，聯(lián)固體通過(guò)有關(guān)技術(shù)、相對(duì)轉(zhuǎn)軸只能單方向轉(zhuǎn)動(dòng)，六副橫置‘開(kāi)’字形組架(4)呈放射狀均勻設(shè)置在兩圓盤上，組架相對(duì)圓盤有一定角度的水平向自由轉(zhuǎn)動(dòng)功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方塔形水風(fēng)聯(lián)用動(dòng)力機(jī)，其特征是:組架(4)上組裝有多扇帆門，這些帆門在風(fēng)力的作用下隨帆輪轉(zhuǎn)動(dòng)到順風(fēng)側(cè)時(shí)可以自動(dòng)聯(lián)合組成迎風(fēng)曲面，轉(zhuǎn)到逆風(fēng)側(cè)時(shí)帆門平面都將和風(fēng)向平行。
【文檔編號(hào)】F03B17/00GK203730215SQ201320374132
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月18日
【發(fā)明者】馬躍峰 申請(qǐng)人:馬躍峰