專利名稱：帶聚能器流體能轉(zhuǎn)換裝置及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的裝置，特別是一種帶聚能器綜合利用風(fēng)、水流、潮流流體能轉(zhuǎn)換裝置。
現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)動機的能量轉(zhuǎn)換效率有待提高，兩架風(fēng)力發(fā)動機之間需足夠安裝距離，一套風(fēng)力發(fā)動機組占用地很大，這些風(fēng)力發(fā)動機只適合單一自然能的利用；現(xiàn)有水能利用裝置，如水電站的水輪機或潮汐電站的水輪機等，均需要龐大的水庫，也只適應(yīng)單一自然能的利用。
為解決綜合利用風(fēng)能與水能，美國專利4032257提出了流體力發(fā)動機，中國專利85106954.1在該專利構(gòu)思基礎(chǔ)上提出了改進方案，它在原動機每個轉(zhuǎn)葉上均裝上一個橫葉，流體流向垂直于主軸時，流體推動轉(zhuǎn)葉繞主軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)流體流向有平行主軸分量時，自動移動至一定傾科角度的橫葉，在流體推動下，經(jīng)轉(zhuǎn)葉拖動原動機主軸旋轉(zhuǎn)，達到綜合利用空間任意流體流向的能量，這種結(jié)構(gòu)為保證橫葉移動需要復(fù)雜的構(gòu)件，構(gòu)件制造互藝要求高，同時在運轉(zhuǎn)過程，由于橫葉自徑向展開占較大運動空間，這類裝置的轉(zhuǎn)葉排列均呈對稱狀，但由于豎軸結(jié)構(gòu)的特點，葉片在旋轉(zhuǎn)一周中，有半周以上不承受流體流動作用，因而造成傳動件上載荷不均勻，影響構(gòu)件的壽命；為了提高流體能轉(zhuǎn)換裝置的效率，除了上述橫葉結(jié)構(gòu)以外，美國專利4486143提出了集流板結(jié)構(gòu)方案，它用于多層組合的風(fēng)力發(fā)動機，每層透平配合一組集流板，以形成有利透平工作的迎風(fēng)面，同時阻擋那些不利于透平旋轉(zhuǎn)互作的風(fēng)面，在集流板結(jié)構(gòu)上形成氣流旁通，以消除其對透平葉片的不利影響因素，而旁通氣流在集流板中心區(qū)側(cè)回收，再返回到透平進氣處，以增加運行效率，這種結(jié)構(gòu)，對氣流容積的控制受到板構(gòu)造的限制，較難達到氣流以最佳狀態(tài)進入透平葉片，旁通式構(gòu)造使氣流未作功而流失，雖然已經(jīng)考慮回收，但是大部分仍然是得不到利用，這樣結(jié)構(gòu)的氣流通路不能對流通道，只能由渦輪機中心流出，適用于風(fēng)能但不宜用于水流和潮流。
本發(fā)明的目的是要提供一種改進的流體能轉(zhuǎn)換裝置，它能以較簡單結(jié)構(gòu)和較高的轉(zhuǎn)換效率將風(fēng)、水流、潮流等流體能轉(zhuǎn)換成機械能，并提供使用該裝置的方法。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種流體能轉(zhuǎn)換裝置，由轉(zhuǎn)子、聚能器、機架、肩軌架、回轉(zhuǎn)架和回轉(zhuǎn)軌架組成，其結(jié)構(gòu)特點是a.轉(zhuǎn)子呈兩層結(jié)構(gòu)，上葉片與下葉片在轉(zhuǎn)架圓周排列呈均布并相互交錯，以求在轉(zhuǎn)架上作用的扭矩分布比較均勻；上下兩層中間設(shè)置一擋流板，以加強流體流動的聚流作用；在轉(zhuǎn)架的外圓周上設(shè)減慣桿與減慣彈簧，當(dāng)葉片外甩時能起緩沖作用；轉(zhuǎn)架兩端輪輻中心處設(shè)一焊制軸伸，避免復(fù)雜的整軸結(jié)構(gòu)，并能減輕設(shè)備重量。
b.聚能器由邊流板、中流板和接流板組成，構(gòu)成一自外向內(nèi)的收縮型流道，接流板固定在框架上；邊流板外側(cè)經(jīng)鉸接柱安裝在框架上，內(nèi)側(cè)設(shè)邊系柱，邊系柱上裝設(shè)邊系索，邊系索經(jīng)滑輪在另一端系一重錘，系索與重錘控制邊流板的開合與開合口的大小，調(diào)節(jié)進入轉(zhuǎn)子的流體流量；中流板外側(cè)經(jīng)鉸接柱安裝在框架上，內(nèi)側(cè)邊設(shè)中系柱，中系柱上裝設(shè)中系索，中系索經(jīng)滑輪在另一端系一重錘，系索重錘控制中流板的開合，并控制中流板與接流板構(gòu)成斜口的開口大小，調(diào)節(jié)進入轉(zhuǎn)子的流體流量。
為了使上述流體能轉(zhuǎn)換裝置的功能得到充分發(fā)揮，本發(fā)明的使用方法包括有；同時利用風(fēng)能、水流能、潮流能，轉(zhuǎn)換裝置各單元串聯(lián)，水面上機組接收風(fēng)能，水面下機組接收水流能、潮流能，各串聯(lián)機組可并列組成流體能轉(zhuǎn)換站，風(fēng)能的水面機組與水能的水面下機組的輸出端設(shè)在水面艙室內(nèi)；各轉(zhuǎn)換裝置單元串聯(lián)與并列的機組，分別驅(qū)動空氣壓縮機，一組空氣壓縮機的輸出氣管并聯(lián)將壓縮空氣輸入最后一個機組加壓，加壓后壓縮空氣貯存于氣罐，作為可利用的貯能器，在并聯(lián)機組中風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置各單元之間必須有大于轉(zhuǎn)子直徑5倍的距離。
本發(fā)明采用軸伸轉(zhuǎn)架結(jié)構(gòu)和上下層葉片交叉布置，使流體能轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)簡化，傳遞載荷均勻，板式收縮流道可控制流道開口度的聚流結(jié)構(gòu)，提高了流體能能量的利用率，本發(fā)明提出了流體能轉(zhuǎn)換裝置的各種使用方法，充分發(fā)揮本發(fā)明提出的流體能轉(zhuǎn)換裝置的練合利用功能，為提供無環(huán)境污染的清潔能源開拓新的途徑。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由以下實施例及其附圖給出。


圖1是根據(jù)本發(fā)明提出的帶聚能器流體能轉(zhuǎn)換裝置的軸側(cè)示意圖。
圖2是圖1流體能轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)子軸側(cè)示意圖。
圖3是圖1流體能轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)子俯視圖。
圖4是圖1流體能轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)子自擋流板下方俯視圖。
圖5是圖1流體能轉(zhuǎn)換裝置聚能器俯視圖。
圖6是圖1流體能轉(zhuǎn)換裝置雙向聚能器俯視圖。
圖7是流體能轉(zhuǎn)換裝置串聯(lián)使用示意圖。
圖8是流體能轉(zhuǎn)換裝置串聯(lián)并列使用示意圖。
圖9是流體能轉(zhuǎn)換裝置以壓縮空氣蓄能示意框圖。
圖10是流體能轉(zhuǎn)換裝置綜合使用示意框圖。
圖11是流體能轉(zhuǎn)換裝置在水電站上下游使用示意圖。
參照圖1、2，帶聚能器流體能轉(zhuǎn)換裝置A，包括有轉(zhuǎn)子1、聚能器2、機架3、肩軌架4、回轉(zhuǎn)架5，回轉(zhuǎn)軌架6、聯(lián)軸器7和風(fēng)舵8，轉(zhuǎn)子1的兩端軸伸102、107分別支承在上、下回轉(zhuǎn)架5的軸承上，轉(zhuǎn)子1的轉(zhuǎn)架101設(shè)有上下帶輪輻的輪框和中部的擋流板108，三者以上、下?lián)鯒U104、106和上、下葉片軸111、112聯(lián)接，上輪輻中心設(shè)上軸伸102，下輪輻中心設(shè)下軸伸107，上、下葉片軸111、112分別裝設(shè)上、下葉片103、105，轉(zhuǎn)架101的外圓上設(shè)減慣桿109和減慣彈簧110，減慣彈簧110一端固定于上下輪輻和擋流板108，另一端固定于減慣桿109，即每一減慣桿109的兩端均分別有一個聯(lián)接的減慣彈簧110，減慣彈簧110在輪輻或擋流板108上的固定點114位于相應(yīng)葉片軸111、112的旋轉(zhuǎn)方向的前方，固定點114與葉片軸111、112之間設(shè)一彈簧支點113，上葉片103的數(shù)量為4～6個，下葉片105數(shù)量和上葉片103數(shù)量相等，對應(yīng)每個葉片都有一個擋桿104、106，一個減慣桿109和兩個減慣彈簧110。如圖3、4所示，在圖示流體流向V的作用下，上葉片103在a、b位受上擋桿104阻擋，并在流體力作用下拖動轉(zhuǎn)子1旋轉(zhuǎn)作功，上葉片103在c、d位順流體流向張開，減少轉(zhuǎn)子1的旋特阻力，提高機械效率，此時上葉片103在減慣桿109和減慣彈簧110的緩沖作用下，減少上葉片103張開時的沖擊載荷；下葉片105和上葉片103在圓周向排列呈均布交錯，改善轉(zhuǎn)架101的扭矩傳遞載荷分布特性，下葉片105在a’、b’、c’、d’位上的互作狀態(tài)和上葉片103在a、d、c、d位上的互作狀態(tài)相同。轉(zhuǎn)子1中部所設(shè)擋流板108阻擋流體平行于轉(zhuǎn)子1軸線向的分量，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪庇谵D(zhuǎn)子1軸線向的流動，改善裝置的能量利用效果。轉(zhuǎn)子1的上下軸伸102、107采用軸段焊制結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)子不再有一根長軸，簡化結(jié)構(gòu)，減輕重量，上下軸伸102、107根據(jù)使用需要采用聯(lián)軸器7作為功率輸出的聯(lián)接，當(dāng)各轉(zhuǎn)于串聯(lián)連接時，則應(yīng)用萬向聯(lián)軸器連接，以保證傳動的可靠性。
參照圖5，聚能器2由邊流板201、中流板202和接流板203組成，這些板和其他附件都是安裝在機架3和固定于機架3的框架215上，邊流板201、中流板202和接流板203構(gòu)成一自外向內(nèi)的收縮型流道，其高度和轉(zhuǎn)子1相等。接流板203固定在框架215上，固定側(cè)邊位置對應(yīng)于轉(zhuǎn)子1的中心線，另一側(cè)邊制成斜切邊，與中流板202的斜切邊共同構(gòu)成斜口207，為增加剛度在接流板203上設(shè)固定于框架215的加強桿。邊流板201的外側(cè)邊設(shè)鉸接柱204，鉸接柱204安裝在框架215上，邊流板201近轉(zhuǎn)子1中心的內(nèi)側(cè)設(shè)邊系柱209，邊系柱209上裝設(shè)邊系索211，邊系索211經(jīng)滑輪210、217在另一端系一重錘212，中流板202的外側(cè)邊設(shè)鉸接柱205，鉸接柱安裝在框架215上，中流板202的內(nèi)側(cè)邊制成斜切邊，在近斜切邊處設(shè)中系柱206，中系柱206上裝設(shè)中系索208，中系索208經(jīng)滑輪216、213在另一端系一重錘214。當(dāng)流體按V向流動時，經(jīng)聚能器2的收縮流道直至接流板203的內(nèi)側(cè)邊，流速增大，進入轉(zhuǎn)子1的工作半周，推動葉片作功，轉(zhuǎn)子1的非工作半周不受高速流流場沖擊，同時葉片又處于順流狀態(tài)，能量損失明顯減少；當(dāng)流體流速過大時，流體作用于邊流板201和中流板202的力增加，此力通過邊、中系柱209、206和邊、中系索211、208，克服重錘212、214的重力，邊流板201繞鉸接柱204自框架215向外側(cè)擺開，流體自張口處流失一部分，同時中流板202繞鉸柱205自斜口207處向外擺開，流體自張口處流失一部分，從而保證進入轉(zhuǎn)子1工作半周的流體流速比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)子1的輸出轉(zhuǎn)速也比較穩(wěn)定。邊系索211與重錘212控制邊流板201的開合，并隨流體流速的大小控制邊流板201開口的大小，中系索208和重錘214控制中流板202的開合，并隨流體流速的大小控制中流板202與接流板203構(gòu)成的斜口207的開口大小。
參照圖6，聚能器2為了適應(yīng)如潮流周期性改變流動方向等流體流動的需要，設(shè)計成雙向聚能器結(jié)構(gòu)，由兩個單向聚能器2呈108°對稱布置，其技術(shù)特征基本和單向時相同，為適應(yīng)雙向流動，中流板202’的旋轉(zhuǎn)支點設(shè)在相應(yīng)轉(zhuǎn)子1中心線處的框架215上，并在中流板202’自由側(cè)邊處e制成彎折形，使其具有更好的導(dǎo)流作用，當(dāng)流體自左側(cè)流入時，左側(cè)聚能器2的邊流板201和中流板202’構(gòu)成收縮流道，右側(cè)聚能器2的中流板202’在流體作用力和重錘重力作用下向轉(zhuǎn)子1中心線側(cè)擺動，形成良好的排流通道，當(dāng)流體自右側(cè)流入時，右側(cè)聚能器2的邊流板201和中流板202’構(gòu)成收縮流道，左側(cè)聚能器2的中流板202’在流體作用力和重錘重力作用下向轉(zhuǎn)子1中心線側(cè)擺動，形成良好的排流通道。
參照圖1，機架3是用來支承與安裝轉(zhuǎn)子1和聚能器2，機架3由型材和桿件焊制構(gòu)成，當(dāng)流體能轉(zhuǎn)換裝置A用于水流和潮流等流向比較穩(wěn)定的處所時，機架3除構(gòu)架本體外，僅在頂部和底部設(shè)支承軸承，軸承與轉(zhuǎn)子1上的轉(zhuǎn)伸102、107配合，組成一簡單的轉(zhuǎn)換裝置單元，當(dāng)各單元串聯(lián)時，機架3僅需延伸其構(gòu)架長度，設(shè)置相應(yīng)支承軸承，和保證構(gòu)件的強度，即可組成串聯(lián)機組。當(dāng)流體能轉(zhuǎn)換裝置A用于風(fēng)能轉(zhuǎn)換時，機架3上加設(shè)肩軌架4、回轉(zhuǎn)架5、回轉(zhuǎn)軌架6和風(fēng)舵8，轉(zhuǎn)子1的軸伸102、107分別支承于上、下回轉(zhuǎn)架5的軸承上，換能器2固定在上、下回轉(zhuǎn)架5，風(fēng)舵8固定在回轉(zhuǎn)架5上，當(dāng)風(fēng)力作用于風(fēng)舵8時，風(fēng)舵8通過上回轉(zhuǎn)架5、連接構(gòu)件(聚能器框架215)和下回轉(zhuǎn)架5沿著回轉(zhuǎn)軌架轉(zhuǎn)動，直至風(fēng)舵8穩(wěn)定于順風(fēng)向。
參照圖7，機組由水面流體能轉(zhuǎn)換裝置A1和水下流體能轉(zhuǎn)換裝置A2、A3和A4組成，A1和A2的輸出端都接向水面艙室R，并在此為使用者提供需求的能源。
參照圖8，水面機組M1、水面下機組M2和水面艙室R組成一流體能轉(zhuǎn)換站，水面機組M1由流體能轉(zhuǎn)換裝置各單元A1并列組成，水面下機組M2由流體能轉(zhuǎn)換裝置各單元A5、A6、A7、A8、A9、A10、A11、A12并列組成，其中A1與A5、A1與A8、A1與A9、A1與A12串聯(lián)，并列構(gòu)成的水面機組M1的各單元間的間隔距離應(yīng)大于轉(zhuǎn)于1直徑的5倍。整體流體能源轉(zhuǎn)換站固設(shè)于浮體S上，浮體S則錨泊固定于海底或海岸。能源轉(zhuǎn)換站尚可充分利用水面結(jié)構(gòu)物的空間、在水面機組M1的頂部設(shè)置太陽能聚能裝置，構(gòu)成太陽能、風(fēng)能和水流(包括潮流)能的綜合利用。
參照圖9，流體能轉(zhuǎn)換裝置A各單元串聯(lián)與并列的機組M2、M3、M4、M5，分別驅(qū)動空氣壓縮機C2、C3、C4、C5，這些壓縮機的輸出氣管P并聯(lián)將壓縮空氣輸入最后一個機組Mo驅(qū)動的空氣壓縮機Co加壓，加壓后的壓縮空氣送入貯存罐T，該貯存罐T貯存的能量可供用戶L1的各種需要。
參照圖10，流體能轉(zhuǎn)換裝置A各單元串聯(lián)與并列的機組M驅(qū)動空氣壓縮機c，經(jīng)貯氣罐T和氣流調(diào)控器G的壓縮空氣驅(qū)動空氣渦輪發(fā)電機AT，輸電于電網(wǎng)，或由空氣渦輪發(fā)電機AT驅(qū)動制氫裝置H，供給氫燃料，并可配以太陽能發(fā)電裝置0制氫。能源開發(fā)可由上述組成的各個區(qū)站I、II等將電力輸入總的電力網(wǎng)，以供給更大的能源需求。
參照圖11，流體能轉(zhuǎn)換裝置A可用于水電發(fā)電站，在電站的上游或下游設(shè)置，也可在電站的上下游同時設(shè)置，充分利用水流能。
權(quán)利要求
1.一個由轉(zhuǎn)子(1)、聚能器(2)、機架(3)、肩軌架(4)、回轉(zhuǎn)架(5)、回轉(zhuǎn)軌架(6)和聯(lián)軸器(7)組成的帶聚能器流體能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于a.轉(zhuǎn)子(1)呈兩層結(jié)構(gòu)，上葉片(103)與下葉片(105)在轉(zhuǎn)架(101)圓周排列呈均布并相互交錯，上下兩層中間設(shè)一擋流板(108)，在轉(zhuǎn)架(101)的外圓上設(shè)減慣桿(109)和減慣彈簧(110)，特架(101)兩端輪輻中心處設(shè)一軸伸(102、107)，輪輻中部設(shè)上、下?lián)鯒U(104、106)；b.聚能器(2)由邊流板(201)、中流板(202)和接流板(203)組成，構(gòu)成一自外向內(nèi)的收縮型流道，接流板(203)固定在框架(215)上，接流板(203)固定側(cè)邊位置對應(yīng)于轉(zhuǎn)子(1)的中心線，邊流板(201)外側(cè)經(jīng)鉸接柱(204)安裝在框架(215)上，邊流板(201)的內(nèi)側(cè)設(shè)邊系柱(209)，邊系柱(209)上裝設(shè)邊系索(211)，邊系索(211)經(jīng)滑輪(210、217)在另一端系一重錘(212)，邊系索(211)與重錘(212)控制邊流板(201)的開合與開合口的大小，中流板(202)外側(cè)經(jīng)鉸接柱(205)安裝在框架(215)上，中流板(202)的內(nèi)側(cè)設(shè)中系柱(206)，中系柱(206)上裝設(shè)中系索(208)，中系索(208)經(jīng)滑輪(216、213)在另一端系一重錘(214)，中系索(208)和重錘(214)控制中流板(202)的開合，并控制中流板(202)與接流板(203)構(gòu)成斜口(207)的開口大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是上葉片(103)的數(shù)量為4-6個，下葉片(105)的數(shù)量與上葉片(103)的數(shù)量相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是上部的回轉(zhuǎn)架(5)上設(shè)一風(fēng)舵(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是兩個單向聚能器(2)呈180°對稱布置構(gòu)成雙向聚能器結(jié)構(gòu)，中流板(202’)的旋轉(zhuǎn)支點設(shè)在相應(yīng)轉(zhuǎn)子(1)中心線處的框架(215)上，在中流板(202’)自由側(cè)邊處e制成彎折形。
5.權(quán)利要求1中所述的流體能轉(zhuǎn)換裝置的使用方法，根據(jù)不同的功率需要，將本發(fā)明的流體能轉(zhuǎn)換裝置(A)作為一個單元，各單元的一端以萬向聯(lián)軸器(7)連接串聯(lián)成一組，串聯(lián)機組的最上端軸伸或最下端軸伸作為輸出能量的輸出端，或?qū)⒈景l(fā)明的流體能轉(zhuǎn)換裝置(A)并列，以傳動裝置作為輸出機械能的輸出端，其特征在于a.流體能轉(zhuǎn)換裝置(A)各單元串聯(lián)，構(gòu)成水面上機組(M1)和水面下機組(M2)，各串聯(lián)機組并列組成流體能轉(zhuǎn)換站，水面上機組(M1)和水面下機組(M2)的機械能輸出端均設(shè)在水面艙室(R)內(nèi)；b.流體能轉(zhuǎn)換裝置(A)各單元串聯(lián)與并列的機組(M2、M3、M4、M5)，分別驅(qū)動空氣壓縮機(C2、C3、C4、C5)，各空氣壓縮機的輸出氣管(P)并聯(lián)將壓縮空氣輸入最后一個機組(Mo)驅(qū)動的空氣壓縮機(Co)加壓，加壓后的壓縮空氣貯存于作為蓄能器的氣罐(T)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是并列構(gòu)成水面機組(M1)的各單元之間的間隔距離應(yīng)大于轉(zhuǎn)子(1)直徑的5倍。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種流體能轉(zhuǎn)換的新裝置及該裝置的使用方法，該裝置的特點是轉(zhuǎn)子呈兩層結(jié)構(gòu)，上下葉片圓周向排列呈均布并相互交錯，裝置設(shè)聚能器，充分利用流體的能量，且結(jié)構(gòu)簡單，傳力構(gòu)件載荷分布均勻。該裝置使用可串聯(lián)、并列或串聯(lián)并列同時應(yīng)用，能量輸出有多種方式，如直接輸出機械能、輸電能于電網(wǎng)、以壓縮空氣蓄能，構(gòu)成流體能轉(zhuǎn)換站，為提供無環(huán)境污染的清潔能源開拓新的途徑。
文檔編號F03B1/00GK1110761SQ9411403
公開日1995年10月25日 申請日期1994年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月16日
發(fā)明者姚玉龍 申請人:姚玉龍