專利名稱：萬向葉輪動力裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于利用水力或風(fēng)力等流動性的自然能源產(chǎn)生機(jī)械動力的裝置，尤其是利用方向不定的水力或風(fēng)力等。
自古以來，人類就想方設(shè)法利用水力或風(fēng)力資源，制作了各種水車、風(fēng)車等動力裝置，然后利用這些裝置來進(jìn)行各種作業(yè)，如舂米、磨面、直至發(fā)電，等等。但是這些裝置的受力部件本身都具有定向性，只能利用定向流動的水力或風(fēng)力等，即使裝置中采用了一些可調(diào)節(jié)方向的附加部件，但調(diào)節(jié)的范圍是有限的，對某些場合中方向不定的水流或風(fēng)流，象沙漠或海洋中經(jīng)常變換方向或不停地來回流動、甚至既有水平方向也有豎直方向運(yùn)動的水流或風(fēng)流，這些動力裝置就無法使用。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種萬向葉輪動力裝置，它的受力部件可以在方向不定的水或風(fēng)中產(chǎn)生定向運(yùn)動，即利用方向不定的水力或風(fēng)力產(chǎn)生機(jī)械動力。
本實(shí)用新型的解決方案如下整個動力裝置包括受力葉輪和轉(zhuǎn)軸，其受力葉輪與眾不同，是一種彈性葉柵，由彈性葉片組和固定框架構(gòu)成，葉片的截面為流線形，其前緣的彈性支軸的兩端安裝在圓環(huán)形的固定框架上，葉片位于兩端的兩個固定框架之間，沿圓環(huán)作同向均勻排列，兩固定框架之間通過支柱相連。
上述裝置的彈性葉柵可有幾種裝配方式一種是圓柱形的彈性葉柵，即由直徑相等的固定框架同軸相連而形成圓柱狀，此時葉片沿葉柵的軸向安裝在圓柱面上；另一種是圓片形的彈性葉柵，即由直徑不等的固定框架同心相連而形成圓片狀，此時葉片沿葉柵的徑向安裝在圓平面上；或者將前兩種彈性葉柵同軸組合在一起。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作詳細(xì)說明附


圖1.彈性葉片的結(jié)構(gòu)示意圖(之一)；附圖2.彈性葉片的結(jié)構(gòu)示意圖(之二)；附圖3.圓柱形彈性葉柵的受力分析圖；附圖4.組合形彈性葉柵的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5.附圖4的軸向視圖；附圖6.附圖5的A-A剖視圖；附圖7.附圖4的徑向剖視圖。
本實(shí)用新型的基本構(gòu)件是彈性葉片，即含有彈性支軸1的葉片2(見附
圖1、2)，葉片可在彈性支軸的彈性形變范圍內(nèi)繞軸左、右擺動。葉片的截面宜采用流線形，且彈性支軸位于葉片的前緣，以減少運(yùn)動時的阻力并便于擺動。當(dāng)葉片受到變換方向的水或風(fēng)等流體的作用時，由于葉片支軸的彈性，使葉片可以隨水力或風(fēng)力方向的變換而及時變換擺動方向，這時水或風(fēng)對葉片產(chǎn)生的作用力F始終有一個沿葉片初始平衡位置指向彈性支軸方向的分力F1，亦即不論受到向左或向右、甚至來回流動的水力或風(fēng)力，彈性葉片始終受到一個方向不變的運(yùn)動分力。將一組若干片葉片的彈性支軸兩端分別裝在位于葉片兩端的兩個圓環(huán)形固定框架3上，使葉片在兩個固定框架之間沿圓環(huán)作同向均勻排列，即葉片的頭尾相連(不相互重疊)，按同一旋轉(zhuǎn)方向均勻排列，使得葉片之間沒有相互干擾，兩固定框架之間通過支柱4相連、定位，這樣，彈性葉片組與固定框架就構(gòu)成了彈性葉柵。當(dāng)葉片在圓周運(yùn)動中的不同位置受力擺動時，葉柵始終受到沿切線方向指向固定轉(zhuǎn)向的運(yùn)動分力(見附圖3)，即能夠帶動其軸心處的轉(zhuǎn)軸5轉(zhuǎn)動，這就形成了萬向水力或風(fēng)力動力裝置。
當(dāng)彈性葉柵由直徑相等的固定框架同軸相連而成圓柱形時，葉片是沿葉柵的軸向安裝在圓柱面上，這時可以承受無論怎樣流動的徑向水力或風(fēng)力的作用；當(dāng)彈性葉柵由直徑不等的固定框架同心相連而成圓片形時，葉片是沿葉柵的徑向安裝在圓平面上，這時可以承受無論怎樣流動的軸向水力或風(fēng)力的作用；兩種彈性葉柵還可以組合在一起，即圓柱形與圓片形的彈性葉柵同軸連接在一起(見附圖4)，這樣就能承受任何方向的水力或風(fēng)力了。彈性葉柵還可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行串聯(lián)，如圓柱形的沿軸向串聯(lián)成若干排、或圓片形的沿徑向串聯(lián)成若干圈，以增加受力面積。
上述動力裝置還會根據(jù)彈性葉柵的轉(zhuǎn)速大小自動調(diào)整轉(zhuǎn)動力矩的大小，相當(dāng)于具有無級變速的功能。例如動力裝置未啟動時轉(zhuǎn)速為零，對于具有一定速度的、垂直于葉片方向的水力或風(fēng)力，葉片的攻角最大，其受力也最大，這時轉(zhuǎn)動力矩最大；當(dāng)動力裝置在初始轉(zhuǎn)動力矩的作用下轉(zhuǎn)動起來后，速度逐漸加快，對于同一方向同一速度的水力或風(fēng)力，葉片的攻角逐漸變小，其受力也逐漸變小，轉(zhuǎn)動力矩也逐漸變小，直至達(dá)到一種平衡狀態(tài)。彈性葉柵的這種特性使其起了無級變速器的作用，使該動力裝置具有較好的啟動性能。另外，當(dāng)用作速度較大的風(fēng)力動力裝置時，在轉(zhuǎn)速超過設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速時離心力會增長很快(與轉(zhuǎn)速的平方成正比)，在它的作用下處于不同受力狀態(tài)的葉片攻角都會大大偏離設(shè)計(jì)攻角，使葉片受力降低、轉(zhuǎn)速下降，因而具有限制超速的功能。
本實(shí)用新型在實(shí)施過程中，當(dāng)作為水力動力裝置時，葉片、固定框架及支柱等均采用輕質(zhì)高強(qiáng)度的材料制作，如鋁合金、工程塑料等，以便于浮起；而當(dāng)作為風(fēng)力動力裝置時，葉片宜用輕質(zhì)材料，而固定框架及支柱等可采用比重稍大一些的材料，以增加慣性和穩(wěn)定性，防止劇烈擺動時造成的轉(zhuǎn)動不穩(wěn)定；彈性支軸可選用彈簧片、扭簧等制作，其彈性系數(shù)K要根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求選?。蝗~片的平面形狀可采用矩形、扇形或其它形狀，根據(jù)具體應(yīng)用情況而確定；支柱采用螺紋件緊固，以便于安裝和拆卸。
本實(shí)用新型由于彈性葉柵的特殊受力方式從而能在方向不定的水流或風(fēng)流中產(chǎn)生定向運(yùn)動，即利用這些自然能源產(chǎn)生機(jī)械動力。它可以應(yīng)用于急流、浪涌或潮汐等水力發(fā)電，也可以作風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的風(fēng)車，或作其它的動力裝置。
權(quán)利要求1.一種萬向葉輪動力裝置，包括受力葉輪和轉(zhuǎn)軸，其特征在于受力葉輪為彈性葉柵，由彈性葉片組和固定框架構(gòu)成，葉片(2)的截面為流線形，其前緣的彈性支軸(1)的兩端安裝在圓環(huán)形的固定框架(3)上，葉片位于兩端的兩個固定框架之間，沿圓環(huán)作同向均勻排列，兩固定框架之間通過支柱(4)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的萬向葉輪動力裝置，其特征在于彈性葉柵是圓柱形的。
3.如權(quán)利要求1所述的萬向葉輪動力裝置，其特征在于彈性葉柵是圓片形的。
4.如權(quán)利要求1所述的萬向葉輪動力裝置，其特征在于彈性葉柵由圓柱形的和圓片形的同軸組合在一起。
5.如權(quán)利要求1、2、3、4之一所述的萬向葉輪動力裝置，其特征在于彈性葉柵可以由一個以上串聯(lián)組合。
專利摘要萬向葉輪動力裝置屬于利用水力或風(fēng)力等自然能源產(chǎn)生機(jī)械動力的裝置。它由彈性葉片組和圓環(huán)形固定框架構(gòu)成的彈性葉柵作為受力葉輪，使得受力葉輪本身能在受到任何方向、甚至來回流動的水力或風(fēng)力作用時，都產(chǎn)生定向轉(zhuǎn)動，并具有無級變速和限制超速的功能。它克服了以往裝置中受力部件的定向性問題，可以應(yīng)用于沙漠或江河海洋中的波浪、潮汐、急流等水力發(fā)電或風(fēng)力發(fā)電。
文檔編號F03B13/00GK2238922SQ9523945
公開日1996年10月30日 申請日期1995年3月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月25日
發(fā)明者寧宣熙 申請人:寧宣熙