專利名稱：發(fā)電和推進(jìn)裝置的螺旋透平的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透平，特別是涉及在多方向流體作用下可單方向轉(zhuǎn)動、用于水氣并動、液動、風(fēng)力或波動動力裝置的透平。
背景技術(shù)：
單向透平是一種可用潮汐之類雙向或反向流體或方向變動的風(fēng)生成單向轉(zhuǎn)動的透平。一般來說，公知有三種單向反動式透平，即Wells透平、McCormick透平和Darrieus透平。
如圖1所示，Wells反動式透平是一種螺旋槳型透平，包括從一轉(zhuǎn)軸伸出的一連串同心分布的長方形機(jī)翼形葉片。一般來說，該透平裝在一使流體與該轉(zhuǎn)軸的軸線平行地流動的導(dǎo)管中。這些葉片從該轉(zhuǎn)軸上沿徑向伸出而在與流體流向垂直的一平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。不管流體的流動方向如何，這些葉片總以機(jī)翼前緣的方向、在圖1中即為逆時針方向轉(zhuǎn)動。
Wells透平可快速轉(zhuǎn)動。其葉片的外端的速度大于流動空氣的速度，從而噪聲很大。此外，由于機(jī)翼形葉片的有效面積限制在線速度最大的外端，因此其效率較低。葉片無法充分利用轉(zhuǎn)軸周圍流體中的大量可用能量。
如圖2所示，McCormick透平包括一連串同心地裝在兩串定子葉片之間的V形轉(zhuǎn)子葉片。這些葉片安裝成可在一與流體流向垂直的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。定子葉片把流體引向轉(zhuǎn)子葉片。為用雙向流體實現(xiàn)單向轉(zhuǎn)動，外部定子葉片面向從一個方向流來的流體，而內(nèi)部定子葉片面向從相反方向流來的流體。
McCormick透平比Wells透平的噪聲小而效率高。但是，其轉(zhuǎn)速太低而無法直接帶動發(fā)電機(jī)。此外其構(gòu)造復(fù)雜、制造成本高。
如圖3所示，Darrieus透平是一種具有方向與流體流向橫交、與轉(zhuǎn)動軸線平行的筆直機(jī)翼形葉片的反動式透平。葉片可用圓周向端板、支桿或其他現(xiàn)有裝置裝到轉(zhuǎn)軸上。在某些情況下，葉片呈弧形而裝到轉(zhuǎn)軸的兩端上。具有筆直長方形葉片、垂直或水平裝在一長方形導(dǎo)管中的一種Darrieus反動式透平直接放置在水流中而利用水力。Darrieus透平轉(zhuǎn)動時由于其葉片通過流體中的高壓區(qū)時加速而發(fā)生強(qiáng)烈脈動，從而透平的效率降低。
因此仍需要一種可高速運(yùn)轉(zhuǎn)的小噪聲、高效率、轉(zhuǎn)速恒定、簡單的單向透平。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種可滿足工業(yè)發(fā)電機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)要求的單向螺旋透平。該透平包括一工作輪，其上裝有數(shù)個與流體流向橫交、可在一與流體流向垂直的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的機(jī)翼形螺旋葉片。這些葉片伸展在裝在一轉(zhuǎn)軸上的一對平行圓盤之類的兩支撐件之間。不管流體流向如何，這些葉片以機(jī)翼的前緣的方向轉(zhuǎn)動。
由于葉片呈螺旋形，因此可確?？傆幸徊糠秩~片相對流體流向處于最佳位置上，從而生成最大推力而轉(zhuǎn)動透平。與Darrieus透平隨著葉片通過效率最低和最高推力區(qū)而加速和減速從而轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定不同，連續(xù)的螺旋葉片可保持轉(zhuǎn)速恒定。螺旋葉片的歪斜的前緣還降低了透平轉(zhuǎn)動的阻力。螺旋葉片可工作在引導(dǎo)流體的導(dǎo)管中，也可不使用導(dǎo)管。
在另一實施例中，在螺旋葉片內(nèi)部設(shè)置一分流圓筒把流體導(dǎo)向透平的葉片，從而提高葉片周圍的流速和螺旋透平的輸出功率。裝有分流圓筒的螺旋透平也可用作升降潛水艇或可浸入水中的駁船之類物體的裝置。
螺旋透平也可裝有多層或多圈同心布置的螺旋葉片。相鄰各圈的葉片沿圓周錯開，從而它們在流體中不相重疊。即，內(nèi)部葉片位于外部葉片之間的空間中。這種多層結(jié)構(gòu)可提高轉(zhuǎn)矩和輸出功率。
在螺旋透平與一水-氣能量轉(zhuǎn)換器一起使用時，一管道互連一對室，該對室中的空氣由于用水交替充滿和排空兩室而交替壓縮和膨脹。這一交替壓縮和膨脹使得氣流以正反兩個方向交替流過該連接管道。從而裝在該管道中的螺旋透平可利用氣流中的能量而把它轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動機(jī)械能。該透平與一發(fā)電機(jī)連接而發(fā)電。由于該透平的轉(zhuǎn)速高到足以滿足常見發(fā)電機(jī)的要求，因此無需使用提高轉(zhuǎn)速的傳動裝置。
在使用水力時，該螺旋透平可裝在一位于潮汐之類流速在每秒5英尺以上的水流中的船中。螺旋透平位于流速最大的水面下而依靠該船隨著水的升降而保持在該位置上。該螺旋透平實施例特別適用于這一應(yīng)用。需要時可用一殼體把水流引向透平，但若流速足夠高，則無需使用該殼體。該透平與一可裝在船上的一水密封室中的合適發(fā)電機(jī)連接。該透平也可用于一般場合，例如大壩中。
該螺旋透平也可有效地構(gòu)作成模件，該模件最好包括從一端伸展到另一端的一個或多個螺旋葉片。在使用風(fēng)力時，數(shù)個模件垂直或水平排列在轉(zhuǎn)軸上，這些轉(zhuǎn)軸由用牽索固定在地面上的輕型結(jié)構(gòu)件支撐。最佳設(shè)計的模件只要透平轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向之間的夾角不為零都能以單向、恒定、不波動的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。
該螺旋透平也可使用海洋波浪的動力推進(jìn)海船或用作引擎驅(qū)動的海船的輔助推進(jìn)裝置。該螺旋透平可利用振動方向變動的海洋波浪而產(chǎn)生可用來推進(jìn)海船的很大轉(zhuǎn)矩。
從結(jié)合附圖的下述詳細(xì)說明中可更充分理解本發(fā)明，附圖中圖1為現(xiàn)有Wells透平的示意圖；圖2為現(xiàn)有McCormick透平的示意圖；圖3為現(xiàn)有Darrieus透平的示意圖；圖4為本發(fā)明螺旋透平的側(cè)視剖面圖；圖5為本發(fā)明螺旋透平的正視圖；圖6為沿圖5中VI-VI線剖取的剖面圖；圖7為沿圖5中VII-VII線剖取的剖面圖；圖8為本發(fā)明透平的側(cè)視剖面圖，示出有效推力區(qū)；圖9為圖5實施例的單個透平葉片的局部視圖，示出葉片上的推力的分解圖；圖10為本發(fā)明透平在一水-氣動力裝置中工作時的示意圖；圖11為按照本發(fā)明裝在一雙體船上、利用水能的一裝置的立體圖；圖12為圖11裝置的正視圖；圖13為圖11裝置的側(cè)視圖；圖14為本發(fā)明另一實施例的螺旋透平模件的示意圖；圖15為圖14透平模件垂直布置的一陣列的示意圖；圖16為圖14透平模件水平布置的一陣列的示意圖；
圖17為本發(fā)明裝有一分流圓筒的螺旋透平的另一實施例的正視圖；圖18為圖17螺旋透平的側(cè)視剖面圖；圖19為本發(fā)明海船推進(jìn)裝置的側(cè)視圖；圖20為圖19推進(jìn)裝置的正視圖；圖21為一透平陣列經(jīng)一傳動裝置與一臺發(fā)電機(jī)連接的示意圖；圖22為本發(fā)明一多層螺旋透平的側(cè)視剖面圖；圖23為本發(fā)明一多層螺旋透平的正視圖；圖24為一螺旋透平和產(chǎn)生一升力而用來保持一水下物體的浮動的分流圓筒的示意圖；圖25為圖24螺旋透平和水下物體的端視圖；圖26為用作一海船的風(fēng)帆的螺旋透平的示意圖。
對本發(fā)明的詳細(xì)說明圖4、5和14示出本發(fā)明一螺旋透平。該透平10包括數(shù)個用一個或多個透平葉片支撐件16可轉(zhuǎn)動地支撐在一轉(zhuǎn)軸14上的機(jī)翼形螺旋葉片12。機(jī)翼形葉片12可用鋼或塑料之類合適材料制成。在所示實施例中作為葉片支撐件的兩平行圓盤16相間距地固定安裝在轉(zhuǎn)軸14上，從而葉片12和圓盤16的轉(zhuǎn)動造成軸14跟著轉(zhuǎn)動。葉片12固定安裝成以螺旋形從一圓盤伸展到另一圓盤16而沿徑向與轉(zhuǎn)軸14相間距。葉片支撐件也可做成其他形狀，例如單個中部圓盤、徑向支桿等等。
透平10可直接放置在流體中，也可裝在一導(dǎo)管20中。若使用導(dǎo)管，則該導(dǎo)管一般包括相對兩側(cè)壁22，24、一頂壁26和一底壁28，從而構(gòu)成把流體引向透平的管道30。軸14與流過管道的流體橫交而比方說用該管道側(cè)壁上的軸承安裝成可轉(zhuǎn)動。此外、如照螺旋形狀，需要時可根本不使用導(dǎo)管。
每一螺旋葉片12呈具有一前緣36和一后緣38、與流體橫交的機(jī)翼形。葉片最好制成為公知的機(jī)翼形。葉片12裝在圓盤16的最大直徑上而一般沿由圓盤外徑所界定的一圓展開，從而每一機(jī)翼的弦一般但并非非得構(gòu)成該圓的一弧的弦。葉片的數(shù)量可任意。
從圖4可見，沿導(dǎo)管20以箭頭40的方向流動的流體使得透平10以箭頭42所示葉片的前緣36的方向轉(zhuǎn)動。同樣，沿導(dǎo)管20反向流動的流體也使透平以同一方向即葉片12的前緣36的方向轉(zhuǎn)動。顯然可看出，透平在一與流體平行的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。葉片12與轉(zhuǎn)軸14之間的徑向距離應(yīng)大到能獲取流體中的最大量能量。歪斜的前緣36還減小了對透平轉(zhuǎn)動的阻力。
螺旋葉片如圖5所示可分成兩個半部102a，102b，其中的一個半部為左旋螺旋，另一半部為右旋螺旋。這樣，如下文所述，推力的與軸14平行的分量互相抵銷。但是，需要時也可都為左旋或右旋或任何其他合適的螺旋形狀。各葉片的兩端固定安裝而從一圓盤橫向伸展到另一圓盤，從而生成一不連續(xù)、傳播流體的圓筒。此外，可用任何合適數(shù)量的支桿從轉(zhuǎn)軸垂直伸展到各葉片。這類支桿提高了該裝置的整體性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。葉片支撐件也可采取其他形狀，例如單個中部圓盤、只用徑向支桿，等等。
此外，總有一部分葉片12位于流體壓力的最有效區(qū)，從而產(chǎn)生最大推力轉(zhuǎn)動透平。圖8示出了頂壁和底壁旁的兩推力最小區(qū)和中心處的推力最大區(qū)?？梢钥闯觯瑢嶋H上推力從頂部最小到中部最大再到底部最小是連續(xù)變化而不是突變。這樣，葉片以不變轉(zhuǎn)速連續(xù)轉(zhuǎn)動，而不象其葉片不連續(xù)地通過推力最大和最小區(qū)的透平那樣發(fā)生加速和減速。
圖9示出作用在每一葉片上的推力的分解圖。作用在一葉片12上的推力A與該葉片的前緣36垂直。與轉(zhuǎn)軸14垂直的分量B為推力A的工作分量即相對該轉(zhuǎn)軸推動該葉片的分量。與轉(zhuǎn)軸14平行的分量C在轉(zhuǎn)軸軸承上作用一與轉(zhuǎn)軸平行的力。由于如圖5所示使用螺旋方向相反的兩個半部，因此這些分量相互抵銷，從而減小軸承的磨損。葉片的前緣與轉(zhuǎn)軸之間的夾角γ視具體應(yīng)用場合而定。
該螺旋透平特別適用于具有強(qiáng)大水流的液力場合，如下文詳述，可裝在船上或一河流的低水頭壩中。如下所述，該螺旋透平也可利用風(fēng)能和波浪能。
在圖17和18所示本發(fā)明的另一實施例中，該透平中在螺旋葉片202與轉(zhuǎn)軸214之間設(shè)置一般由一圓筒件構(gòu)成、伸展在該透平的透平支撐件208之間的長度上的一分流器206。該分流器206與螺旋葉片202同心地套在轉(zhuǎn)軸214上。該分流器206改變透平中流體的流向而如箭頭210所示使其流向外部的轉(zhuǎn)動葉片，從而增加葉片旁的流體而提高螺旋透平的效率和輸出功率。該分流器可固定在轉(zhuǎn)軸上而與葉片一起轉(zhuǎn)動(見下文)，也可比方說使用該分流器與支撐圓盤之間的合適軸承而相對葉片保持不動。若安裝成可轉(zhuǎn)動，則如公知的那樣，該圓筒形分流器可以安裝成以與葉片相同或不同的角速度轉(zhuǎn)動。
在水中和風(fēng)洞中對使用和不使用分流器的一小型螺旋透平進(jìn)行了試驗。該透平用環(huán)氧樹脂制成。試驗結(jié)果表明，使用分流器可大大提高透平轉(zhuǎn)速和輸出功率。在某些場合下，與不使用分流器的透平比較，效率可提高一倍以上。盡管圖17示出圓筒形分流器使用在本發(fā)明螺旋透平中，但它也可使用在Darrieus透平中。
如圖22和23所示，螺旋透平也可裝有數(shù)個層或數(shù)個圈同心布置的螺旋葉片220，222。圖22示出兩圈葉片，每圈三個螺旋葉片。圖23示出兩圈葉片，每圈兩個螺旋葉片。盡管示出兩圈，但可采取任何合適的圈數(shù)。同樣，每圈可包括任何合適數(shù)量的葉片。相鄰兩圈的葉片的螺旋可以、但并非非得互相錯開，以便防止外部葉片遮住內(nèi)部葉片。多層結(jié)構(gòu)可提高轉(zhuǎn)矩和功率。多層螺旋透平可在現(xiàn)有發(fā)電廠的高水頭下運(yùn)行，因為多層透平提高了對高壓水流的阻力。
圖10示出本發(fā)明螺旋透平用于比方說美國專利Nos.5,074,710或5,222,833所公開的水氣并用發(fā)電裝置。如上所述，該裝置包括由共同軸上的進(jìn)口和出口73，74，75，76互連的兩水室71，72。隨著該兩室中的水面交替升降，水面上方空間中的空氣交替壓縮和膨脹。空氣與水面升降同步地以正反兩個方向流過互連該兩室的導(dǎo)管20。
本發(fā)明透平10裝在該導(dǎo)管中。流動空氣如上所述使透平轉(zhuǎn)動。當(dāng)兩室中的水流反向時，導(dǎo)管中的空氣也反向。但透平的轉(zhuǎn)動方向不變。在空氣流動周期中，空氣以第一方向流動，空氣的流速提高到最大值。
該透平以任何合適方式與一發(fā)電機(jī)79連接而發(fā)電。該透平在1英尺或2英尺的低水頭下也能達(dá)到1800或3600rmp的轉(zhuǎn)速。因此，該裝置可用于無法建造高壩的小型河流上發(fā)電。
如圖11-13所示，本發(fā)明螺旋透平可裝在一船120上。船120隨著波動的水面升降，從而確保透平始終位于最大流速區(qū)。圖11-13示出一雙體船，盡管也可使用其他類型的船或筏。按本發(fā)明上述任一實施例所述的一螺旋透平124安裝成伸展在該雙體船的兩浮筒或船殼126，128之間而與箭頭130所述水流垂直。該透平124安裝在水面下而全部浸沒在水中。流過透平葉片132的水流如上所述使得葉片132和轉(zhuǎn)軸134轉(zhuǎn)動。
一般來說，透平或是裝在一形成上述透平室的一殼體中，或不使用殼體。若使用殼體，該殼體136可有前后開口138供水流130穿過殼體136而流過透平葉片132。該殼體可以任何合適方式裝到兩浮筒126，128上。但在比方說流速足夠大的某些場合，則無需使用殼體。轉(zhuǎn)軸134可以皮帶傳動之類合適方式與一發(fā)電機(jī)140連接。如圖所示，需要時可把該發(fā)電機(jī)裝在船上一合適的水密封室144中。
在另一實施例中，該螺旋透平可構(gòu)作成有效利用水力或風(fēng)力的一模件或組合成模件陣列。現(xiàn)有螺旋槳透平的可用功率與葉片的圓周速度成正比，該圓周速度隨著離開透平轉(zhuǎn)軸的距離的增加而增加。因此，現(xiàn)有透平的設(shè)計通常有一最大直徑。但是這類現(xiàn)有透平的大小受制于其強(qiáng)度以及在該直徑太大時可能由離心力和轉(zhuǎn)動造成的散架。螺旋透平在這方面具有很大優(yōu)點，因為其可用功率與等于其長度和其直徑的乘積的前面的長方形面積成正比，而該長度與角速度或離心力無關(guān)。一較小的螺旋透平便能獲得最佳機(jī)翼形狀、角速度、直徑和長度，而整個動力裝置可用這種模件組裝而成。這種動力裝置的若干模件可使用同一轉(zhuǎn)軸和發(fā)電機(jī)且容易建造和維修。
圖14示出一合適的螺旋透平模件304。該模件302包括一個或多個圍繞一中心軸314的螺旋葉片302。一般至少使用兩個螺旋葉片。這些葉片裝在一透平支撐件上，例如如上所述的與轉(zhuǎn)軸314連接的一個或多個圓盤308或徑向支桿上。葉片最好用鋁或纖維玻璃之類又輕又緊固的材料制成，需要時可做成空心。
圖15示出用圖14所示透平模件304組合成一陣列而利用方向變動的風(fēng)力。這些模件沿垂直方向頭尾相接。這些模件的螺旋方向最好布置成互相交替，從而一模件為左旋，而相鄰一模件為右旋。數(shù)個垂直相疊的模件互相鄰接而形成一透平模件壁體312。每一垂直堆可用任何合適方式支撐。例如?？捎媒Y(jié)構(gòu)件形成一圍住該垂直堆的輕型長方形框架或天線型結(jié)構(gòu)之類的桁架216后用牽索318固定在地面上。垂直堆的數(shù)量可任意，每一垂直堆中的模件數(shù)量也任意。這些垂直轉(zhuǎn)軸可與一臺或多臺發(fā)電機(jī)320連接?？擅恳晦D(zhuǎn)軸連接一發(fā)電機(jī)，也可如圖21所示多根轉(zhuǎn)軸用一合適的傳動裝置與一臺發(fā)電機(jī)連接。該模件透平陣列可如所公知的設(shè)置在任何合適的多風(fēng)地點，例如風(fēng)車型多風(fēng)農(nóng)莊。
圖16示出另一模件實施例，其中，圖14所示模件304水平布置。數(shù)個水平轉(zhuǎn)軸322垂直布置在一平面內(nèi)而其兩端受合適桁架件的支撐，這些桁架件形成一輕型框架324。該框架用牽索326固定在地面上。數(shù)個發(fā)電機(jī)受該框架的支撐而與各轉(zhuǎn)軸連接。排數(shù)可任意，每排的模件數(shù)也任意。各排的長度可任意，可用任何合適數(shù)量的框架支撐所需長度的模件。
螺旋透平模件陣列的優(yōu)點在于可利用風(fēng)的100％的長方形掃動橫截面，而且可自動起動。相較之下，現(xiàn)有螺旋槳型風(fēng)力透平必須轉(zhuǎn)動到正對風(fēng)向而掃動圓形橫截面。與現(xiàn)有Darrieus透平比較，螺旋透平的轉(zhuǎn)動穩(wěn)定而不發(fā)生振動。只要風(fēng)向不與轉(zhuǎn)軸平行或接近平行(此時沒有功率輸出或輸出功率極小)，任何風(fēng)向都能使透平單向轉(zhuǎn)動。此外，飛鳥容易看到狀如一堵墻壁的轉(zhuǎn)動的螺旋透平陣列從而不會與之碰撞，或者，透平模件也可用網(wǎng)罩住，以防止與飛鳥碰撞。該模件系統(tǒng)和輕型框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、裝配和維修簡單。
該模件式螺旋透平還可用于其他場合，例如用于不建水壩的潮汐或可倒流的水流中，或者河流、水渠或有潮河口上的超低水頭(不足10英尺)水力發(fā)電廠中。這些模件可在海流中用作海船上照明或其他電器裝置的小功率電源。在現(xiàn)有發(fā)電廠中，可把螺旋透平模件組合成長鏈或陣列，而用現(xiàn)有螺旋槳透平是無法做到這一點的。
本發(fā)明螺旋透平還可利用海洋波浪的能量推進(jìn)海船或用作引擎驅(qū)動的海船的輔助推進(jìn)器。螺旋透平可在振動方向變動的海洋波浪中工作。因此螺旋透平可生成用來推進(jìn)海船的轉(zhuǎn)矩。
如圖19和20所示，一船406兩邊402，404的水面下各裝一螺旋透平400。每一透平的轉(zhuǎn)軸上以任何合適方式裝一螺旋槳410。盡管示出兩個透平，但可使用任何數(shù)量的透平，包括一個透平。這些透平不管波浪的振動方向如何，都以同一方向轉(zhuǎn)動。這些透平布置成與船406平行而向前推進(jìn)該船。透平的長度越長，所利用的水力越大。透平的長度只受船的長度的限制。
螺旋透平400用作推進(jìn)器或輔助推進(jìn)器具有很大優(yōu)點，因為它們不造成污染、沒有噪聲，可節(jié)約船的引擎所需的燃料。此外，該透平因使用波能而可減小船的搖晃。
垂直布置的螺旋透平也可用作船的風(fēng)帆。如圖26所示，合適數(shù)量的螺旋透平模件601用由牽索604固定的輕型框架603裝在船602的甲板上。此時使用與一水平轉(zhuǎn)軸連接的合適傳動裝置605和螺旋槳606。
還可組合使用該螺旋透平和安裝成可隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的分流圓筒升降水中的一物體。該轉(zhuǎn)動圓筒按照轉(zhuǎn)動方向而產(chǎn)生升力或降力。例如，若該圓筒的轉(zhuǎn)動使得其頂面的轉(zhuǎn)動方向與水流方向相同，則該頂面與水流之間的相對速度提高從而其上的壓力下降，同時底面的相對速度下降從而其上的壓力提高。這樣就在該圓筒上生成一升力。同樣，若水流方向不變而圓筒轉(zhuǎn)動方向反轉(zhuǎn)，則在圓筒上生成一降力。
因此，根據(jù)水流方向，由螺旋透平驅(qū)動的轉(zhuǎn)動圓筒可用來升降水中的一物體。無需另用電動機(jī)轉(zhuǎn)動該圓筒。例如，如圖24和25所示，拖著數(shù)個裝在一貨駁504之類水下物體兩邊的螺旋透平502和圓筒503的一拖船501可用來保持該水下駁船的浮動或拖動該水下駁船而無需引擎驅(qū)動這些透平。駁船可較長較大而運(yùn)載大量貨物并可比拖船大。
本發(fā)明不限于以上所述的內(nèi)容，而只受所附權(quán)利要求的限定。
權(quán)利要求
1.一種利用多方向流體能量的裝置，包括一轉(zhuǎn)軸；一與所述轉(zhuǎn)軸連接的發(fā)電機(jī)；以及數(shù)個支撐在所述轉(zhuǎn)軸上的螺旋透平模件，每一透平模件包括一可在多方向流體下單向轉(zhuǎn)動的透平，所述透平進(jìn)一步包括至少一個固定安裝在所述轉(zhuǎn)軸上而可在一與所述轉(zhuǎn)軸垂直的平面內(nèi)隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動的透平葉片支撐件；以及數(shù)個呈螺旋形、安裝在所述透平葉片支撐件上、可圍繞所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的透平葉片，每一葉片呈機(jī)翼形，該葉片包括一前緣、一后緣和在一與流體的一分量平行的平面內(nèi)的翼型，每一所述葉片固定安裝在所述葉片支撐件上，沿徑向與所述轉(zhuǎn)軸相間距，在一與所述轉(zhuǎn)軸垂直的平面內(nèi)朝所述前緣的方向轉(zhuǎn)動。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括另外數(shù)個與所述數(shù)個透平葉片同心地安裝在所述透平葉片支撐件上、可圍繞所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的螺旋形透平葉片。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述另外數(shù)個透平葉片的螺旋構(gòu)型與所述數(shù)個透平葉片的螺旋構(gòu)型沿圓周錯開。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)個模件垂直布置。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)個模件由一用牽索固定在地面上的輕型結(jié)構(gòu)件支撐。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)個模件水平布置。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)個模件的兩端由一用牽索固定在地面上的輕型結(jié)構(gòu)件支撐。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)個葉片件包括兩個螺旋葉片。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)個螺旋透平模件布置成利用風(fēng)力。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)個螺旋透平模件布置成利用水流。
11.一種利用多方向流體的能量的裝置，包括一螺旋透平模件陣列，包括數(shù)個轉(zhuǎn)軸，每一所述轉(zhuǎn)軸受一用牽索固定在地面上的結(jié)構(gòu)件的支撐；至少一個與所述數(shù)個轉(zhuǎn)軸連接的發(fā)電機(jī)；其特征在于，每一透平模件支撐在所述數(shù)個轉(zhuǎn)軸之一上，每一透平模件包括一可在多方向流體下單向轉(zhuǎn)動的透平，所述透平還包括至少一個固定安裝在所述數(shù)個轉(zhuǎn)軸的所述之一上而可在一與所述轉(zhuǎn)軸垂直的平面內(nèi)隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動的透平葉片支撐件；以及數(shù)個呈螺旋形、安裝在所述透平葉片支撐件上、可圍繞所述數(shù)個轉(zhuǎn)軸的所述之一轉(zhuǎn)動的透平葉片，每一葉片呈機(jī)翼形，該機(jī)翼形包括一前緣、一后緣和在一與流體的一分量平行的平面內(nèi)的翼型，每一所述葉片固定安裝在所述葉片支撐件上而沿徑向與所述轉(zhuǎn)軸相間距而可在一與所述轉(zhuǎn)軸垂直的平面內(nèi)以所述前緣的方向轉(zhuǎn)動。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)個轉(zhuǎn)軸垂直布置。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)件包括一框架或一桁架。
14.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)件用牽索固定在地面上。
15.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)個轉(zhuǎn)軸水平布置。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)個轉(zhuǎn)軸的兩端受所述結(jié)構(gòu)件的支撐。
17.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述透平模件陣列布置成利用風(fēng)力。
18.一種推進(jìn)一海船的裝置，包括一海船；一可在多方向波浪振動下單向轉(zhuǎn)動、裝在所述海船一邊而與一螺旋槳連接的螺旋透平，所述螺旋透平包括與所述海船的該邊平行地安裝在所述海船上的一轉(zhuǎn)軸；至少一個固定安裝在所述轉(zhuǎn)軸上而可在一與所述轉(zhuǎn)軸垂直的平面內(nèi)隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動的透平葉片支撐件；以及數(shù)個呈螺旋形、安裝在所述透平葉片支撐件上、可圍繞所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的透平葉片，每一葉片呈機(jī)翼形，該機(jī)翼形包括一前緣、一后緣和在一與流體的一分量平行的平面內(nèi)的翼型，每一所述葉片固定安裝在所述葉片支撐件上而沿徑向與所述轉(zhuǎn)軸相間距而可在一與所述轉(zhuǎn)軸垂直的平面內(nèi)以所述前緣的方向轉(zhuǎn)動。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述透平包括所述海船的一輔助推進(jìn)器。
20.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括可在多方向波浪振動下單向轉(zhuǎn)動、裝在所述海船另一邊而與第二螺旋槳連接的第二透平。
21.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括數(shù)個可在多方向波浪振動下單向轉(zhuǎn)動、裝在所述海船上的透平。
22.一種利用多方向流體的能量的裝置，包括一位于流體的流路中的透平支架；一可在多方向流體下單向轉(zhuǎn)動、裝在所述透平支架上的透平，所述透平包括一與流體的流向垂直地裝在所述透平支架上的轉(zhuǎn)軸；至少一個固定安裝在所述轉(zhuǎn)軸上而可在一與所述轉(zhuǎn)軸垂直的平面內(nèi)隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動的透平葉片支撐件；以及數(shù)個安裝在所述透平葉片支撐件上、可圍繞所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的透平葉片，每一葉片呈機(jī)翼形，該機(jī)翼形包括一前緣、一后緣和在一與流體的一分量平行的平面內(nèi)的翼型，每一所述葉片固定安裝在所述葉片支撐件上而沿徑向與所述轉(zhuǎn)軸相間距而可在一與所述轉(zhuǎn)軸垂直的平面內(nèi)以所述前緣的方向轉(zhuǎn)動；以及一位于所述透平葉片與所述轉(zhuǎn)軸之間、把流體引向所述透平葉片的分流器。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述透平葉片都呈螺旋形。
24.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述透平葉片都呈直線形。
25.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述分流器包括一同心地套在所述轉(zhuǎn)軸上的圓筒件。
26.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述分流器包括一裝在所述轉(zhuǎn)軸上、以與轉(zhuǎn)軸相同的角速度轉(zhuǎn)動的圓筒件。
27.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述分流器包括一裝在所述轉(zhuǎn)軸上、以與轉(zhuǎn)軸不同的角速度轉(zhuǎn)動的圓筒件。
28.一種利用多方向流體的能量的裝置，包括一位于流體的流路中的透平支架；一可在多方向流體下單向轉(zhuǎn)動、裝在所述透平支架上的透平，所述透平包括一與流體的流向垂直地裝在所述透平支架上的轉(zhuǎn)軸；至少一個固定安裝在所述轉(zhuǎn)軸上而可在一與所述轉(zhuǎn)軸垂直的平面內(nèi)隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動的透平葉片支撐件；以及數(shù)個安裝在所述透平葉片支撐件上、可圍繞所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的螺旋形透平葉片，每一葉片呈機(jī)翼形，該機(jī)翼形包括一前緣、一后緣和在一與流體的一分量平行的平面內(nèi)的翼型，每一所述葉片固定安裝在所述葉片支撐件上而沿徑向與所述轉(zhuǎn)軸相間距而可在一與所述轉(zhuǎn)軸垂直的平面內(nèi)以所述前緣的方向轉(zhuǎn)動。
29.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，所述透平葉片包括至少兩個葉片，所述葉片中的至少一個為左旋，所述葉片中的至少另一個為右旋。
30.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括一裝在所述透平支架上、與所述透平連接的發(fā)電機(jī)。
31.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括另外數(shù)個與所述數(shù)個透平葉片同心地裝在所述透平葉片支撐件上、可圍繞所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的螺旋形透平葉片。
32.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，所述另外數(shù)個透平葉片的螺旋構(gòu)型與所述數(shù)個透平葉片的螺旋構(gòu)型沿圓周錯開。
33.一種保持一物體在水中浮動的方法，包括提供一可在多方向流體下單向轉(zhuǎn)動、裝在所述透平支架上的透平，所述透平包括一轉(zhuǎn)軸；至少一個固定安裝在所述轉(zhuǎn)軸上而可在一與所述轉(zhuǎn)軸垂直的平面內(nèi)隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動的透平葉片支撐件；數(shù)個呈螺旋形、安裝在所述透平葉片支撐件上、可圍繞所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的透平葉片，每一葉片呈機(jī)翼形，該機(jī)翼形包括一前緣、一后緣和在一與流體的一分量平行的平面內(nèi)的翼型，每一所述葉片固定安裝在所述葉片支撐件上而沿徑向與所述轉(zhuǎn)軸相間距而可在一與所述轉(zhuǎn)軸垂直的平面內(nèi)以所述前緣的方向轉(zhuǎn)動；以及一位于所述透平葉片與所述轉(zhuǎn)軸之間、把流體引向所述透平葉片的分流器；把所述透平裝到一水下物體上；以及使流體在所述透平周圍流動。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述提供步驟包括把所述透平置于流動水流中。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述提供步驟包括在水下拖動所述透平。
36.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述水下物體為一水下駁船。
37.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述水下物體包括一浸沒在水中的物體。
38.一種用風(fēng)力推進(jìn)一海船的裝置，包括一具有一螺旋槳的海船；以及一可在多方向流體下單向轉(zhuǎn)動、裝到所述海船的甲板上、與一螺旋槳連接的螺旋透平，所述螺旋透平包括一裝在所述海船上而從所述海船的甲板上向上伸展的轉(zhuǎn)軸；至少一個固定安裝在所述轉(zhuǎn)軸上而可在一與所述轉(zhuǎn)軸垂直的平面內(nèi)隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動的透平葉片支撐件；數(shù)個呈螺旋形、安裝在所述透平葉片支撐件上、可圍繞所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的透平葉片，每一葉片呈機(jī)翼形，該機(jī)翼形包括一前緣、一后緣和在一與流體的一分量平行的平面內(nèi)的翼型，每一所述葉片固定安裝在所述葉片支撐件上而沿徑向與所述轉(zhuǎn)軸相間距而可在一與所述轉(zhuǎn)軸垂直的平面內(nèi)以所述前緣的方向轉(zhuǎn)動；以及一把所述螺旋透平連接到所述螺旋槳上而轉(zhuǎn)動所述螺旋槳的傳動裝置。
39.如權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述螺旋透平包括數(shù)個螺旋透平模件。
40.如權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述螺旋透平受一用牽索固定在地面上的輕型結(jié)構(gòu)件的支撐。
全文摘要
一種可在多方向、超低水頭流體下單向、高速轉(zhuǎn)動的螺旋透平組件。該組件包括水平或垂直布置的螺旋透平(304)件陣列。每一透平件包括數(shù)個其翼型呈機(jī)翼形的螺旋葉片(302)。這些模件可裝到由輕型結(jié)構(gòu)件(316,324)支撐的轉(zhuǎn)軸(322)上,而輕型結(jié)構(gòu)件用牽索(318,326)固定到地面上。該螺旋透平(400)還可利用海洋波浪的動力推進(jìn)海船(406)。在另一實施例中,在螺旋透平中使用一圓筒形分流器(206)把流體引向透平的葉片。裝有分流器的螺旋透平可用來升降一浸沒在急流中或在流體中受拖動的物體(504)。該透平也可包括兩圈或多圈螺旋葉片(220,222)。
文檔編號F03B17/06GK1188526SQ96194908
公開日1998年7月22日 申請日期1996年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月30日
發(fā)明者亞歷山大·M·戈爾洛夫 申請人:東北大學(xué)