專利名稱：變臂葉輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是涉及將流體物質(zhì)的動(dòng)能，轉(zhuǎn)變成輪軸旋轉(zhuǎn)能的一種裝置，稱之為變臂葉輪，它優(yōu)其適用于利用自然風(fēng)和水能資源來進(jìn)行發(fā)電。
現(xiàn)在利用水能或風(fēng)能發(fā)電的葉輪，大多為螺旋漿式葉輪，這種葉輪在航空、航海、電力等科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的作用是無法估量的，但是它在采集風(fēng)或水能方面仍還存在著一些不足之處，如在這種大半徑葉輪的制作過程中，既要求葉輪的質(zhì)量要輕，又要求它具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和硬度，這樣給制造的技術(shù)上和材料的選擇上，帶來一定的困難。因此也就影響了該種大面積葉輪的使用。其二，在使用該種葉輪時(shí)，葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與流體的流動(dòng)方向總是垂直的，這樣葉片的密度自然受到了限制，使該種葉輪在流體壓強(qiáng)比較大時(shí)，對這些能的利用效率還比較高，反之的情況下，它的效率就更比較小。這樣使可利用的流體物質(zhì)的能造成一定的浪費(fèi)。其三，由于該葉輪的葉片與流體物質(zhì)的接觸面總是成一個(gè)銳角而進(jìn)行的，所以使葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的力只是總力分解的一部分，這樣自然也造成了能量的損耗。
本實(shí)用新型的目的是要提供一種特別結(jié)構(gòu)和特別形狀的葉輪，它可彌補(bǔ)螺旋漿式葉輪采能效率低，采集面較小的弱點(diǎn)，特別是使用它可充分利用水流或風(fēng)流的能來進(jìn)行發(fā)電或直接帶動(dòng)其它機(jī)械來為人類服務(wù)。
本實(shí)用新型目的的實(shí)現(xiàn)，具體由以下實(shí)施例及其附圖給出。


圖1是本新型的正面俯視圖，圖中(1)是固定軸一個(gè)圓柱形的軸；(2)傳動(dòng)管軸它是一根管狀的軸，它是通過軸承固定在固定軸上的(3)是薄壁空心輪它是中心設(shè)有一根軸皮(5)的，上下周圍都封閉的薄壁空心桶結(jié)構(gòu)的制品，由于它可圍繞固定軸旋轉(zhuǎn)，所以稱它為薄壁空心輪。當(dāng)流體物質(zhì)正面向它沖擊時(shí)，它具有使流體物質(zhì)在此增壓并向兩邊分流的作用，所以也稱它為增壓分流輪。在其外部壓力較大時(shí)，也可在其內(nèi)部增設(shè)一個(gè)薄橡膠和超薄金屬合金的混合層內(nèi)胎，并充足氮?dú)夂蜕倭繗錃獾幕旌蜌怏w，氦氣更佳。這樣在保證安全的條件下，可增強(qiáng)其對外的壓力；因薄壁空心輪所受浮力的作用，所以又可減小變臂葉輪的軸皮對其軸座的壓力，這種作用在水中更為明顯，這樣可達(dá)到減小變臂葉輪軸皮與其底坐之間滾動(dòng)的摩擦力。軸皮(5)它也是一根管狀的金屬制品，是通過軸承固定在傳動(dòng)管軸上的。并且在傳動(dòng)管軸和軸皮之間設(shè)有象自行車飛輪似的單向傳動(dòng)設(shè)施，所以變臂葉輪只有正向轉(zhuǎn)動(dòng)，即變臂葉輪向其葉片的拱面方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，變臂葉輪的動(dòng)力才能傳給它的傳動(dòng)管軸，這樣可以避免在以后變臂葉輪的串聯(lián)中，一些單元節(jié)變臂葉輪因某些原因不能轉(zhuǎn)動(dòng)而消耗另一些單元節(jié)變臂葉輪所得的能。(6)是輪條它是在薄壁空心輪上下圓周的六等分點(diǎn)上和空心輪軸皮相對應(yīng)位置上相連接的管狀部件，稱之為薄壁空心輪的輪條。如果空心輪直徑較大，可多設(shè)幾根，但最少不得少于六根。(7)輪柱它是在上下位置相對應(yīng)的兩輪條的外端部分別連接的管狀部件，稱為薄壁空心輪的輪柱，因?yàn)樗€兼做葉片的軸，所以也稱它為葉片軸。當(dāng)然了，在輪柱兼設(shè)葉片軸的同時(shí)，還應(yīng)在空心輪壁上，設(shè)有與葉片軸承相對應(yīng)的、凹形的、葉片軸承窩。也可在各輪柱的外側(cè)，分別設(shè)一根專用的與輪柱平行的葉片軸。(8)葉片支架在輪條內(nèi)分別插入一根與輪條等長的管狀部件，這部分稱為葉片的支架。(9)葉片支桿在上下位置相對應(yīng)的葉片支架的端部，再分別連接一根管狀部件，稱之為葉片支桿。并在它的外層分別設(shè)有一個(gè)內(nèi)含網(wǎng)絲的橡膠管，稱之為減震管。(4)葉片它是用來采集流體動(dòng)能的、成弧面形狀的薄壁葉片。它與空心輪等高，寬為從該葉片的軸到它所向的葉片支桿的弧略長為宜。(10)葉片軸承在葉片軸上，設(shè)上、中、下三點(diǎn)，通過葉片軸承與葉片連接。為了增強(qiáng)葉片對風(fēng)的抵抗能力，還可在葉片的邊框上到葉片正面所對的葉片支桿間分別設(shè)一根或數(shù)根既柔軟又耐折的高強(qiáng)度的細(xì)條帶，它的長度為葉片在展開時(shí)所需的最大長度，我們把這個(gè)細(xì)條帶，稱為葉片保護(hù)帶；在增壓分流輪壁上和其各相鄰的葉片軸縫之間，粘貼的既柔軟又耐折的防止流體物質(zhì)從隙縫中通過的密封帶，我們稱它為葉片縫隙軟密封帶。為了圖的簡潔，在本
圖1中以上這兩個(gè)部件沒有畫出。(11)流體入口處；(12)固定葉片支架螺絲用它來固定葉片支架，并可通過所固定葉片支架的長短來控制流體入口的大小，并由流體入口的大小，來控制變臂葉輪旋轉(zhuǎn)的連續(xù)性和均勻性。(13)穩(wěn)定拉線盤；(14)固定軸箱式底坐它是在傳動(dòng)管軸的下端安裝發(fā)電機(jī)時(shí)使用的一個(gè)部件，它是由上下兩部分組成的金屬制品，上部分是一個(gè)方形蓋，其中心有一個(gè)比傳動(dòng)管軸直徑略大的圓孔。在圓孔周邊上設(shè)有一個(gè)可承載變臂葉輪重量的平動(dòng)軸承架(16)；在其左右后邊上設(shè)有數(shù)個(gè)穿固定螺絲的孔。下部分是一側(cè)開口的，平底方框形狀的底座、在它中心底部設(shè)有一個(gè)豎直的固定軸(1)，在其外圍設(shè)有一個(gè)承載傳動(dòng)管軸重量的平動(dòng)軸承架(15)。在其左、右、后邊框上設(shè)有與蓋上相對應(yīng)的螺絲孔。(17)是傳動(dòng)管軸下端，在該處可安裝帶制動(dòng)器的發(fā)電機(jī)，或是帶制動(dòng)器的皮帶輪或齒輪。
下面結(jié)合變臂葉輪的結(jié)構(gòu)(如
圖1所示)，以風(fēng)為動(dòng)力來說明它的工作原理，當(dāng)風(fēng)由北向南吹來時(shí)，(及圖中箭頭方向所示)北風(fēng)作用在變臂葉輪的正北部，受到薄壁空心輪壁的阻力，使風(fēng)流在此增壓，并向兩邊分流，一部分由趨向于西部葉片的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，葉片自動(dòng)打開，這時(shí)變臂葉輪西部葉片的正面(即凹面上)，繼續(xù)在北風(fēng)的作用下，使這些葉片與各自背面對應(yīng)的葉片支桿相接觸，這時(shí)變臂葉輪西部葉片上接受風(fēng)力作用的面積和力臂也就隨之而增大；而此時(shí)變臂葉輪東部葉片的背面(即拱面上)，在北風(fēng)的作用下，使這些葉片自動(dòng)緊貼在各自正面所對應(yīng)的葉片支桿上，這時(shí)變臂葉輪東部葉片上接受風(fēng)力作用的面積和力臂就會(huì)隨之而減小。故稱之為變臂葉輪。這樣由于在北風(fēng)的作用下，變臂葉輪東西部產(chǎn)生力臂和力矩的差異，所以變臂葉輪就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。該輪在其它方向風(fēng)力和水力的作用下，工作原理可以此類推。而且這種變臂葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與平流風(fēng)的方向無關(guān)。只與它的結(jié)構(gòu)及葉片的進(jìn)風(fēng)口方向有關(guān)。
以上變臂葉輪，為了能夠達(dá)到實(shí)用的目的，我們只有將變臂葉輪增加到一定的高度，也就是將葉片的面積增大到猶如帆船上的帆那樣大時(shí)，這種葉輪才有真正的實(shí)用價(jià)值，為了制造，搬用安裝的方便，也可將大小適中，轉(zhuǎn)向相同的一些變臂葉輪，在同一個(gè)固定軸外的空心傳動(dòng)軸上，把數(shù)個(gè)變臂葉輪一節(jié)一節(jié)地象算珠一樣串成多節(jié)變臂葉輪組，我們把每一節(jié)變臂葉輪稱之為變臂葉輪組的一個(gè)單元節(jié)，把該組變臂葉輪組的安裝方式，稱之為變臂葉輪的串聯(lián)。把兩個(gè)或兩組串聯(lián)的變臂葉輪按相反的轉(zhuǎn)動(dòng)方向并排起來的安裝方式稱之為變臂葉輪的并聯(lián)，用以上這些方法，可很容易地增大變臂葉輪組葉片的總面積。
如果變臂葉輪單元節(jié)數(shù)較多，自身重量較大，傳動(dòng)方式也可采用以下方案將圓柱形傳動(dòng)軸位于管狀固定軸中心，變臂葉輪圍繞固定軸而旋轉(zhuǎn)，將各節(jié)變臂葉輪的重量，分別負(fù)于固定軸上，所以這種傳動(dòng)方式，稱之為分節(jié)負(fù)重傳動(dòng)方式，那么
圖1中所舉的傳動(dòng)方式，稱為一次性負(fù)重傳動(dòng)方式。分節(jié)負(fù)重傳動(dòng)方式的具體方法是在管狀固定軸上，分別于各節(jié)變臂葉輪上下方位的中線位置相對應(yīng)高處的固定軸壁上的圓周三等分點(diǎn)上，分別打一個(gè)可放置傳動(dòng)小齒輪的洞，該小齒輪軸的安裝方法與手表帶軸基本相同。小齒輪將外部變臂葉輪的動(dòng)力，傳給它內(nèi)部所對應(yīng)的飛輪外層圈，由飛輪再傳給它中心的傳動(dòng)軸，(飛輪即象自行車飛輪似的單向傳動(dòng)設(shè)施)。固定軸具體的負(fù)重方法是在固定軸上，在準(zhǔn)備安裝每節(jié)變臂葉輪底部的定位處，設(shè)有一個(gè)圓環(huán)形的凹槽，并在此槽中，設(shè)有兩個(gè)半圓形鍵，將這兩個(gè)金屬鍵插入槽內(nèi)，并通過這兩個(gè)鍵端部的螺絲孔及螺絲，可將它們緊固于固定軸的此槽中，并在它上面設(shè)一個(gè)平動(dòng)軸承托盤架，將該節(jié)變臂葉輪的重量通過空心輪軸皮負(fù)于它上。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效應(yīng)是由于本新型在制造時(shí)，要求技術(shù)條件比較簡易，又可大幅度地增大變臂葉輪組葉片的總面積，自然它采集風(fēng)或水能的面也就較大。而且葉片做有用功時(shí)，它的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與它所在的風(fēng)流或水流的方向相同，葉片做有用功時(shí)，對風(fēng)和水流所形成的阻力面與平流的風(fēng)和水流的角度又成90°，而且由于空心輪所受浮力的作用，還可減小變臂葉輪軸皮與它底座之間的滾動(dòng)摩擦。所以它不僅采集風(fēng)或水能的面積大，面且對風(fēng)和水能的利用率也比較高，而且安裝比較簡單。利用本新型可挖掘出江、河流水中和具有一定流速的洋流內(nèi)的巨大能量和自熱風(fēng)的能量來進(jìn)行風(fēng)力和水力發(fā)電，既無環(huán)境污染，取能范圍又相當(dāng)廣泛。如可利用本新型在高山、沙漠地帶、海域、南北兩極以至于外星上等風(fēng)資源較豐富的地區(qū)設(shè)立風(fēng)力發(fā)電，而且可根據(jù)發(fā)電負(fù)荷的大小來控制它的轉(zhuǎn)速，它屬于慢速性葉輪，對鳥類不會(huì)造成傷害。而且還可節(jié)約邊遠(yuǎn)地區(qū)架設(shè)高壓線所用的經(jīng)費(fèi)。也可解決邊遠(yuǎn)地區(qū)小兵站的生活用電問題。用水力可在具有一定流量的江、河和具有一定流速的洋流內(nèi)設(shè)立。由于本新型的轉(zhuǎn)向與所在水流的方向無關(guān)，只與它的結(jié)構(gòu)有關(guān)，所以還適用于海灘上利用海潮來進(jìn)行發(fā)電。在江河上利用本新型發(fā)電，不用筑壩，只是選一個(gè)河道較窄，流速較快的地方，根據(jù)過往船只的大小和采用將變臂葉輪先串聯(lián)后再并聯(lián)的方式，然后定兩個(gè)串聯(lián)組的定位軸間的距離及位置，然后進(jìn)行安裝定位軸、變臂葉輪、發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)可設(shè)在水下，也可設(shè)在水上的高架天橋上。變臂葉輪可深入一般船只的吃水線以下，如果有更大的船只通過時(shí)，還可采用提升變臂葉輪組上層幾單元節(jié)變臂葉輪的方法，將船只通過。當(dāng)河道較寬時(shí)，也可采用多組進(jìn)行，而且定位軸還可兼設(shè)橋梁的橋墩。在用該葉輪進(jìn)行水力發(fā)電的過程中，它還具有堵水的作用，所以還可利用它在河道中便發(fā)電便進(jìn)行蓄水。而且一旦發(fā)生嚴(yán)重性地震、洪災(zāi)、戰(zhàn)爭等災(zāi)害時(shí)，大型水壩萬一受到損壞，就會(huì)給下游人民帶來嚴(yán)重?fù)p失。利用本新型可進(jìn)行層層發(fā)電，進(jìn)行河道阻水作用，以緩解下游河道的流水量，減輕國家和人民的損失。
權(quán)利要求1.變臂葉輪是將流體物質(zhì)的動(dòng)能，轉(zhuǎn)變成輪軸旋轉(zhuǎn)能的一種裝置，它優(yōu)其適用于利用自然風(fēng)和水能資源來進(jìn)行發(fā)電，其特征是在豎直圓柱形固定軸(1)外，依次設(shè)有一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的管狀的傳動(dòng)管軸(2)和一個(gè)薄壁空心輪(3)，并在其各輪柱(7)上，或其外側(cè)的專用葉片軸上，分別設(shè)有一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的、方向一致的、弧面形的，并用密度較小強(qiáng)度較大的如鋁合金、炭纖維等材料制成的薄壁葉片(4)組合而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是薄壁空心輪(3)，它是用密度較小、強(qiáng)度較大的如鋁合金、炭纖維等材料制成的，中心設(shè)有一個(gè)管狀結(jié)構(gòu)的軸皮(5)，上下底面和周圍都封閉的薄壁空桶結(jié)構(gòu)的制品，并且它可圍繞固定軸旋轉(zhuǎn)，在薄壁空心輪外部壓力較大時(shí)，也可在其內(nèi)部增設(shè)一個(gè)薄橡膠或超薄金屬合金內(nèi)胎，并充足氮?dú)夂蜕倭繗錃獾幕旌蠚怏w，氦氣更佳。
專利摘要本新型變臂葉輪是將流體物質(zhì)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成輪軸旋轉(zhuǎn)能的一種裝置。它比螺旋槳式葉輪具有采能效率高,采集面較大的優(yōu)點(diǎn)。其特征是:在豎直固定軸(1)外,依次設(shè)有一個(gè)傳動(dòng)管軸(2)和一個(gè)薄壁空心輪(3),并在其各輪柱(7)上,分別設(shè)有一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的方向一致的弧面形的薄壁葉片(4),在葉片支架(8)和支桿(9)的支持下,在平流的風(fēng)流或水流的作用下,在其兩側(cè)就會(huì)形成不同大小的力臂和力矩的差異,所以它就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來,并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。
文檔編號(hào)F04D29/18GK2360654SQ9821521
公開日2000年1月26日 申請日期1998年6月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月3日
發(fā)明者王國壯 申請人:王國壯