專利名稱：活塞式水力發(fā)電機(jī)的制作方法
用水推動水輪機(jī)(圖-1的示意)或反擊式發(fā)電機(jī)(圖-2的示意)發(fā)電，(圖中1葉片，2軸心，3發(fā)電機(jī)，4支架)從分析上看，它們的葉片是偏斜的，水總是斜推葉片，不是直推葉片，推力是分散的，有部份水是推動葉片轉(zhuǎn)動，是做了功的，有部份水是壓在軸心上，在由軸心傳壓在支架上，不起做功作用，有浪費(fèi)水的現(xiàn)象，所以功率不高，因此才設(shè)計用活塞代替葉片，因活塞的耗水量少，可節(jié)省1.57倍的水，水的壓力又是在密封的容器里，垂直的向活塞推去，沒有浪費(fèi)點(diǎn)水，讓95％以上的水都能做功，提高功率。
提高功率的原因有三點(diǎn)。
1、用水推動水輪機(jī)或反擊式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)并帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)發(fā)電，因它們是弧線轉(zhuǎn)動，耗水量是園的周長，根據(jù)園的周長以直徑之比，可設(shè)圓周率3.14作比例計算(如圖＝1的示意)用水推動活塞來回運(yùn)動一次，并帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)發(fā)電，因它是直線運(yùn)動，耗水量是圓的直徑來一次，回一次，設(shè)直徑的長1+1＝2計算，從耗水量對比，用3.14÷(1+1)＝1.57，也就是說，水輪等比活塞多浪費(fèi)水1.57倍，是水輪和反擊式發(fā)電機(jī)功率不高的原因之一，假設(shè)改用活塞發(fā)電，如圖三1和圖三2的示意，圖中1大活塞，2小活塞，3發(fā)電機(jī)，4推桿，5大齒輪，6小齒輪，7曲軸，8控制進(jìn)水和排水的小輪，9氣缸，10連桿。圖三1是直線運(yùn)動，能節(jié)省1.57倍的水，將節(jié)省的水用去發(fā)電，可多發(fā)1.57倍的電，除去損失，可多發(fā)1.4倍左右的電，但是要笨重些，易于制造。也可制向圖三2的形式，就可將笨重和磨擦減到輕便靈巧的程度，能經(jīng)久耐用，但是要多消耗點(diǎn)水，因它是弧線運(yùn)動，圖中甲表示推桿越短，弧越彎，耗水量越大，乙表示推桿越長，弧越直，耗水量越小，可以制成能節(jié)省耗水量1.45倍左右，加上輕便靈巧，也能多發(fā)1.4倍左右的電，是提高功率的原因之一。
關(guān)于節(jié)省水1.57倍的分析，可將圖二1的圓面積，補(bǔ)上兩條虛線(如圖二2的示意)用甲的行程表示為水輪等的耗水量，用乙的行程表示為活塞的耗水量，在計算耗水量和動力性的大小，不能用虛線計算，要用箭頭表示的線計算，它是三條線的平均線條，也是平均耗水量和行程，就可算出水輪等需要1×3.14＝3.14的水，才能推動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)發(fā)一倍的電，活塞只需直徑的長去1回1等于2,1×2＝2的水，就可推動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)發(fā)一倍的電，用3.14÷2＝1.57，這是活塞能節(jié)省水1.57倍的分析。
在設(shè)計時，如果甲的面積為1倍的，活塞面積應(yīng)為1.57倍，它們的耗水量就大致相等(甲1(面積)×3.14(行程)＝3.14的耗水量，乙1.57(面積)×2(行程)＝3.14的耗水量)，所不同的是甲只有1倍的動力推動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)，發(fā)1倍的電，乙有1.57倍的動力，推動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)，發(fā)1.57倍的電，所以就有提高功率1.57倍的差異，除去損失，可多發(fā)1.4倍左右的電。
2、由于水輪等的葉片是偏斜的，從分析上看，有75％左右的水是推動葉片轉(zhuǎn)動，是做了功的，有25％左右的水是壓在葉片上，經(jīng)葉片傳壓在軸心上，在由軸心傳壓在支架上(地面上)所以不起做功作用，有效動力不足1，只有0.75倍左右，好比我們用100斤力斜推汽車一樣，因推力是分散的，有部份力是推汽車前進(jìn)，是做了功的，有部份力是推汽車偏倒向一邊，不起做功作用，100斤力只能當(dāng)75斤左右用，如果用100斤力垂直的推汽車，因推力沒有分散，100斤力能當(dāng)100斤用，是水輪等斜推葉片功率不高的原因之二(其中水輪的損失要大些，反擊式的損失較小)，用活塞發(fā)電，水是在密封的容器里，垂直的向活塞推去，推力沒有分散，100斤力能當(dāng)100斤用，由于沒有浪費(fèi)25％左右的力，所以就能提高功率1.2倍左右，是提高功率的原因之二。
3、密封性不如活塞的好，因水輪和反擊發(fā)電機(jī)是用反沖運(yùn)動的原理制成，需要流出的水反沖葉片轉(zhuǎn)動，流出的水或多或少，是要擴(kuò)散點(diǎn)的，從分析上看，要擴(kuò)散1.15倍左右的水，擴(kuò)散部份是損失的部分，是功率不高的原因之三。用活塞發(fā)電，水是在密封的容器里推動活塞做功，流進(jìn)氣缸的水不會擴(kuò)散出去，流進(jìn)多少就能做多少功，由于沒有損失1.15倍的水，可就提高功率1.1倍左右，是提高功率的原因之三。但是水輪和反擊式發(fā)電機(jī)是圓周轉(zhuǎn)動，帶有圓周轉(zhuǎn)動的慣性力做功，轉(zhuǎn)速較高，適應(yīng)于發(fā)電的需要，是它們的優(yōu)點(diǎn)。
以上3點(diǎn)是活塞的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是活塞是來回運(yùn)動，不是直線運(yùn)動，轉(zhuǎn)速不高，不大適應(yīng)于發(fā)電的需要，因活塞笨重，在做來回運(yùn)動時，需要急時的停止前進(jìn)，又要急時的返回后退，因轉(zhuǎn)速高，不可停頓片刻，由于需要急時的停止前進(jìn)，又要急時的返回后退，這就要消耗很大的動力才能做到，有效功率，只有0.7倍左右，損失0.3倍左右的有用功，是活塞的缺點(diǎn)，是人們不大利用活塞做功的原因，關(guān)于這個缺點(diǎn)，可用下面三點(diǎn)改進(jìn)來克服。
改進(jìn)一可在活塞里安裝小活塞，分別叫做大活塞和小活塞，小活塞能在大活塞里來回運(yùn)動一定的距離，現(xiàn)將氣缸分成十個等份，如圖四各圖的示意，在做每一次行程時，大活塞行0.85的行程(8.5個等份)耗水量為0.85，其余0.15的行程(1.5個等份)由小活塞繼續(xù)行完，0.85+0.15＝1，也就行完了一次行程，現(xiàn)在來看大、小活塞來回運(yùn)動的經(jīng)過圖三的大活塞帶動小活塞行至8.5等份，就停止了前進(jìn)，如圖四1的示意，由小活塞代替它繼續(xù)行至10等份，變成了圖四2的示意，小活塞立急返回后退，行至9.5等份的地方，如圖四3的示意，水已進(jìn)入推動大活塞回行運(yùn)動了，并追上小活塞，帶動小活塞返回運(yùn)動做功，從圖四3變成了圖四4，等到大活塞行至1.5等份，又停止了運(yùn)動，如圖四5，由小活塞代替它繼續(xù)行至0等份，如圖四6的示意，在由0等份返回，行至0.05等份，如圖四7，水已進(jìn)入推動大活塞回行追上小活塞，帶動小活塞向10等份運(yùn)動做功，又變成了圖四1的示意了。小活塞的安裝是起到代替大活塞作急時回行的作用，大活塞是起到做功的作用，因小活塞的面積小，容易急時停止前進(jìn)，又容易作急時的返回后退，小活塞在大活塞里，代替大活塞繼續(xù)行完0.15的行程的這個時間里，大活塞就有個多余的時間作急時的停止前進(jìn)，又作急時的起動回行運(yùn)動，并追上小活塞，帶動小活塞返回運(yùn)動做功，克服大活塞來回運(yùn)動的損失，改變成相當(dāng)于直線運(yùn)動來提高功率。
改進(jìn)二活塞來回運(yùn)動發(fā)電，轉(zhuǎn)速不高，是活塞的另一個缺點(diǎn)，這個缺點(diǎn)可以利用大齒輪帶動小齒輪轉(zhuǎn)動，將慢速轉(zhuǎn)動，改變成快速轉(zhuǎn)動的原理來克服，而不影響功率減少，如果是用現(xiàn)有的水輪機(jī)的一切設(shè)備來設(shè)計，只改用活塞做動力，一切機(jī)件照常使用的話，那就擴(kuò)大活塞的面積和行程，也可用兩個活塞來代替水輪一更好。(其中一個做功，另一個做準(zhǔn)備工作回行，向內(nèi)燃機(jī)那樣，一個做功，三個做準(zhǔn)備工作)，消耗以水輪一樣多的水，雖然活塞來回運(yùn)動慢些和來回運(yùn)動的次數(shù)少些，但是活塞的面積和行程已增大了，受力面積也被增大，動力也隨著增大，面積以行程相乘，如果是增大8倍，大齒輪的齒數(shù)就是小齒輪齒數(shù)的8倍，就可利用大齒輪帶動小齒輪轉(zhuǎn)動來提高轉(zhuǎn)速，就可克服轉(zhuǎn)速不高的缺點(diǎn)了，達(dá)到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上的需要，如圖三的示意，從耗水量、轉(zhuǎn)速、時間、大齒輪、小齒輪、曲軸、推桿等來計算，是不會影響功率降低。
改進(jìn)三推桿的安裝是為了增大活塞的行程，減少活塞來回運(yùn)動的次數(shù)；又可將來回運(yùn)動的速度變慢些，就可大大的克服來不及回行運(yùn)動的損失了，又是為了適應(yīng)于帶動曲軸轉(zhuǎn)動做功的需要才安裝的，有利益功率上的提高，有利于設(shè)計上的需要。
以上三點(diǎn)改進(jìn)，是用來克服活塞來回運(yùn)動的損失，改變成相當(dāng)于直線運(yùn)動，就沒有來回運(yùn)動的損失了，或損失不大，可算損失0.05倍。
另外的損失，還有活塞在推動曲軸轉(zhuǎn)動時，有推力大，有推力小，是會損失部份有用功的，因曲軸是作圓周轉(zhuǎn)動，將曲軸的轉(zhuǎn)動畫成圓周，又將圓周分成360°，曲軸轉(zhuǎn)動在0°和180°附近，即上止點(diǎn)和下止點(diǎn)的地方不起做功作用，將損失25％的有用功，即損失0.25，加上來回運(yùn)動所損失的0.05，就是損失0.3倍的有用功，現(xiàn)在又將活塞的優(yōu)點(diǎn)，能提高功率的數(shù)1.4倍、1.2倍、1.1倍加起來，0.4+0.2+0.1＝0.7，減去它的缺點(diǎn)，所損失的功就是提高功率的數(shù)了，用0.7-0.3＝0.4，活塞能提高功率1.4倍左右，也就是說，假設(shè)改用活塞發(fā)電，就可增加發(fā)電量1.4倍左右，至少也能增加發(fā)電量1.2倍以上，只要能提高功率。其它困難，如活塞的笨重，大、小活塞來回運(yùn)動的碰撞(可用橡膠塊來克服)，活塞來回運(yùn)動次數(shù)的要求，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上的要求，活塞慣性力的產(chǎn)生(可在小齒輪上安裝飛輪，就可產(chǎn)生有水輪等一樣大小的慣性力做功了)。進(jìn)水和排水的控制和要求等都可克服，適用于中、小型水電站、大型電站，可用活塞組，是可以的，現(xiàn)在以有水輪發(fā)電，反擊式發(fā)電，在增加活塞式水力發(fā)電，各有特長，以上所寫的，不一定很對，寫給國內(nèi)國外作參考選用，希望愛好科學(xué)者、水電部門和有關(guān)單位及技師和個人，多作指教和支持，共同的分析和設(shè)計制造，盼早日實(shí)現(xiàn)增加發(fā)電量1.4倍左右。
權(quán)利要求
1.設(shè)計一種活塞式水力發(fā)電機(jī)。好處是耗水量少，不容易浪費(fèi)水，讓95％以上的水都能做功，增加發(fā)電量。設(shè)計特征和組成部份，主要的是需要在大活塞里安裝小活塞，需要安裝推桿、大齒輪、小齒輪、曲軸、發(fā)電機(jī)、氣缸、連桿等才能組成活塞式水力發(fā)電機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的在大活塞里安裝小活塞，是用來緩和大活塞來不及回行運(yùn)動的困難，克服大活塞來回運(yùn)動，對功率上的損失，將來回運(yùn)動，改變成相當(dāng)于直線運(yùn)動來提高功率。
3.如權(quán)利要求1所述的推桿是用來增大活塞來回運(yùn)動的行程，又可減少來回運(yùn)動的次數(shù)，有利益功率上的提高，有利益帶動曲軸轉(zhuǎn)動。
4.如權(quán)利要求1所述的大齒輪和小齒輪的安裝，是用來將慢速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)變成快速轉(zhuǎn)動，而不影響功率降低，以好適應(yīng)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上的需要。
5.如權(quán)利要求1所述的大活塞、小活塞、推桿、大齒輪、小齒輪、曲軸、發(fā)電機(jī)、氣缸、連桿等，是活塞式水力發(fā)電機(jī)的主要的組成部份，是設(shè)計上不可缺少的主要的零件。
全文摘要
用水推動水輪機(jī)或反擊式發(fā)電機(jī)發(fā)電，因耗水量大，葉片又是偏斜的，水總是斜推葉片，有部份水是推動葉片轉(zhuǎn)動，是做了功的，有部份水是壓在軸心上，不起做功作用，所以功率不高，因此，才設(shè)計用活塞代替葉片，因活塞可節(jié)省水1.45倍，水的壓力又是在密封的容器里垂直的向活塞推去，沒有浪費(fèi)點(diǎn)水，除去損失，可多發(fā)1.4倍的電，但是需要在大活塞里安裝小活塞，需要安裝推桿、大齒輪和小齒輪等，用來克服大活塞來回運(yùn)動對功率上的損失和克服發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上的需要，才能提高功率1.4倍左右。
文檔編號F03C1/00GK1450262SQ0214835
公開日2003年10月22日 申請日期2002年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月6日
發(fā)明者楊元祥 申請人:楊元祥