專利名稱：無(wú)揚(yáng)程吸排泵射流驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水力發(fā)電中用以推動(dòng)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的水能，更確切更具體地講是涉及促 使水快速射流的一種機(jī)械設(shè)^"——吸排泵。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)電能的需求量也越來(lái)越大，由此提供電能的發(fā)電廠相應(yīng)也越 來(lái)越多，當(dāng)今世界各地在眾多的發(fā)電方法中，其水力和火力占主流地位。
自然界的江河流向總是沿程下降的，河床高程下降的程度可用河床的坡降表示。有的河床 在沿程幾公里至幾十公里范圍內(nèi)，坡降可達(dá)幾十米到幾百米，河床中的水流每時(shí)每刻從高處流 向低處不斷釋放能量，將水能消耗在流動(dòng)的路程上。水力發(fā)電的任務(wù)是采取最經(jīng)濟(jì)最安全的方 案，將消耗在河床路程上的水能收集儲(chǔ)存起來(lái)并轉(zhuǎn)換成電能。
盡管水力發(fā)電不像火電廠那樣需消耗大量燃料(煤)相i^也無(wú)環(huán)境污染，并且運(yùn)行成本也 很低等不少優(yōu)越性，但由于受著地理位置和水資源的自然條件限制，不少因建水電站須得移民， 修筑大壩會(huì)淹沒(méi)田地、房屋及森林等，由此一般存在建水電站投資大，、損失多， 一年四季水資 源相差懸殊而供電量不正常，地址難找等弊病。
由于種種原因，選擇抽水蓄(儲(chǔ))能發(fā)電也是其中之一有效途徑。根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)水平， 花費(fèi)一個(gè)KW 時(shí)的電能用于抽水注入高處儲(chǔ)水池，到時(shí)再放下來(lái)推動(dòng)水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電， 最多只能發(fā)出0. 75KW *時(shí)的電能，即在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中因磨擦而損耗了四分之一，是個(gè)賠本的作法， 那么又為什么又要抽水儲(chǔ)能發(fā)電呢？
電力生產(chǎn)最困難之處是電力供應(yīng)的電能不能提前生產(chǎn)和儲(chǔ)存，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平電能生產(chǎn) 必須生產(chǎn)與使用同時(shí)進(jìn)行，而且必須嚴(yán)格保持電網(wǎng)中每時(shí)每刻所有發(fā)電機(jī)組輸出的功率等于所 有的用戶用電總負(fù)荷，否則，將造成電網(wǎng)頻率的波動(dòng)。電網(wǎng)中火電廠與核電廠的機(jī)組帶滿負(fù)荷 運(yùn)行時(shí)效率高、安全性好，例如大型火電廠機(jī)組出力不宜低于80%,核電廠機(jī)組出力不宜低于
80%~90%，頻繁地開機(jī)停機(jī)及增減負(fù)荷不利于火電廠和核電廠的經(jīng)濟(jì)性和安全性。因此在每一 天的后半夜電網(wǎng)用電低谷(谷電)時(shí)，由于不宜停機(jī)和減負(fù)荷，電網(wǎng)上會(huì)出現(xiàn)電能供過(guò)于求， 這時(shí)可啟動(dòng)抽水機(jī)，將下水庫(kù)中的水抽到上水庫(kù)中去，即將電能以水能的形式儲(chǔ)存起來(lái)；待到 白天電網(wǎng)出現(xiàn)用電高峰(峰電)即電能供不應(yīng)求時(shí)，這時(shí)可將抽到上水庫(kù)的水往下放從而推動(dòng) 水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，即將上水庫(kù)所儲(chǔ)存的水能重新轉(zhuǎn)換為電能?？赡媸綑C(jī)組有兩種工況即 具有兩種功能正向旋轉(zhuǎn)抽水，反向旋轉(zhuǎn)發(fā)電，因此抽水與發(fā)電同用一臺(tái)水輪機(jī)，不必另外設(shè) 置安裝水泵。盡管發(fā)電量只有耗電量的75%，但是由于峰電與谷電上網(wǎng)電價(jià)之比大于1，國(guó)外 一般為4: 1，即 谷電電價(jià)只有白天峰電電價(jià)的四分之一，因此,水蓄t^電站還是有利可圖。 當(dāng)今世界在發(fā)電與用電過(guò)程中，綜合存在投資大，提高水位危害多；火電廠資源消耗多和 環(huán)境污染重或處理難；供電不正?；驘o(wú)法滿足；電價(jià)居高不下等弊病
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種其輸出功率遠(yuǎn)大于輸入功率的無(wú)揚(yáng)程抽水發(fā)電驅(qū)動(dòng)裝置，旨在 提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，運(yùn)行成本低，無(wú)資源消耗，無(wú)環(huán)境污染，無(wú)須提高水位，建站選 址容易，發(fā)電量可多可少的驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的吸排裝置。采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。 A、改進(jìn)傳統(tǒng)吸排裝置
當(dāng)今時(shí)代使用的風(fēng)機(jī)有離心式和軸流式兩種，而水泵和油泵除了離心式和軸流式外還有旋 渦式、往復(fù)式(活塞式)、葉片式、齒輪式、螺桿式等多種，除特殊作業(yè)外，使用最為普遍的 為離心式和軸流式，這兩種機(jī)械常用來(lái)做為風(fēng)機(jī)和水泵，以抽水為例說(shuō)明如下。
顧名思義，離心式水泵是借用離心力促使葉輪在快速旋轉(zhuǎn)中將水向四周甩出，但傳統(tǒng)的抽 水機(jī)每個(gè)水泵都只有一個(gè)出口，所占位置不到周長(zhǎng)的四分之一，而水在葉輪的高速旋轉(zhuǎn)中憑借 離心力向四周甩出在四周圍即360。的任何一個(gè)點(diǎn)上的出水量都是絕對(duì)均等的即一點(diǎn)不多一點(diǎn) 不少，由此可知在四周四分之三以上的圓周無(wú)出水口，因而水流被迫轉(zhuǎn)彎流向出口使致磨擦阻 力增大導(dǎo)致效率降低；同時(shí)水是有重量的，垂直作用在物體單位面積上所受到的壓力在物理學(xué) 上稱為壓強(qiáng)，在國(guó)際單位制中壓強(qiáng)單位為"帕斯卡"，簡(jiǎn)稱"帕"，因此，抽水時(shí)揚(yáng)程越高所形 成的壓力相應(yīng)也越大，這種壓力對(duì)水泵葉輪產(chǎn)生一種反壓力，即水泵葉輪在旋轉(zhuǎn)中將水不斷甩 出的同時(shí)水對(duì)葉輪產(chǎn)生一種推力，由于出水口僅在葉輪圓周的每一個(gè)點(diǎn)上，在水的推力下就形 成了葉輪必向反方向偏位的趨勢(shì)，由此導(dǎo)致安裝葉輪的轉(zhuǎn)軸在旋轉(zhuǎn)中與軸承相貼處在圓周上松 緊不一，即一邊松一邊緊，從而加大軸承中滾珠的磨擦，這種磨擦的輕重p著抽水揚(yáng)程高低的 變化而變化，其結(jié)果是或多或少地降低了機(jī)械做功效率即耗能增多。另外'，由于水在進(jìn)入葉輪 被甩出的過(guò)程中必須要轉(zhuǎn)一個(gè)90'的彎而形成阻力，由于以上幾個(gè)因素的存在導(dǎo)致了離心式比 軸流式必然多耗能的后果。
軸流式水泵是將數(shù)片成螺旋狀為一個(gè)螺距的幾分之一以等距離安裝在軸的圓周，旋轉(zhuǎn)中將 水往前推送而不轉(zhuǎn)彎，因此它比離心式節(jié)能， 一般節(jié)能可達(dá)0.5左右。為了克服水在往前輸送 中的反壓力，務(wù)必要在與葉片同一根軸的后位安裝止推軸承，運(yùn)轉(zhuǎn)中由于有止推軸承的阻擋和 徑向軸承的定位而使軸在水的反壓力作用下不會(huì)后退和左右偏斜，但只因有反壓力的存在(軸 向力)導(dǎo)致在旋轉(zhuǎn)中使得止推軸承中的滾珠與前后擋圈(定圈和動(dòng)圈或稱緊環(huán)與松環(huán))劇烈地
磨擦，根據(jù)牛頓第三定律"作用力與反作用力必須相等，方向相反。"因而磨擦力的大小同樣
隨著反壓力的多少而變化，磨擦力所帶來(lái)的阻力而浪費(fèi)了相當(dāng)一部分能源。
在現(xiàn)有技術(shù)中，不管是離心式還是軸流式或是其他，都是一臺(tái)機(jī)子只能是單個(gè)水泵，同時(shí) 須得安裝兩個(gè)或兩個(gè)以上的軸承與軸承座，由此必然導(dǎo)致機(jī)械笨重，制造成本較高、工效較低 等弊病。
改為將尺寸完全一致，構(gòu)造完全一樣，重量絕對(duì)相等的葉輪或葉片或活塞與連桿分別安裝 在同一根抽的兩端，選擇的樣式可是其中的一種、二種或兩種以上，但除離心式外必須是成雙 成對(duì)地安裝，因此，它至少有兩個(gè)出口，以抽水為例，若采用離心式葉輪，水的排出原理是借 用葉輪在快速旋轉(zhuǎn)中所形成的離心力將水從葉輪里甩出，從理論上講它的出水量四周即在整個(gè) 圓周的某一點(diǎn)上都是一致的，由此將傳統(tǒng)的單出口改為相互對(duì)稱的雙出口或多出口(以葉輪大 小而定)這樣不管揚(yáng)程有多高所形成的壓強(qiáng)有多大都不會(huì)給徑向軸承增加磨擦，道理很簡(jiǎn)單， 其壓力一個(gè)在左、 一個(gè)在右，或一個(gè)在上、 一個(gè)在下，或一個(gè)在前、 一個(gè)在后，即相互成一字 形對(duì)稱，二者完全相等，落在同一個(gè)葉輪的兩側(cè)由此相互抵消由有變無(wú)，促使葉輪始終定位準(zhǔn)
確，即不右偏也不左偏，并無(wú)上下移位的條件；除此以外，當(dāng)水從葉輪四周被甩出后由于在整 個(gè)圓周上至少有兩個(gè)或兩個(gè)以上的出口，從而大大地減少或杜絕了水一出葉輪就被殼體阻堵務(wù) 必轉(zhuǎn)彎的現(xiàn)象發(fā)生，即水一旦被甩出葉輪就短距離或直接進(jìn)入了出水管即實(shí)現(xiàn)水流更順暢，少
阻力或無(wú)阻力，由此達(dá)到效率提高相應(yīng)節(jié)能的目的。
當(dāng)采用軸流式時(shí)，將數(shù)片葉片斜向(螺旋狀)分別安裝在同一個(gè)根組合式軸的兩端，所謂 組合式，就是以連軸器將三根軸相互連接成一字形排例即三合一，其中兩端用于安裝轉(zhuǎn)輪即螺 旋葉片，中間用于安裝起支承作用并分開一定距離的軸承和軸承座，正中位用于安裝傳動(dòng)輪(被 動(dòng))以便與動(dòng)力機(jī)傳動(dòng)輪(主動(dòng))相連。兩端頭的螺旋葉片其規(guī)格與尺寸完全一致，但方向相 反，即一端為左旋一端為右旋，由此在運(yùn)轉(zhuǎn)中兩端的水流背道而馳即方向相反，促使一端將水 往左輸送另一端將水往右輸送，運(yùn)轉(zhuǎn)中螺旋葉片將水往前推，水的反壓力將葉片往后推，由于 兩端的反壓力完全相等并落在同一根軸上而被相互抵消由有變無(wú)，換句話說(shuō)， 一個(gè)人挑一付擔(dān) 子，相對(duì)而言兩端有同樣重的貨物時(shí)覺(jué)得輕松，當(dāng)卸去一頭貨物時(shí)反而很費(fèi)力，其原由是缺少 平衡(配重)之力。另外，傳統(tǒng)的軸流式葉片只是在軸的每一端頭長(zhǎng)度上的三分之一或四分之 一螺距安裝單獨(dú)的三片或四片螺旋葉(參見圖7)這樣吸排泵每運(yùn)轉(zhuǎn)一周從理論上講只能將短 距離內(nèi)的(截面積X葉片安裝長(zhǎng)度一該長(zhǎng)度內(nèi)葉片與軸的體積)水推移相應(yīng)的路程，如設(shè)順轉(zhuǎn) 時(shí)往前推或往上推，反轉(zhuǎn)時(shí)往后推或往下推，其做工原理不變，現(xiàn)將其改為一個(gè)螺距或兩個(gè)螺 距或更多，這樣每運(yùn)轉(zhuǎn)一周就會(huì)將一個(gè)螺距內(nèi)的水推移相應(yīng)的路程，比改前多出三分之二或四 分之三。
該裝置還可以將兩種或兩種以上的轉(zhuǎn)輪成雙成對(duì)地分別以同樣的數(shù)量安裝在同一根組合式 軸上的兩端或左右。如軸流式、離心式、活塞式任選一種或兩種或兩種以上，其優(yōu)越性在于， 可以節(jié)省軸承和軸承座及傳動(dòng)輪的安裝個(gè)數(shù)及中間軸的根數(shù)，即不管轉(zhuǎn)輪多少都只須安裝兩個(gè) 徑向軸承與相應(yīng)的軸承座和一根中間軸，并由此減少了磨擦阻力，由于兩端轉(zhuǎn)輪為對(duì)稱安裝而 抵消了運(yùn)轉(zhuǎn)中的軸向力，因而無(wú)須安裝止推軸承，可以把軸流式結(jié)構(gòu)螺旋葉之螺距適當(dāng)減少使 其徑向力也相應(yīng)降低。
例如，在同一根組合式長(zhǎng)軸上安裝兩端和中間四個(gè)位置共六個(gè)吸排泵。其中兩端各一個(gè)為 軸流式以背向排出水流分別射向前后，中間四個(gè)位置為離心式吸排泵背向排出水流分別射向左 右，兩端各一個(gè)分別推動(dòng)單個(gè)水輪機(jī)共兩個(gè)，中間四組每組由兩個(gè)離心式葉輪背向組合而成， 每組有左右各一個(gè)出口從而在運(yùn)轉(zhuǎn)中可推動(dòng)左右各一個(gè)水輪機(jī)，四組共可推動(dòng)八個(gè)水輪機(jī)，這 樣一根組合式軸上所安裝的吸排泵可推動(dòng)共十個(gè)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，而只須在兩端軸流式吸排泵的后 位分別各安裝一個(gè)軸承和軸承座，并在正中間段安裝單個(gè)傳動(dòng)輪(帶輪、鏈輪或齒輪)，由同 一臺(tái)動(dòng)力(電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī))驅(qū)動(dòng)。只須將組合式長(zhǎng)軸其中段略加長(zhǎng)加粗，以正中為界的兩頭 各增加一個(gè)吸排泵，總共便可推動(dòng)共十四臺(tái)水輪機(jī)，同樣由兩個(gè)位置的軸承和軸承座所支承， 也同樣由一臺(tái)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。由于其左右各臺(tái)水輪機(jī)分左右排列在一根直線上，必要時(shí)，可將同邊 (左或右)的多臺(tái)水輪機(jī)共同安裝在同一根長(zhǎng)軸上，由此實(shí)現(xiàn)多臺(tái)水輪機(jī)共同驅(qū)動(dòng)同一臺(tái)機(jī)器 如發(fā)電機(jī)之目的。
B、吸排促流不設(shè)揚(yáng)程
抽水蓄能發(fā)電，其抽水耗電量(輸入功率)與放水發(fā)電量(輸出功率)之比值大小與抽水 揚(yáng)程高低沒(méi)有關(guān)系，耗電量與發(fā)電量都由壓力大小所決定，揚(yáng)程高即水頭高相應(yīng)壓力大，反之 貝ij小，由此得出的結(jié)論是抽水耗電量與放水發(fā)電量成正比關(guān)系，換言之在抽水蓄能發(fā)電方案中， 其輸入功率與輸出功率之比不受揚(yáng)程高低的制約；不難設(shè)想設(shè)抽水揚(yáng)程高2米，它的底層即最低位每1112的壓力=水的密度1000公斤/n/X2^2000公斤，寫成國(guó)際單位是2000X9.8牛頓 =19600 (帕斯卡)，而標(biāo)準(zhǔn)大氣壓則為=1.01325X105=101325，為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的19. 34% (19600 + 101325)，這樣低的壓力(壓強(qiáng))在放水發(fā)電中又能形成多大射力呢？它遠(yuǎn)不如在2米高揚(yáng) 程內(nèi)抽水時(shí)其出水管出口射流的速度(除非抽水機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常)。并且在放水發(fā)電過(guò)程中，這 種壓力從起始的19600帕斯卡到最后為0，即平均只有9800帕斯卡(19600+2)，僅為標(biāo)準(zhǔn)大 氣壓的9.67% (9800 + 101325)。這就是其輸出功率最多只能是輸入功率的0. 75原因所在或說(shuō) 其中因素之一。
眾所周知，抽水機(jī)在抽水時(shí)其揚(yáng)程越低所需動(dòng)力越小或者水的流速越快或者流量越多；在 一定條件下，揚(yáng)程越矮排水出口噴射出來(lái)的水柱越高，二者成反比關(guān)系，供人們觀賞的水上花 園或稱射流池噴射時(shí)水柱高達(dá)十余米。根據(jù)這一原理(自然規(guī)律)，不設(shè)出水管，并將吸排泵 用于做功的轉(zhuǎn)輪只少三分之一 (最多全部)浸沒(méi)有水池中，與完全無(wú)揚(yáng)程相差無(wú)幾，要說(shuō)有也 最多僅是轉(zhuǎn)輪的三分之二尺寸屬微乎其微。因此吸排泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中所需動(dòng)力即輸入功率必然很 少，而出口的水流噴射速度無(wú)疑會(huì)更快或流量會(huì)更多。如若將吸排泵轉(zhuǎn)輪設(shè)置于水平面以下即 全部被水淹沒(méi)，雖然對(duì)減少運(yùn)轉(zhuǎn)阻力有利，但由于水流必須在水平面以下噴射導(dǎo)致水輪機(jī)下降 至下邊一定尺寸落于水中而運(yùn)轉(zhuǎn)阻力加大，實(shí)為得不償失。
為了'加快流速，可適當(dāng)將吸排泵的出口減小以獲得更大的推力。雖然減小出口會(huì)增加一定 的反壓力，但如前所述由于某組出口都是由前后或左右彼此相互為對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，由此其反壓力 便落在同一根軸上或落在同一個(gè)轉(zhuǎn)輪的左右彼此被相互抵消由有變無(wú)，從而不會(huì)給運(yùn)轉(zhuǎn)造成阻 力。
不設(shè)揚(yáng)程便意味著吸排泵在同一時(shí)間內(nèi)所吸入的水與所排出的水在推動(dòng)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中即在 做功全過(guò)程中水的流動(dòng)都在同一個(gè)池子里重復(fù)進(jìn)行。由此水可以重復(fù)使用無(wú)數(shù)次，除少量蒸發(fā) 外既不會(huì)增多也不會(huì)減少，給自始至終保持無(wú)揚(yáng)程提供了一個(gè)可行性條件，換言之水平面無(wú)上 升也無(wú)下降從而保持在運(yùn)轉(zhuǎn)中噴射力均衡，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)穩(wěn)定，不比庫(kù)水下放其壓力必 然會(huì)隨水位降低而降低。同時(shí)為原水循環(huán)而無(wú)須修建儲(chǔ)量大的蓄水池。由于不受水資源與流差 的制約，便可根據(jù)所需設(shè)計(jì)發(fā)電廠的大小。
C、借出口之前的射流推力
用人力拋石子、扔手榴彈時(shí)，脫開手后飛速總是由快到慢，最后停飛下落。同樣的道理， 水往上流是由于水泵葉輪的快速旋轉(zhuǎn)所起的作用，水流在脫開葉輪的起始階段流速為最快，因 此出水管越長(zhǎng)和揚(yáng)程越高其流速相應(yīng)也就越慢。應(yīng)順這個(gè)自然規(guī)律，將圓柱形水輪機(jī)外緣的少 量周線長(zhǎng)度在不防礙其本身旋轉(zhuǎn)的條件下，用來(lái)替代吸排泵出口上下左右四向其中之一的上 邊，并且靜置中的水輪機(jī)其外緣多片葉片其中之一與吸排泵出口的下邊及左右相貼近而不發(fā)生 磨擦即保持極小的縫隙，由于水輪機(jī)緣周葉片與葉片之間存在一定的距離即空間，在超越吸排 泵出口時(shí)由水流將空間填充至滿，運(yùn)轉(zhuǎn)中由水流推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)中讓位與水流通過(guò)， 在通過(guò)中和通過(guò)后對(duì)水輪機(jī)施加推力從而促使水輪機(jī)快速旋轉(zhuǎn)，水輪機(jī)在旋轉(zhuǎn)中不僅不會(huì)給水 流造成阻力，相反還會(huì)助長(zhǎng)水的流速，其原由是為增強(qiáng)對(duì)水輪機(jī)推力而將吸排泵的水流出口 水平寬度與水平安裝的圓柱形水輪機(jī)輥體寬度相等，而高度不到寬度的十分之一，高度尺寸小 是為了加快水的射流速度而將出口斷面減小所為，這樣占出口上下左右之和的近50%的上邊由 固定壁板改為水輪機(jī)周線其中一少部份所取代，由水的射力推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)中幾乎與 水的射流速度同步運(yùn)行，從而減少了對(duì)水流在超越出口的磨擦阻力。例如 一個(gè)人的身體前后
厚度為250毫米，要從一個(gè)只有240毫米寬的固定門隙中擠過(guò)去或多或少會(huì)有些困難，如果將 該門的左右改為兩個(gè)立式安裝的并可轉(zhuǎn)動(dòng)的活動(dòng)型輥筒，其左右距離即寬度不變?nèi)允?40毫米， 人要越過(guò)該道門就形容多了，道理很簡(jiǎn)單，當(dāng)人的身體在超越中移位時(shí)，其左右輥筒也隨著同 步旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)在無(wú)有磨擦的條件下超越，由此減少了通過(guò)中的阻力。
由于水流具有粘滯性，便得水流在同一過(guò)水?dāng)嗝嫔狭魉俸懿痪鶆?。以自由表面的河流為例?在河流表面中心線上的水質(zhì)點(diǎn)流速最高，與河床固體表面接觸的水質(zhì)點(diǎn)流速為零，應(yīng)順這一規(guī) 律，將吸排泵出口的下邊也由一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的小輥筒代替，由水的射流所形成的推力推動(dòng)其與水 流同步運(yùn)轉(zhuǎn)，由此減少其阻力促使水的流速更快更順暢更有力。
在抽水過(guò)程中，從出水管出口射出來(lái)的水柱根據(jù)射力大小存在一定的推力，被推物件離出 口越近所受到的推力也就越大，但不可貼近，貼近時(shí)依據(jù)相貼面積的大小或多或少起到了封堵 的作用，對(duì)出水不利。而水輪機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中其某處邊緣葉片在寬度上是與出口完全貼近的，近得 不可能再近了 (只是保持不卡死就行)，但由于它的轉(zhuǎn)動(dòng)的，根據(jù)葉片的厚度和水輪機(jī)的4)大 小，雖然每轉(zhuǎn)一周有多少葉片就有多少封堵次數(shù)，但由于每一次封堵的時(shí)間極短，只有數(shù)千分 之一秒，用肉眼是觀察不出來(lái)的，并且是在運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)行封堵，無(wú)有絲毫的停留，極短的封堵時(shí) 間即在一秒鐘之內(nèi)封堵一至兩千次甚至更多，例如設(shè)水輪機(jī)4)2200毫米，每分鐘轉(zhuǎn)速1100， 在其緣周線上共安裝110塊厚度為3毫米的葉片，前后葉片與葉片之間的距離為2200X :i 3.1416+110—3=59.832,運(yùn)轉(zhuǎn)中每秒鐘超越出口葉片數(shù)410X 1100+60=2016. 7，即在每秒鐘 之內(nèi)對(duì)出口封堵2016次之多；而且根據(jù)前后葉片之距離在一定時(shí)間內(nèi)通流時(shí)間總是遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于 封堵時(shí)間，后者是前者的數(shù)十分之一或數(shù)百分之一，例如前后葉片距離為60mm，葉片厚3ram， 封堵時(shí)間僅為通流時(shí)間的3+ (60+3) =0.04762，由此可知極為短暫的每次封堵只能導(dǎo)致水的 膨脹力加大而促使推力增大?？梢娪捎谒啓C(jī)既接受了出口前的水流推力又接受了出口后的水 流推力，從而大大提高了對(duì)輸入功率的利用，而在傳統(tǒng)的抽水蓄能作法中這種推力百分之百被 浪費(fèi)掉了。
當(dāng)今世界各地借用水力發(fā)電都不外乎用水流推動(dòng)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪帶動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，再由水輪 機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)從而發(fā)出電來(lái)。根據(jù)水輪機(jī)能量轉(zhuǎn)換的特征不同可分為反擊式水輪機(jī)和沖擊 式水輪機(jī)兩大類。其中反擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪能量轉(zhuǎn)換是在有壓管中進(jìn)行，即水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪被水 浸(淹)沒(méi)在壓管中；而沖擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪能量轉(zhuǎn)換是在無(wú)壓大氣中進(jìn)行，即借用水的射流 沖擊水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪整個(gè)圓周上的某一部份，其水輪機(jī)整個(gè)體積架空為一目了然而不被水遮淹。該 發(fā)明屬于后者即沖擊式類型。沖擊式水輪機(jī)型又分為水斗式、斜擊式和雙擊式三種，本發(fā)明與 水斗式水輪機(jī)做功原理近似。沖擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速與水的射流速度和射流量及射流角度等都存 在直接的關(guān)系，各個(gè)數(shù)據(jù)都有，一個(gè)最佳值，以其中之一的射流速度為例，某水電廠水斗式水輪 機(jī)cb為1.7m，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為500 (根據(jù)水頭高度等因素)，按工藝要求即理論計(jì)算所得最佳射流 速度等于運(yùn)轉(zhuǎn)中的水輪機(jī)緣周線速的2倍，換言之水輪機(jī)周線速度應(yīng)是射流速度的0. 5倍效率 為最高，但在實(shí)際做功時(shí)由于摩擦損失不可避免，實(shí)際應(yīng)為0. 42~0. 48，按此比值計(jì)算求每秒 鐘射流速度先求出水輪機(jī)在一秒鐘之內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)線速=兀3. 1416X1. 7X500+60=44. 5(m);再求
出水的射流速度<formula>formula see original document page 8</formula>。本發(fā)明中設(shè)軸流式吸排泵4>為0. 7m，主軸4>為0.12m， 前后螺旋葉片距離為0.42m，每分鐘轉(zhuǎn)速為1500,吸排效率為0.7，吸排泵出口斷面=出口寬 0.5mX出口高0.04m=0.02 (m2)，求每秒鐘射流速度<formula>formula see original document page 8</formula>比上述某水電廠最高射流速度106m還 多出29.57 (135. 57—106)，因此完全可以符合工藝要求，更何況其流速高低可以通過(guò)調(diào)節(jié)或 改變吸排泵的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)輪4)或出口斷面來(lái)實(shí)現(xiàn)，它不比傳統(tǒng)作法要提高射流速度受著水頭(水 位)高度的制約。
綜上所述，本發(fā)明有益效果簡(jiǎn)述如下。
由于無(wú)須水的流差，所以建電站選址十分容易；對(duì)燃料需求量為零，由此節(jié)省了有限的資 源和杜絕了環(huán)境污染；因?yàn)闆](méi)有必要像傳統(tǒng)水電廠那樣修筑大壩與船閘和移民，也無(wú)須像火電 廠那樣務(wù)必安裝鍋爐與建煙窗等繁雜設(shè)備而投資很少；因?yàn)槠漭敵龉β士梢赃h(yuǎn)大于輸入功率而 運(yùn)行成本極低；由于不受水資源和燃料的制約而供電正常；因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單為實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)和少人 值班與無(wú)人值守提供了可行性條件等優(yōu)越性。


圖1是為一字形對(duì)稱安裝的雙出口軸流式吸排泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中推動(dòng)水輪機(jī)其結(jié)構(gòu)與做 功原理的側(cè)面剖視示意圖2是左右相對(duì)各有一個(gè)出口的離心式吸排泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中分別推動(dòng)左右各一個(gè)水輪機(jī)其結(jié)構(gòu) 與做功原理橫切面剖視示意圖3是圓柱形水輪機(jī)立體圖4是吸排泵其排水出口立體圖5是吸排泵排水出口正面即主視圖6是吸排泵其排水出口與水輪機(jī)其一周邊在運(yùn)轉(zhuǎn)中的相互套合位置說(shuō)明圖7是發(fā)明原型即現(xiàn)有軸流式吸排泵螺旋葉片結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)照附圖做更進(jìn)一步的具體說(shuō)明。
參照?qǐng)D1，吸排泵的主軸1由前后中三根短軸所組成，三根短軸由兩處相隔一定距離的連 軸節(jié)6用螺柱20固緊而相互連接成為一根組合式長(zhǎng)軸，在其兩端分別安裝有螺旋葉片2，組合 式長(zhǎng)軸由彼此分開一定距離的各一個(gè)軸承與軸承座5所支承，軸承和軸承座安裝在固定的機(jī)架 上(圖中未示出)，長(zhǎng)軸的正中心安裝有皮帶輪4用于以皮帶與動(dòng)力即電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)皮帶輪 套合而作功，每組螺旋葉片的后位安裝有進(jìn)水管7，進(jìn)水管的尾端安裝有防止吸入雜物的蓮蓬 頭8，如果不是為了安裝蓮蓬頭即如果水純潔無(wú)雜質(zhì)就不必設(shè)置進(jìn)水管，因?yàn)槲疟玫娜~輪只 少有三分之一被浸沒(méi)在水9中。在動(dòng)力(圖中未示出)的帶動(dòng)下吸排泵在快速旋轉(zhuǎn)中借用螺旋 葉2的作用將水從進(jìn)水管中吸入，從兩端出口3中排出，由于是每分鐘為數(shù)千轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn) 加上出口 3斷面比螺旋葉4)斷面縮小許多倍，從而促使水在快速流動(dòng)中形成以秒鐘為數(shù)十米至 數(shù)百米的高速射流，由射流推動(dòng)水輪機(jī)圓周葉片10帶動(dòng)水輪機(jī)21快速旋轉(zhuǎn)，由于水輪機(jī)主軸 11其中一頭與機(jī)器如發(fā)電機(jī)(圖中未示出)的主軸相連，由此帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電來(lái)。
為了提高射流的推力，吸排泵出口的上邊由水輪機(jī)的每一邊緣即周長(zhǎng)的一少部份(不定位) 組合而成，在運(yùn)轉(zhuǎn)中其葉片10在超越吸排泵出口時(shí)與出口底邊32貼近但不卡阻；為使各葉片 10牢固穩(wěn)當(dāng)和在運(yùn)轉(zhuǎn)中越過(guò)出口時(shí)減少射流從兩側(cè)邊冒出而將葉片兩端頭用擋片12封堵(圖 中只示出一部分，未示出的圓周為剖視便于說(shuō)明)；為了分別將水流在運(yùn)轉(zhuǎn)中同時(shí)等量并等速
往前后兩端輸送，而將同一規(guī)格的螺旋葉片2—個(gè)為左旋一個(gè)為右旋分別安裝在軸的前后兩端；
為了在起動(dòng)前排除空氣，而在泵殼27的上端安裝有放氣螺釘28。由于吸排泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中所吸入 和所排出的水都在同一個(gè)水池中進(jìn)行，因而吸排量不管是大是小都可始終保持水位既不升高也 不下降。
參照?qǐng)D2，離心式吸排泵的葉輪22以背靠背兩個(gè)(圖中只示出一個(gè))為一組安裝在主軸l 上，相互對(duì)稱的左右各有一個(gè)出口 24，每個(gè)葉輪的正面下位有進(jìn)水管25,其傳動(dòng)與做功原理 與圖1中的軸流式吸排泵一樣，只是當(dāng)單個(gè)或雙個(gè)或多個(gè)離心式與軸流式共同安裝在同一根組 合式長(zhǎng)軸(主軸)l上時(shí)，軸流式位于兩端，離心式位于中間段，其雙出口或多出口前者分別 向著前后，后者分別向著左右。
為了在啟動(dòng)吸排泵時(shí)水流能實(shí)現(xiàn)順利吸入與排出可在啟動(dòng)前往水池加注清水，讓其淹沒(méi)整 個(gè)吸排泵，并松開泵殼29上位放氣螺釘26放出所存空氣，待正常運(yùn)轉(zhuǎn)后再將水池中的水排出 一部份使其降至原水位。
在圖3中，水輪機(jī)上窄而長(zhǎng)的多片葉片IO安裝在一個(gè)空心圓管的外圍周線上，用圓圈形擋 片12封擋住其兩端頭，水輪機(jī)的主軸ll其中一端伸出短一端伸出長(zhǎng)，短的一端僅只用于安裝 軸承與軸承座，長(zhǎng)的一端除安裝軸承與軸承座之外還用于加裝傳動(dòng)輪(軸承與軸承座及傳動(dòng)輪 圖中未示出)，如不安裝傳動(dòng)輪時(shí)便與機(jī)器如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸直接相連。
參照?qǐng)D4、圖5和圖6，吸排泵出口的寬度即左邊30與右邊31之間的距離等于水輪機(jī)輥體 上葉片10的寬度即輥體的寬，它的水流出口里面高度等于水輪機(jī)緣周葉片加上輥筒厚度在小 上所占的位置，它的上下弧度等于水輪機(jī)輥筒內(nèi)徑的弧度，運(yùn)轉(zhuǎn)中的水輪機(jī)每一片葉片在超越 出口時(shí)與出口的底邊32 (下邊)相貼近但不發(fā)生磨擦。為減少水的射流從排水出口左右上邊還 未到達(dá)出口之前往上噴射，而在其上邊的左右設(shè)置短尺寸并可折卸的水平蓋板34，并將水輪機(jī) 兩端頭外緣周線做成相應(yīng)的形狀即凸出一定尺寸，所凸出的厚度等于出口的高度，所凸出的寬 度與水平蓋板的寬度相等，以便在其蓋板下位順利通過(guò)；為了起始進(jìn)入排水出口的水輪機(jī)的葉 片與排水出口套合處不冒水或少冒水，而在該處安裝有橡皮板或厚布?jí)K或類似物33，橡皮板后 邊與排水出口上邊后缺口 23的后邊相連，左右與排水出口左右貼近，前邊與左右水平蓋板34
略有少量搭接并位于其下邊，由水流推動(dòng)橡皮板向上浮，由于有水輪機(jī)葉片10的阻攔而下降， 又由于葉片10前后葉片有一定尺寸的空間即距離，在水輪機(jī)快速旋轉(zhuǎn)中其中每一塊葉片10在 超越中迫使橡皮板塊下降一次，同時(shí)每次超越后又由水流推動(dòng)橡皮板塊上浮一次，因?yàn)樵谇耙?葉片超越之前后一葉片已與其貼近，從而在上浮和下降的重復(fù)進(jìn)行中實(shí)現(xiàn)阻止水流外冒的目 的。
實(shí)施例l，水輪機(jī)4)2.2米，寬度0.7米，在同一根組合式軸上共安裝14臺(tái)，其中左右單 邊分別為6臺(tái)，兩邊共12臺(tái)，前后兩端各一臺(tái)。組合式軸的長(zhǎng)度-左右水輪機(jī)輥體寬0.7X臺(tái) 數(shù)6+兩端軸流式吸排泵轉(zhuǎn)輪長(zhǎng)1. 2米X轉(zhuǎn)輪個(gè)數(shù)2+安裝傳動(dòng)輪、軸承與軸承座和連軸節(jié)所占 位置與空隙共1. 6米=8. 2 (米)，每臺(tái)水輪機(jī)與一臺(tái)發(fā)電機(jī)套合，共可驅(qū)動(dòng)14臺(tái)發(fā)電機(jī)。
實(shí)施例2，水輪機(jī)d)0.7米，輥體寬度0.3米，在同一根組合式軸上共安裝18臺(tái)，其中左 右每側(cè)各8臺(tái)，兩側(cè)共16臺(tái)，前后兩端各l臺(tái)，組合式長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度=水輪機(jī)寬度0.3乂臺(tái)數(shù)8+ 兩端軸流式吸排泵轉(zhuǎn)輪長(zhǎng)度0.8X轉(zhuǎn)輪個(gè)數(shù)2+安裝傳動(dòng)輪、軸承與軸承座和連軸節(jié)所占位置及 空隙共1米=5 (米)。左右兩側(cè)每側(cè)8臺(tái)水輪機(jī)安裝在同一根長(zhǎng)根上共同驅(qū)動(dòng)同一臺(tái)發(fā)電機(jī)， 18臺(tái)水輪機(jī)共驅(qū)動(dòng)4臺(tái)大小不一的發(fā)電機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)揚(yáng)程吸排泵射流驅(qū)動(dòng)裝置，由水的高速射流推動(dòng)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，其特征在于借用吸排泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中所排出的高速射流直接推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，其吸入與排出在同一個(gè)水池中進(jìn)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)揚(yáng)程吸排泵射流驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是在同一根組合式長(zhǎng)軸上安 裝有至少兩個(gè)或兩個(gè)以上的吸排泵。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)揚(yáng)程吸排泵射流驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是在某一組吸排泵的前 后或左右彼此以相互對(duì)稱為一字形在某個(gè)方向都安裝有尺寸相同的并寬度遠(yuǎn)大于高度的排水 出口。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)揚(yáng)程吸排泵驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是吸排泵的排水出口其上邊 由圓柱形水輪機(jī)的少部份緣周寬度所組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的無(wú)揚(yáng)程吸排泵驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是水輪機(jī)緣周葉片在運(yùn)轉(zhuǎn)中 超越吸排泵排水口出口時(shí)與其底邊相貼近。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種無(wú)揚(yáng)程吸排泵射流驅(qū)動(dòng)裝置，其特征為在排水口的上 邊缺口 (23)其下位安裝有橡片板塊或布與塑料類等代用品(33)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于推動(dòng)水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的無(wú)揚(yáng)程吸排泵射流驅(qū)動(dòng)裝置，旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，運(yùn)行成本低，無(wú)須水的流差與燃料，無(wú)環(huán)境污染的發(fā)電設(shè)備。其技術(shù)方案的要點(diǎn)是在同一根組合式長(zhǎng)軸上安裝多個(gè)吸排泵，吸排泵的前后或左右以一字形彼此相互對(duì)稱的形式在每一個(gè)方向都設(shè)置有寬度遠(yuǎn)大于高度的水平式水流出口，由動(dòng)力帶動(dòng)的吸排泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中每個(gè)排水出口形成的高速射流用于推動(dòng)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；吸排泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中的吸入與排出都在同一個(gè)水池中進(jìn)行而為無(wú)揚(yáng)程吸排，由此水池中水位始終可保持既無(wú)上升也無(wú)下降；并且同一根軸上的多個(gè)吸排泵由同一臺(tái)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)射流推力強(qiáng)勁，運(yùn)轉(zhuǎn)均衡和輸出功率遠(yuǎn)大于輸入功率之目的。
文檔編號(hào)F03B1/00GK101191452SQ200610136748
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2006年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月28日
發(fā)明者劉運(yùn)武 申請(qǐng)人:劉運(yùn)武