開合式葉片水輪的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種開合式葉片水輪機(jī)，旨在提供一種節(jié)能省力，重量較輕，既能借助水流的推力使其運(yùn)轉(zhuǎn)形成動(dòng)力，也能選用動(dòng)力帶動(dòng)用于抽水或促使氣體流動(dòng)，其技術(shù)方案要點(diǎn)是：在同一個(gè)輥筒的外緣周線上以等距離安裝若干塊縱向弧形葉片，各葉片與輥筒連接處為轉(zhuǎn)動(dòng)配合即可橫向轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，并將同一輥筒緣同各葉片外邊兩側(cè)頂頭置于同一個(gè)偏心關(guān)靜止的環(huán)形軌道中，由于受偏心環(huán)形軌道的制約，促使運(yùn)轉(zhuǎn)中的葉片外邊在每旋轉(zhuǎn)一周中距離旋轉(zhuǎn)中心由遠(yuǎn)到近又由近到遠(yuǎn)，遠(yuǎn)為展開用于接受水的推力或?qū)怏w吸入，近為收攏以將水或氣體排出并減少運(yùn)行阻力和水或氣體的回流，以此實(shí)現(xiàn)節(jié)能省力。
【專利說明】開合式葉片水輪機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及借助水在流動(dòng)中所形成的水能用來驅(qū)動(dòng)機(jī)器的一個(gè)間接傳動(dòng)部件，更確切更具體地來講就是用來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或其他機(jī)器的水輪機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]水力發(fā)電是人類改造大自然，利用大自然最成功的一個(gè)典范，是取之不盡、用之不竭的綠色再生能源。水輪機(jī)是以水作為介質(zhì)的流動(dòng)機(jī)械，是水電廠帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)，水輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性直接影響水電廠的經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)水輪機(jī)其結(jié)構(gòu)的不同有混流式、軸流式、斜流式、貫流式和水斗式等多種?；炝魇剿啓C(jī)的水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪前是沿主軸半徑方向，在轉(zhuǎn)輪內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)樾毕?，最后沿主軸軸線方向流出轉(zhuǎn)輪，水流在轉(zhuǎn)輪內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還進(jìn)行徑向運(yùn)動(dòng)和軸向運(yùn)動(dòng)，所以稱為“混流式”，其結(jié)構(gòu)與做功原理見圖1 (箭頭表示水流路線，正中為主軸，葉片安裝在主軸四周，下文同)；軸流式水輪機(jī)的水流在進(jìn)入轉(zhuǎn)輪前，已經(jīng)轉(zhuǎn)過90°角，水流沿主軸軸線方向進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，又沿主軸軸線方向流出轉(zhuǎn)輪，水流在轉(zhuǎn)輪內(nèi)同時(shí)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和軸向運(yùn)動(dòng)，沒有徑向運(yùn)動(dòng)，所以稱為軸流式，其結(jié)構(gòu)與做功原理如圖2所示；斜流式水輪機(jī)其轉(zhuǎn)輪內(nèi)的水流運(yùn)動(dòng)與混流式轉(zhuǎn)輪一樣，轉(zhuǎn)輪葉片與軸流式基本相同，其性能吸取了上述兩種水輪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)和工藝要求較復(fù)雜，如圖3所示；貫流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)輪內(nèi)的水流運(yùn)動(dòng)與軸流式安全一樣，所不同之處為貫流式水輪機(jī)的水流從進(jìn)入水輪機(jī)到流出水輪機(jī)幾乎始終與主軸軸線平行貫通，“貫流式”名稱由此而來，其結(jié)構(gòu)形狀與做功原理如圖4所示；水斗式水輪機(jī)其水流徑噴嘴形成高速射流，射流沿著轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)平面的切線方向沖擊轉(zhuǎn)輪斗葉促其旋轉(zhuǎn)，所以又稱為“切擊式”水輪機(jī)，它的結(jié)構(gòu)與做功原理如圖5及圖6所示。
[0003]到此為止，不管是哪一種水輪機(jī)，都是借助于水的流動(dòng)來推動(dòng)其葉輪(轉(zhuǎn)輪)連及主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，主軸在運(yùn)轉(zhuǎn)中直接或間接(通過主被傳動(dòng)輪)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或其他機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)輪上的葉片在運(yùn)轉(zhuǎn)中其尺寸大小因早已定型而不能改變，在每運(yùn)轉(zhuǎn)一周中其外緣周線360°的每一個(gè)點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)中心距離是相等的，以水斗式水輪機(jī)為例，受水流推動(dòng)的一側(cè)往下，相對(duì)的一側(cè)往上，往上的一側(cè)邊重量越多和距離旋轉(zhuǎn)中心越遠(yuǎn)所形成的阻力也相應(yīng)越大，反之越小，阻力大便意味著耗能多；另外傳統(tǒng)做法中的水輪機(jī)較笨重，如三峽水電站安裝的混流式水輪機(jī)其轉(zhuǎn)輪0為9.832m和10.416m兩種，水輪機(jī)質(zhì)量分別為3200t和3323t，從而制造成本略高；還有在運(yùn)轉(zhuǎn)中當(dāng)發(fā)電機(jī)斷路跳閘甩負(fù)荷時(shí)使水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)阻力瞬間下降，其轉(zhuǎn)速上升到一個(gè)極限值，轉(zhuǎn)速越高，水流隨葉片旋轉(zhuǎn)的機(jī)會(huì)也就越大，高速運(yùn)轉(zhuǎn)稱為機(jī)組發(fā)生了飛逸，機(jī)組飛逸是很危險(xiǎn)的一個(gè)信號(hào)，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)部件的離心力與轉(zhuǎn)速平方成正t匕，也就是說機(jī)組轉(zhuǎn)速
[0004]上升到原來的兩倍，則傳動(dòng)部件的離心力增大到原來的四倍，強(qiáng)大的離心力將對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度構(gòu)成極大的威脅。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型為解上述不足，旨在提供一種節(jié)能省電，重量較輕，運(yùn)轉(zhuǎn)安全，既能借助水的推力使其運(yùn)轉(zhuǎn)，也能用動(dòng)力帶動(dòng)用于抽水或促使氣體流動(dòng)的一種多功能水輪機(jī)或稱吸排泵，采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0006]在同一個(gè)輥筒的外緣周線上以等距離安裝若干塊縱向(與輥筒斷面成直角)弧形板塊做為葉片，各板葉與輥筒為轉(zhuǎn)動(dòng)配合即可橫向旋動(dòng)一定角度，將同一輥筒外緣周線的若干葉片頂頭兩側(cè)都置于同一個(gè)偏心并靜止不動(dòng)的環(huán)形軌道中，運(yùn)轉(zhuǎn)中的弧形板狀葉片受著軌道的制約，促使葉片外邊頂頭在運(yùn)轉(zhuǎn)一周中距離旋轉(zhuǎn)中心由遠(yuǎn)到近又由近到遠(yuǎn)，距離旋轉(zhuǎn)中心遠(yuǎn)所起的作用是做功，即接受水流的推力，水流為主動(dòng)葉片為被動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，距離旋轉(zhuǎn)中心近是為了減少運(yùn)轉(zhuǎn)的阻力，遠(yuǎn)可以是近的兩倍以上。當(dāng)由動(dòng)力帶動(dòng)時(shí)，距離旋轉(zhuǎn)中心遠(yuǎn)所起的作用是增加吸入量和排出量，距離旋轉(zhuǎn)中心近可減少介質(zhì)(水或空氣)的回流，不管是遠(yuǎn)還是近，都是為了提離效率。
[0007]為減輕運(yùn)轉(zhuǎn)中其葉片外邊頂頭與兩側(cè)軌道的磨擦，而在每一塊葉片的外邊頂頭兩側(cè)分別安裝各一個(gè)走輪，走輪在軌道上做環(huán)形滑移為滾動(dòng)移位，走輪的輪子由兩側(cè)面帶密封蓋的軸承(出廠前已加注潤(rùn)滑油)和外套組合而成，外套其敞開的一個(gè)側(cè)面加裝有水封，用于保護(hù)軸承免受水浸。各葉片內(nèi)邊以等距離安裝在同一個(gè)輥筒的外緣周線上同樣為軸承式結(jié)構(gòu)以便轉(zhuǎn)動(dòng)，輥筒與葉片連接處在長(zhǎng)度上為左右兩個(gè)點(diǎn)或兩個(gè)點(diǎn)以上，其葉片弧度略大于輥筒外緣直徑，即以在運(yùn)轉(zhuǎn)中合攏時(shí)能與相鄰上下葉片貼合為準(zhǔn)(此時(shí)葉片外邊頂頭距旋轉(zhuǎn)中心為最近)。
[0008]本實(shí)用新型即開合式葉片水輪機(jī)既可以平裝用來接受水流的推力，也可以是左右對(duì)稱或上下對(duì)稱的雙個(gè)裝，即水流從雙個(gè)水輪機(jī)的同一內(nèi)側(cè)通過。各葉片和軌道及輥筒與輥筒中心的轉(zhuǎn)軸都位于流水的管道中為封密狀，并由展開的葉片將通道切斷，如果葉片不轉(zhuǎn)動(dòng)水流便不能通過為靜停狀態(tài)，當(dāng)葉片不斷轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將水往前推移輸送，使其不能回流，由此減少了動(dòng)力消耗。
[0009]綜上所述，本實(shí)用新型所選用的技術(shù)方案是在同一個(gè)輥筒的外緣周線上以等距離安裝若干塊縱向排列與輥筒橫斷面緣周成直角的弧形葉片，各葉片內(nèi)邊即與旋轉(zhuǎn)中心距離最近的一邊與輥筒的連接為轉(zhuǎn)動(dòng)配合即可橫向旋轉(zhuǎn)一定角度；各葉片的外邊即葉片展開后距離旋轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)的一邊兩端頂頭分別安裝有走輪與偏心環(huán)形軌道相貼，運(yùn)轉(zhuǎn)中為滾動(dòng)移位；該水輪機(jī)除中心轉(zhuǎn)軸兩頭或其中一頭外其余各部件都就位于管道中為封閉狀，并且由伸展開的葉片將管通隔離切斷。
[0010]本實(shí)用新型有益效果為:一是節(jié)能省力:依據(jù)杠桿原理葉片外邊距離旋轉(zhuǎn)中心越遠(yuǎn)越容易被推動(dòng)，即接受推力中的葉片為展開狀其外邊距離旋轉(zhuǎn)中心由最近變?yōu)樽钸h(yuǎn)而更易于轉(zhuǎn)動(dòng)，做完功后距離旋轉(zhuǎn)中心由最遠(yuǎn)變?yōu)樽罱鴾p少阻力。葉片展開到位時(shí)將水流道通隔斷，由此實(shí)現(xiàn)杜絕了水能的浪費(fèi)；二是具備由水流推動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)或其他機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)和由動(dòng)力帶動(dòng)用于抽水或促使氣體流動(dòng)的多種功能；三是受管道的制約即水流通道斷面有限而很難在運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生飛逸事故；還有因輥筒中心為空而重量較輕及制造成本低等優(yōu)越性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1至圖5是傳統(tǒng)做法即現(xiàn)有技術(shù)中最為常用的幾種水輪機(jī)其結(jié)構(gòu)與做功原理示意圖；
[0012]圖6是圖5中的水斗式水輪機(jī)其葉輪結(jié)構(gòu)立體展示放大圖；
[0013]圖7和圖8是本實(shí)用新型其結(jié)構(gòu)與做功原理展示說明圖；
[0014]圖9是雙個(gè)開合式葉片水輪機(jī)一左一右水平排列安裝接受同一垂直管道中的水流推力展示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖，做便進(jìn)一步的說明。
[0016]參照?qǐng)D7和圖8，開合式葉片水輪機(jī)由輥筒I和輥筒中心軸2及斷面為弧形的葉片3與走輪6等零配件所組成，各葉片借助兩頭下邊短軸8穿通安裝在輥筒I其兩頭外緣周線各個(gè)軸承與軸承座7中可轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片外邊兩頭分別安裝有走輪6與偏心環(huán)形軌道4相貼，管道5中的水流按箭頭9的方向流動(dòng)。其做功原理為:水在流動(dòng)中推動(dòng)葉片3連及輥筒I與中心轉(zhuǎn)軸2順箭頭10方向旋轉(zhuǎn)，由于偏心環(huán)形軌道4的存在，促進(jìn)葉片在每運(yùn)轉(zhuǎn)一周中由合攏到展開又合攏復(fù)原，快速運(yùn)轉(zhuǎn)中所形成的離心力促使葉片3外邊兩頭各一個(gè)走輪6與軌道4緊貼，受軌道制約展開與合攏，展開接受水流的推力，合攏所起的作用一是將被堵在相鄰兩葉片之間的水流排出，二是減小水的回流，三是可以減小運(yùn)轉(zhuǎn)中的阻力。
[0017]參照?qǐng)D9，雙個(gè)開合式葉片水輪機(jī)分左右以對(duì)稱式安裝，單頭兩軌道4內(nèi)邊彼此相互貼靠，通道5中的水流順箭頭9從上往下超越左右兩水輪機(jī)內(nèi)側(cè)，水流為主動(dòng)葉片3為被動(dòng)連及輥筒I和輥筒中心轉(zhuǎn)軸2順箭頭10旋轉(zhuǎn)，左右兩水輪機(jī)一個(gè)為左旋一個(gè)為右旋，運(yùn)轉(zhuǎn)中的葉片受軌道4的制約而展開和合攏重復(fù)循環(huán)進(jìn)行。
[0018]當(dāng)水輪機(jī)由動(dòng)力帶動(dòng)時(shí)，只須在轉(zhuǎn)軸2其單頭或雙頭伸出通道5即露出在外的長(zhǎng)度上安裝傳動(dòng)輪(圖中未示出)借助皮帶或鏈條與動(dòng)力機(jī)傳動(dòng)輪牽連套合即可，便可實(shí)現(xiàn)葉片為主動(dòng)、水流或氣體等介質(zhì)為被動(dòng)，其做功原理不變。
【權(quán)利要求】
1.一種開合式葉片水輪機(jī)，緣周若干葉片以等距離安裝在同一個(gè)輥筒的外緣周線上，其特征是斷面為弧狀的葉片其內(nèi)邊與輥筒的連接為轉(zhuǎn)動(dòng)配合即可順輥筒周線橫向旋轉(zhuǎn)一定角度，各葉片外邊兩端頂頭分別與偏心環(huán)形軌道相貼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開合式葉片水輪機(jī)，其特征是每一塊葉片外邊兩端頂頭安裝有走輪與偏心環(huán)形軌道內(nèi)側(cè)相互貼合，運(yùn)轉(zhuǎn)中為滾動(dòng)移位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開合式葉片水輪機(jī)，其特征是除中心轉(zhuǎn)軸兩頭或其中一頭伸出管道為外露外，其余各部件都就位于管道中被隱閉密封，并且由伸展開的葉片將管道隔離斷開。
【文檔編號(hào)】F03B3/00GK203570495SQ201320746804
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】劉運(yùn)武 申請(qǐng)人:劉運(yùn)武