本發(fā)明涉及動(dòng)力機(jī)械領(lǐng)域，具體提供一種旋轉(zhuǎn)慣性葉輪。

背景技術(shù)：

1、人們追求利用慣性的歷史久遠(yuǎn)，已取得很多成就。例如，在實(shí)現(xiàn)火箭發(fā)射中，利用了一段高速無動(dòng)力慣性力行程。四沖程內(nèi)燃機(jī)僅一個(gè)沖程產(chǎn)生動(dòng)力，其它行程靠曲軸滑塊的高速旋轉(zhuǎn)慣性完成，靠慣性渡過上下死點(diǎn)。機(jī)械回轉(zhuǎn)陀螺儀每分鐘達(dá)幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)，高速旋轉(zhuǎn)慣性保證了穩(wěn)定的高精度。慣性飛輪靠很大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和旋轉(zhuǎn)慣性力矩儲(chǔ)能作功。汽車或飛機(jī)從低擋、高耗油而慢速，到高檔、低耗油或停油而高速前進(jìn)，就是靠動(dòng)能和慣性。它們既增高功效又節(jié)約能源，已成為發(fā)揮高速慣性作用的典范。

然而，現(xiàn)有技術(shù)的水輪機(jī)、風(fēng)輪機(jī)、蒸汽輪機(jī)的葉片以及飛機(jī)的旋翼或螺旋槳、船艦的螺旋槳、電動(dòng)機(jī)的磁極電樞等，還沒有很好地利用它們高速旋轉(zhuǎn)葉片的慣性。例如，許多風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片和美國(guó)魚鷹直升機(jī)的旋翼，都是內(nèi)粗、外尖小型。因此，充分發(fā)揮水輪機(jī)等葉輪的高速旋轉(zhuǎn)慣性，以提高慣性葉輪的功效、擴(kuò)展慣性葉輪應(yīng)用的技術(shù)，成為急待解決的問題。新材料、新工藝、新計(jì)算仿真計(jì)術(shù)，已為此提供了支持條件。

2、各種截面和外形的葉片、旋翼、螺旋槳或磁極電樞，統(tǒng)稱為葉片。由它們構(gòu)成的轉(zhuǎn)輪或轉(zhuǎn)子統(tǒng)稱為葉輪。具有慣性作用的稱為慣性葉片或慣性葉輪。慣性葉片的外形和截面樣式，千變?nèi)f化。作為統(tǒng)一的機(jī)械功效，可歸結(jié)為：

(1)慣性力矩M與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I和角加速度ε成正比，即M＝Iε。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量即慣性矩I越大，慣性和慣性力矩越大、功率越高，效率越好。因此，要爭(zhēng)取I最大化。I取決于形狀、尺寸、質(zhì)量、質(zhì)量分布和質(zhì)心對(duì)軸的距離。I受到技術(shù)、空間、重量、材料、線速度和經(jīng)濟(jì)性等的限制，不可能無限大。

(2)剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能K＝Iω²/2，也是要爭(zhēng)取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I最大化。

(3)高速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的角速度ω越大，動(dòng)能K越大、功率越高，效率越好。因此，要爭(zhēng)取ω最大化，但是它受到臨界轉(zhuǎn)速、驅(qū)動(dòng)力線速度和材料等的限制。

因此，如何通過慣性葉輪結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)I和ω適當(dāng)?shù)淖畲蠡?，是增大葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣性和慣性力矩、提高功率的關(guān)鍵。

3、轉(zhuǎn)動(dòng)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的特性是：

(1)保持原有ω和動(dòng)能K的狀態(tài)不變，軸總是沿既定方向旋轉(zhuǎn)。垂直軸的旋轉(zhuǎn)是這樣，水平軸的旋轉(zhuǎn)也是如此，而不是轉(zhuǎn)輪上行部與下行部的勢(shì)能或動(dòng)能相互抵消。

(2)隨著外力不斷驅(qū)動(dòng)，引起原有ω、K不斷增大。外力連續(xù)驅(qū)動(dòng)，ω、K連續(xù)增大；外力間斷驅(qū)動(dòng)，ω、K則間斷增大。

(3)驅(qū)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)或間斷驅(qū)動(dòng)次數(shù)越多，ω、K增大越多，直到極限。但是，在達(dá)到極限前，一旦加上負(fù)載，則ω、K立即停止增加，葉輪進(jìn)入勻轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明的目的在于，根據(jù)物體旋轉(zhuǎn)慣性的這些特性，提出增大旋轉(zhuǎn)葉輪的I、ω的方案，提高和利用葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，既增高功效又節(jié)約能源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，即，為了解決某些動(dòng)力設(shè)備未能有效利用慣性作用的問題，本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)慣性葉輪，充分利用了葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，既增高功效又節(jié)能。

1、本發(fā)明提出的一種旋轉(zhuǎn)慣性葉輪，包括軸和葉片，葉片的內(nèi)端與軸連接，還包括與葉片外端固結(jié)或鉸接的第一慣性重圈8，或/和包括在軸1上通過支架2固結(jié)的第二慣性重圈9；

第一慣性重圈8的重量大于該葉輪的葉片總重量的0.38倍；

第二慣性重圈9的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為葉片總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的a倍，a的取值區(qū)間為[1，8]。

驅(qū)動(dòng)力作用在葉片上、或通過軸1驅(qū)動(dòng)葉片；而非作用在慣性重圈上。

2、所述的葉片為慣性葉片，慣性葉片為回轉(zhuǎn)半徑R0≥0.72倍葉片長(zhǎng)度R1的葉片。

3、上述旋轉(zhuǎn)慣性葉輪還包括外部助力裝置，該外部助力裝置用于啟動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并在旋轉(zhuǎn)慣性葉輪達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速后與旋轉(zhuǎn)慣性葉輪分離，斷開動(dòng)力連接。

4、所述外部助力裝置為齒輪助力裝置，包含固定到所述軸上的齒輪、外部齒輪傳動(dòng)系和連接到所述外部齒輪傳動(dòng)系的動(dòng)力源；所述動(dòng)力源是設(shè)置在地面上的電源。

5、在上述旋轉(zhuǎn)慣性葉輪的優(yōu)選實(shí)施方案中，所述慣性葉片的內(nèi)端小于外端，慣性葉片的內(nèi)端設(shè)置有加固環(huán)。

6、所述旋轉(zhuǎn)慣性葉輪用做直升機(jī)的旋翼；在直升機(jī)啟動(dòng)時(shí)通過外部助力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并在旋轉(zhuǎn)慣性葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速后撤除外部助力，直升飛機(jī)通過自身動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

7、所述旋轉(zhuǎn)慣性葉輪用做汽輪機(jī)的葉輪；在汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)通過外部助力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并在旋轉(zhuǎn)慣性葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速后撤除外部助力，汽輪機(jī)通過高壓蒸汽驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

8、所述旋轉(zhuǎn)慣性葉輪用做水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪；在水輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)通過外部助力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并在旋轉(zhuǎn)慣性葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速后撤除外部助力，水輪機(jī)通過水流驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

9、所述旋轉(zhuǎn)慣性葉輪用做電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電樞，所述旋轉(zhuǎn)慣性葉輪的慣性葉片包括電樞鐵心和電樞繞組；在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)通過外部助力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并在旋轉(zhuǎn)慣性葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速后撤除外部助力，電動(dòng)機(jī)通過自身驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)證明，采用上述技術(shù)方案，能夠使所述動(dòng)力設(shè)備高效地利用葉片和慣性重圈的慣性作用，達(dá)到既提高功效又節(jié)能的目的。特別是，當(dāng)有第二慣性重圈9的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I很大時(shí)，功效更明顯。

附圖說明

圖1是3個(gè)慣性葉片7構(gòu)成的Y型慣性葉輪的示意圖。

圖2是4個(gè)慣性葉片7和1個(gè)第一慣性重圈8構(gòu)成的X型慣性葉輪的示意圖。

圖3是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的磁極電樞17模擬成為慣性葉片7的示意圖。

圖4是有4個(gè)慣性葉輪的搖控?zé)o人直升機(jī)的示意圖。

圖5是有6個(gè)慣性葉輪的小型直升機(jī)的示意圖。

圖6是典型慣性葉輪的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正視圖。

圖7是有3個(gè)第一慣性重圈8、1個(gè)第二慣性重圈9的汽輪機(jī)的側(cè)視圖。

圖8是有1個(gè)第二慣性重圈9的水力發(fā)電機(jī)的示意圖。

圖9是有1個(gè)第二慣性重圈9的電動(dòng)機(jī)的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。

如圖1至圖9所示，本實(shí)施例的附圖標(biāo)記包括：軸1、支架2、加固環(huán)4、慣性葉片7、第一慣性重圈8、第二慣性重圈9、基礎(chǔ)16、磁極電樞17、電磁定子18、中心支架20、支架臂21、機(jī)身22、外側(cè)高處懸掛的重物23、立柱24、軸承28、著陸輪29、機(jī)殼31、外部齒輪系32、齒輪33。

所有實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)慣性葉輪，包括軸和葉片，葉片的內(nèi)端與軸連接；葉片為普通葉片或慣性葉片7，慣性葉片為回轉(zhuǎn)半徑R0≥0.72倍葉片長(zhǎng)度R1的葉片；其中，R0為實(shí)際葉片的質(zhì)量對(duì)軸心線的回轉(zhuǎn)半徑，實(shí)際葉片即葉片的葉根到葉尖的部分；R1是指軸1的中心到慣性葉片7的最外端之間的徑向距離，即軸心到葉片葉尖的距離；

旋轉(zhuǎn)慣性葉輪還包含有與慣性葉片7外端固結(jié)或鉸接的重量大于慣性葉片總重量0.38倍的第一慣性重圈8,或/和包含有通過支架2與軸1固結(jié)的第二慣性重圈9，第二慣性重圈9的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為葉片總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的a倍，a的取值區(qū)間為[1，8]。根據(jù)具體實(shí)施例，可依據(jù)具體情況在此區(qū)間內(nèi)進(jìn)一步優(yōu)選最優(yōu)的取值區(qū)間。

各實(shí)施例在實(shí)現(xiàn)中并非不能取a>8的數(shù)值，而是由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，非對(duì)稱變形、動(dòng)平衡、震動(dòng)越難解決，工程應(yīng)用弊端較多。

對(duì)于軸上有輪盤，葉根固結(jié)在輪盤邊緣的葉片，葉片的長(zhǎng)度則是指從葉根到葉尖，并以此計(jì)算葉片對(duì)軸心線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和回轉(zhuǎn)半徑R0；而R1仍是指軸1的中心到葉片的最外端之間的徑向距離。

驅(qū)動(dòng)力作用在葉片上、或通過軸1驅(qū)動(dòng)葉片；而非作用在慣性重圈上。

旋轉(zhuǎn)慣性葉輪還包括外部助力裝置，該外部助力裝置用于啟動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并在旋轉(zhuǎn)慣性葉輪達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速后與旋轉(zhuǎn)慣性葉輪分離，斷開動(dòng)力連接。外部助力裝置的啟動(dòng)力作用在軸1上或慣性重圈上，而非作用在葉片上。

外部助力裝置分三種：齒輪助力裝置、懸重助力裝置、手動(dòng)助力裝置；

(1)齒輪助力裝置，包括固定在軸1上的齒輪、外部齒輪傳動(dòng)系和連接到外部齒輪傳動(dòng)系的動(dòng)力源；所述動(dòng)力源是設(shè)置在地面上的電源。

(2)懸重助力裝置，是在地面鎖住第二慣性重圈9，而在它的外側(cè)高處懸掛重物23。然后，突然解鎖，重物23自由下落，拉動(dòng)第二慣性重圈9向下旋轉(zhuǎn)。重物23著地，自動(dòng)脫離第二慣性重圈9。該裝置一般用于豎直設(shè)置的旋轉(zhuǎn)慣性葉輪結(jié)構(gòu)。

(3)手動(dòng)助力裝置，即手動(dòng)推、拉、旋轉(zhuǎn)第一慣性重圈8。該裝置一般用于尺寸較小的旋轉(zhuǎn)慣性葉輪結(jié)構(gòu)。

慣性電動(dòng)機(jī)、慣性水輪機(jī)、慣性蒸汽輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)力采用適當(dāng)?shù)姆謺r(shí)間斷或分時(shí)段減小流量的輸入方式，仍能保證轉(zhuǎn)子軸端輸出扭矩的基本穩(wěn)定性，既能夠提高功效，又可以節(jié)能。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要，參照實(shí)施例作出調(diào)整，以便適應(yīng)具體的應(yīng)用場(chǎng)合。

圖1的慣性葉輪有3個(gè)圍繞軸1均勻周向設(shè)置的慣性葉片7，慣性葉片7之間相互夾角為120°，慣性葉片7的內(nèi)端與軸1連接。慣性葉片7可以是各種截面和外形的葉片、旋翼或螺旋槳，其特點(diǎn)是內(nèi)端小、外端大而重。慣性葉片7的回轉(zhuǎn)半徑R0≥葉片長(zhǎng)度R1的0.72倍。它可用于飛行器、發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)扇等。

現(xiàn)有的吊扇、直升機(jī)旋翼、水輪機(jī)或汽輪機(jī)葉片等的R0均小于0.72R1，達(dá)不到充分發(fā)揮葉片慣性的作用。本發(fā)明的慣性葉片7的慣性作用，具有非常明顯的節(jié)能效果。

圖2是由4個(gè)慣性葉片7和第一慣性重圈8構(gòu)成的慣性葉輪。慣性葉片7的內(nèi)端與軸1連接。慣性葉片7的外端與第一慣性重圈8固結(jié)或鉸接。鉸接的目的是，當(dāng)慣性葉片7很長(zhǎng)時(shí)，允許外端可以有些偏旋。這種慣性葉輪可廣泛用于各種動(dòng)力設(shè)備。

圖3a是一個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的示意圖，有兩個(gè)圍繞軸均勻周向設(shè)置的磁極電樞17，兩個(gè)磁極電樞17之間相互夾角為180°。

圖3b是將兩個(gè)磁極電樞17的力學(xué)分析簡(jiǎn)化成兩個(gè)慣性葉片7。與現(xiàn)代電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的磁極電樞17的區(qū)別是，為了充分發(fā)揮轉(zhuǎn)子磁極電樞17高速旋轉(zhuǎn)的慣性作用，磁極電樞17的尺寸和重量被簡(jiǎn)化成慣性葉片7，同時(shí)使慣性葉片質(zhì)量的回轉(zhuǎn)半徑R0≥0.72倍慣性葉片長(zhǎng)度R1。這樣可以最大程度地利用高速轉(zhuǎn)子的磁極電樞17的慣性作用，具有明顯的節(jié)能效果。

圖4中無人直升機(jī)具有4個(gè)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪，每個(gè)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪由3個(gè)慣性葉片7和一個(gè)第一慣性重圈8構(gòu)成。它們的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量完全相同。兩側(cè)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪的慣性葉片7的旋轉(zhuǎn)方向相反。慣性葉片7的內(nèi)端與軸1連接，外端與第一慣性重圈8固結(jié)或鉸接。中心支架20內(nèi)放置控制器等器件。對(duì)稱安裝4個(gè)支架臂21，它們的外端分別固定旋轉(zhuǎn)慣性葉輪的軸1。旋轉(zhuǎn)慣性葉輪不需要傾斜，通過調(diào)整各個(gè)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪的速度來實(shí)現(xiàn)不同方向的飛行。

當(dāng)4個(gè)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量太大，靠自身動(dòng)力啟動(dòng)很慢或不能啟動(dòng)時(shí)，借助外部助力裝置來同時(shí)驅(qū)動(dòng)4個(gè)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪的軸1，幫助慣性葉輪啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)，然后在直升機(jī)啟動(dòng)之后撤離。對(duì)于電動(dòng)玩具直升機(jī)，其旋轉(zhuǎn)慣性葉輪的初始轉(zhuǎn)速可以通過外部電源驅(qū)動(dòng)自身的旋轉(zhuǎn)慣性葉輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來獲得。

圖5a是另一個(gè)直升機(jī)的俯視圖，圖5b是該直升機(jī)的側(cè)視圖。

6個(gè)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪對(duì)稱分布在長(zhǎng)機(jī)身22兩側(cè)。每個(gè)葉輪軸1固定在支架臂21外端。每個(gè)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪由4個(gè)慣性葉片7和一個(gè)第一慣性重圈8構(gòu)成，相鄰兩個(gè)慣性葉片7之間相互夾角為90°。慣性葉片7的內(nèi)端與軸1連接，外端與第一慣性重圈8固結(jié)或鉸接。左右成對(duì)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪的慣性葉片7的旋轉(zhuǎn)方向相反。慣性葉片7的半徑R1＝1.5m。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪的間距為S＝1m。它們的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量完全相同。慣性葉片7的橫截面彎曲度由所需的升力、動(dòng)力確定。旋轉(zhuǎn)慣性葉輪可制成可偏轉(zhuǎn)型，垂直起飛后，旋轉(zhuǎn)慣性葉輪再向前傾斜，提供升力和拉力。

6個(gè)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量太大時(shí)，采用葉片調(diào)距或調(diào)速來改變飛行方向比較困難，可采用轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)頭螺旋槳軸方式，來改變前進(jìn)方向。圖示螺旋槳的半徑R1＝80cm。如果機(jī)頭螺旋槳是左右各一個(gè)，則可用調(diào)節(jié)螺旋槳的速度來改變前進(jìn)方向。在直升機(jī)升降過程中，機(jī)頭螺旋槳處于自由狀態(tài)。

旋轉(zhuǎn)慣性葉輪的動(dòng)力采用燃油機(jī)或/和電池電動(dòng)機(jī)，安置在機(jī)身內(nèi)，通過傳動(dòng)軸-齒輪系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)6個(gè)慣性葉輪的軸1旋轉(zhuǎn)。

機(jī)身的前后設(shè)置有著陸輪29。

采用第一慣性重圈8大幅度增加了直升機(jī)的重量，但隨之獲得的大升力，特別是大旋轉(zhuǎn)動(dòng)能有利于直升機(jī)穩(wěn)定飛行。第一慣性重圈8的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I大，啟動(dòng)時(shí)困難，但是，由于直升機(jī)最初啟動(dòng)時(shí)是在地面上，可以借助設(shè)置在地面上的電源助力裝置使旋轉(zhuǎn)慣性葉輪加速到額定轉(zhuǎn)速，使直升機(jī)順利起飛。直升機(jī)起飛后，僅需小的能量輸入來保持6個(gè)葉輪穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。直升機(jī)在地面上接受外部助力裝置提供的能量達(dá)到高速運(yùn)行，減少耗費(fèi)自身裝載的燃料，從而大幅度提升續(xù)航里程，這樣，既節(jié)省飛機(jī)上燃料又能高速穩(wěn)定長(zhǎng)時(shí)間飛行。

多個(gè)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪提供了更高的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，更大的動(dòng)量矩和升力，它的穩(wěn)定性和安全性更高。一兩個(gè)動(dòng)力電動(dòng)機(jī)損壞時(shí)還能繼續(xù)飛行，也可以靠慣性葉輪的慣性緩慢下落。慣性葉片7越長(zhǎng)、數(shù)量越多、葉輪越多，承載能力越大。2噸以下不同承載力、4～12個(gè)旋轉(zhuǎn)慣性葉輪、有人或無人駕駛的直升機(jī)系列，將成為短途交通的有效工具，廣泛用于各方面。

圖6的慣性葉輪風(fēng)力機(jī)由4個(gè)慣性葉片7和在葉尖處固結(jié)或鉸接的一個(gè)第一慣性重圈8構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)慣性葉輪的半徑為50m，慣性葉片7的內(nèi)端小，與軸1固結(jié)。為了防止慣性葉片7過長(zhǎng)、內(nèi)端受力過大而折斷，慣性葉片7的內(nèi)端設(shè)置有加固環(huán)4，提高慣性葉片7的使用壽命。立柱24的頂端與機(jī)箱連接，下端與基礎(chǔ)16固結(jié)。

這種慣性風(fēng)力機(jī)與現(xiàn)有風(fēng)力機(jī)的區(qū)別主要是：它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比現(xiàn)有風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大很多?？捎萌肆κ謩?dòng)推拉第一慣性重圈8，助力啟動(dòng)。這種慣性葉輪的風(fēng)力機(jī)比現(xiàn)有風(fēng)力機(jī)的風(fēng)力利用系數(shù)效率高。

現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)慣性葉片剛好相反，是內(nèi)端大，外端小的全懸臂，沒有第一慣性重圈8和加固環(huán)4，結(jié)構(gòu)牢固，少用人工照料。

圖7汽輪機(jī)中八個(gè)葉輪的左邊3個(gè)為旋轉(zhuǎn)慣性葉輪，它們的慣性葉片7外端均與一個(gè)第一慣性重圈8連接。右邊5個(gè)短小葉輪，沒有連接第一慣性重圈8。8個(gè)葉輪和一個(gè)通過支架2與軸1固結(jié)的第二慣性重圈9，共同構(gòu)成一個(gè)整體的旋轉(zhuǎn)慣性葉輪汽輪機(jī)，簡(jiǎn)稱慣性汽輪機(jī)。軸1的兩端由軸承28支承。

當(dāng)圖7沒有慣性葉片7和第一慣性重圈8，而是全部采用現(xiàn)有技術(shù)的普通葉片，同時(shí)與第二慣性重圈9固結(jié)，共同構(gòu)成一個(gè)整體旋轉(zhuǎn)慣性葉輪汽輪機(jī)，簡(jiǎn)稱慣性汽輪機(jī)。這種方案可應(yīng)用于已有汽輪機(jī)的改造升級(jí)。

可見，上述兩種慣性汽輪機(jī)均有與軸1固結(jié)的第二慣性重圈9，使慣性汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比現(xiàn)有汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大很多。第二慣性重圈9的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，慣性汽輪機(jī)的慣性越大，但它不可能無限大，它受到技術(shù)、材料、線速度、外力、空間等因素的限制。汽輪機(jī)軸與葉片的連接形式多樣，葉片長(zhǎng)短或數(shù)量差別很大。第二慣性重圈9的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與葉片總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的倍數(shù)的最優(yōu)取值區(qū)間為[1，8]。

慣性汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，難于啟動(dòng)，靠設(shè)置外部助力裝置來幫助啟動(dòng)和提高轉(zhuǎn)速。該助力裝置包括固結(jié)在軸1上的齒輪33、外齒輪系32和外部大功率電機(jī)。大功率電機(jī)通過變速齒輪系32推動(dòng)齒輪33，幫助軸1提高初始轉(zhuǎn)速，達(dá)到要求轉(zhuǎn)速后，該助力裝置撤離。

慣性汽輪機(jī)的高壓、高溫驅(qū)動(dòng)蒸汽采用適當(dāng)?shù)姆謺r(shí)間斷或分時(shí)段減小流量的輸入方式，仍能保證轉(zhuǎn)子軸端輸出扭矩的基本穩(wěn)定性，既能夠提高功效，又可以節(jié)能。

圖8a是垂直軸水輪機(jī)的仰視圖，圖8b是側(cè)視圖。水斗式慣性葉片7在下部。一個(gè)第二慣性重圈9在上部，共同組成一個(gè)整體剛性的慣性水輪機(jī)。水力P1推動(dòng)慣性葉片7，作用點(diǎn)的線速度≤水流自身的線速度，否則外力失速。機(jī)殼31和基礎(chǔ)16。

當(dāng)圖8a的慣性葉片7，被現(xiàn)有技術(shù)的普通葉片代替，同時(shí)與第二慣性重圈9結(jié)合，還是共同構(gòu)成一個(gè)整體的慣性水輪機(jī)。這種方案可應(yīng)用于已有水輪機(jī)的改造升級(jí)。

可見，上述兩種慣性水輪機(jī)均有與軸1固結(jié)的第二慣性重圈9，使慣性水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比現(xiàn)有水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大很多。由于水輪機(jī)機(jī)房空間的限制，而且，非對(duì)稱水力驅(qū)動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)變形、動(dòng)平衡、震動(dòng)問題更多，重圈9的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量受到更多限制。第二慣性重圈9的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與葉片總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的倍數(shù)的最優(yōu)取值區(qū)間為[1，4]。空間越大和技術(shù)越好，可取更大倍數(shù)。

這種慣性水輪機(jī)與現(xiàn)有水輪機(jī)的區(qū)別主要是：慣性水輪機(jī)固結(jié)有第二慣性重圈9，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比傳統(tǒng)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大很多，更能發(fā)揮水輪機(jī)葉片的慣性功效。

慣性水輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)水力采用適當(dāng)?shù)姆謺r(shí)間斷或分時(shí)段減小流量的輸入方式，仍能保證轉(zhuǎn)子軸端輸出扭矩的基本穩(wěn)定性，既能夠提高功效，又可以節(jié)能。

采用外部助力裝置來幫助啟動(dòng)和提高慣性水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速。外部助力裝置可如圖7所示，采用齒輪助力裝置來驅(qū)動(dòng)，包括固定在軸1上的齒輪33、外部齒輪傳動(dòng)系32和連接到外部齒輪傳動(dòng)系的動(dòng)力源；所述動(dòng)力源是設(shè)置在地面上的電源。

對(duì)于水平軸的水輪機(jī)而言，還有另一種助力方式：在地面鎖住第二慣性重圈9，而在它的外側(cè)高處懸掛重物23。然后，突然解鎖，重物23自由下落，拉動(dòng)第二慣性重圈9向下旋轉(zhuǎn)。重物23著地，自動(dòng)脫離第二慣性重圈9。

圖9a是水平軸電動(dòng)機(jī)的正視圖，圖9b是俯視圖。與圖3類似，將轉(zhuǎn)子磁極電樞等效為慣性葉片7。這些慣性葉片7與一個(gè)第二慣性重圈9共同組成為一個(gè)剛體慣性電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，一起旋轉(zhuǎn)。第二慣性重圈9的半徑R比轉(zhuǎn)子半徑R1大。

當(dāng)圖9a的慣性葉片7，被現(xiàn)有技術(shù)的普通磁極電樞葉片代替，同時(shí)與第二慣性重圈9結(jié)合，仍然共同構(gòu)成為一個(gè)整體的慣性電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子。這種方案可應(yīng)用于已有電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的改造升級(jí)。

可見，上述兩種慣性電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子均有與軸1固結(jié)的第二慣性重圈9，使慣性電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大很多。由于電動(dòng)機(jī)在地上的空間大，重圈9的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以比較大；但磁極電樞葉片的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量本身比較大，因此，第二慣性重圈9的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與磁極電樞葉片總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的倍數(shù)的最優(yōu)取值區(qū)間為[1，6]。

由于慣性電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大很多，高速旋轉(zhuǎn)動(dòng)能和旋轉(zhuǎn)慣性很大，慣性電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電力采用適當(dāng)?shù)姆謺r(shí)間斷或分時(shí)段減小電流流量的輸入方式，仍能保證轉(zhuǎn)子軸端輸出扭矩的基本穩(wěn)定性，既能夠提高功效，又可以節(jié)能。

軸1的兩端由軸承28支持。電磁定子18。

采用外部助力裝置來幫助啟動(dòng)和提高轉(zhuǎn)速，直到達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。助力裝置可以與圖8的助力裝置相同。現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)沒有要求發(fā)揮轉(zhuǎn)子磁極電樞高速旋轉(zhuǎn)的慣性作用，因而沒有第二慣性重圈9，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也小很多。

本發(fā)明的慣性葉輪充分利用物體的旋轉(zhuǎn)慣性，實(shí)現(xiàn)既提高慣性葉輪的功效又節(jié)能的目的。本發(fā)明是一種新型動(dòng)力機(jī)械，可廣泛應(yīng)用于水輪機(jī)、風(fēng)輪機(jī)、蒸汽輪機(jī)、電動(dòng)機(jī)、飛機(jī)和船艦等領(lǐng)域。

本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本發(fā)明的保護(hù)范圍顯然不局限于這些具體實(shí)施方式。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)相關(guān)技術(shù)特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術(shù)方案都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。