專利名稱:將能量傳遞給流體的方法與裝置的制作方法
再過幾個(gè)年代，國家所面臨的主要問題之一將是源能短缺。當(dāng)前為解決這一問題所作的努力是朝向使國家削減用能的消極方向前進(jìn)。其結(jié)果雖可延緩這一問題，但無助于解決這一問題。要是未能在最近的將來求得解決方法，世界就將面對(duì)工業(yè)肅條的局面，而對(duì)全球人民帶來極不利的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響。根據(jù)可靠來源的預(yù)測(cè)，全世界對(duì)于當(dāng)前主要能源之一石油的需要，到本世紀(jì)末或可能更早，將超過供應(yīng)的量。這就使得開發(fā)另一些能源成為國民刻不容緩的任務(wù)。本發(fā)明之目的正是為了發(fā)展這樣的其他形式的能源，并給出一種獨(dú)特的方法與裝置，從水體中獲得能量。此種方法不會(huì)有污染，不減少或破壞人們的天然能源，而就其發(fā)電本領(lǐng)而論，則可服務(wù)于所有的實(shí)際目的。
本發(fā)明上述的以及其它的一些目的與優(yōu)點(diǎn)所能最好實(shí)現(xiàn)的方式，將通過研究對(duì)照附圖所作的如下的描述中，獲得更全面的理解。
本發(fā)明涉及到一種獨(dú)特的方法與裝置，通過利用地球的自然力來發(fā)出功率。這種系統(tǒng)就其最粗略的概念而論，是把比例適當(dāng)?shù)牧黧w導(dǎo)引裝置放入水體內(nèi)，使得作用在該系統(tǒng)上的重力與離心力得到調(diào)節(jié)，在抑制重力場(chǎng)影響的同時(shí)，使地球的離心力場(chǎng)達(dá)到最大。更具體地說，在應(yīng)用本發(fā)明的思想從水體中引出功率時(shí)，例如可將一段較大直徑的大致為U形的管置于水體內(nèi)，然后將此段管子在地球的離心力場(chǎng)與重力場(chǎng)內(nèi)適當(dāng)定位，引導(dǎo)水以足夠產(chǎn)生有用功的體積與速度流過這一管道。本發(fā)明的理論基礎(chǔ)首先在于，首先在最大限度的可行范圍內(nèi)抑制重力對(duì)該系統(tǒng)的不利影響。此目的能由以下方式實(shí)現(xiàn)，即把此“U”形管的進(jìn)口段與出口段在其相對(duì)于地球重心位置上，按比例地配置成基本一致，同時(shí)將此U形管的長(zhǎng)向段置于保持著相同的重力高度上。通過這種方法，作用在該系統(tǒng)工作部分上的重力，對(duì)于各式各樣的實(shí)際應(yīng)用而言，能得到有效的抑制。下一步是使該系統(tǒng)在地球的離心力場(chǎng)中適當(dāng)?shù)囟ㄏ?，使得作用在該系統(tǒng)上的離心力，順著所希望的水流方向達(dá)到最大。為了使這種離心力對(duì)于盛放在上述導(dǎo)管長(zhǎng)向段的水發(fā)揮最大的影響，需要對(duì)這種管子按如下規(guī)定取向當(dāng)此系統(tǒng)是在北半球工作時(shí)，一般取北-南方向，而在南半球工作時(shí)，則一般取南-北方向。第三件事則是使摩擦損失減到最小。此目的可以通過采用如下一種大直徑的導(dǎo)管來實(shí)現(xiàn)，該管子有平滑的內(nèi)表面，并在要求改變水流的方向上有漸變的過渡部分。本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)際推行詳述于下。
圖1示意地闡明了影響水從一個(gè)位置輸送到另一個(gè)位置的利用本發(fā)明的一種方式，或者以之作為一種手段，將傳送的水位差供給渦輪發(fā)電系統(tǒng)。
圖2是使上述的系統(tǒng)相對(duì)于地球的重力與離心力場(chǎng)定向的理想方法的示意圖;
圖3中的曲線表明了水在各種溫度下的動(dòng)粘滯度;
圖4是根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的在不同類型管道與不同糙度條件下，雷諾數(shù)與摩擦系數(shù)的關(guān)系。
下面具體地考察附圖，圖1示意地表明了體現(xiàn)本發(fā)明特征之一的工作方式的一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)在簡(jiǎn)化至其最簡(jiǎn)形式下包括有一流體導(dǎo)引裝置，后者是由長(zhǎng)向段16分開的入口段12與出口段14組成。本系統(tǒng)是很勻稱的，并且通過消除流型上的突變和設(shè)置內(nèi)表面平滑，橫截面直徑基本一致的導(dǎo)管等安排，使摩擦損失減到最小。在所說明的實(shí)施例中，導(dǎo)管由直徑為八英尺，內(nèi)表面拋光的鋼管制成。長(zhǎng)向段16與入口段12和出口段14則這樣地置放于地球的重力場(chǎng)與離心力場(chǎng)內(nèi)，得以在最大限度內(nèi)抑制重力對(duì)該系統(tǒng)的任何可能的不利影響，同時(shí)使地球的離心力場(chǎng)能發(fā)揮最大的作用，以促進(jìn)流體流過此系統(tǒng)。通過給出圖1所示的裝配方式，此圖1中以部分剖示圖所表明的本系統(tǒng)的入口段12有效地為水體所充裝，用于為該系統(tǒng)提供工作水頭的前艙。這樣就消除了對(duì)入口管的需要，因而也消除了由此而附加的摩擦損耗。此系統(tǒng)的長(zhǎng)向段16一般在其整個(gè)長(zhǎng)度上保持著離開水面多少屬恒定的深度上，使重力引起的損失減至最小。作為說明性的例子，假定此長(zhǎng)向段的長(zhǎng)度約為25英里。在此上基礎(chǔ)上進(jìn)行了本發(fā)明的計(jì)算。
為進(jìn)行描述，參看圖2，系統(tǒng)10選定在北半球，緯度為60度。在這一位置上，于任何時(shí)刻作用在此管道長(zhǎng)向段16內(nèi)既存的水芯體上的離心力，通過一離地球轉(zhuǎn)動(dòng)軸20為1979.5英里的旋臂18，作用在此管道內(nèi)所含液體芯的重心12上。為了使這一作用在該水芯體上的離心力達(dá)到最大，長(zhǎng)向段16的取向應(yīng)使從圖2中看上去的地球離心力26上的分量，作用在一與所選流動(dòng)路徑平行且使液流加大的方向。在北半球，此系統(tǒng)的定向取北-南方向，而液流的方向?yàn)閺谋敝聊?。采用上述方式配置的系統(tǒng)，進(jìn)入和通過此系統(tǒng)的水流可通過裝設(shè)在該系統(tǒng)入口處的閥門28控制。水頭30為產(chǎn)生液流提供了初始推動(dòng)力。作為例釋，選定此起始水頭為30英尺。不過，本系統(tǒng)的原動(dòng)力乃是地球轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力。由于此系統(tǒng)基本上呈U形，作用在從水面(在本項(xiàng)應(yīng)用中，指該系統(tǒng)沿著長(zhǎng)向段16的工作部分)算起的進(jìn)口段12與出口段14上的重力基本上是平衡的。也可以看到，當(dāng)著水通過長(zhǎng)向段16運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于此水流相對(duì)于地球表面有一致的深度，因而不需去克服任何重力。為了將水回升到地球表面，唯一需要克服的力乃是由摩擦損失引起的力。所產(chǎn)生的任何超過這種摩擦損失的水頭都可用來作有用的功，例如簡(jiǎn)單的情況是讓水從一個(gè)位置流到另一個(gè)位置，或者在有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域：
中所周知的，產(chǎn)生出為驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電系統(tǒng)工作所必須的水位差。
在能夠精心地應(yīng)用本發(fā)明之前，應(yīng)該再次參看圖2，以便了解將此系統(tǒng)10在地球重力與引力場(chǎng)中定向的程序。如上所述，已假設(shè)本系統(tǒng)是位于北緯60度處。在這一緯度上，位于或臨近地球表面上物體的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為1979.5英里，這是地球半徑3959英里乘以Cos60°的結(jié)果。因而由矢量26所代表的離心力通過-1979.5英里的旋臂而作用在徑向上。為使此系統(tǒng)基本上保持所討論過的那種重力平衡，同時(shí)使地球的離心力對(duì)該系統(tǒng)具有最大的作用，要求此系統(tǒng)按北-南方向定向，而水流則沿從北至南的方向。在將此系統(tǒng)取定上述方向后，作用在與流體路徑平行方向上的地球離心力的分量24的大小，即等于30度的正弦值乘以地球在北緯60度時(shí)的離心力值。確定離心力的公式為F＝MRW2，式中的M代表離心力所作用的物體質(zhì)量，而R代表離心力通過它起作用的旋臂，W則為以某秒弧度數(shù)所表示的角速度。設(shè)定此系統(tǒng)的導(dǎo)管直徑為8英尺，導(dǎo)管的長(zhǎng)向長(zhǎng)度為25英里，系統(tǒng)位于北緯60度且按前述方式定向，此公式可以改寫為F＝W/G×R×W2。離心力所作用的流體重量來自此流體本身，在這一說明性的實(shí)施例中，此種流體被假定為水，裝盛在一25英里長(zhǎng)，直徑為8英尺的導(dǎo)管中，而此水流體的重量即等于此導(dǎo)管的截面積乘以其用英尺表示的長(zhǎng)度再乘以水的密度。用數(shù)學(xué)式來表示，上述系統(tǒng)中水的重量等于(3.14)×R2×以英尺表示的管長(zhǎng)×水的密度，或在選用作說明性的本系統(tǒng)中，等于(3.14)×16×25(5280)×64磅/立方英尺＝(50.24)(132000)(64)＝424427520磅。然后將此重量除以地球的引力即求得質(zhì)量。將此質(zhì)量乘以英尺表示的1979.5英里的離心力臂半徑，再乘以每秒弧度所表示的地球轉(zhuǎn)速，給出如下結(jié)果F＝ (3.14×42×132000×64)/(32.174′/秒) (1979.5×5280)(2×3.14× 1/86400 )2F＝ (3.14×16×132000×64)/32.174 (10451760)(0.0000726)2
F＝ (50.24×132000×64)/32.174 (10451760)(0.00000000527076)F＝ (6631680×64)/32.174 (10451760)(0.00000000527076)F＝ 424427520/32.174 (10451760)(0.00000000527076)
F＝(13191630.5)(10451760)(0.00000000527076)F＝137875755994680(0.00000000527076)F＝726710磅沿著在北緯60度上的此導(dǎo)管長(zhǎng)向段的軸線上作用的離心力分量24，可以通過將此離心力乘以30度的余弦而獲得。從而，沿著此導(dǎo)管長(zhǎng)向段軸線上作用的離心力分量為629330磅力。這一數(shù)值相當(dāng)于約195英尺的水位差。為了確定有效的水位差，還必須從這一195英尺的總水位差中扣除摩擦損失。對(duì)于直徑約一的直導(dǎo)管，此種摩擦損失由公式hf＝f(v2/2g)(L/d)給定。要是假定一速度大到足以產(chǎn)生每秒90立方英尺流量的流速即能使一大型反作用式渦輪機(jī)發(fā)電，則當(dāng)采用8英尺直徑的導(dǎo)管時(shí)，此流速為3.5828英尺/秒。這是以公式Q＝AV為根據(jù)的，式中Q為流量，A為導(dǎo)管的橫截面積而V為流速。為了確定摩擦系數(shù)f，假定此系數(shù)將采用溫度為華氏50度的水。參看圖3，動(dòng)粘滯度給定為0.000015平方英尺/秒。根據(jù)上述流速和這一動(dòng)粘滯度，可從公式R＝LV/V來確定雷諾數(shù)。對(duì)于單位長(zhǎng)度的導(dǎo)管，可算出這一數(shù)值為238853.33。要是此導(dǎo)管選用光滑的鋼材，則圖4中的曲線指出上述雷諾數(shù)的摩擦系數(shù)為0.016。對(duì)于直徑均勻的長(zhǎng)導(dǎo)管，例如本說明書中所涉及的這種，因摩擦造成的水位差損失為hf＝f(L/d)V2/lg。除此，還有因?qū)Ч軓澢斐傻哪Σ翐p失。在上述用作說明性的實(shí)施例中，存在著三種這樣的彎曲，每一種彎曲相當(dāng)于附加有55英尺的導(dǎo)管或總起來相當(dāng)于附加有165英尺的導(dǎo)管，此時(shí)的彎曲半徑每個(gè)都假定為30英尺。還假定此導(dǎo)管的進(jìn)口段采用漏斗狀開口，以使在此導(dǎo)管入口處的摩擦損失得到消除。下面的摩擦損失是在夸大狀態(tài)下所作的保守計(jì)算。用于這三種摩擦損失計(jì)算的導(dǎo)管長(zhǎng)度作了夸大，而摩擦系數(shù)用的是直徑為6英尺而不是8英尺的導(dǎo)管，以確保能合適的計(jì)及摩擦損失。計(jì)算結(jié)果如下hf＝f(L/d)V2/2ghf＝(0.016)(132565/8)(12.81/64)hf＝(0.016)(16570.62)/(0.20)hf＝(265.13)(0.20)hf＝53.026英尺從前面計(jì)算得出的總的水位差中扣除上述摩擦損失后，所得的有效的凈水位差約為141英尺。這一凈水位差可以用于從事生產(chǎn)工作-使流體從其所在位置的表面升高用于發(fā)電，將流體從一處運(yùn)輸?shù)搅硪惶?，或用于任何其它?shí)際所希望之目的。
權(quán)利要求
1.使流體從一個(gè)位置流到另一位置的方法，包括以下步驟提供流體的導(dǎo)引裝置，并使其這樣地在地球的離心力場(chǎng)內(nèi)定向，即讓地球轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力能促進(jìn)流體的流動(dòng)。
2.產(chǎn)生流體水位差的方法，包括以下步驟，提供流體的導(dǎo)引裝置，并使其在地球的離心力場(chǎng)內(nèi)如此定向，使地球轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力能為產(chǎn)生流體水位差提供原動(dòng)力。
3.按照權(quán)利要求
1的方法，其中所說的流體導(dǎo)引裝置包括一浸沉在水體中的管道，并在地球離心力場(chǎng)中取這樣的方向，使地球的離心力在沿著流體流的軸線上的分量達(dá)到最大。
4.按照權(quán)利要求
1的方法，其中的流體導(dǎo)引裝置包括有直徑為幾英尺的浸沉至水體中一大體一致深度的導(dǎo)管，且在地球離心力場(chǎng)中的取向，能使沿著此導(dǎo)管長(zhǎng)向上作用的離心力分量達(dá)到最大，而此導(dǎo)管具有進(jìn)口段和出口段，組成一大體呈U形的流體裝置。
5.按照權(quán)利要求
1的方法產(chǎn)生流體水位差的裝置，包括一根具有進(jìn)口與出口裝置的導(dǎo)管，以及安置在這兩個(gè)裝置間的大體成水平的一段管子，后者以基本上是一致的深度浸沉于水體中，而上述水平段在地球離心力場(chǎng)的方向是沿著這樣一條軸線，使得地球的這一離心力沿著此水平管段的長(zhǎng)向軸線上作用的分量達(dá)到最大。
6.產(chǎn)生水位差的一種方法，包括將流體導(dǎo)引裝置安放于一種流體介質(zhì)中;使此裝置在地球的重力場(chǎng)內(nèi)取這樣的方向，讓作用在所說導(dǎo)引裝置進(jìn)口段與出口段工作部分上的重力基本上平衡，同時(shí)還令此流體導(dǎo)引裝置在地球離心力場(chǎng)的取向，能使作用在通過此流體導(dǎo)引裝置主要部分中流體上的離心力產(chǎn)生大到足以做有用功的流體流。
7.按照權(quán)利要求
1的方法使所說流體導(dǎo)引裝置在地球離心力場(chǎng)與重力場(chǎng)中成比例和定位的步驟，使流過此系統(tǒng)的流體能產(chǎn)生足以作有用功的水位差。
專利摘要
本發(fā)明涉及通過盛有流體的導(dǎo)向裝置的適當(dāng)定位來利用地球轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力的一種方法與裝置。此導(dǎo)引裝置與此種力之間有相當(dāng)嚴(yán)格的預(yù)定關(guān)系，能使重力對(duì)此系統(tǒng)的影響最小而引起流體流動(dòng)。所用的導(dǎo)引裝置呈U形。該系統(tǒng)的進(jìn)口與出口段中的流體在穩(wěn)態(tài)條件下相對(duì)于重力場(chǎng)成靜平衡。連接進(jìn)出口段的長(zhǎng)向段距地表的深度基本一致，而其相對(duì)于地球離心力場(chǎng)的取向，能使此種離心力對(duì)此長(zhǎng)段內(nèi)所含流體具有最大的影響，由此產(chǎn)生流體的運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)F03G7/00GK86103202SQ86103202
公開日1987年11月25日 申請(qǐng)日期1986年5月12日
發(fā)明者克拉格·塞赫 申請(qǐng)人:克拉格·塞赫導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan