專利名稱：可變翼水輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于水力發(fā)電的可變翼水輪機(jī)，這種水輪機(jī)可安裝在普通的河流中進(jìn)行工作。
目前世界上水力發(fā)電站中的主要驅(qū)動設(shè)備是水輪機(jī)，其作用原理是把攔截在水庫或河流里的水變?yōu)轵?qū)動機(jī)械的能量，利用這種能量來驅(qū)動發(fā)電設(shè)備。
水力發(fā)電是世界上重要的電能來源，據(jù)估計在經(jīng)濟(jì)上值得開發(fā)的水力資源有38×105MW，目前業(yè)已開發(fā)的水力大約只有37×104MW，即約占百分之十，還有百分之九十的水能尚未被利用。非洲和亞洲的水能儲備基本上尚沒有開發(fā)利用。產(chǎn)生這一情況的原因主要是建造水庫需要大量人力和物力，投資昂貴。因為，無論是古典式的轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)，抑或近代通用的各種沖擊式水輪機(jī)和反擊式水輪機(jī)，其工作原理均是依靠水的位能轉(zhuǎn)變成流動能沖擊葉輪，帶動水輪機(jī)作功。沒有水頭，水輪機(jī)就不能工作，即使是灌注式水輪機(jī)，一般也要求有一米以上的水頭才能工作。十分明顯，水能應(yīng)用來轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，必須選擇水位落差較大的地點，或者攔河建造水庫。這不但耗資巨大，占田占地，給國民生計帶來困難，而且有可能破壞生態(tài)平衡，誘發(fā)地震，時間一久，總有一天水庫會崩壞，將會帶來難于預(yù)測的后果。
本實用新型的任務(wù)是尋求一種新型結(jié)構(gòu)的水輪機(jī)，它不需興建水庫或不必尋求建水位落差較大之處，它能在一般河流中工作，以達(dá)到消除建造水庫所帶來的種種弊病。
提出這一實用新型任務(wù)的根據(jù)是，水庫水壩的水位差是某一段河流流量的積分結(jié)果(確切地說只是某段勢能的積分)。反過來說，在河流的各點上存在著流動量的微分量，若在河流各點均裝上一種能工作的水輪機(jī)，使之發(fā)電聯(lián)綱，這相當(dāng)于全程勢能積分，其結(jié)果相當(dāng)于建立水庫的發(fā)電量。
本技術(shù)解決方案是，浸入水流中的水輪機(jī)，其葉輪上相對于輪軸的兩翼片受水流作用力不同而造成力差，產(chǎn)生力距使葉輪回轉(zhuǎn)。
技術(shù)解決方案必須解決兩個具體技術(shù)問題，一是如何使相對于輪軸的兩翼片產(chǎn)生力差；二是如何使葉輪保持連續(xù)不斷的回轉(zhuǎn)運動。
前者的解決辨法是使輪軸上方的翼片與水流的作用面大于輪軸下方的翼片與水流的作用面，此時就能產(chǎn)生力差；后者的解決辨法有兩個方案，一是將翼片做成沿長度方向可彎曲的，二是將翼片做成沿中心線可對折的，兩者都是翼片與水流方向的有效作用面是能夠變化的。以本發(fā)明最優(yōu)葉輪旋轉(zhuǎn)方向來說明，也就是以處于輪軸上方翼片的運動方向是與水流一致的狀態(tài)來說明。當(dāng)處于葉輪最高位置的翼片，其翼面正對水流方向而展開成為一個平面或近似平面，此時翼片上所受水的作用力為最大，產(chǎn)生轉(zhuǎn)距，使葉輪轉(zhuǎn)動；隨著葉輪轉(zhuǎn)動，下一個翼片又處于葉輪最高點，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距使葉輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，而原來的翼片在水的作用下逐漸彎曲，或兩對折翼面逐漸閉合，轉(zhuǎn)至輪軸下方即處于葉輪最低位置時，翼片彎曲為最大，或?qū)φ垡砻嫱耆]合，此時翼片背對水流方向，即翼背正對水流，此時所受水流的作用力為最小，此水流的作用力為葉輪運動的阻力；當(dāng)葉輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)，也就是翼片越過葉輪最低點而逐漸升高，一當(dāng)翼面所受水作用力大于翼背的阻力時，翼片逐漸張開，直至轉(zhuǎn)至輪軸上方處于葉輪最高位置時，翼面又展開成為一個平面或近似平面，又處于受水流最大作用力狀態(tài)。由于輪軸上半部各翼片所受水流作用力的總和大于輪軸下半部各翼片所受水流阻力之和，且各翼片連續(xù)依次進(jìn)入工作狀態(tài)，使葉輪始終在力距作用下保持連續(xù)不斷的回轉(zhuǎn)運動。
為了保持翼片能夠正常工作，翼片的形狀必須只能朝一個方向彎曲；為了減少翼背的水流阻力，翼背的水平橫截面形狀應(yīng)是曲線，翼緣薄而翼背中部厚，此曲線最理想的是雙曲線的一部分，為了加工方便，也可做成類似雙曲線或光滑的曲線。翼片要考慮強度，應(yīng)按固定懸臂梁的原理設(shè)計，其與葉輪連結(jié)處要有足夠的厚度。為了使翼片在越過葉輪最低點而上升時能很快地從彎曲狀態(tài)或閉合狀態(tài)展開翼面，翼片應(yīng)做成空心的，使翼片在水中本身有浮力，此時翼片應(yīng)用玻璃鋼制成，通常的是用環(huán)氧樹脂的玻璃鋼制成。也可以做成用骨架外包橡皮或軟質(zhì)防水材料，翼片中空充氣。在流速較大的河流中使用時，翼片也可用輕金屬甚至木材制成。為了使翼片能夠彎曲，對于沿長度方向可變曲的翼片來說，翼片是由兩節(jié)或兩節(jié)以上的單獨部分用活動聯(lián)接而成；對于沿中心線可對折的翼片來說，翼片是由兩對稱的部分用活動聯(lián)接而成。
為了使翼片在越過葉輪最低點而迅速上升，除上述應(yīng)用翼片本身的浮力外，最優(yōu)選的技術(shù)方案是在葉輪前面(正對水流方面而言)裝置一導(dǎo)流板，其一端緊靠著彎曲狀態(tài)的翼片且位于葉輪軸線之下，導(dǎo)流板表面為一雙曲線或光滑曲線，使水流加速，在與緊靠翼片的端部處造成柏努利效應(yīng)，其結(jié)果是推動翼片上升。此導(dǎo)流板的另一作用是使水流不僅不能進(jìn)入葉輪軸線之下的部位，(也就是使葉輪軸線之下的水幾乎沒有水流方向的流速)而且由于導(dǎo)流板的作用加速通過葉輪軸線上的部位，這樣就使葉輪軸線上、下部位的水由于流速差而產(chǎn)生壓力差，其結(jié)果是推動翼片上升。
本實用新型的附圖如下


圖1a為本實用新型可變翼水輪機(jī)正視圖；
圖1b為本實用新型可變翼水輪機(jī)側(cè)視圖；圖2為長度方向可變翼水輪機(jī)工作示意圖；圖3為長度方向可變翼水輪機(jī)翼片剖面圖；圖4為長度方向可變翼水輪機(jī)翼片橫截面形狀圖5為對折式可變翼水輪機(jī)工作示意圖；圖6為對折式可變翼水輪翼片A－A截面簡圖。
圖1a和
圖1b所示為可變翼水輪機(jī)簡圖。輪軸(0)兩端以軸承安裝在水輪機(jī)殼體(H)上，輪軸端可通過傳動裝置驅(qū)動發(fā)電裝置(G)，或者直接與密封式發(fā)電機(jī)相聯(lián)；輪軸上固定著葉輪(1)，葉輪上安裝著四個或四個以上翼片(2)。導(dǎo)流板(3)與殼體固定連接。整個水輪機(jī)可懸掛在固定于河岸的橫柱上而浸在水中，或者用支架固定在河床上。
圖2為長度方向可變翼水輪機(jī)工作示意圖。輪軸(0)與葉輪(1)是固定聯(lián)結(jié)的，葉輪上安裝著四個或四個以上翼片(2)，翼片是可以彎曲的，整個翼片是由活動聯(lián)結(jié)的兩個或兩個以上的單獨部分組成。翼片只能朝如圖所示翼面(e)的方向彎曲，而不能朝翼背(f)的方向彎曲，翼片在圖示A點時，其彎曲度最大，越過A點位于b點時，因浮力作用，翼片稍有伸長。翼片至導(dǎo)流板端點B時，由于水流通過導(dǎo)流板而在B點造成柏努利效應(yīng)，翼片加快張開。翼片在C點位置，水流直接作用在翼面(e)上，翼片迅速張開；至d點位置，翼片展開成為一平面或近似平面。翼片越過d點，逐漸彎曲。導(dǎo)流板的A端有助于使翼片達(dá)到最大彎曲度。
圖3所示為長度方向可變翼水輪機(jī)翼片剖面圖，整個翼片是由兩個或兩個以上的單獨部分組成，翼片應(yīng)按單臂梁受力情況設(shè)計，使其根部(即固定在葉輪的部分)的截面積最大，逐漸向翼尖方向縮小。翼片為中空，用玻璃鋼及通常是環(huán)氧樹脂玻璃鋼制成，也可用輕金屬或木材制成。翼片各部用活動連結(jié)，如鉸鏈和軸肖。翼片各部分只能朝一個方向翼面(e)彎曲轉(zhuǎn)動，不能朝翼背(f)彎曲轉(zhuǎn)動，有凸臺(g)限制其轉(zhuǎn)動。
圖4所示為長度方向可變翼水輪機(jī)翼片橫截面簡圖。e為翼面，截面線為一直線，即翼面為一平面。f為翼背，為一中厚端薄的光滑曲線，最佳方案為雙曲線的一部分。為制造方便，也可制成類似雙曲線。當(dāng)水輪機(jī)甚小時，相應(yīng)的翼片也較小，此時翼片用實心木質(zhì)制成，也有相當(dāng)效果。為減小摩擦，翼片表面需拋光。
圖5為對折式可變翼水輪機(jī)工作示意圖。輪軸(0)與葉輪(1)是固定聯(lián)結(jié)的，葉輪上安裝著四個或四個以上翼片(2)，翼片沿中心分成兩對稱部分，由活動力聯(lián)結(jié)而成。翼片只能朝翼面(e)方向閉合，而不能朝翼背(f)方向閉合。翼片在圖示A點時，兩對稱部分完全閉合，越過A點位于b點時，因浮力作用，兩對稱部分稍有張開。翼片至導(dǎo)流板端點B時，由于水流通過導(dǎo)流板而在B點造成柏努利效應(yīng)，翼片加快張開。翼片在c點位置，水流直接作用在翼面(c)上，翼片迅速張開；至d點位置，兩對稱部分張開成一平面。
圖6為對折式可變翼水輪機(jī)翼片A－A截面簡圖。翼片由兩對稱部分(4)和(5)組成，兩者可繞軸線(6)回轉(zhuǎn)。在葉輪軸上安有定位器(7)，以限制(4)和(5)作不必要的回轉(zhuǎn)。
本實用新型突破了現(xiàn)有水力發(fā)電所采用的形式，不需攔河建霸或建造水庫，而是在一般河流中均可安裝使用。我國河流密布，使用本實用實用新型的可變翼水輪機(jī)，可帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效果。
權(quán)利要求1.一種可變翼水輪機(jī)是由輪軸(0)、葉輪(1)、翼片(2)和導(dǎo)流板(3)組成，其特征在于翼片的翼面是可朝單方向變化的、當(dāng)翼面(e)正對水流方向時，翼面展開成一平面或近似平面，當(dāng)翼背(f)正對水流方向時，翼片與水的作用面為最??；導(dǎo)流板與殼體(H)相連，導(dǎo)流板沿水流方向的截面形狀為雙曲線的一部分或近似雙曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的可變翼水輪機(jī)，其特征在于所述的翼片是由兩個或兩個以上的單獨部分由活動聯(lián)接而成，可朝翼片長度方向彎曲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的可變翼水輪機(jī)，其特征在于所述的翼片是由沿翼片軸向兩個對稱部分由活動聯(lián)結(jié)接而成，兩對稱部分可繞軸線(6)向翼面(e)方向開合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的可變翼水輪機(jī)，其特征在于所述的葉輪上安裝著四個或四個以上翼片。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3的可變翼水輪機(jī)，其特征在于所述的翼片是空心的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的可變翼水輪機(jī)，其特征在于所述的翼片是空心的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的可變翼水輪機(jī)，其特征在于所述的翼片橫截面形狀，其翼面截線為一直線，其翼背為一中厚端薄的光滑曲線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的可變翼水輪機(jī)，其特征在于所述的翼片橫截面形狀，其翼背為雙曲線的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的可變翼水輪機(jī)，其特征在于所述的翼片橫截面形狀，其翼背為雙曲線的一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的可變翼水輪機(jī)，其特征在于所述的翼片橫截面形狀，共翼背為近似雙曲線或平滑曲線。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的可變翼水輪機(jī)，其特征在于所述的翼片橫截面形狀，其翼背為近似雙曲線或平滑曲線。
12.根據(jù)權(quán)利要求2或3的可變翼水輪機(jī)，其特征在于所述的翼片是用玻璃鋼制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求2或3的可變翼水輪機(jī)，其特征在于所述的翼片是用輕金屬或木材制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的可變翼水輪機(jī)，其特征在于所述的導(dǎo)流板沿水流截面形狀為雙曲線的一部分。
專利摘要本實用新型是一種不需高水頭和攔河筑壩的一種可變翼水輪機(jī)，安裝在普通河流中用作發(fā)電機(jī)的驅(qū)動裝置。本實用新型是利用上下相對稱翼片產(chǎn)生力差而驅(qū)動葉輪作功。其特點是翼片與水流的作用面的大小是可變化的。
文檔編號F03B1/00GK2069030SQ9020256
公開日1991年1月9日 申請日期1990年3月6日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月6日
發(fā)明者余新河 申請人:余新河