專利名稱：多重活動壁面流體減阻加壓裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及減少流體阻力(含摩擦阻力、粘壓阻力及類似性質(zhì)的阻力)并兼具加壓(泵)功能的裝置。
背景技術(shù)：
長期以來人們尋找減少流體阻力方法時，注意力以往只集中和局限在型體方面，即探索物體的流線型方面，現(xiàn)在的高速列車、導彈、汽車等空氣減阻設(shè)計仍停在這一階段。創(chuàng)立邊界層理論后，經(jīng)多年發(fā)展，按減小粘性阻力的不同途徑可將減阻方法大致劃分為四類，一類是局部改變邊界附近流體的方法，如氣墊船技術(shù)、空氣潤滑技術(shù)，其減阻力潛力是可觀的，但在全部邊界實現(xiàn)粘性和比重都大不相同的粘性流體的置換的具體技術(shù)與工藝措施仍難以完全解決，推廣有困難，目前主要應(yīng)用于交通與機械工程領(lǐng)域。二類是通過邊界層溫度的改變和控制，或通過吸氣等措施以改變層流邊界層流速分布以減少粘性阻力，在航空等外流領(lǐng)域研究應(yīng)用較多，這在大量專著中已有詳細探討，其減阻效果有限。三類用高分子稀液注入附壁區(qū)減阻，可用于原油、水等流體減阻，但高分子聚合物價格昂貴，受剪切力時易失效，且減阻效果有限。四類是采用適當?shù)倪吔绮牧?彈性材料)來使邊界充分柔順，以使它易產(chǎn)生動力響應(yīng)，隨層流附面層T-S波波動而振動，這是由仿生學研究發(fā)展起來的，但其減阻效果仍然有限。而減少形狀阻力則基本上仍停留在探索物體的流線型線方面，也有一種方法就是在被減阻物體內(nèi)部布置一個通道聯(lián)接首、尾部，使流體經(jīng)通道由前端排往后端，減少前后端壓力差從而減少粘壓阻力，但通道摩擦阻力較大，從而影響了減阻效果。還有一個值得注意的方法是讓物體的邊界面隨著流體運動而運動，這個早年的發(fā)現(xiàn)早就有直觀的實驗進行了驗證，但后來這個方法并未得到廣泛的應(yīng)用，幾乎為人們遺忘，且其技術(shù)方案的減阻效果有限，故至今未引起重視。這些減阻方法在各種減阻力學教材及專著中均有大量論述；目前各類推進裝置(加壓裝置)則主要提供推進力或壓力，而與減少流體阻力沒有什么關(guān)系。
前不久出現(xiàn)一個在在需減阻的物體表面沿流體的流動方向布設(shè)一層至多層的可循環(huán)轉(zhuǎn)動的活動壁面，每層活動壁面所圍合的空間內(nèi)布設(shè)一重到多重的可循環(huán)轉(zhuǎn)動的活動壁面，使每層每重活動壁面隨流體運動而運動，減少其與流體的相對速度從而減少流體阻力的發(fā)明，(該發(fā)明中國專利申請?zhí)枮?00610106732.4)，該發(fā)明在內(nèi)流減阻情形布置可活動壁面時，安裝單元的長度決定其起始點及端點位置，活動壁面隨著流體運動方向運動，在到達端點后轉(zhuǎn)向進入回程，從邊界層與物體表面之間的空間內(nèi)返回起點，完成一個循環(huán)，活動壁面所圍合的空間內(nèi)可再布置一到多重類似的活動壁面以減少運行阻力，活動壁面所圍合的空間內(nèi)布置的多重類似的活動壁面暫稱為一層，同一層的各重活動壁面其運動旋轉(zhuǎn)方向相同；而活動壁面回程側(cè)與物體表面圍合的空間可再布置一層到多層活動壁面以減少運行阻力，各層相鄰的活動壁面其運動旋轉(zhuǎn)方向相反；從而形成多層多重活動壁面系統(tǒng)。在外流減阻情形時采用如下方案活動壁面從物體頂端開始一直繞到物體尾端，再由物體尾端返回物體頂端完成一個循環(huán)。依同樣的循環(huán)線路可布置多重活動壁面，由于回程側(cè)流體與活動壁面相對速度很大而阻力極大，解決辦法是在物體另一側(cè)布置一層從屬性質(zhì)的多重活動壁面，這兩層活動壁面轉(zhuǎn)動方向相反，其回程側(cè)相鄰，由于運動速度相仿而阻力極小，這樣只需兩層活動壁面即可滿足要求。由于在內(nèi)流減阻時并未仿照外流循環(huán)線路布置多重活動壁面，(雖未排除這樣的方案，但權(quán)利要求未明確提出保護，說明書亦未具體記載，應(yīng)該是考慮到內(nèi)流時可活動壁面若從另一側(cè)返回則為了繞開有效過流截面而必須使用多個轉(zhuǎn)向裝置，而認為轉(zhuǎn)向時的能耗較大，沒有較大價值)，因此內(nèi)流狀態(tài)時為減少回程側(cè)與物體表面之間的摩擦阻力而不得不布置很多層可活動壁面，這就大大減少了有效過流截面，增加層數(shù)又增加了損耗的能量，使設(shè)備構(gòu)造復雜化，增加了制安及維修的成本和難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是對名稱為“多層活動壁面流體減阻推進裝置”(中國專利申請?zhí)枮?0061O106732.4)的發(fā)明進行改進，提出一種主要用于內(nèi)流狀態(tài)時的減阻裝置，該裝置能高效減阻，且可廣泛應(yīng)用于水利、交通運輸、管道輸送等領(lǐng)域的流體減阻，并兼具加壓(泵)功能。
為達到上述目的，本發(fā)明主要采用這樣的技術(shù)方案在需減阻的內(nèi)流(管道或渠道等)物體表面沿流體的流動方向布設(shè)兩層的可循環(huán)轉(zhuǎn)動的活動壁面，每層活動壁面所圍合的空間內(nèi)布設(shè)一重到多重的可循環(huán)轉(zhuǎn)動的活動壁面，使每層每重活動壁面隨流體運動而運動，減少其與流體的相對速度。其循環(huán)線路布置如圖1所示安裝單元的長度決定其起始點及端點位置，活動壁面隨著流體運動方向運動，在到達端點后轉(zhuǎn)向繞開有效過流截面進入回程，從物體另一側(cè)表面的空間內(nèi)返回起點，完成一個循環(huán)，這時回程側(cè)阻力很大，在回程另一側(cè)布置一層從屬性質(zhì)的多重活動壁面，這兩層活動壁面轉(zhuǎn)動方向相同，其回程側(cè)相鄰，由于運動速度相仿而阻力極小，這樣只需兩層活動壁面即可滿足要求。
更進一步的方案是，對可循環(huán)轉(zhuǎn)動的活動壁面施加驅(qū)動力，使之以接近乃至超過流體運動速度的速度運動。當最外層可循環(huán)轉(zhuǎn)動的活動壁面的速度接近流體速度時，兩者相對速度接近零，物體在流體中的運動阻力將接近零，而當最外層可循環(huán)轉(zhuǎn)動的活動壁面的速度超過流體速度時，將會產(chǎn)生推進力。
在未加動力裝置時，如出現(xiàn)流體速度或比重較小難以驅(qū)動活動壁面或運行不平穩(wěn)的情況可在活動壁面上或轉(zhuǎn)筒端部等處設(shè)置受流器，以接受流體能量，提供驅(qū)動力。
與原發(fā)明不同的主要是轉(zhuǎn)向裝置略有區(qū)別，它往往布置于管(渠)道的聯(lián)接部位，因為原發(fā)明只需同一個平面內(nèi)轉(zhuǎn)向，而本發(fā)明為了繞開有效過流截面則需在多個平面進行立體轉(zhuǎn)向，故需多個轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)筒，也可仿照傳動帶技術(shù)對轉(zhuǎn)向過程中的邊帶進行控制以防止跑偏。雖然增加轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)筒個數(shù)勢必增加軸程阻力，但相對于增加層數(shù)來說能耗要小得多，且可設(shè)法采取減少軸承阻力的措施。
其余部分與原發(fā)明相同。
本發(fā)明的有益效果是就增加了有效過流截面，減少層數(shù)又減少了損耗的能量，增加了減阻效果，同時使設(shè)備構(gòu)造簡單化，降低了制安及維修的成本和難度。


圖1內(nèi)流狀態(tài)時布置多層活動壁面及循環(huán)路線示意圖；圖2是實施例2中輸水渠道底部活動壁面布置方法示意。
附圖中1、轉(zhuǎn)筒及軸承；2、支架，3、軟膜、單重或多重活動壁面；4、端部密封裝置；5、裝置外殼或支擋；現(xiàn)結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明具體實施方式
實施例1某正方形截面的石油輸送管道，設(shè)管徑約為1000mm，上下及左右各設(shè)置兩層活動壁面，每層為五重活動壁面，活動壁面平均比重與石油或潤滑用流體比重相同，可消除重力造成的下垂度，同時又粘貼有柔性復合磁條，可防止或減少其接觸摩擦。在管道聯(lián)接處設(shè)特制的接頭，其內(nèi)布置驅(qū)動轉(zhuǎn)筒，轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)簡等，每重活動壁面安裝厚度(含本身厚度及重間間距)約為4mm，總厚約4cm，設(shè)有活扣式密封機構(gòu)，所充潤滑用流體是摻入了高濃度高分子聚合物的石油或水；為便于檢修及安裝，頂部設(shè)成可開閉的蓋板，使用時則上部用水封閉；安裝后雖然過流面積減少約8％，但在同等流量下能耗減少3-4倍，如與水環(huán)輸送技術(shù)相結(jié)合，則常溫常壓下亦可輸送。
實施例2
在某水平(或坡度較小的)輸水渠道中安裝本發(fā)明裝置以減少水對渠壁的摩擦阻力，當單元寬度太寬時還可增劃。頂部為空氣，故不設(shè)減阻裝置，沿著渠道壁兩側(cè)安裝兩層活動壁面，(布置方法如圖1所示意)，每層十重活動壁面，以100米為一個安裝單元長度，每隔100米在渠壁設(shè)置凹入的槽，槽內(nèi)安置驅(qū)動轉(zhuǎn)簡，轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)筒及各類輔助性機構(gòu)，各安裝單元相鄰最外層活動壁面間設(shè)有活扣式密封，各單元端部擋板與活動壁面間設(shè)多級動密封，活動壁面圍合的空間內(nèi)充入摻有高濃度高分子聚合物的水溶液作潤滑劑，底部只設(shè)一層一重活動壁面，(布置方法如圖2示意)，內(nèi)充與水壓相仿的空氣，并設(shè)有壓力平衡裝置，驅(qū)動轉(zhuǎn)筒只設(shè)轉(zhuǎn)筒較小功率驅(qū)動電機補充摩擦阻力損失的能量，或干脆不設(shè)驅(qū)動電機而使渠道有一定坡度，以重力能轉(zhuǎn)化的動能補充摩阻損失從而使水流保持高速，各單元連接處可設(shè)導管導出底部泥沙。如欲使水流提升或加速，則在水渠上方加設(shè)一個安裝單元，該單元只需一層活動壁面即可，(其回程側(cè)接觸的是空氣)，活動壁面內(nèi)按一定方式敷設(shè)導線使之成為直線電機的次級，并另布置通過支架固定于渠壁上的初級，(也可在活動壁面外加設(shè)葉片以增加推排水流的能力，但葉片應(yīng)避開初級的位置以免氣隙過大)，通以電流使活動壁面推動水流沿坡底向上運動。因直線電機具功率大、能量轉(zhuǎn)化率高等特點，故這種渠道在長距離調(diào)水工程及運輸水道中將有很大的用途。
權(quán)利要求
1.一種減少流體阻力的減阻裝置，在需減阻的物體表面沿流體的流動方向布設(shè)兩層的可循環(huán)轉(zhuǎn)動的活動壁面，每層活動壁面所圍合的空間內(nèi)布設(shè)一重到多重的可循環(huán)轉(zhuǎn)動的活動壁面，使每層每重活動壁面隨流體運動而運動，減少其與流體的相對速度。其特征在于所述的可循環(huán)轉(zhuǎn)動的活動壁面沿物體的周長設(shè)置，即從物體頂端開始一直繞到物體尾端，再由物體尾端從相對的另一側(cè)返回物體頂端完成一個循環(huán)，并在其回程一側(cè)再布置一層不少于一重的可循環(huán)轉(zhuǎn)動的活動壁面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減阻裝置，其特征是兩層活動壁面回程側(cè)相鄰，其速度及運動方向一致或基本相同。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可減少流體阻力的多層活動壁面流體減阻加壓裝置，它在需減阻的物體表面沿流體的流動方向布設(shè)兩層的可循環(huán)轉(zhuǎn)動的活動壁面，每層活動壁面所圍合的空間內(nèi)布設(shè)一重到多重的可循環(huán)轉(zhuǎn)動的活動壁面，兩層活動壁面回程側(cè)相鄰，其速度及運動方向一致或基本相同。使每層每重活動壁面隨流體運動而運動，減少其與流體的相對速度，從而使運行阻力和能耗減少，通過施加驅(qū)動力使活動壁面運動速度大于流體運動速度，從而產(chǎn)生推進力。
文檔編號F15D1/00GK101016914SQ20071002702
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者鄒立松 申請人:鄒立松