流體能量轉換裝置的製作方法
2023-05-07 01:55:06
專利名稱：流體能量轉換裝置的製作方法
技術領域：
本發明流體能量轉換裝置，具體涉及一種能將任意方向的流體動能轉換成繞某一轉軸做 定向旋轉的機械能的裝置，屬於能量轉換技術領域。
背景技術：
目前人類對新能源和可再生能源的開發還處在起步階段，主要通過太陽能、水能、風能、 化學能以及原子能等來獲取能量，化學能及原子能等這些能源在目前階段存在一定的汙染和 危害，而太陽能、水能和風能利用比較普遍，而太陽能、水能或風能的利用很容易受時間、 地域以及其他因素的影響，特別是利用水能和風能，更是受到水流或風的方向和流速的影響， 對於水能，只能通過在大型流水渠道中建立水電站來獲取電能，而成千上萬的小河流還沒有 得到開發利用，對於蘊藏豐富海洋能源的開發和利用還處於試驗階段，特別是海洋的潮汐能 及波浪能，這是一個很好的無汙染能源，由於時而上時而下很難利用；對於風能只能在風速 較大的地區建立風力發電站來獲取電能，當水流或風力不斷地改變方向就很難獲取電能了， 現有的垂直軸或水平軸的風能發電機的效率較低，不利於大規模廣泛推廣。
中國專利公告號CN2087242U，專利號為90219658.8，公告日是1991年10月23日， 名稱為"流體動力轉換裝置"中公開了一種流體動力轉換裝置，其特徵是支架在其頂部及 中部各有一個軸孔，主軸通過支架上的兩個軸孔與支架軸承配合，主軸的上部用螺釘固定兩 個連接器，連接器上有水平方向均勻公布的四個風門支撐杆插孔，風門支撐杵插入連接器上 的風門支撐杆插杆後用螺釘固定；風門支撐杆的一側有軸孔，風門與風門支撐杆軸承配合， 風門限位擋板固定在支撐杆軸孔的一側。該實用新型專利的風門是在水平面上左右旋轉，在 特殊情況下能將風門吹到不能旋轉的位置，且風門不能自行恢復到初始狀態，不能調節受力 大小和受力面積，不具有在強風下自保護功能。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種能將任意方向的流體動能轉換成繞某一轉軸做定 向旋轉的機械能，且具有利用重力自動恢復初始狀態、可根據實際情況調節受力角度和受力 面積的的流體能量轉換裝置。
為了解決上述技術問題，本發明流體能量轉換裝置通過以下技術方案來實現的流體能 量轉換裝置，主要由一個支撐結構以及安裝在該結構上的任意方向流體都能驅動的旋轉體裝 置，該旋轉體裝置包括 一個可旋轉的主軸2和至少兩套相互隔開並帶動主軸2—起做同向 旋轉，且還繞著垂直於主軸2的橫軸4旋轉的旋轉體3;
上述的每個旋轉體3主要包括至少一根與主軸2相互垂直且固定的橫軸4、至少一組
繞橫軸4做縱向轉動的縱向旋轉葉片5和至少一根擋住最下端縱向旋轉葉片5，且與主軸2 相互垂直的橫擋軸6，其結構為每一組橫軸4沿著同一條直線垂直固定在主軸2的側面， 且沿著相同方向擋住上一組縱向旋轉葉片5的底部，縱向旋轉葉片5可旋轉地套裝在橫軸4 的外圓面上，橫擋軸6與橫軸4相互平行且垂直固定在主軸2的側面，橫擋軸6沿著相同方 向擋住最下面一組縱向旋轉葉片5的底部；
上述的每個旋轉體3還可以是主要包括至少一根與主軸2相互垂直且可轉動的橫軸4、 至少一組固定在橫軸4上的縱向旋轉葉片5和至少一根擋住最下端縱向旋轉葉片5，且與主 軸2相互垂直的橫擋軸6，其結構為每一組橫軸4沿著同一條直線垂直可旋轉的套裝在主 軸2的側面，且沿著相同方向擋住上一組縱向旋轉葉片5的底部，縱向旋轉葉片5固定在橫 軸4的外圓面上，橫擋軸6與橫軸4相互平行且垂直固定在主軸2的側面，橫擋軸6沿著相 同方向擋住最下面一組縱向旋轉葉片5的底部；
上述的旋轉體3還可以沿著主軸2整體上下移動；
上述的每個旋轉體3還包括 一套固定在主軸2側面的框架7、至少一套連接橫軸4和 橫擋軸6的升降機構8、調節縱向旋轉葉片5轉動角度的限位裝置9和至少一套固定橫軸4 和橫擋軸6的定位機構10，其結構為長方形的框架7垂直固定在主軸2的側面上，橫軸4
和橫擋軸6通過升降機構8和定位機構10固定在框架7的兩側，在框架7的側面設置有縱向 旋轉葉片5旋轉的限位裝置9;
上述的升降機構8包括升降電機11和連接繩12，其結構為升降電機11固定在框架7 的上端，升降電機11的旋轉端通過連接繩12至上而下連接所有橫軸4;
上述的限位裝置9包括旋轉電機13、上連接繩14、下連接杆15和調節每一組縱向旋轉 葉片5轉動角度的旋轉架16，其結構為旋轉電機13固定在框架7的上端，旋轉電機13的 旋轉端通過上連接繩14連接下連接杆15的上端，連接杆15與端面成L形的旋轉架16的直 角端17相連，旋轉架16的上端18鉸接在的框架7的凹槽19的側面，旋轉架16的下端角 20通過下端杆21活動接觸在縱向旋轉葉片5下端部，下端杆21與下端角20相連接，且與 旋轉架16的端面相垂直；
上述的定位機構10包括電機23、鎖緊杆24、鎖緊連接杆25和鎖緊栓26，其結構為 鎖緊杆24的中間位置鉸接在每一個橫軸4和橫擋軸6所固定的凹槽19的側面下方，鎖緊杆 24—端帶小凹槽27，另一端通過鎖緊連接杆25剛性連接在一起，鎖緊連接杆25的底部通過 連接繩與電磁閥的鎖緊栓26相連。
本發明流體能量轉換裝置與現有的技術相比具有以下有益效果
1、構思巧妙，結構簡單、合理，穩定可靠由於本發明流體能量轉換裝置由一個可旋轉 的主軸2和至少兩套相互隔開並帶動主軸2 —起做同向旋轉，且還繞著垂直於主軸2的橫軸 4旋轉的旋轉體3;每個旋轉體3的結構為每一組橫軸4沿著同一條直線垂直固定在主軸2 的側面，且沿著相同方向擋住上一組縱向旋轉葉片5的底部，縱向旋轉葉片5可旋轉地套裝 在支軸4的外圓面上，橫擋軸6與橫軸4相互平行且垂直固定在主軸2的側面，橫擋軸6沿 著相同方向擋住最下面一組縱向旋轉葉片5的底部；旋轉體3還可以沿著主軸2整體上下移 動；每個旋轉體3還包括 一套固定在主軸2側面的框架7、至少一套連接橫軸4和橫擋軸6 的升降機構8、調節縱向旋轉葉片5轉動角度的限位裝置9和至少一套固定橫軸4和橫擋軸6 的定位機構IO，其結構為長方形的框架7垂直固定在主軸2的側面上，橫軸4和橫擋軸6
通過升降機構8和定位機構10固定在框架7的兩側，在框架7的側面設置有縱向旋轉葉片5
旋轉的限位裝置9;因此該裝置結構簡單合理，具有利用重力自動恢復初始狀態，可通過升
降機構8和限位裝置9調節受力角度和受力面積，具有自保護功能。
2、 應用領域廣、節能環保由於本發明流體能量轉換裝置可以將任意方向的流體動能轉
換成定向旋轉的機械能，升降機構S和限位裝置9使本裝置具有調節受力面積和受力大小，
並且在惡劣情況下的自我保護功能，因此使用本發明可利用的流體有風、水流、波浪、潮汐、 蒸汽、壓力油等，可以用來發電、灌溉和運輸等，本發明所有利用的資源均為自然能源及無 汙染能源，在能量轉換過程中也不會產生二次汙染。
3、 易製作、易安裝、易維修、製造和使用成本低由於結構簡單，所有零部件均易得，
因此易製作、易安裝、易維修，製造工藝簡單，使用過程中無需再使用其他能源，基本無使
用費用。
下面結合附圖對本發明流體能量轉換裝置進一步說明
圖1為本發明流體能量轉換裝置第一種實施方式的結構立體示意圖； 圖2為本發明流體能量轉換裝置第二種實施方式的結構立體示意圖； 圖3為本發明流體能量轉換裝置第三種實施方式的結構立體示意圖； 圖4為圖3中A向視圖5為圖3中B-B剖視圖定位機構10的工作狀態圖； 圖6為圖3中B-B剖視圖定位機構10的非工作狀態圖； 圖7為本發明流體能量轉換裝置應用實施例1; 圖8為本發明流體能量轉換裝置應用實施例2。
具體實施例方式
圖l為本發明流體能量轉換裝置第一種實施方式的結構立體示意圖，該裝置由機座l、 主軸2、旋轉體3、橫軸4、縱向旋轉葉片5和橫擋軸6組成，該圖中主軸2可轉動固定在機
座1上，主軸2的側面對成各固定一個旋轉體3，每個旋轉體3包括l根與主軸2相互垂直 且固定的橫軸4、 一組繞橫軸4做縱向轉動的縱向旋轉葉片5和一根擋住縱向旋轉葉片5的 底部，且與主軸2相互垂直的橫擋軸6，每個旋轉體3的結構為橫擋軸6從上向下看沿著 順時針方向擋住上縱向旋轉葉片5的底部，縱向旋轉葉片5可旋轉地套裝在橫軸4的外圓面 上，橫擋軸6與橫軸4相互平行且垂直固定在主軸2的側面。
其工作過程為當流體(比如風能、水能、波浪能、蒸汽能、壓力油等)從如圖1所示 的正面經過本發明流體能量轉換裝置，此時左側的旋轉體3上的橫軸4從上向下看沿著順時 針方向上擋住縱向旋轉葉片5的底部，即橫擋軸6在縱向旋轉葉片5底部的前端；右側的旋 轉體3上的橫軸4從上向下看沿著順時針方向上擋住縱向旋轉葉片5的底部，即橫擋軸6在 縱向旋轉葉片5底部的後端，左側的縱向旋轉葉片5在流體動能的作用下，由於橫擋軸6在 前面擋住縱向旋轉葉片5，因此左側的縱向旋轉葉片5不能被吹起，從而使左側受到一個從 上向下看沿著順時針方向的扭矩；右側的縱向旋轉葉片5在流體動能的作用下，由於橫擋軸 6在後面擋住縱向旋轉葉片5，此時右側的縱向旋轉葉片5被流體動能向後面吹起，起吹起角 度大於0度小於90度，此時流體產生的從上向下看沿著逆時針方向的扭矩基本為零，由於左 側的縱向旋轉葉片5受力面積等於縱向旋轉葉片5的面積，而右側的縱向旋轉葉片受力面積 遠遠小於右側縱向旋轉葉片5的面積，左右兩邊受力相減之後，左右兩側的合力矩是從上向 下看沿著順時針方向旋轉的力矩，因此帶動主軸2繞順時針旋轉。當起初右側的旋轉體3轉 到左側時(即旋轉180。後)，它的受力情況與原來的受力一致，起初左側的旋轉體3轉到右 側時，它的受力情況與原來右側的旋轉體3的受力一致，起初右側的旋轉體3轉到左側時， 它的受力情況與原來左側的旋轉體3的受力一致，因而整體受力情況相同，能夠使主軸2保 持持續相同的從上向下看沿著順時針方向旋轉；
若此時當流體變為從反面流過本發明流體能量轉換裝置，此時相對正面觀察者來說，此 時右側的旋轉體3的受力情況與第一次的左側受力情況一致，而此時左側的旋轉體3的受力 情況與第一次的右側受力情況一致，此時流體能量轉換裝置在反向流體流過時，使本裝置的
主軸2仍然做從上向下看沿著順時針方向旋轉；因此無論流體從哪個方向流過本裝置都使本 裝置的主軸2做逆時針旋轉。
圖2為本發明流體能量轉換裝置第一種實施方式的結構立體示意圖，該裝置由機座l、 主軸2、旋轉體3、橫軸4、縱向旋轉葉片5和橫擋軸6組成，該圖中主軸2可轉動固定在機 座1上，主軸2的側面對成固定3個旋轉體3，每個旋轉體3包括5根與主軸2相互垂直且 可轉動的橫軸4、 2組繞著每一根橫軸4做縱向轉動的縱向旋轉葉片5和一根擋住最下面的縱 向旋轉葉片5的底部，且與主軸2相互垂直的橫擋軸6，每個旋轉體3的結構為每一組橫 軸4沿著同一條直線垂直可旋轉的固定在主軸2的側面，且從上向下看沿著逆時針方向擋住 上一組縱向旋轉葉片5的底部，縱向旋轉葉片5固定在橫軸4的外圓面上，橫擋軸6與橫軸 4相互平行且垂直固定在主軸2的側面，橫擋軸6從上向下看沿著逆時針方向擋住最下面一 組縱向旋轉葉片5的底部。
圖3為本發明流體能量轉換裝置第三種實施方式的結構立體示意圖，圖4為圖3中A向 視圖，圖5為圖3中B-B剖視圖定位機構10的工作狀態圖，圖6為圖3中B-B剖視圖定位機 構10的非工作狀態圖，在圖3 6中，該裝置主要由機座l、主軸2、旋轉體3、橫軸4、縱 向旋轉葉片5、橫擋軸6、框架7、升降機構8、限位裝置9和定位機構IO組成，該圖中主軸 2可轉動固定在機座1上，主軸2的側面對成固定3個旋轉體3，每個旋轉體3包括7根與 主軸2相互垂直且可轉動的橫軸4、 2組繞著每一根橫軸4做縱向轉動的縱向旋轉葉片5和一 根擋住最下面的縱向旋轉葉片5的底部，且與主軸2相互垂直的橫擋軸6，旋轉體3還可以 沿著主軸2整體上下移動；每個旋轉體3還包括 一套固定在主軸2側面的框架7、 一套連 接橫軸4和橫擋軸6的升降機構8、 7套調節縱向旋轉葉片5轉動角度的限位裝置9和2套固 定橫軸4和橫擋軸6的定位機構10，其結構為長方形的框架7垂直固定在主軸2的側面上， 橫軸4和橫擋軸6通過升降機構8和定位機構10固定在框架7的兩側，在框架7的側面設置 有縱向旋轉葉片5旋轉的限位裝置9，每一組橫軸4沿著同一條直線垂直可旋轉的固定在主 軸2的側面，且從上向下看沿著逆時針方向擋住上一組縱向旋轉葉片5的底部，縱向旋轉葉
片5可旋轉的套裝在橫軸4的外圓面上，橫擋軸6與橫軸4相互平行且垂直固定在主軸2的 側面，橫擋軸6從上向下看沿著逆時針方向擋住最下面一組縱向旋轉葉片5的底部，主軸2 的下部設置有電控部分28。
上述的升降機構8的結構為升降電機11固定在框架7的上端，升降電機11的旋轉端 通過連接繩12至上而下連接所有橫軸4和橫擋軸6的中間部位。
上述的限位裝置9包括旋轉電機13、上連接繩14、下連接杆15和調節每一組縱向旋轉 葉片5轉動角度的旋轉架16，其結構為旋轉電機13固定在框架7的上端兩側，旋轉電機 13的旋轉端通過上連接繩14連接下連接杆15的上端，連接杆15與端面成L形的旋轉架16 的直角端17相連，旋轉架16的上端18鉸接在的框架7的凹槽19的側面下方，旋轉架16的 下端角20通過下端杆21活動接觸在縱向旋轉葉片5下端部，下端杆21與下端角20相連接， 且與旋轉架16的端面相垂直。
上述的定位機構10包括電機23、鎖緊杆24、鎖緊連接杆25和鎖緊栓26，其結構為 鎖緊杆24的中間位置鉸接在每一個橫軸4和橫擋軸6所固定的凹槽19的側面下方，鎖緊杆 24—端帶小凹槽27，另一端通過鎖緊連接杆25剛性連接在一起，鎖緊連接杆25的底部通過 連接繩與電磁閥的鎖緊栓26相連。
以上圖1 6所述的本發明中縱向旋轉葉片5的材料可採用鋼板、金屬合金、玻璃鋼、纖 維、塑料、塑鋼等高強度、輕型材質製作；所有電機、電磁閥均為市場上常用的電動機，其 電控部分28也為常用控制電路。
此外，為了使縱向旋轉葉片5旋轉時克服重力和摩察力，可以將橫軸4設置再縱向旋轉 葉片5的中上部，在每一個縱向旋轉葉片5的底部按與橫軸4方向一致的橫擋軸7，這樣可
以進一步提高工作效率。
圖7為本發明流體能量轉換裝置應用實施例1，該裝置在風力發電設備上的一種應用， 圖7是在圖3 6的基礎上，將的機座1作為磁力發電機的轉子相連，通過主軸2的轉動帶動 轉子轉動，.從而產生電能，其他結構與圖3 6基本相同。
圖8為本發明流體能量轉換裝置應用實施例2，該裝置在風力運輸設備上的一種應用， 該裝置是在圖7是在圖3 6的基礎上，將的機座1作為運送皮帶的主動輪，給輸送帶提供動 力，圖中主軸2的側面對成固定4個旋轉體3，其他結構與圖3 6基本相同。
權利要求
1.流體能量轉換裝置，主要由一個支撐結構以及安裝在該結構上的任意方向流體都能驅動的旋轉體裝置，其特徵在於該旋轉體裝置包括一個可旋轉的主軸(2)和至少兩套相互隔開並帶動主軸(2)一起做同向旋轉，且還繞著垂直於主軸(2)的橫軸(4)旋轉的旋轉體(3)。
2. 根據權利要求l所述的流體能量轉換裝置，其特徵在於每個旋轉體(3)主要包括至少一根與主軸(2)相互垂直且固定的橫軸(4)、至少一組繞橫軸(4)做縱向轉動的縱向 旋轉葉片(5)和至少一根擋住最下端縱向旋轉葉片(5)，且與主軸(2)相互垂直的橫擋軸 (6)，其結構為每一組橫軸(4)沿著同一條直線垂直固定在主軸(2)的側面，且沿著相 同方向擋住上一組縱向旋轉葉片(5)的底部，縱向旋轉葉片(5)可旋轉地套裝在橫軸(4) 的外圓面上，橫擋軸(6)與橫軸(4)相互平行且垂直固定在主軸(2)的側面，橫擋軸(6) 沿著相同方向擋住最下面一組縱向旋轉葉片(5)的底部。
3. 根據權利要求1所述的流體能量轉換裝置，其特徵在於每個旋轉體(3)由主要包 括至少一根與主軸(2)相互垂直且可轉動的橫軸(4)、至少一組固定在橫軸(4)上的縱 向旋轉葉片(5)和至少一根擋住最下端縱向旋轉葉片(5)，且與主軸(2)相互垂直的橫擋 軸(6)，其結構為每一組橫軸(4)沿著同一條直線垂直可旋轉的套裝在主軸(2)的側面， 且沿著相同方向擋住上一組縱向旋轉葉片(5)的底部，縱向旋轉葉片(5)固定在橫軸(4) 的外圓面上，橫擋軸(6)與橫軸(4)相互平行且垂直固定在主軸(2)的側面，橫擋軸(6) 沿著相同方向擋住最下面一組縱向旋轉葉片(5)的底部。
4. 根據權利要求2或3所述的流體能量轉換裝置，其特徵在於旋轉體(3)還可以沿 著主軸(2)整體上下移動。
5. 根據權利要求4所述的流體能量轉換裝置，其特徵在於每個旋轉體(3)還包括 一套固定在主軸(2)側面的框架(7)、至少一套連接橫軸(4)和橫擋軸(6)的升降機構(8)、 調節縱向旋轉葉片(5)轉動角度的限位裝置(9)和至少一套固定橫軸(4)和橫擋軸(6) 的定位機構(10)，其結構為長方形的框架(7)垂直固定在主軸(2)的側面上，橫軸(4) 和橫擋軸(6)通過升降機構(8)和定位機構(10)固定在框架(7)的兩側，在框架(7) 的側面設置有縱向旋轉葉片(5)旋轉的限位裝置(9)。
6. 根據權利要求5所述的流體能量轉換裝置，其特徵在於升降機構(8)包括升降電 機(11)和連接繩(12)，其結構為升降電機(11)固定在框架(7)的上端，升降電機(11〉 的旋轉端通過連接繩(12)至上而下連接所有橫軸(4)。
7. 根據權利要求5所述的流體能量轉換裝置，其特徵在於限位裝置(9)包括旋轉電 機(13)、上連接繩(14)、下連接杆(15)和調節每一組縱向旋轉葉片(5)轉動角度的旋轉 架(16，其結構為旋轉電機(13)固定在框架(7)的上端，旋轉電機(13)的旋轉端通過 上連接繩(14)連接下連接杆(15)的上端，連接杆(15)與端面成L形的旋轉架(16)的 直角端(17)相連，旋轉架(16)的上端(18)鉸接在的框架(7)的凹槽(19)的側面，旋 轉架(16)的下端角(20)通過下端杆(21)活動接觸在縱向旋轉葉片(5)下端部，下端杆(21)與下端角(20)相連接，且與旋轉架(16)的端面相垂直。
8. 根據權利要求5所述的流體能量轉換裝置，其特徵在於定位機構(10)包括電機(23)、 鎖緊杆(24)、鎖緊連接杆(25)和鎖緊栓(26)，其結構為鎖緊杆(24)的中間位置鉸接 在每一個橫軸(4)和橫擋軸(6)所固定的凹槽(19)的側面下方，鎖緊杆(24) —端帶小 凹槽(27)，另一端通過鎖緊連接杆(25)剛性連接在一起，鎖緊連接杆(25)的底部通過連 接繩與電磁閥的鎖緊栓(26)相連。
全文摘要
本發明流體能量轉換裝置，屬於能量轉換技術領域，所要解決的問題是提供一種能將任意方向的流體動能轉換成繞某一轉軸做定向旋轉的機械能的流體能量轉換裝置，為了解決上述技術問題，本發明通過以下方案來實現的流體能量轉換裝置，一個可旋轉的主軸和至少兩套相互隔開並帶動主軸一起做同向旋轉，且還繞著垂直於主軸的橫軸旋轉的旋轉體，旋轉體包括至少一根與主軸相互垂直且固定的橫軸、至少一組繞橫軸做縱向轉動的縱向旋轉葉片和一根擋住最下端縱向旋轉葉片，且與主軸相互垂直的橫擋軸；本發明的裝置可利用風、水流、波浪、潮汐、壓力油、蒸汽等，用來發電、灌溉和運輸等，具有很好的市場前景。
文檔編號F03D3/06GK101109362SQ20071013926
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月20日 優先權日2007年8月20日
發明者蔡志凌 申請人:蔡志凌