示出流體動態的展示機構的製作方法
2023-10-11 08:22:09
專利名稱：示出流體動態的展示機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於示出流體動態的展示機構，且更具體涉及一種包括用於示出流體動態的設置在流體盆內的水輪的展示機構。
背景技術：
水輪是眾所周知的，且以往用於發電，如授予Kurtzbein的第4，001, 596號美國專利中所揭示的那樣。Kurtzbein專利揭示以平行間隔關係連接的一對殼體部分，以支承水輪並在其間形成用於驅動流動水抵靠水輪葉片的配合的通道。水輪由具有周界齒輪齒的一對輪部分組成，且這些齒可與驅動發電機的齒輪配合。可調整水輪的葉片以改變其驅動功率， 且其上設置有噴嘴以排放加壓水來為輪提供推力。設有制動器來控制水輪的轉動，且設有輔助發動機以在必要時驅動水輪。縱向殼體部分支承水通道的入口端處的門機構，從而控制水流動通過該通道並具有氣室以浮動地支承該裝置。該裝置具有用於地面支承的可垂向延伸的腿。小Mayo等人的最新專利No. 5，440，175揭示了一種由水輪驅動的發電機組件，其中水輪的軸向長度大致大於其直徑，並包含用於驅動高速發電機的加速裝置。該組件由跨越水輪的整個軸向長度和水流寬度的橋接件支承，且該橋接件還支承從壩頂延伸到水輪的可調節槽道。該水輪具有若干縱向桶，這些縱向桶設計成在寬範圍水流動上產生最大能量並還排放碎屑。這些桶根據需要通氣以改進充注和排放，並還使振動最小。整個橋接組件鄰近相對端由液壓缸單元支承，液壓缸單元連接到整體式橋接件、槽道和水輪組件並適於將它們升高到增高的水位上方以減小拖曳和轉動摩擦。通過提供具有常規商業設計的轉動轉子和不可轉動定子的同步或感應發電機，電力引線通過非轉動中空軸引出到局部斷路開關和適於根據需要增加電壓的變壓器，從而進行傳輸。通過可調節護罩使水保持在桶內，直到每個桶到達行程的最低點為止。Slavchev的第6，534，881號美國專利中揭示了使用水輪的不同方法。如該專利所揭示的，水輪裝置設計成用於發電。水輪設置在水體表面下方並具有進行充脹和放洩的氣室。輪內的氣室具有空氣閥。需要時將空氣引入各特定氣室以產生浮力效應，並使輪的特定區域沿水面方向行進。在特定角度位置將空氣引入各氣室使輪在水下轉動。源自該運動的能量連接到滑輪和齒輪機構以供給動力。儘管有上述內容，但相信目前有對用作示出流體動態的展示機構的改進的水輪機構的需要和潛在市場。該展示機構將示出在一系列單元內使用水重量並排空水輪的另一部分內的水，從而輪一側上水的重量使輪轉動。然後來自加重桶的水用於使外部管內的水上升，從而使一管內的水位上升到水面上方的供給水箱。隨後該水用於驅動發電機。
發明內容
本質上根據本發明的展示機構用於示出流體動態。該機構包括具有基部的水盆和具有在盆內位於基部上方的水面的一定質量的水或由它們構成。水輪和用於支承水輪的裝
4置支承在盆內，水輪的主要部分在水面下方以繞水平軸線轉動。水輪包括繞水輪等距間隔開的多個泵工具，大多數泵工具在水面下方。此外，每個泵工具包括三個向上延伸的內部管，兩個內部管直徑相等並設置在中心直徑較大的內部管的相對兩側上，兩個向上延伸的內部管各自包括共同連接到中心內部管下部內的樞轉組件的活塞，從而活塞中的一個在兩管中一個的頂部或頂部附近，而活塞中的另一個在另一個內部管的底部附近。每個泵工具樞轉地固定到水輪，且每個泵工具包括頂部機動化控制閥、底部機動化控制閥和包括機動化控制閥的裝置，該裝置用於在水輪底部處打開頂部和底部閥，並用於在水輪頂部處或頂部附近關閉底部機動化控制閥，以使泵工具充水，由此使水輪由於水輪一側上已充水的泵工具的重量而轉動。設有與水輪相鄰且到水輪的距離相等或超出水輪直徑的一對向上延伸的外部管， 且其中向上延伸的外部管中一個的半徑是向上延伸的外部管中另一個的半徑的至少兩倍。 有上部水箱和用於將泵工具內三個向上延伸的內部管中的兩個與和水輪相鄰的所述一對向上延伸的外部管密封地定位的裝置，由此，所述向上延伸的外部管中的一個外部管內水的重量將使與其密封地固定的向上延伸的內部管內的活塞向下移動，且所述向上延伸的內部管中的另一個內部管內的活塞向上移動，從而迫使該向上延伸的內部管內的水進入具有較小直徑的向上延伸的外部管，到達盆內水面上方的水位。此外，有用於將向上延伸的內部管遠離向上延伸的外部管解除密封並重新定位且用於打開所述泵工具內機動化控制閥的裝置，使得控制閥打開的所述泵工具隨著水輪轉動而向上升高。現將結合附圖描述本發明，其中相同的附圖標記用於指示相同的部件。
圖1是水輪和固定到水輪的16個泵工具的示意性圖示，其中水輪的頂部在水面處或水面附近，且水輪的底部稍高於盆的底部；圖2是水輪和設置在水盆內以使水盆繞水平軸線轉動的一對支承件的示意性圖示；圖3是用在本發明中的機動化蝶形控制閥和電動機的示意性圖示；圖4是用在本發明中的泵工具之一的示意性圖示；圖5是具有機動化控制閥以及具有機動化控制閥的外部管的泵工具的示意性圖示；圖6是水輪、支承件以及與水輪相鄰且長度為至少約水輪直徑的、向上延伸的外部管的示意性圖示。圖7是用於將泵工具定位在水輪底部處的機構的示意性圖示；圖8是用於將泵工具連接到外部管的機構的示意性圖示；以及圖9是根據本發明另一實施例的展示機構的示意性圖示。
具體實施例方式基本構思考慮一種消耗最少量動力將一定質量的水推入例如河流或海洋附近的盆上方的箱體內的方法。人們可使水從該箱體落入類似於水壩中使用的渦輪那樣的渦輪來發電。
如圖1和2所示，相對大的水輪20設置在裝有水的盆22內。水輪20的結構和尺寸設置成繞設置在水面下方的中心轂M或水平軸線轉動，輪20的大部分在水面下方。水輪20還包括固定到水輪20的16個泵工具26。如圖1所示，中心轂M由一對支承件28支承，輪20的底部在盆22底部附近但在該底部上方。泵工具的數量可根據輪的大小和盆22 的深度而變化。如圖1所示，大多數泵工具沈保持在水面下方。每個泵工具沈(參見圖4)包括三個向上延伸的管，即中心管30和直徑相等的兩個外部管四和31，且其中中心管的直徑約為每個外部管直徑的兩倍。外部管四通過任何適當或常規裝置連結到中心管30並包括頂部機動化蝶形閥33 和底部機動化蝶形閥32，而管31也設置在中心管30的相對側上並包括上部機動化蝶形閥 34和下部機動化蝶形閥35。中心管30也包括上部機動化蝶形閥36和下部蝶形閥37。中心管30還包括其下部內的樞轉組件38，該樞轉組件38包括樞轉臂39，樞轉臂39在其相對兩端連接到連接杆40和41，連接杆40和41連接到管四和31內的活塞42和43。該活塞具有三個機動化閥12。這些機動化閥同時打開和關閉。在圖3中示出上述機動化蝶形閥，且現將參照圖5、6、7和8來描述這些閥的用途。 如圖5所示，泵工具沈在水輪20頂部處或該頂部附近，上部機動化閥33和36在管四和 30的頂部處或該頂部附近。機動化閥33和36打開，且下部閥32、35和37關閉，使得管30 充水，而管四和31部分地充水。然後，由於上部和下部閥在輪20底部處打開，兩管內水的重量會使輪轉動，使得在輪20右側的泵工具向上移動。現參照圖6，兩個管44和45與水輪20相鄰設置。如圖所示，管45的直徑顯著大於管44，使得管45內水的重量在連接到管31時向下推動活塞43，由此將活塞42向上推到管四的頂部。這迫使相對大量的水向上通過較細管44，到達水面上方並進入高處的箱體 46。如圖7和8所示，機構50的結構和尺寸設置成將泵工具沈定位成向上延伸的管四和31在管44和45下方。管44具有適配部分51，該適配部分51具有與向上延伸的管四相同的直徑。換言之，移動的擋板將通過推動件(機構50)從後面推動以確保泵工具沈『 處於正確位置且不移動，從而對泵工具進行阻擋和定位。然後當泵工具到達兩管44和45下方時，該機構將兩管拉近，並打開管31的上部閥34，同時橡膠環51、52和53形成管四的頂部與管44的底部之間的密封。在管31的頂部與管45的底部之間設置類似密封，管45的底部具有連接件M和用於將兩管鎖定或夾持在一起的裝置。通過打開閥34，管45內水的重量將活塞43向下推，由此使活塞42升高，迫使管四內的水向上進入管44，從而將一定量的水向上升高到盆22內水面的上方並進入箱體46。然後，在將水遞送到箱體46內之後，關閉管44的底部閥以防止管44內的水從管44 向外流動。在該階段，泵工具沈『內所有的閥都打開，即管四、30和31內的所有閥都打開，且鬆開鎖定或夾持並移除連接件M，使得後續的泵工具26可移動就位。然後水輪20右側上的泵工具將不受阻力以朝向水輪頂部向上移動，而水輪相反側上的泵工具充水並向下移動以轉動水輪。圖9中示出本發明的另一實施例，其中示出泵工具沈處於水輪20的上部位置， 該上部位置用於將水移入管44內。開始時，我們假設泵工具的所有閥都關閉，然後我們將泵工具浸入水中並打開管四和30的頂部處或頂部附近的兩個上部機動化閥33和36，使得管四和30將充水，並形成泵工具內的重量，從而下降以使輪順時針轉動。同樣，充入管 29內的水將壓迫管四內的活塞42向下，然後我們應當打開管31內活塞43中的三個活塞閥13(使得如果管活塞43向上，不會受到來自真空阻力的影響，真空阻力是由於管31的上部機動化閥34關閉且在活塞43與管31的上部機動化閥34之間有真空產生的)，則如果管四的活塞42向下，以由此向上升高管31的活塞43。在我們達到該位置之後，我們關閉用於管四的頂部機動化閥33並關閉管31的三個活塞閥13。然後我們對下一個泵工具進行同樣操作，直到輪的左側具有充水的泵工具，通過從輪的頂部對泵工具進行充注且從輪的底部排空泵工具，我們將得到在輪的左側充水的已充水泵工具和輪的右側上排空的泵工具，然後我們會得到輪的順時針運動。在輪的底部上，當泵工具到達兩向上管44和45下方並完成該兩管之間的連結時，我們打開管四和31的上部機動化閥33和34並打開管44的底部閥，使得管31的活塞43受到管45內水重量的作用與較小的管44內水重量的作用的組合而向下，從而管45內的水重量將活塞43向下推，由此使活塞42升高以迫使管四內的水向上進入管44，從而將一定量的水向上升高到盆22內水面上方並進入箱體46。然後我們關閉管44的底部閥以防止管44內的水向外流動。最後，我們打開泵工具的所有閥(頂部機動化閥33和34以及36，我們還打開用於管四和30以及31的底部機動化閥32和35以及37，我們還打開用於管四和31的三個活塞閥12和13)並打開管45與31之間以及管44與四之間的鎖定，並移除管44與四之間的管接頭以及45與31之間的管件，並移除阻止泵工具移動的擋板以替換另一泵工具來重複相同程序。在本發明中，圖1和2中所示的大水輪20部分地浸沒在水盆內，輪頂部在水面上且輪底部在水底上方。水輪20根據設計包括一定數量的泵工具，例如10、15或20個或任何數量的泵工具。圖1示出輪的側視圖，在該輪上固定有16個泵工具，大部分在水盆的水面下方。圖2示出沒有泵工具的輪本身的正視圖。圖3示出用在本發明中的機動化蝶形閥，而圖4示出泵工具26。固定在輪20周界上的泵工具沈各自由連結在一起的三個垂向管四、30和31構成，管四和31在管30的相對兩側並固定到樞軸或轂38。如圖所示，管30比兩管四和31 大，從而其可容納更大量的水。在管四和31內，有藉由基部或活塞下方的臂上下移動通過管30的移動活塞，移動活塞在該臂的端部並連接到兩管四和31。該水平臂藉由管30內的樞軸或轂38穿過管30，使得一管內的活塞向上而相對管內的活塞向下。管四、30和31在其頂部和底部上各自具有機動化控制閥。如圖5和6所示，泵工具沈包括兩個向上延伸的垂向管44和45，在其底部有機動化控制閥。管45從盆的水面充水，且底部閥關閉。同樣，管四內的機動化底部控制閥也關閉。盆內的兩垂向管44和45設置在輪20的相對兩側並且其比值等於管四和31的比值。管44的底部包括適配件44'，該適配件44'的直徑與管四相等，但管44在適配器上方具有小得多的直徑，從而當將水從管四向上推入管44內時，其將水提升到盆內水面上方並進入箱體46。由於管45內水的重量而完成該操作。例如，當管45連接到管31時，水的重量迫使管31內上部機動化閥31內的活塞打開，且下部閥45'也打開，從而管45內水的重量向下推壓活塞43，使活塞42向上移動，並迫使來自管四的一定體積的水進入管44。 因此，因為管44的直徑小於管45的直徑，所以該一定量的水將管44內的水位升高到盆20 內水面以上，並進入箱體46，如圖6所示。管44與45的直徑的比值約為1比3。機構50 阻擋每個泵工具沈並將其相對於向上延伸的管44和45定位。圖7中所示的機構50用於將泵工具沈中的每個一個接一個地相對於向上延伸的管44和45定位，使向上延伸的管四和31與管44和45對準。然後，當下部機動化閥45' 打開時，上部閥33和34打開，且管45內水的重量將管31內的活塞43向下推，並通過連接杆41使槓桿39繞轂38轉動，從而由此向上提升連接杆40，使活塞42升高，以迫使相等體積的水向上進入管44。這通過打開管四內的閥33和管44內的下部閥來完成。然後，因為管44的直徑顯著小於管45內的直徑，所以這將一定體積的水向上升高到水面和盆上方並進入箱體46。在展示機構運行時，假設除了管四和30內的頂部閥之外，泵工具沈的所有閥都關閉。然後將泵浸沒，使得管30和31充水，並產生泵工具沈上的重量，泵工具沈下降從而使輪逆時針轉動。此外，充注管四的水將壓迫管四內的活塞向下。然後打開管31內的基部閥。然後，如果管四內的基部或活塞由於水的重量而向下，則管31上的活塞因為通過槓桿臂39連接到管四內的活塞而向上移動。當達到該位置時，將管四和30內的閥關閉。 將管四和30內的頂部閥關閉，然後對後續的泵工具採取相同的步驟。然後當輪20左側上的泵工具沈充水時，通過從輪20頂部對泵工具進行充注並從輪底部對工具進行排空，使得在輪左側上充水的泵工具和在輪右側上排空的泵工具沿逆時針方向轉動。管44和45應當在固定有液壓馬達的底部內具有小管接頭，該液壓馬達上下移動該接頭，從而當泵工具沈在管44和45下方就位時，馬達臂推動接頭以將管44和45與管 29和31連接。管四和31以及44和45各具有橡膠邊緣並具有鎖定件以打開和關閉各泵工具，從而防止水洩漏並具有將最大量的水泵吸到箱體的最高效率。當泵工具到達兩管44和45下方並完成該管四與31之間的連結時，管四和31 的頂部閥和管44的底部閥打開，從而由於管44內水重量的作用小得多，管31的基部在管 45內水重量的作用下下降，然後管31的基部在該重量的作用下被向下推，而管四的基部被向上推，使得來自管四的水將管44內的水向上推入箱體46。在水向上到達箱體之後，將管 44的底部閥關閉以防止管44內水的損失，並打開泵工具內所有的閥(頂部三個活塞閥、頂部閥33、34以及36，以及底部閥32、35和37)並打開管44與四之間以及管45與31之間的鎖定，並向頂部移除管44與四之間的管接頭以及45與31之間的管件，並移除阻止泵工具移動的擋板以替換另一泵工具，從而重複相同程序。因為泵工具內的各閥將從頂部和底部打開，所以在輪的右側，泵工具沈不會受到水重量的影響，從而其沒有來自水的向上移動的阻力。通過該機構，人們可使用箱體內的水落到諸如用在水壩中的渦輪之類的渦輪上來發電或用於任何用途。該基本概念是提供一種展示機構，其中將水泵吸到較高箱體並使用該水來發電。 換言之，本發明是水輪20、泵、兩個垂向管以及這些管上和泵工具上各閥之間的組合，從而控制展示機構或通過設置一個以上具有泵工具的輪20，並將水收集到同一箱體內，通過控制箱體量和輪的數量以及所需的渦輪入口水來使用降落的水，從而從渦輪發電。
在管連結之後，我們打開管四和31的頂部閥和底部閥44，且管45內的水將壓迫基部管四下降，另一側上基部管31上升以將管內的水向上推，從而水流到箱體，如圖6所
示 ο最後，當泵工具將水向上推時，擋板和管45與31以及44與四之間的鎖定被移除， 並打開泵工具內所有的閥，從而使其離開並迎來下一泵工具，以重複相同的操作。然後泵工具向上，因為泵工具將沒有水的重量，所以泵工具與裝有水且頂部或底部或兩者都封閉的另一泵工具相比將僅有自身的重量。儘管結合其較佳實施例描述了本發明，但應當認識到，可在不偏離所附權利要求書範圍的情況下對其作出各種更改和改變。
權利要求
1.一種包括水輪的展示機構，所述展示機構用於示出流體動態，並且包括具有基部的水盆和一定質量的水，所述一定質量的水具有在所述盆內的水面；水輪和將所述水輪支承在所述盆內的裝置，所述水輪的大部分在所述水面下方，以繞水平軸線轉動，且所述水輪包括繞所述水輪等距間隔開的多個泵工具，所述泵工具中的大多數在所述水面下方；所述泵工具中的每個包括三個向上延伸的內部管，所述內部管中的兩個內部管直徑相等並設置在中心直徑較大的中間管的相對兩側上，所述兩個向上延伸的內部管各自包括通過所述中心內部管下部內的樞轉組件連接在一起的活塞，從而所述活塞中的一個在所述管的頂部或頂部附近，而所述活塞中的另一個在所述另一個內部管的底部附近；所述泵工具中的每個樞轉地固定到所述水輪，且所述泵工具中的每個包括頂部機動化控制閥、底部機動化控制閥、圍繞活塞的三個機動化閥以及包括所述機動化控制閥的裝置， 所述包括所述機動化控制閥的裝置用於在所述水輪的底部處打開所述頂部和底部閥，並在所述水輪的頂部處或頂部附近關閉所述機動化控制閥的所述底部，以使所述泵工具充水， 由此使水輪由於所述水輪一側上已充水的泵工具上的重量而轉動；一對向上延伸的外部管，所述一對向上延伸的外部管與所述水輪相鄰並以等於所述水輪直徑的距離向上延伸，且其中所述一對向上延伸的外部管中一個的半徑為所述向上延伸的外部管中另一個的半徑的至少兩倍；上部水箱和用於將所述泵工具內所述三個向上延伸的內部管中的兩個與和所述水輪相鄰的所述一對向上延伸的外部管密封地定位的裝置，由此，所述向上延伸的外部管中的所述水的重量將使與所述向上延伸的外部管密封地固定的向上延伸的內部管內的活塞向下移動，且所述向上延伸的內部管中的另一個內的活塞向上移動，從而迫使所述向上延伸的內部管內的水進入具有較小直徑的向上延伸的外部管，到達所述盆內所述水面上方的水位；以及用於使所述向上延伸的內部管遠離所述向上延伸的外部管解除密封和再定位且用於打開所述泵工具內所述機動化控制閥的裝置，使得控制閥打開的所述泵工具隨著所述水輪轉動而向上移動。
2.如權利要求1所述的展示機構，其特徵在於，所述盆由透明結構限定。
3.如權利要求2所述的展示裝置，其特徵在於，所述水輪包括間隔開約18°至36°的 10至20個泵工具。
4.如權利要求3所述的展示機構，其特徵在於，所述展示機構包括繞所述水輪以約 22. 5°等距間隔開的16個泵工具。
5.如權利要求4所述的展示機構，其特徵在於，所述展示機構包括多個水輪，所述水輪中的每個包括多個泵工具。
6.一種包括水輪的展示機構，所述展示機構用於示出流體動態，並且由以下部分構 成具有基部的水盆和一定質量的水，所述一定質量的水具有在所述盆內位於所述基部上方的水面；水輪和將所述水輪支承在所述盆內的裝置，所述水輪的大部分在所述水面下方，以繞水平軸線轉動，且所述水輪包括繞所述水輪等距間隔開的多個泵工具，所述泵工具中的大多數在所述水面下方；所述泵工具中的每個包括三個向上延伸的內部管，所述內部管中的兩個內部管直徑相等並設置在中心直徑較大的中間管的相對兩側上，所述兩個向上延伸的內部管各自包括通過所述中心內部管下部內的樞轉組件連接在一起的活塞，從而活塞中的一個在所述管的頂部或頂部附近，而所述活塞中的另一個在所述另一個內部管的底部附近。所述泵工具中的每個樞轉地固定到所述水輪，且所述泵工具中的每個包括頂部機動化控制閥、底部機動化控制閥、圍繞活塞的三個機動化閥以及包括所述機動化控制閥的裝置， 所述包括所述機動化控制閥的裝置用於在所述水輪的底部處打開所述頂部和底部閥，並在所述水輪的頂部處或頂部附近關閉所述機動化控制閥的所述底部，以使所述泵工具充水， 由此使水輪由於所述水輪一側上已充水的泵工具上的重量而轉動；一對向上延伸的外部管，所述一對向上延伸的外部管與所述水輪相鄰並以等於所述水輪直徑的距離向上延伸，且其中所述一對向上延伸的外部管中一個的半徑為所述向上延伸的外部管中另一個的半徑的至少兩倍；上部水箱和用於將所述泵工具內所述三個向上延伸的內部管中的兩個與和所述水輪相鄰的所述一對向上延伸的外部管密封地定位的裝置，由此，所述向上延伸的外部管內的所述水的重量將使與所述向上延伸的外部管密封地固定的向上延伸的內部管內的活塞向下移動，且所述向上延伸的內部管中的另一個內的活塞向上移動，從而迫使向上延伸的內部管內的水進入具有較小直徑的向上延伸的外部管，到達所述盆內所述水面上方的水位； 以及用於使所述向上延伸的內部管遠離所述向上延伸的外部管解除密封和再定位且用於打開所述泵工具內所述機動化控制閥的裝置，使得控制閥打開的所述泵工具隨著所述水輪轉動而向上移動。
7.如權利要求6所述的展示機構，其特徵在於，所述展示機構包括繞所述水輪以約 22. 5°等距間隔開的15個泵工具。
8.如權利要求7所述的展示機構，其特徵在於，所述展示機構包括由來自所述泵工具的水驅動的發電機模型。
9.如權利要求8所述的展示機構，其特徵在於，所述展示機構包括用於將泵工具定位在所述水輪底部處的機構。
10.如權利要求9所述的展示機構，其特徵在於，包括用於將內部管密封地連接到外部管的機構。
11.如權利要求10所述的展示機構，其特徵在於，包括用於將所述兩個內部管密封地夾持到所述兩個外部管的裝置。
全文摘要
用於示出流體動態的展示機構，包括具有基部的水盆和具有盆內的水面的一定質量的水。水輪支承在盆內，水輪的大部分在水面下方以繞水平軸線轉動。水輪包括繞水輪等距間隔開的多個泵工具，大多數泵工具在水面下方。此外，每個泵工具包括三個向上延伸的內部管，兩個內部管直徑相等並設置在中心直徑較大的內部管的相對兩側，中心管相對兩側的兩個內部管包括共同連接到中心內部管下部內的樞轉組件的活塞，從而活塞中的一個在兩管之一的頂部或頂部附近，而另一個活塞在另一個管的底部處。泵工具適於在水輪的一側上充水並在水輪的另一側上打開，由此使水輪轉動。泵工具還構造和布置成與兩個外部管接觸，以將一定質量的水升高到水面的水位上方。
文檔編號F03B7/00GK102251903SQ201110114679
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月25日 優先權日2010年5月20日
發明者內達·阿蘭內齊 申請人:內達·阿蘭內齊