活葉式水流動力裝置的製作方法
2023-06-27 03:08:21 2
專利名稱：活葉式水流動力裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種動力裝置，特別涉及一種活葉式水流動力裝置。
背景技術：
自從工業革命以後，世界逐漸進入機械動力取代人力的時代，能源由原來的物理能源佔主導地位轉而由化學能源佔主導地位。以煤、石油以及其他有機物作為燃料，燃燒以產生能量。在燃料燃燒的過程中，釋放出有害物質，有害物質混入到空氣中，造成環境的汙染。另外，為了獲取更多的燃料，以產生更多的能量，人們過度的開採，因此，加重了環境的汙染，以及產生溫室效應，而危及人類未來發展。有識之士轉而提倡使用再生能源，如風力、水力及潮汐能等，以其減少化學能源的應用。
實用新型內容鑑於現有技術中存在的上述問題，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、造價低廉、能利用水流動力不斷向外輸出動力的活葉式水流動力裝置。為了解決上述技術問題，本實用新型採用了如下技術方案:一種活葉式水流動力裝置，包括:圓筒，兩端密封且依其軸向作水平設置，所述圓筒上開設有沿其軸向的進水口和出水口，所述進水口與出水口位於經過圓筒的軸線的水平面下方的同一側；置於水流中時，進水口位於迎著水流的一方，出水口位於背向水流的另一方；所述出水口靠近所述水平面的一側的所述圓筒的側壁具有向內凸出的擋條；所述圓筒上於所述水平面上方一側開設有氣孔，所述氣孔接上氣管一直通出水面；輪軸，穿設在所述圓筒內，所述輪軸的軸線與所述圓筒的軸線重合；多個輪葉，沿所述輪軸的軸向鉸接在所述輪軸上，多個所述輪葉呈輻射狀設置，所述輪葉的軸向外邊緣儘量靠近所述圓筒的內壁，在水流動力作用下所述輪葉帶動所述輪軸單向轉動，所述水平面的上下兩側分別形成兩個相互獨立且隔絕的空間；以及用於獨立控制每個所述輪葉固定或脫離其輻射狀位置的輪葉活動機械控制組件。作為優選，本實用新型的活葉式水流動力裝置還包括設置在所述圓筒兩端的圓形的端板，所述端板上開設軸孔，所述輪軸的兩端穿過所述端板並與所述端板固定連接在一起，所述輪葉的端邊緣與所述端板緊貼，所述端板在每個位於輻射狀位置於所述輪葉在水流動力作用下轉動的反向轉動方向位置設有一可收放的小柱狀的所述輪葉活動機械控制組件，以獨立控制每個所述輪葉固定或脫離其輻射狀位置。作為優選，所述圓筒兩端的端蓋內壁沿所述水平面位置設置第一防漏條，所述第一防漏條與所述端板朝向所述端蓋的外壁緊貼；所述進水口靠近所述水平面一側邊緣位置的所述圓筒內壁上設置橫截面為弧形的第二防漏條，所述第二防漏條與經過其處的所述輪葉的軸向外邊緣緊貼；所述擋條阻擋所述輪葉一側設置第三防漏條，所述第三防漏條與經過其處的所述輪葉受阻擋部分緊貼。[0011]作為優選，所述端板為一中空密封圓盤形盒，其內還設有用於內供電力控制所述輪葉活動的由齒輪帶動的懸垂髮電機；所述懸垂髮電機組包括一懸垂杆、一發電齒輪組及一內供動力發電機；所述懸垂杆設有用於使所述輪軸穿過的圓孔，所述懸垂杆與所述輪軸以軸承接合；所述懸垂杆上端固定一與所述輪軸平行的齒輪輪軸，所述發電齒輪組包含端板接合齒輪及發電機接合齒輪，所述端板接合齒輪及發電機接合齒輪結合在一起並均通過軸承裝配在所述齒輪輪軸上，所述端板接合齒輪的直徑小於所述端板外緣至所述輪軸外緣的距離，所述發電機接合齒輪的直徑小於所述端板接合齒輪的直徑，所述端板接合齒輪的輪齒相對的所述端板內壁具有內向輪齒，所述端板接合齒輪與所述端板內壁的所述內向輪齒相嚙合；所述內供動力發電機固定於所述懸垂杆下端，所述發電機接合齒輪通過動力傳動帶與所述內供動力發電機的機械動力輸入部分連接；所述懸垂杆下端還置有一用於使所述懸垂杆保持懸垂位置的加權重物。作為優選，所述圓筒以不容易變形的堅固物料製造。作為優選，所述擋條凸出於所述圓筒側壁的長度為以能阻擋出水口側最接近擋條的一片輪葉使其在水流動力作用下亦不能繼續隨所述輪軸同步轉動，並且在輪軸的帶動下所述輪葉提升至可通過所述擋條為準。作為優選，所述輪葉通過鉸鏈鉸接在所述輪軸上。除鉸鏈鉸接方式外，還可以在所述輪葉兩端靠近所述輪軸處設置凸出的榫頭，所述榫頭插進所述端板上相對應位置所設置的榫眼內，以求同樣達到所述輪葉能夠活動的目的。作為優選，每個所述輪葉上均設置用於使輪葉回位保持在輻射狀設置的回位機械操控組件。作為優選，所述回位機械操控組件設置在所述端板上，或者所述回位機械操控組件為設置在每個所述輪葉上的彈性組件。作為優選，所述輪葉均布於所述輪軸的外圓周。作為優選，所述輪葉採用輕質材料製成，或所述輪葉為中空結構。作為優選，所述進水口和出水口均為長條形，並從靠近所述圓筒的一端開設至靠近所述圓筒的另一端。作為優選，所述進水口的兩條側邊均偏離所述水平面。作為優選，所述擋條可以在機械控制下橫向前後運動或傾斜一定角度，以便控制其對於所述出水口側最接近所述擋條的一片所述輪葉的阻擋。與現有技術相比，本實用新型的活葉式水流動力裝置的有益效果在於:1、本實用新型的活葉式水流動力裝置利用輪葉的活葉式設計，使圓筒可以上下分別形成兩個相互獨立且隔絕的空間，圓筒上半部分形成充氣區域，使輪葉迴轉時不因與水流方向逆向而出現阻水作用，圓筒下半部分形成充水區域，使輪葉受水流動力帶動而不斷轉動，進而帶動輪軸轉動，轉動的輪軸可以不斷的向外輸出動力。2、本實用新型的活葉式水流動力裝置可以整個藏於水中，因此對自然環境及生態環境造成的損害甚輕微，而且亦對船隻通航航道不會有太大影響，同時該裝置置於河流及洋流中時，受環境局限較小，可以建造較大體積以求得到較大功率。3、本實用新型的活葉式水流動力裝置由於利用的是水流動力能源，而水流動力能源是物理能源之一，具有一直存在、力量龐大、用之不盡以及不會汙染環境的優點。[0025]4、本實用新型的活葉式水流動力裝置的結構簡單、製造方便、成本較低，可以在全世界推廣應用。
圖1為本實用新型的活葉式水流動力裝置的立體結構示意圖(去掉了圓筒的一個底壁)；圖2為本實用新型的活葉式水流動力裝置的輪軸與輪葉的連接結構示意圖(僅示出了兩個輪葉)；圖3為本實用新型的活葉式水流動力裝置的輪軸與輪葉的另一種連接結構示意圖(僅示出了一個輪葉);圖4為本實用新型的活葉式水流動力裝置的輪葉、輪軸和端板的連接結構示意圖；圖5為本實用新型的活葉式水流動力裝置的端板的立體結構示意圖；圖6為本實用新型的活葉式水流動力裝置的輪葉活動機械控制組件在端板上的設置結構示意圖(僅示出了一個輪葉);圖7為本實用新型的活葉式水流動力裝置的結構示意圖，圖中示出了第一防漏條、第二防漏條和第二防漏條；圖8為本實用新型的活葉式水流動力裝置的端蓋內壁上設置第一防漏條的示意圖；圖9為本實用新型的活葉式水流動力裝置的端蓋內壁上設置第一防漏條的示意圖(為圖8旋轉90度)；圖10為本實用新型的活葉式水流動力裝置的進水口邊緣位置設置第二防漏條與擋條位置設置第三防漏條的截面示意圖；圖11為本實用新型的活葉式水流動力裝置的徑向截面示意圖；圖12為本實用新型的活葉式水流動力裝置的徑向截面示意圖，圖中示出了輪葉的工作狀態；圖13為本實用新型的活葉式水流動力裝置的徑向截面示意圖，圖中示出了輪葉的另一種工作狀態；圖14為本實用新型的活葉式水流動力裝置的端板內齒輪帶動懸垂髮電機示意圖。附圖標記說明1-圓筒2-輪軸3-輪葉4-進水口5-出水口6-水平面7-充水區域8-充氣區域9-榫頭10-擋條11-鉸鏈12-端板13-小柱14-第一防漏條
15-第二防漏條 16-第三防漏條[0049]17-端蓋18-軸孔19-榫眼20-懸垂杆21-齒輪輪軸22-端板接合齒輪23-發電機接合齒輪24-內供動力發電機25-內向輪齒
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細描述，但不作為對本實用新型的限定。本實用新型提出了一種活葉式水流動力裝置，該活葉式水流動力裝置設置於水中，其下一側為充水區域，上一側為充氣區域，所述充水區域和充氣區域為兩個相互獨立且隔絕的空間。圓筒上半形成空氣間，使輪葉迴轉時不因與水流方向逆向而出現阻水作用，圓筒上半部分接上氣管通出水面，使充氣區域內保持一定的氣壓，避免充氣區域內形成真空的問題，圓筒下半形成水流間，使輪葉受水流動力帶動而不斷轉動，進而帶動輪軸轉動，轉動的輪軸可以不斷的向外輸出動力。如圖1、圖2和圖11所示，本實用新型的活葉式水流動力裝置具體包括:圓筒1、輪軸2、多個輪葉3和輪葉活動機械控制組件。輪軸2穿設在圓筒I內，輪軸2的軸線與圓筒I的軸線重合。輪葉3沿輪軸2的軸向鉸接在輪軸2上，多個輪葉3呈輻射狀設置，輪葉3的外邊緣儘量靠近圓筒I的內壁面，以使得輪葉3具有承受水流動力作用的最大面積。而輪葉3隻可在其輻射狀位置的反轉動方向(即圖1中的順時針方向)的一定角度範圍內活動。所述輪葉活動機械控制組件用於獨立控制每個輪葉3固定或脫離其輻射狀位置。
如圖4至圖7所示，作為本實施例的一種優選方案，本實用新型的活葉式水流動力裝置還包括兩個第一防漏條14、第二防漏條15、第三防漏條16以及兩個端板12，兩個端板12均為圓形，並分別設置於輪葉3的兩端(即輪葉3的徑向邊緣處)，端板12的軸線與圓筒I的軸線重合，端板12上開設軸孔18，輪軸2的兩端分別穿過端板12的軸孔18以使端板12與輪軸2固定連接在一起，端板12緊貼輪葉3的徑向端邊緣。如圖7至圖9所示，圓筒I兩端的端蓋17內壁沿水平面6位置設置第一防漏條14，在進水口 4靠水平面6 —側邊緣位置的圓筒I內壁設置橫截面為弧形的第二防漏條15，第二防漏條15沿圓筒I的長度方向設置，並且第二防漏條15的寬度應為兩相鄰輪葉3輻射狀位置所對應在圓筒I內壁上的距離。如圖7和圖10所示，在擋條10阻擋輪葉3—側設置第三防漏條16。設置第一防漏條14、第二防漏條15和第三防漏條16的目的在於防止水漏進充氣區域8內。如圖8和圖9所示，圓筒I的兩端密封，即圓筒I具有兩個端蓋17，兩個端蓋17即可以是與圓筒I的側壁一體成型的，也可以是附加設置的。在使用狀態下，圓筒I需依其軸向作水平放置。圓筒I上半部分即靠近所述水平面上方一側開設有氣孔(圖中未示出)，氣孔接上氣管(圖中未示出)通出水面，使充氣區域8內保持著一定的氣壓。所述氣孔根據實際需要可以開設為一個或多個，而且所述氣孔的形狀不限，既可以為圓形，也可以為長條形，當為長條形時可以沿著圓筒I的長度方向開設。圓筒I上沿其軸向開設有進水口 4和出水口 5，進水口 4和出水口 5位於經過圓筒的軸線的水平面6 (該水平面6不是真實存在的，圖1和圖11中的標號6所指的位置實際上是輪葉3，只不過該輪葉3恰好處於該水平面6上)的同一側，而且進水口 4位於圓筒I的迎著水流一端,而出水口 5位於圓筒I背向水流的另一端。當圓筒I置於水中時，由於水流的作用，水平面6也可順著迎合水流方向而調節一合適傾斜角度。進水口 4和出水口 5在圓筒I上的設置位置只要能實現水能進入圓筒I內並靠水流動力推動輪葉3旋轉，在輪葉3旋轉的過程中並能從出水口 5中排出，也就是水要源源不斷的從進水口 4進入圓筒I，並從出水口 5不斷的排出圓筒I。另外，為了使輪葉3由充水區域7進入到充氣區域8時，不至於將水帶入到充氣區域8內，以保證活葉式水流動力裝置永遠旋轉下去，如圖11所示，出水口 5靠近水平面6的一側具有向內凸出於圓筒I的側壁的擋條10。當輪葉3轉動到擋條10的位置時，輪葉3的下端與擋條10的上部重疊，擋條10能在一定時間內限制輪葉3與輪軸2同步轉動，並能使水不至於帶入到充氣區域8內，擋條10凸出於圓筒I的側壁的長度不能太長或太短，如果太長，則使輪葉3不能越過，影響後續轉動，但如果太短，起不到阻擋輪葉3用以隔水的目的。因此擋條10的長度一般設計為以能阻擋出水口 5側最接近擋條10的一片輪葉3使其在水流動力作用下亦不能繼續隨輪軸2同步轉動，並且到跟隨其後的另一輪葉3到達擋條10位置時，在輪軸2的帶動下輪葉3被提升至可通過擋條10為準。另外，也可以將擋條10設置為在機械控制下可橫向運動或者左右(圖11)傾斜一定角度，以使輪葉3可以通過擋條10。為了將輪軸2的轉動動力不斷向外輸出，輪軸2的兩端應伸出圓筒I的兩端蓋外，以便與外部設備連接。另外圓筒I的兩端蓋也能同時起到支撐輪軸2的作用。可以在兩端蓋上開設軸孔，輪軸2通過軸承裝配在兩端蓋的軸孔內(由於上述結構為常規技術，因此圖中未示出)。如圖2和圖11所示，輪葉3沿輪軸2的軸向鉸接在輪軸2上，輪葉3與輪軸2採用鉸接的連接方式是為了使輪葉能繞鉸鏈11軸線轉動一定的角度，繞鉸鏈11軸線轉動的角度範圍，應為輪葉3輻射狀位置依反轉動方向至其隨後的一片輪葉輻射狀位置之間的角度。端板12在每個位於輻射狀位置於輪葉3在水流動力作用下轉動的反向轉動方向位置設有一可收放的輪葉活動機械控制組件，本實施例的輪葉活動機械控制組件為多個小柱13,一個小柱13對應一個輪葉3，以控制每個輪葉3固定或脫離其輻射狀位置，每個輪葉活動機械控制組件的伸縮動作是獨立的。當輪葉3處於充氣區域8內並回位至輻射狀位置時，與其對應的小柱13處於伸出狀態，以阻擋該輪葉3反轉，而將其固定在其應處的輻射狀位置。而當輪葉3處於充水區域7內時，與其對應的小柱13亦處於伸出狀態，以阻擋該輪葉3反轉，而將其固定在其應處的輻射狀位置。只有在輪葉3轉動至處於擋條10的位置以及前一片輪葉3已越過擋條10的阻擋時，該輪葉3所對應的小柱13處於收縮狀態，以使該輪葉3脫離其輻射狀位置。在本實施例中，所述活動機械控制組件設置在了端板12上。當然，所述輪葉活動機械控制組件也可以不設置在端板12上，而以其他形式設置在輪葉3上，只要能實現對輪葉3的控制即可。另外端板12的外壁儘量貼近圓筒I的端蓋內壁。輪葉3除了因輪軸2轉動而到了貼近擋條10的時候外，其餘時間輪葉3在輪葉活動機械控制組件小柱13伸出下而固定在輻射狀位置上，當輪葉3因輪軸2轉動而到了貼近擋條10以及前一片輪葉3已越過擋條10的阻擋時，輪葉活動機械控制組件小柱13收回而釋放輪葉3的活動自由，輪葉3可以繞著鉸鏈11軸線活動。其他輪葉3所相應的輪葉活動機械控制組件設置形式與該片輪葉3所相應的輪葉活動機械控制組件的設置形式完全相同。否則，位於充水區域7內的輪葉3在水的水流動力作用下不會保持住一定的狀態，也不會帶動輪軸2旋轉。如圖2所示，本實施例中的輪葉3與輪軸2採用鉸鏈(即合頁)11連接。而且，一般圓筒I的長度較長，輪葉3的長度需與圓筒I的長度相匹配，因此一個輪葉3通常需採用多個鉸鏈11與輪軸2連接，圖2中示出了三個輪葉3。多個輪葉3呈輻射狀設置的目的是為了充水區域7和充氣區域8內總有輪葉3存在，也就是總有水作用到輪葉3上，以便帶動輪軸2不停的旋轉。在呈輻射狀設置的前提下，輪葉3最好均布於輪軸2的外圓周。如圖1和圖11所示，輪葉3的片數根據圓筒I的尺寸、輪軸2的轉動速度要求等參數而確定，本實施例中的輪葉3示出了 12片。如圖2所示，優選輪葉3的形狀為長條形，為使得輪葉3具有承受水流動力作用的最大面積，輪葉3與輪軸2的軸向外邊緣應儘量靠近圓筒I的內壁。而如圖4所示，輪葉3另外兩個相對的邊應與兩端端板12內壁相緊貼。作為本實施例的一種優選方案，為了保證進水量和出水量，以有效推動輪葉3旋轉，進水口 4和出水口 5均為長條形，並從靠近圓筒I的一端開設至靠近圓筒I的另一端。而且為了保證進水效果，使剛進入充水區域7內的輪葉3能夠由進水口 4進入的水推動著繼續向充水區域7內轉動，並且儘量減少由進水口 4進入的水不致大部分越過水平面6，以免圓筒I內充滿水部分的重心相距輪軸2的距離縮短，優選進水口 4的兩條側邊均偏離水平面6，或者說進水口 4的兩條側邊均不位於水平面6上。本活葉式水流動力裝置本身微小滲漏而進入充氣區域8的水或者由輪葉3從充水區域7帶入充氣區域8的水，會因為輪葉3順著輪軸2的轉動而把水帶回充水區域7。為了使輪葉3能夠繞輪軸2活動，可以用另外一種方式代替輪葉3通過鉸鏈鉸接在輪軸2上，如圖3所示，這種方法是在輪葉3兩端靠近輪軸2處設置凸出的榫頭9，榫頭9插進端板12上相對應位置所設置的榫眼19內，榫頭9起到轉軸的作用。如圖12所示，當輪葉3運行至擋條10的位置時，由於受擋條10的阻擋而脫離原來的輻射位置，為了使輪葉3在越過擋條10後能恢復到原來的位置(即圖13中虛線位置)，每個輪葉3上均設置用於使輪葉3回位保持在輻射狀設置的回位機械操控組件(圖中未示出)，回位機械操控組件優選彈簧，彈簧具有結構簡單、使用方便、回彈效果好的優點。結合圖11或圖12，以抵在擋條10上的一片輪葉3為例，所述彈簧可以設置在該輪葉3的左側面或右側面上，當設置在左側面時應該為壓簧，而設置在右側面時則為拉簧。其他輪葉3上的回位機械操控組件設置形式與該片輪葉3上回位機械操控組件的設置形式完全相同。如果輪葉3的尺寸較大，採用彈簧將不足以控制使輪葉3回位，此時輪葉3的回位也可以採用其他的方式，如回位機械操控組件可設置在端板12上採用電動馬達驅動方式等。由於本實用新型的活葉式水流動力裝置設置在水中，不容易將外部的電能引入到本實用新型的裝置內，因此，當採用電動馬達驅動方式時，端板12必須內置發電系統，也就是端板12為中空結構，該發電系統設置在端板12內部。該發電系統將利用自身的動能，如圖14所示，端板12內設有由齒輪帶動的懸垂髮電機組，所述懸垂髮電機組用於電力控制輪葉3的活動，繼續結合圖14，所述懸垂髮電機組包括一懸垂杆20、一發電齒輪組及一內供動力發電機24 ;懸垂杆20設有用於使輪軸2穿過的圓孔(圖中未示出)，輪軸2通過軸承裝配在懸垂杆20的圓孔內；懸垂杆20的上端固定一與輪軸2平行的齒輪輪軸21，所述發電齒輪組包含端板接合齒輪22及發電機接合齒輪23，端板接合齒輪22及發電機接合齒輪23結合在一起並均通過軸承裝配在齒輪輪軸21上，端板接合齒輪22的直徑小於端板12外緣至輪軸2外緣的距離，發電機接合齒輪23的直徑小於端板接合齒輪22的直徑，端板接合齒輪22的輪齒相對的端板12的內壁具有內向輪齒25，端板接合齒輪22與端板12的內壁上的內向輪齒25相哨合；內供動力發電機24固定於懸垂杆20的下端,發電機接合齒輪23通過動力傳動帶(圖中未不出)與內供動力發電機24的機械動力輸入部分(圖中未不出)連接，以為內供動力發電機24提供動力；懸垂杆20的下端還置有一加權重物(圖中未示出),所述加權重物的設置以調節懸垂杆20的重量分布，使懸垂杆20在端板12轉動時可以儘量保持懸垂位置。在輪葉3的帶動下，輪軸2將不斷的轉動，以產生動能，輪軸2所產生的動能大部分向外輸出用於發電，小部分用於自身使用即用於內供動力發電機24發電，如圖14所示，端板12在輪軸2的帶動下不斷地轉動，由於端板接合齒輪22與端板12的內壁上的內向輪齒25相嚙合，因此端板12的轉動將帶動端板結合齒輪22不斷地轉動，由於發電機結合齒輪23與端板結合齒輪22結合在一起，因此端板結合齒輪22將帶動發電機結合齒輪23隨轉，發電機接合齒輪23將通過所述動力傳動帶(圖中未示出)，把動力源源不斷地傳送到內供動力發電機24使其發電。內供動力發電機24發電後用於控制輪葉3回位，也可用於小柱13在端板12內的伸出與回縮。
以下結合附圖對本實用新型的活葉式水流動力裝置的工作原理和工作過程簡要介紹如下:使用時，將本實用新型的活葉式水流動力裝置置於河流或洋流中，即如圖1、圖11至圖13的方式放置，如圖12所示，下面以其中三片輪葉3為例進行說明，現將該三片輪葉分別定義為輪葉3a、輪葉3b和輪葉3c，當輪葉3a依逆時針方向旋轉時，扇形空間A進入進水口 4的位置，活葉式水流動力裝置迎著水流一方的水會因水流動力作用流入並充滿整個扇形空間A。繼續結合圖12，與此同時，所有輪葉3繼續依逆時針方向旋轉時，輪葉3b受擋條10阻礙，而輪葉3c則按正常方式旋轉，此時輪葉3b輻射狀位置所相應的輪葉活動機械控制組件小柱13收回退回入端板12內，釋放輪葉3b的活動自由，使其偏離其輻射狀位置，讓輪葉3b可以繞著鉸鏈11的軸線活動，輪葉3b因扇形空間B內的水壓關係，依然貼緊擋條10，輪葉3b和輪葉3c之間的扇形空間B不斷收窄，使扇形空間B內的水會受到擠壓，而從出水口 5排出圓筒I夕卜。如圖13所示，當輪葉3c旋轉至擋條10的位置時，會受到擋條10的阻礙，與此同時，由於其他輪葉3仍然在帶動輪軸2旋轉，當輪葉3b被輪軸2帶動一定角度後，輪葉3b的邊緣到輪軸2軸線的距離小於等於輪軸2軸線到擋條10的距離時，輪葉3b脫離擋條10的阻礙並越過擋條10而回復繞著鉸鏈11的軸線自由活動，利用彈簧或馬達驅動方式等的回位機械操控組件使輪葉3b回復到原來的輻射狀位置，並由輪葉活動機械控制小柱13再伸出，把輪葉3b重新固定在輻射狀位置。因為水流動力作用，水流不斷這樣穿過活葉式水流動力裝置，不斷帶動輪葉3進而帶動輪軸2旋轉,川流不息。通過上述描述可知，本實用新型的活葉式水流動力裝置可以一直保持充水區域7(圖12和圖13中的下半邊)注滿水，而充氣區域8 (圖12和圖13中的上半邊)一直只有空氣，使輪軸2 —直旋轉。本實用新型的活葉式水流動力裝置的能量損耗主要在三部分:1)轉軸2的機械摩擦力，輪葉3脫離輻射狀位置移動時兩側與端板12內壁之間的摩擦力，第一防漏條14與端板12外壁緊密接觸所產生的摩擦力，第二防漏條15與輪葉3軸向外邊緣緊密接觸所產生的摩擦力以及輪葉3與擋條10上第三防漏條16接觸所產生的摩擦力；2)充氣區域8內的積水利用輪葉3帶回充水區域7所耗損的能量；3)輪葉3受擋條10的阻礙後回復原來輻射狀位置所需的能量。因此，輪葉3採用輕質材料製造，或將輪葉3設計為中空的，以減輕輪葉3的重量,可相應減輕能量的損耗。以上三部分能量損耗接近固定，按理，在河流或洋流的巨大能量作用力下，水流穿過活葉式水流動力裝置帶動輪葉旋轉所產生的能量，遠超過能量損耗，抵消能量損耗後，還有大量剩餘能力，以帶動發電機組發電。下面是對本實用新型的活葉式水流動力裝置所產生的能量通過初步估算進行說明:假設圓筒I的內徑或輪葉3的徑向長度為R，假設圓筒I的長度為L，輪葉3的面積為RL。假設水流橫向流過r的時間為t，則水流速度v=r/t。水密度P =1000Kg/m3。初步估算功率P=(l/2)mv2/t=(l/2) P rRLv2/t= (1/2) P RLv3。假設R為I米，圓筒I的長L=IOOO米，水流速度V為I米/秒，功率P= (1/2) X 1000 X I X 1000 X I3=0.5百萬瓦。同樣的裝置，若置於水流速度v為3米/秒水流，功率 P= (1/2) X 1000X IX 1000X33=13.5 百萬瓦。發電容量比較:三峽大壩水電站，共安裝32臺70萬千瓦水輪發電機組，另外還有兩臺5萬千瓦的電源機組，總裝機容量為2250萬千瓦，即22500百萬瓦。長江中遊長一千公裡，平均流速為I米/秒，可設置數萬個圓筒半徑I米及長1000米的活葉式水流動力裝置在河流中，發電量可超過三峽大壩水電站的發電量。長江上遊的水流速度達3米/秒，同一裝置的發電量更提升十數倍。事實上，長江流域年均水資源總量9960億立方米，全流域水能理論蘊藏量約
2.8億千瓦，可開發量約2.6億千瓦，約為三峽大壩水電站發電量的11倍，若能夠發揮一半功效已有5倍三峽大壩水電站的發電量。另外，洋流能源更為巨大，中國沿海洋流的理論平均功率為1.4億千瓦。美國墨西哥灣流總流量便達到7400 9300萬立方米/秒，比陸地上所有河流的總量則要超出80倍。若與我國的河流相比，它大約相當於長江流量的2600倍，或黃河的57000倍。美國伍茲霍爾海洋研究所的研究人員指出，墨西哥灣流受到風力、地球自轉和朝向北極前進的熱量所驅使，所帶來的能量等同於美國發電能力的2000倍。世界上河流洋流能量資源豐富，若考慮全世界河流洋流適當設置本實用新型的活葉式水流動力裝置，所產生的發電量，足可以取代現有所有火力發電及核能發電設施，大大減少因火力發電排出的廢氣所帶給人類的危害，並同時能大大減少核電洩露輻射所存在的危險。以上實施例僅為本實用新型的示例性實施例，不用於限制本實用新型，本實用新型的保護範圍由權利要求書限定。本領域技術人員可以在本實用新型的實質和保護範圍內，對本實用新型做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應視為落在本實用新型的保護範圍內。
權利要求1.一種活葉式水流動力裝置，其特徵在於，包括: 圓筒，兩端密封且依其軸向作水平設置，所述圓筒上開設有沿其軸向的進水口和出水口，所述進水口與出水口位於經過圓筒的軸線的水平面下方的同一側；置於水流中時，所述進水口位於迎著水流的一方，所述出水口位於背向水流的另一方；所述出水口靠近所述水平面的一側的所述圓筒的側壁具有向內凸出的擋條；所述圓筒上於所述水平面上方一側開設有氣孔，所述氣孔接上氣管一直通出水面； 輪軸，穿設在所述圓筒內，所述輪軸的軸線與所述圓筒的軸線重合； 多個輪葉，沿所述輪軸的軸向鉸接在所述輪軸上，多個所述輪葉呈輻射狀設置，所述輪葉的軸向外邊緣儘量靠近所述圓筒的內壁，在水流動力作用下所述輪葉帶動所述輪軸單向轉動，所述水平面的上下兩側分別形成兩個相互獨立且隔絕的空間；以及 用於獨立控制每個所述輪葉固定或脫離其輻射狀位置的輪葉活動機械控制組件。
2.根據權利要求1所述的活葉式水流動力裝置，其特徵在於，還包括設置在所述圓筒兩端的圓形的端板，所述端板上開設軸孔，所述輪軸的兩端穿過所述端板並與所述端板固定連接在一起，所述輪葉的端邊緣與所述端板緊貼，所述端板在每個位於輻射狀位置於所述輪葉在水流動力作用下轉動的反轉動方向位置設有一可收放的小柱狀的所述輪葉活動機械控制組件，以獨立控制每個所述輪葉固定或脫離其輻射狀位置。
3.根據權利要求2所述的活葉式水流動力裝置，其特徵在於，所述端板為一中空密封圓盤形盒，其內還設有用於內供電力控制所述輪葉活動的由齒輪帶動的懸垂髮電機組；所述懸垂髮電機組包括一懸垂杆、一發電齒輪組及一內供動力發電機；所述懸垂杆設有用於使所述輪軸穿過的圓孔，所述懸垂杆與所述輪軸以軸承接合；所述懸垂杆上端固定一與所述輪軸平行的齒輪輪軸，所述發電齒輪組包含端板接合齒輪及發電機接合齒輪，所述端板接合齒輪及發電機接合齒輪結合在一起並均通過軸承裝配在所述齒輪輪軸上，所述端板接合齒輪的直徑小於所述端板外緣至所述輪軸外緣的距離，所述發電機接合齒輪的直徑小於所述端板接合齒輪的直徑，所述端板接合齒輪的輪齒相對的所述端板內壁具有內向輪齒，所述端板接合齒輪與所述端板內壁的所述內向輪齒相嚙合；所述內供動力發電機固定於所述懸垂杆下端，所述發電機接合齒輪通過動力傳動帶與所述內供動力發電機的機械動力輸入部分連接；所述懸垂杆下端還置有一用於使所述懸垂杆保持懸垂位置的加權重物。
4.根據權利要求1所述的活葉式水流動力裝置，其特徵在於，所述圓筒兩端的端蓋內壁沿所述水平面位置設置第一防漏條，所述第一防漏條與所述端板朝向所述端蓋的外壁緊貼；所述進水口靠近所述水平面一側邊緣位置的所述圓筒內壁上設置橫截面為弧形的第二防漏條，所述第二防漏條與經過其處的所述輪葉的軸向外邊緣緊貼；所述擋條阻擋所述輪葉一側設置第三防漏條，所述第三防漏條與經過其處的所述輪葉受阻擋部分緊貼。
5.根據權利要求1所述的活葉式水流動力裝置，其特徵在於，所述擋條凸出於所述圓筒側壁的長度以能阻擋出水口側最接近擋條的一片輪葉使其在水流動力作用下亦不能繼續隨所述輪軸同步轉動，並且在所述輪軸的帶動下所述輪葉提升至可通過所述擋條為準。
6.根據權利要求1所述的活葉式水流動力裝置，其特徵在於，所述輪葉通過鉸鏈鉸接在所述輪軸上。
7.根據權利要求2所述的活葉式水流動力裝置，其特徵在於，所述輪葉兩端靠近所述輪軸處設置 凸出的榫頭，所述榫頭插進所述端板上相對應位置所設置的榫眼內。
8.根據權利要求1所述的活葉式水流動力裝置，其特徵在於，每個所述輪葉上均設置用於使輪葉回位保持在輻射狀設置的回位機械操控組件。
9.根據權利要求8所述的活葉式水流動力裝置，其特徵在於，所述回位機械操控組件設置在所述端板上，或者所述回位機械操控組件為設置在每個所述輪葉上的彈性組件。
10.根據權利要求1所述的活葉式水流動力裝置，其特徵在於，所述輪葉均布於所述輪軸的外圓周。
11.根據權利要求1所述的活葉式水流動力裝置，其特徵在於，所述輪葉採用輕質材料製成，或所述輪葉為中空結構。
12.根據權利要求1所述的活葉式水流動力裝置，其特徵在於，所述進水口和出水口均為長條形，並從靠近所述圓筒的一端開設至靠近所述圓筒的另一端。
13.根據權利要求1所述的活 葉式水流動力裝置，其特徵在於，所述進水口的兩條側邊均偏離所述水平面。
14.根據權利要求1所述的活葉式水流動力裝置，其特徵在於，所述擋條在機械控制下可作橫向前後運動或傾斜一定角度，以便控制其對於所述出水口側最接近所述擋條的一片所述輪葉的阻擋。
專利摘要本實用新型公開了一種活葉式水流動力裝置，包括圓筒，兩端密封且依其軸向作水平設置，圓筒上開設有沿其軸向的進水口和出水口，進水口與出水口位於經過圓筒的軸線的水平面下方的同一側，置於水流中時，進水口位於迎著水流的一方，出水口位於背向水流的另一方，出水口靠近水平面的一側的圓筒側壁具有向內凸出的擋條；圓筒上半部開設有氣孔接上氣管通出水面；輪軸，穿設在圓筒內，輪軸的軸線與圓筒的軸線重合；多個輪葉，沿輪軸的軸向鉸接在所述輪軸上，多個所述輪葉呈輻射狀設置，在水流動力作用下輪葉帶動輪軸單向轉動。本實用新型的活葉式水流動力裝置的結構簡單、製造方便、成本較低，可以在世界各地推廣及應用在河流和洋流中。
文檔編號F03B3/18GK203081640SQ20132007925
公開日2013年7月24日 申請日期2013年2月20日 優先權日2013年2月20日
發明者曹鴻輝 申請人:曹鴻輝