CN102192101A - 一种流体能量提升和转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及及一种流体能量提升和转换装置，包括流管装置、偏航座和塔筒，流管装置通过偏航座固定在塔筒的顶部，所述流管装置包括来流段、收缩段和尾流段，所述来流段朝向流体的来流方向设置，所述收缩段设置在来流段与尾流段之间，所述收缩段内设置有机舱，所述机舱内设置有传动轴、固定在传动轴上的传动齿轮和由传动齿轮驱动的目标耗功机组，所述传动轴的两端分别固定有一组叶轮或数组叶轮。本发明的优点是：提供大规模能源，缓解目前地球上日益严重的能源危机；提供的流体能量提升和转换装置是完全环保的，不会给环境带来任何的污染；建造的风能、潮汐能发电机组投资省，每千瓦装机投资额远低于现行的火电、核电、水电、太阳能发电和风电等。

Description

一种流体能量提升和转换装置
技术领域
本发明涉及一种流体能量提升和转换装置，尤其是采用双喇叭形流管结构，具有提高流体流速、增强流体压力，利用采能叶轮获得大规模机械能的能量转换装置。
背景技术
能源是人类生存发展的重要基础资料。近百年来，随着人类生活需求的不断提高和生产规模的扩大，对能源的需求也越来越殷切。进入二十一世纪，能源危机正在日益制约社会经济活动，传统使用的化石能源日益匮乏，价格不断攀升，成为引起世界经济动荡和影响和平的重要因素。而且化石能源的大量使用，Co2、So2等温室气体大量排放，导致气候变暖，生态变迁，危及人类生存环境。
为了解决日益严重的能源危机，缓解由于大量使用化石能源带来的环境污染，长期以来，世界各国纷纷投入巨资寻找开发可再生能源。目前列入重点研究开发的清洁能源有水能、风能、太阳能、潮汐能、生物质能等。
因此，如何使得水能、风能等流体能得到高效地利用是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明采用的为解决上述技术问题采用的技术方案是：
一种流体能量提升和转换装置，包括流管装置、偏航座和塔筒，流管装置通过偏航座固定在塔筒的顶部，所述流管装置包括来流段、收缩段和尾流段，所述来流段朝向流体的来流方向设置，所述收缩段设置在来流段与尾流段之间，所述收缩段内设置有机舱，所述机舱内设置有传动轴、固定在传动轴上的传动齿轮和由传动齿轮驱动的 目标耗功机组，所述传动轴的两端分别固定有一组叶轮或数组叶轮。
本发明的优点是：
（1）提供大规模能源。本发明可以大量聚集自然界风能或水能，形成大功率机械能，为人们生产生活提供大量的、多种形式的能源，缓解目前地球上日益严重的能源危机；
（2）清洁环保。本发明提供的流体能量提升和转换装置是完全环保的，不会给环境带来任何的污染；
（3）投资省。依据本发明建造的风能、潮汐能发电机组投资省，每千瓦装机投资额远低于现行的火电、核电、水电、太阳能发电和风电等。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的流体为风时的结构示意图。
图3为本发明的流体为水时的结构示意图。
图4为本发明的叶轮结构示意图。
其中：1、流管装置，2、偏航座，3、塔筒，4、来流段，5、收缩段，6、尾流段，7、机舱，8、传动轴，9、传动齿轮，10、目标耗功机组，11、叶轮，12、固定部分，13、转动部分， 14、支承轴承，15、转动齿轮，16、驱动电机a，17、刹车a，18、轮毂，19、辐条，20、轮盘，21、叶片，22、叶片转动装置， 23、连杆，24、转动环，25、驱动电机b，26、桨距测量仪，27、导流片，28、减压口，29、自动测量装置，30、控制装置，31、防护网，32、刹车c，33、防冻防雪网，34、避雷装置，35、变速箱，36、空气压缩机，37、永磁风力发电机，38、叶轴。
具体实施方式
如图1所示，一种流体能量提升和转换装置，包括流管装置1、偏航座2和塔筒3，流管装置1通过偏航座2固定在塔筒3的顶部，流管装置1包括来流段4、收缩段5和尾流段6，来流段4朝向流体的来流方向设置，收缩段5设置在来流段4与尾流段6之间，收缩段5内设置有机舱7，机舱7内设置有传动轴8、固定在传动轴8上的传动齿轮9和由传动齿轮9驱动的目标耗功机组10，传动轴8的两端分别固定有一组或数组叶轮11，在传动轴8上还设置有刹车c32。
本发明可收集自然界的风能或水能，形成大功率的机械能。为了加速增压，聚集能量，来流段4采用口径逐渐收缩呈喇叭形的敞口结构，收缩段5采用管状结构，尾流段6采用口径逐渐扩张呈喇叭形的敞口结构。这样采用的双喇叭形流管装置1，通过设置逐渐扩张的尾流段6来扩大尾流空间，使尾流段6的流场比来流段4的压力低，减少湍流干扰，有利于降低流管装置1内的流体壅塞，对提高流管装置1内的流体通量起到重要作用。
为更好地控制流体运动，减少湍流紊流，在来流段4的内侧壁上沿顺轴向设置有多个带有螺旋旋向的向心型导流片27，材质为钢材或其他硬质材料，导流片27还可以用导流管或导流槽来代替。
为适应极端流场条件下，避免高流速流体损坏内部设施，在来流段4上设置有若干个可开闭的减压口28，减压口28处设置有自动测量装置29和控制减压口28开闭的控制装置30，当局部压力超过设定量值时，位于来流段4上的减压口28可以自动开启，卸除内部过高的压力。
为防止人、动物或其他物体被快速流体卷进流管装置1，伤及生命和叶轮11设施，在来流段4和尾流段6内均设置有网栅形防护网31，为钢材或其他材料制成。
由于流体的流向转动方向经常发生变化，为了达到最大限度地采集能量的目的，偏航座2包括支承轴承14、固定在支承轴承14上的转动齿轮15、带动转动齿轮15转动的驱动电机a16和与转动齿轮15相配合设置的刹车a17，支承轴承14包括固定部分12和转动部分13，固定部分12与塔筒3的顶部固定连接，转动部分13与收缩段5的底部固定连接，这样可根据流体来流方向来控制驱动电机a16驱动转动齿轮15动作，调节转动部分13转动，在流管装置1达到预设位置时，刹车a17动作，锁定流管装置1的方向，以达到最大限度地采集能量。
为了使得叶轮11最大限度地将风能或水能转换成机械能，如图4所示，叶轮11包括轮毂18、辐条19、轮盘20、若干个叶片21和叶片转动装置22，轮毂18固定套接在传动轴8上，辐条19的一端固定在轮毂18上、另一端与轮盘20固定连接，若干个叶片21通过叶轴38均匀分布在轮盘20上，可根据流体类别和流速来设计叶片21的形状。
为了使得叶片21获得稳定的或尽量大的流体能，叶片转动装置22包括连杆23、转动环24、带动转动环24转动的驱动电机b25和桨距测量仪26，转动环24固定在轮毂18与轮盘20之间，叶轴38通过连杆23固定在转动环24上，驱动电机b25设置在辐条19上，桨距测量仪26固定在轮盘20上，这样可根据流体的流向或大小来调节叶片21的迎角。
如图2所示，当流体为风时，除了上述结构外，在防护网31的内侧还设置有防冻防雪网33，该防冻防雪33网采用的是电热网。为了防止受雷电的影响，在流管装置1的上方设置有避雷装置34。目标耗功机组10为功率为3000kw的永磁风力发电机37，传动齿轮9通过变速箱35来驱动永磁风力发电机39运作。
如图3所示，当流体为水时，叶轮11采用水轮机叶轮，目标耗功机组10为空气压缩机组36，传动齿轮9通过变速箱35来驱动空气压缩机36动作。

Claims (10)

1.一种流体能量提升和转换装置，其特征在于：包括流管装置、偏航座和塔筒，流管装置通过偏航座固定在塔筒的顶部，所述流管装置包括来流段、收缩段和尾流段，所述来流段朝向流体的来流方向设置，所述收缩段设置在来流段与尾流段之间，所述收缩段内设置有机舱，所述机舱内设置有传动轴、固定在传动轴上的传动齿轮和由传动齿轮驱动的目标耗功机组，所述传动轴的两端分别固定有一组叶轮或数组叶轮。
2.根据权利要求1所述的一种流体能量提升和转换装置，其特征在于：所述偏航座包括支承轴承、固定在支承轴承上的转动齿轮、带动转动齿轮转动的驱动电机a和与转动齿轮相配合设置的刹车a，所述支承轴承包括固定部分和转动部分，所述固定部分与塔筒的顶部固定连接，所述转动部分与收缩段的底部固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种流体能量提升和转换装置，其特征在于：所述叶轮包括轮毂、辐条、轮盘、若干个叶片和叶片转动装置，所述轮毂固定套接在传动轴上，所述辐条的一端固定在轮毂上、另一端与轮盘固定连接，所述若干个叶片通过叶轴均匀分布在轮盘上。
4.根据权利要求3所述的一种流体能量提升和转换装置，其特征在于：所述叶片转动装置包括连杆、转动环、带动转动环转动的驱动电机b和桨距测量仪，所述转动环固定在轮毂与轮盘之间，所述叶轴通过连杆固定在转动环上，所述驱动电机b设置在辐条上，所述桨距测量仪固定在轮盘上。
5.根据权利要求1所述的一种流体能量提升和转换装置，其特征在于：所述来流段为口径逐渐收缩呈喇叭形的敞口结构，所述收缩段为管状结构，所述尾流段为口径逐渐扩张呈喇叭形的敞口结构。
6.根据权利要求1或5所述的一种流体能量提升和转换装置，其特征在于：所述来流段的内侧壁上沿顺轴向设置有多个带有螺旋旋向的向心型导流片、导流管或导流槽。
7.根据权利要求1或5所述的一种流体能量提升和转换装置，其特征在于：所述来流段上设置有若干个可开闭的减压口，所述减压口处设置有自动测量装置和控制减压口开闭的控制装置。
8.根据权利要求1或5所述的一种流体能量提升和转换装置，其特征在于：所述来流段和尾流段内均设置有网栅形防护网。
9.根据权利要求1所述的一种流体能量提升和转换装置，其特征在于：所述传动轴上还设置有刹车c。
10.根据权利要求1所述的一种流体能量提升和转换装置，其特征在于：所述目标耗功机组为发电机、空气压缩机、油压泵或水泵。
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