CN201818425U

CN201818425U - 船只

Info

Publication number: CN201818425U
Application number: CN200890100266.1U
Authority: CN
Inventors: 西蒙·詹姆斯·钱斯·拉什布鲁克·威廉斯
Original assignee: Hydreau Ltd
Current assignee: Anthony Mar Stuart; Christopher John Ron; Simon James Lashbrook Williams
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2018-12-03
Also published as: CN201972830U; GB0724579D0; WO2009077778A1

Abstract

本实用新型公开了一种船只，具有两个船体和安装在所述两个船体之间的水车。所述船只还包括将所述船体的船头连接在一起的横梁，其形状适用于引导水朝着水车向上流过船头之间。本实用新型还公开了进一步的实施例，包括具有非线性船体间隔的船只，且这些船只能够调整其倾斜和/或摇晃。本实用新型还公开了一种具有桨的下射式水车，每个桨都包括多个弯曲的导引构件和用弹性薄片制作成型的叶片。还公开了一种制作水车的桨的方法。并讨论了在第三世界国家中应用该技术进行能源发电以及对水进行过滤。

Description

船只

技术领域

本实用新型涉及一种船只。

背景技术

利用水车进行机械作业是众所周知的。水车通常都位于陆上，紧邻河流。水车通过河里的水流来转动。水车与碾磨设备机械连接在一起，例如，用于磨玉米。“上射式”水车是一种来水从水车顶部流入，并被装载在吊桶中“越过”水车顶部的水车。下射式水车具有桨，并依靠流过水车及其下方的水流冲击水车底部的桨来转动。“胸射式”水车是一种来水直接流到水车***、水车顶部以下的一种水车。

实用新型内容

根据本实用新型的第一个方面，提供了一种船只，所述船只具有：

两个船体，每个船体都有船头和船尾；

安装在所述两个船体之间的水车；以及

将所述船体的船头连接在一起的横梁，其形状可以引导水朝着水车向上流过船头之间。

所述横梁比别的方式更有助于引导更多的来水到水车上，因此增加了水车的功率输出。横梁还使得水到达水车时的高度增加。

优选地，相对于船体而言，所述横梁的上游端低于横梁的下游端。

在使用中，横梁往往以负迎角朝水流方向倾斜。

优选地，所述横梁的上表面沿水流方向向上弯曲，以将来水引导到横梁以及水车上。

典型地，所述横梁与船体底部相连。

典型地，所述横梁包括平面构件。

优选地，所述横梁的下游端大致位于水车上。如果所述横梁向上延伸至水车的叶尖则更佳。

可选择地，所述船只包含稳定件，以调整船只的倾斜和摇晃中的至少一项。因此，船只将更加稳定，并且能够在大多数情况下保持其自身竖直，优选在没有任何人工干涉的情况下。

可选择地，所述稳定件包括水平控制装置，以调整船只的倾斜。

可选择地，所述水平控制装置包含：

水平传感器；

从水平传感器接收信息的计算装置；和

由计算装置控制，调节船只的方向，以便调整船只的倾斜的反馈***。

附加地或可选地，所述稳定件可以包括船体的形状，所述船体的形状的宽度随着水面之外的向上高度的增加而增加。因此，如果船只开始倾斜或摇晃，船体在倾斜/摇晃方向上的较大部分将被浸没在水中，产生较大浮力以抵消倾斜或摇晃运动，并且将船只重新推到竖直位置。

优选地，在船体的船头，船头顶端处船体内向侧壁的间隔大于水车处船体内向侧壁的间隔，且在此船头处的内向侧壁是弯曲的，因此船体的间隔是随着与水车的距离呈非线性变化的。

这减少了水进入船体之间的空间时的湍流。

优选地，在靠近船头顶端处，船头的内向侧壁的弯曲呈凸面，而在靠近凸面区域的下游、在凸面区域和水车之间呈凹面。

该凸凹形使得流入船头之间的空间的水首先加速，然后堆积以形成波浪。这使得水冲击水车的高度增加。所述波浪可以在水车上或仅仅在其前方迸溅，这意味着波浪迸溅产生的能量被直接用于转动水车而没有浪费。

船头顶端和凸面区域的光滑曲线使得在水车前面很远处(例如船头顶端处/上)，的任何波浪迸溅减少到最低。防止波浪在船头顶端迸溅保存了来水中的能量——越少波浪迸溅，则越多能量在水到达水车的时候还保留在水中。防止波浪在船头顶端迸溅的另一个优点是这样的迸溅往往产生会使水车发生不稳定的湍流。

所述船头的整体形状为来水的指定水流提供了较少的湍流。

根据本实用新型的第二个方面，提供了一种船只，所述船只具有：

两个船体，每个船体都有船头和船尾；

安装在两个船体之间的水车；

其中，在船体的船头，船头顶端处船体内向侧壁的间隔大于水车处船体内

向侧壁的间隔，在此船头处的内向侧壁是弯曲的，因此船体的间隔是随着与水车的距离呈非线性变化的。

因此，并非所有的实施例都包含横梁。

根据本实用新型的第三个方面，提供了一种船只，所述船只具有：

两个船体，每个船体都有船头和船尾；

安装在两个船体之间的水车；以及

调整船只的倾斜和摇晃中至少一项的稳定件。

因此，并非本实用新型的所有实施例都有横梁或者船体间隔的非线性变化。

这将允许当水流流速改变并且其作用变化时，横梁的作用得到补偿。而且，这也减少了水车叶片离开水而导致的扭转船头下沉的影响，并使叶片更长时间地保持在水中，从而增加了能量的获取。该***还减小了为保持稳定性所必需的船体长度，并减小了水车的总重量和成本。

可选择地，所述水平控制装置包含：

水平传感器；

从水平传感器接收信息的计算装置；和

可选择地，所述船只包含两个可调节水平舵，每个船体上各有一个，反馈 ***通过调节水平舵的方向来调节船只的方向。

附加地或可选地，所述稳定件可以包括船体的形状，所述船体的形状的宽度随着水面之外向上高度的增加而增加。

可选择地，每个船体有一部分是楔形的，楔形的厚度随着水面外高度的增加而增加，并且船只的浮力选定为使水平面在楔形的上下端之间。因此，如果船只开始朝一个方向摇晃，更大部分的船体将更多地浸没于水中，产生较大浮力、制衡力、上推力。同时，在船只的对侧，船体相对于水面升高，在水中留下更小的船体部分，以减少对该对侧的上推力。

可选择地，每个船体都在其外侧边缘设有水平舵。典型地，所述水平舵通常被装配在船头上。

“水平舵”指的是翼状结构，装在船只的船体上。

优选地，所述水平舵具有关于船体成一定角度的下表面，所述下表面沿水流方向向下倾斜。

在使用中，所述水平舵往往以正迎角朝水流方向倾斜。

流经横梁的水往往给船只的船头提供向下的推力。所述水平舵可以提供向上的推力以抵消这一向下的推力。

典型地，每个水平舵分别有固定的主体和活动翼，并且翼的角度可以相对于主体进行调节，以提供推力。

典型地，水平舵的活动翼被装配在水平舵的下游端。

因此，活动翼可以像机翼一样调节，以便根据需要提供向上和向下的推力。推力的大小和方向可以通过改变活动翼来控制。如果翼向下移动，则产生上推力。如果翼向上移动，则产生下推力。在一些实施例中，翼的尺寸和活动范围表示翼可以产生的最大下推力可以大于水平舵正迎角所产生的上推力。然而，这并非必需的。

所述横梁和水平舵组合的效果提升了水到达水车时的高度。这便产生了与纯“下射式”水车相对的“胸射式”水车。这使得获取的水能更高，还增加了通过水车的水量。

可选择地，船只设置成将由水车驱动的液压泵，液压泵通过液压流路与液压***相连接，以使得来自水车的能量被转换为液压输出，可以为液压***提供能量。

所述液压***可以是发动机，例如，其可以被用于向冰箱提供能量。

优选地，所述水车与液压储能器和保险调节器相连接。

可选择地，当水车产生的可用能量少于液压***所需的能量时，保险调节器切断从水车到液压***的能量输出，而水车则被设置为改向储能器充电，所述储能器在充电后向液压***传送能量。

所以，如果供不应求，到达液压***的能量也将足够高(例如，转换成电能后为50Hz，240V)，而不会随着水流的任何减少而减少。

可选择地，当水车产生的可用能量多于液压***所需的能量时，水车被设置为将液压***所不需要的剩余能量向储能器充电，在水车产生的可用能量变得少于液压***所需能量的情况下，储能器被设置为向液压***传送能量。

因此，如果供大于求，则将能量储存在储能器中能够使得所传送的能量不因突然的风切变或经过的船只的尾迹干扰风车而下降。

可选择地，液压泵可以被包含在水车毂的中心。可选择地，水车通过支撑架被安装在船只上，支撑架的一部分还为液压流提供流路。

作为选择地，每个船体上都有各自的液压泵。

这样的布置为船只上的液压泵提供平衡的重量分布。

作为选择地，所述船只可以包含设置成将由水车驱动的水泵，所述水泵连接在水管***上，设置为从船只漂浮的水体中向岸上泵水。

可选择地，所述水管***连接在过滤***上，例如，用于提供饮用水。可选择地，水管***还可以为灌溉和/或其它所要求的用途供水。

上述用途尤其有利于第三世界国家的能源产生，将来自河流的能量转化为驱动液压***或提供新鲜饮用水。船只可以被拴住，并且没有运行成本，因为它从可再生资源中提供能量。

可选择地，所述船只包含每个船体上的水流传感器和轮盘旋转传感器，这些传感器的输出由计算装置进行监控。

所述水流传感器可以位于例如船头。

典型地，所述船只包括尾舵，配备在一个船体的船尾。可选择地，每个船体的船尾都配备有各自的尾舵。

可选择地，所述尾舵是液压驱动的，并且可以通过计算装置控制，以响应来自水流和轮盘旋转传感器的信号。

优选地，所述船只包含用来升高和降低水车，从而可以改变水车浸没于水中的程度的提升装置。

可选择地，所述提升装置可以通过计算装置控制，以响应来自水流和轮盘旋转传感器的信号。

典型地，所述水车具有桨，每个桨都包括各自的叶片。

优选地，至少有一片桨在平行于旋转轴观察时是弯曲的。

所述叶片的弯曲减少了桨离开水时所提升起的水量。因此，所述水车是高能效的。典型地，所有桨都包括弯曲的叶片。

可选地：

所述桨是可围绕水车的旋转轴旋转的；

每个叶片都是由弹性薄片加工成型；

每个桨还包含多个导引构件，这些导引构件在平行于旋转轴观察时是弯曲的；并且

导引构件位于分别毗邻叶片前表面和后表面的两排，导引构件使得叶片采用符合弯曲导引构件的弯曲形状。

典型地，所述导引构件为脊。脊，我们的意思是针状、细长的构件。

每个实施例都有两个优点。第一，桨可以非常轻，提高了水车的能效。第二，桨可以平放包装，以便于更有效地运输。

可选择地，所述曲率是抛物线。

作为选择地，越靠近叶片顶端，曲率变得越陡。

可选择地，至少一个叶片在沿径向观察时是弯曲的。

这增加了叶片可以控制的水量，从而增加了接触水的有效横截面积，以及获取的能量。

优选地，所述船体具有的形状使得沿每个船体的外向侧壁的流路多于沿内向侧壁的流路。

因此，船体起到机翼的作用，在被拴住的而限定的界限以内，船只往往朝最快流速的水流处移动，保持船只处于最佳位置，以从水流中获得大量能量。

典型地，在船只的船尾，船体具有的形状使得船体内向侧壁的间隔随着与水车的距离增加而增加。

优选地，所述船头以铰链连接与船体的其余部分相连接，船头可以围绕铰链连接相对于船体的其余部分向上旋转。

优选地，所述船只包含提升装置，适合于围绕铰链连接旋转船头，以将船头顶端和横梁提出水面。

这将允许横梁被提升离开水面，例如以帮助清理障碍物，如碎片，它们可以堵塞在船体之间，妨碍船体之间的水流流动，和/或改变水车的转动方向。

典型地，所述水平舵也位于船头上，从而在船头向上旋转的时候也可以被提升离开水面。

可选择地，所述船体是可充气的。典型地，船体是由防水、柔韧的材料制作成型的，例如橡胶或塑料材料。充气后，船体呈现出所要求的船体形状。可选择地，船体由Butile^(TM)制成，它是一种多氯乙烯，是一类紫外线稳定的软塑料。船体可以附在立体框架上，例如支撑水车的轻质铝或碳纤维等。可充气船体的一个优点是它们很轻，而且可以被很好地打包，例如，如果船只在一个国家制造然后运往另一个国家使用。

船体不是必须包括橡胶或塑料；可以使用其它材料，例如金属。

可选择地，所述船只包含连接在船体的船头的偏转栅格，所述偏转栅格包含一组偏转带，用于使漂浮的碎片偏离两个船体之间的区域，从而保护水车。

可选择地，所述偏转栅格被安装在船体的船头上。

作为选择地，所述偏转栅格被拴在船体上。

根据本实用新型的第四个方面，提供了一种下射式水车，具有旋转轴和可围绕旋转轴转动的桨；

其中，每个桨都包括用弹性薄片制作成型的叶片和多个在平行于旋转轴观察时是弯曲的导引构件，

其中，导引构件位于分别毗邻叶片前表面和后表面的两排，导引构件使得叶片采用符合弯曲的导引构件的弯曲形状。

可选择地，所述曲率为抛物线。

根据本实用新型的第五个方面，提供了一种制作水车的桨的方法，包括：

将多个弯曲的导引构件在安装板上装成两排，对齐弯曲的导引构件，从而在平行于水车的旋转轴进行观察时是弯曲的；

在两排导引构件之间***用弹性薄片制作成型的叶片，并且在与导引构件相应的位置固定叶片，导引构件借此使得叶片采用相应的弯曲形状。

可选择地，无论是大致特征还是可选地特征，任何上述实用新型的所有方面都可以与任何上述实用新型的任何其它方面结合在一起。

附图说明

现在仅仅通过举例的方法来描述本实用新型的实施例，并参考附图(不按比例)，其中：

图1所示为船只的平面图；

图2所示为图1中船只的主视图；

图3所示为图1中船只的一部分的侧视图；

图4所示为图1中船只的另一部分的侧视图，包含了水车的内部细节；

图5所示为图1中船只的侧视图；

图6所示为图5中桨的透视图；

图7所示为图6中桨的剖面图；

图8所示为图6中桨的侧视图；

图9所示为图6中桨的鼻部的透视图；

图10所示为图1中的船只用于为液压***提供能量的示意图；

图11所示为图1中的船只的示意性侧视图，其船头处在相对于船体的其余部分上升后(转动后)的位置；

图12所示为桨可供选择的实施例的透视图；

图13所示为图12中桨的叶片的透视图；

图14所示为处在竖直位置的船只可供选择的实施例的主视图；

图15所示为图14中船只正在进行摇晃运动的主视图。

图16所示为水车桨的可供选择的实施例的透视图；

图17所示为图16中桨的侧面剖视图；

图18所示为船只可供选择的实施例的平面图，包括连接在其船头的偏转栅格；

图19所示为图18中船只的侧视图；

图20所示为船只的另一个可供选择的实施例的透视图，包括拴到其船体上的偏转栅格；

图21所示为本实用新型船只的可供选择的用法的示意图，用于泵送和过滤水。

具体实施方式

参照图1至5，船只10具有两个伸长的船体12和安装在船体12之间、位于支撑架16上的水车14。船体12通常是由新式的复合材料制造的(可选择强化材料)。该材料可以选择碳纤维。

支撑架16包括将水车14安装在船只10上的支撑臂17，以及提升装置L(液压起重缸)。可以通过开动提升装置L将水车14相对于船只10升高和降低，以改变水车14浸没在水中的程度。

每个船体12都具有船头B和船尾S。每个船尾S都安装有各自的尾舵18。

虽然从图1中看或许不明显(其未按比例绘制)，船体12具有一定的形状，该形状使得沿每个船体12的外向侧壁的流路多于沿内向侧壁的流路。因而，船体12起到机翼的作用，在被拴住的而限定的界限以内，船只10往往朝最快流速的水流处移动，以保持船只10处于最佳位置，进而从水流中获得大量能量。沿外向侧壁更大(更长)的流路保证了船只10将使自己与水流对齐(并且在必要时重新对齐)。船只10通常被拴在船头末端的锚上，从而使船头B位于船只10的上游端。

横梁20被安装在船头B之间，并将船头B连接在一起。横梁20具有一定的形状，以引导水流过船头B之间并向上流向水车14。特别地，横梁20为大致平面的构件，由碳纤维制造。横梁20在船头B顶端具有上游端22和下游端24，它们大致位于水车14上。下游端24一直延伸到水车14的叶片顶端，尽可能靠近但不妨碍叶片。

相对于船体12来说，横梁20的上游端22低于横梁20的下游端24。因而，在使用中，横梁20通常以负迎角朝着水流的方向倾斜。

横梁20从上游端22上大致水平的起始位置朝水流方向向上弯曲，使得来水被引上横梁20的弯曲面以到达水车14。

在本实施例中，横梁20的上下表面都向上弯曲。横梁20连接在船体12的底部，并在船体12之间形成了水下的“口”(见图2)。

每个船体12都有水平舵26(翼状结构)连接在其外侧边，靠近船只10的船头端。水平舵26为水车14的上游。

参照图1和3，每个水平舵26都包括固定的主体28和位于主体28下游端的活动翼30。

每个水平舵26的主体28都比较薄，且是直的，并以一定角度安装在其各自的船体12上。特别地，主体28沿水流方向相对于船体12向下倾斜。所以，每个水平舵26的下表面相对于船体12呈一定角度，下表面沿水流方向向下倾斜。在使用中，水平舵26往往以正迎角朝水流方向倾斜。

流经横梁20的水往往为船头B提供向下的推力(即船头B被经过横梁20流向水车14的水的重量向下推入水中)。

安装在正迎角位置的水平舵26的主体28往往提供向上的推力以抵消由横梁20引起的向下的推力。这有助于稳定船只10并减少船头B相对于船尾S的下沉。

水平舵26起到类似于机翼的作用。可以调节活动翼30以根据需要提供向上和向下的推力。推力的大小和方向可以通过改变翼30的角度进行控制。如果翼30关于主体28的倾斜轴向下移动，将产生上推力。如果翼30向上移动，将产生下推力。在一些实施例中，翼30的尺寸和它们的活动范围意味着翼可产生的最大下推力能够大于平衡由水平舵主体28的正迎角所产生的上推力所需的力。

参照图11，船头B通过铰链连接H与在船体12的其余部分相连接。船头B可以围绕铰链连接H相对于船体12的其余部分向上转动。铰链连接H通常位于船体12的上部，从船头B顶端起沿船体12大约四分之一处。

图11所示为处在上升位置的船头B，此时船头B的顶端在水面以外。因为横梁20和水平舵26连接在船头B上，所以它们也可以向上旋转。优选地，如图11所示，该旋转足以将横梁20(其部分延伸至船头B的水平以下)升高至完全离开水面。

绕轴旋转的动作是通过提升装置(未示出)来完成的，通常为液压提升装置。

将横梁20提升出水面可以有益于帮助清除障碍物，例如，阻塞在船体12的船头B之间的碎片。这些碎片会阻碍船体12之间的水流流动和/或改变水车14的转动方向。而且，将水平舵26提升出水片可以有助于清除所有意外附着在水平舵26上的阻碍物。将横梁20和水平舵26都安装于船头B上表明横梁20和水平舵26都可以通过同一个提升动作被提升到水面之外。

现在参照图1，在船尾S，船体12的内向侧壁的间隔随着与水车14的距离增加而增加。

在船头B上，船头B顶端处船体的内向侧壁的间隔大于在水车14处的内向侧壁的间隔。船头B处的内向侧壁是弯曲的，因而船体12的间隔是随着与水车14的距离呈非线性变化的。

在靠近船头B的顶端处，船头的内向侧壁的弯曲呈凸面，而在凹面区域的下游，凸面区域和水车14之间是凹面。凸面区域在鞍点X处转变为凹面区域，凸面区域在X的上游，而凹面区域在X的下游。

在鞍点X的上游，船头B之间的通道变窄导致水的流速增加。在鞍点X的下游，通道又变宽，导致水的高度增加，使得在该区域形成水波。该波浪可能撞在水车14上或其前方。这将提升水撞击到水车14上的高度。

图5所示为船只10的侧视图，包含水车14的典型构造。水车14具有多个桨32，装在水车14的毂周围的臂34上。

图6到9示出了一个这样的桨32。桨32包含叶片36，其具有引导面LF和跟随面(training face)TF。在平行于水车14的旋转轴进行观察时，叶片36是弯曲的。叶片36的弯曲减少了桨32离开水时所提起的水量。所以，水车14是高能效的。所有桨32通常都包括弯曲的叶片36。

可选择地，弯曲呈抛物线。然而，在作为可供选择的实施例中，叶片的“弦”的曲率方程随着弦上的位置而变化。优选地，在径向弦的最后四分之一，越靠近叶片顶端，曲率变得越陡。这进一步减少了叶片提起的水量。

桨32还包含从叶片36的跟随面TF延伸出的盖板38。盖板38沿径向部分地包住了叶片36的顶端，以减少叶片36的顶端溢出水量。

在使用中，当桨32进入水中，水流冲击叶片36的跟随面TF，并且被盖板38阻碍，进而不能越过叶片36的顶端。所以，叶片36的跟随面TF和盖板38之间产生了水压。水压使得水车14转动，从而让水流通过叶片36。当叶片36浸没在水中，水面到达叶片36的盖板38时，产生最大能量。

盖板38有通风口40，以排出任何被封于盖板38下方的空气，防止桨32从水中升起时形成真空。

桨32还包含从叶片36的跟随面TF延伸出来的侧板42，位于盖板38和叶片36之间。在桨32进入水中以及在水中移动时，侧板42减少了流经桨32侧面的水。侧板42大致上是三角形。在从径向观察时叶片36为弯曲的实施例中，侧板42可能是多余的，或者可选是与叶片36一体成型以形成叶片36的延伸弯曲侧。

叶片36有放射状外顶端T，叶片36的下部具有一定形状，该形状使得hαA³，其中h＝到叶片顶端的距离，A＝顶端和该距离之间叶片36的表面积。桨32产生的能量与桨32浸没于水中的面积的立方成比例，即，能量α面积³。故而，因hα面积³且能量α面积³，所以hα能量；即水车14产生的能量直接与桨32浸没于水中的深度成比例。因为不需要复杂的计算，这大大简化了能量调节。例如，如果需要两倍的能量，桨32的竖直浸没距离必须翻倍。

鼻部43装配在叶片36的引导面LF上，在顶端T处。鼻部43延伸自叶片36。鼻部43使得叶片36容易地进入水中，减少了进入过程中的能量损失。鼻部43大致上是椎体的，有轻微凹陷的外表面，见图9。

叶片36具有两个瓣阀44，装在(如用铰链装在)叶片36的跟随面上。

瓣阀44是一种改变叶片36的有效表面积的方法，其往往直到水推压叶片36的时候才开启。在叶片36进入水中时，瓣阀44打开，叶片36的有效面积减少。因此，在进入时叶片36上水的阻力较低，减少了能量损失。当水车14旋转时，叶片36移动到水流推动叶片36并关闭瓣阀44的位置。因而，水流冲击整个叶片区域。所以，瓣阀44增加了水车14的效率。

当沿径向观察时，桨的叶片可以也/反而是弯曲的。图12和13所示为具有一个这样的桨叶36’的桨32’。像前面具有相同附图标记的部分一样。图12示出了整个桨32’，而叶片36’单独出现在图13中。在图12中，纵轴Y用虚线表示，叶片36’的纵脊沿着该纵轴延伸。

叶片36’沿其纵脊“膨胀”，这样引导面LF’的引导部分是叶片的纵脊，叶片36’的更多表面部分跟随该纵脊。沿径向观察时，曲率减少了进入水时的能量损失，并增加了叶片36’可以控制的水量，因而增加了接触水的有效横截面积，以及能量的获取。

桨32’也可能具有图6到9中的桨32的任何其它特征。

如图所示，盖板38’光滑而连续地弯曲以变成侧板42’，其继续光滑而连续地弯曲以变成叶片36’。可选择地，盖板38’和侧板42’是一体成型的。可选择地，叶片36’、盖板38’和侧板42’可以单独成型，再连接到一起。作为选择地，整个桨32’可以作为单件一体成型。

船只10还具有包括水平控制装置(未示出)的稳定件，以调整船只10的倾斜。所谓“倾斜”，我们指船只10沿船头-船尾轴的下落和上升。这涉及当船头B不在铰链连接H处向上旋转，而是按照图1的配置时船只10的船只配置。

水平控制装置包含：水平传感器；从水平传感器接收信息的计算装置；和反馈***，其由计算装置控制，调节船只的方向，并调节水平舵26，以便起到调整(典型为极力减小)船只10的倾斜的作用。计算装置可以是任何能够实现这些功能的电子设备，例如，微处理器。

特别地，如果计算装置从水平传感器提供的信息推断船头B太高，它将使得水平舵26的翼30向上升起，以在船头B上产生向下的推力，来降低船头B。相反，如果计算装置推断船头太低，它将使得翼30降低，以在船头B产生向上的推力，来提升船头B。随着时间的推移，计算装置可以用这样的方法持续反应以便在当桨32进入和离开水时，以及水流强度和方向发生任何变化时，调整(典型为减少和/或最小化)船只10的倾斜。水平控制装置还减少了为维持稳定所必需的船体长度，并减少了船只10的整体重量和成本。

图10所示为在一种可能的应用***中的船只10。船只10在河中是浮动的，与水流和船只10的其余部分的船头B上游对齐。有一个液压泵(未示出)位于船只10上水车毂的中央，并且安装成由水车14驱动。两条流路将液压泵连接到能沉入水中的360°自由旋转的连接器48。流路包括液压传输管46(只有一条可见)。支撑臂17是中空的，并且连接液压泵和传输管46以传送液体。因此，支撑臂17具有在船只10上支撑水车14，以及为液压流体提供液流通路的双重功能。因此，支撑架16的一部分还为液压流体提供了流路。

位于水车毂中央的液压泵使得船只上的泵具有均衡的重量分布。

连接器48还连接到另一条与陆地上发动机M相连的液压传输管50(只有一条可见)上。因此，液压泵和发动机M之间的液压回路是完整的。发动机M驱动***S，***S可以为任意***，例如，供暖***、冰箱、空调、玉米粉碎机等。液压回路包括弱连接液压。使用生物可降解液压油以保护环境。

发动机M和泵都可以为任意合适的高压发动机/泵，例如，标准的市场有售的农用高压液压发动机/泵。作为选择地，可以使用航空泵/发动机。

360°连接器48使得船只10和水车14可以自给自足且无人看管地用于潮汐河流或其它具有逆流的河流中。通过将液压连接器48和传输管46、50设置在水下，降低了风阻。滑轮52位于锚54和连接器48之间。浮标B拴在滑轮52上，起到释放滑轮52的作用，因此连接器48可以被提升起来，例如，用以维修。浮标B还可以起到警告靠近舰只的作用。

反馈装置起到根据***S所需的能量控制水车14浸没程度的作用。反馈装置使用从发动机M返回的流体的压力来确定水车14所需的浸没程度，而提升装置L也相应地受到控制。叶片36浸没越深，则产生的能量越大。因此，从水车14获得的能量可以与***S所需能量相匹配。控制水车14的浸没程度还可以减少配置阻力，并且可以限制洪水或低需求时期反馈***受到的压力。旁通阀保证了如果自封式液压损坏，这也是可靠的。可选择地，反馈装置可以被设置为当***S没有连接时，可将水车14完全提出水面以外。

水车14被连接到液压储能器和保险调节器上(未示出)。

当水车14产生的可用能量少于液压***S所需的能量时，保险调节器切断从水车14到液压***S的输出，并且水车14被设置为该向储能器充电。储能器在充分充电后(例如，足以能够提供60秒的能量)，被设置为向液压***传送能量。能量随后被提供给液压***S，直到储能器的电被耗尽。然后，储能器又用来自水车14的能量进行充电，并重复该循环。

所以，如果供不应求，到达液压***的能量也总是足够高(例如，转换成电能后为50Hz，240V)，而不会随着水流的任何减少而减少。这保证了负载上不会产生不良作用，除非供电是断断续续的。

当水车14产生的可用能量多于液压***S所需的能量时，水车14被设置为将液压***S所不需要的剩余能量向储能器充电，在水车14产生的可用能量变得少于液压***S所需能量的情况下，储能器被设置为向液压***S传送能量。储能器通常向液压***供能，直到其能量用尽。当来自储能器的能量被用尽后，如果水车14产生的可用能量继续少于所需能量，储能器则用来自水车14的能量进行充电，如同上述可用能量少于需求时的情况。

然而，如果水车14产生的能量只是暂时减少，然后又回到其先前多于液压***S所需的水平，那么一旦来自储能器的能量被用尽，水车14就再次开始向液压***S供能，而任何多余能量都被用来向储能器充电。因此，如果供大于求，且只是短期被中断，则将能量储存在储能器中能够使得所传送的输出不因突然的风切变或经过的船只的尾迹干扰风车14而下降。

船只10还包含在各个船头B上的水流传感器(未示出)，以及轮盘旋转传感器(未示出)，这些传感器的输出由计算装置(未示出)进行监控。这里可能是，也可能不是与上述水平控制装置同一个计算装置。

尾舵18通过液压供能，并且可以由计算装置控制，以响应来自水流和轮盘旋转传感器的信号。提升装置L也可以由计算装置控制，来响应来自水流和轮盘旋转传感器的信号。

水流和轮盘旋转传感器可以根据下述方式来使用：

a)如果在水流传感器上有水流，而轮盘旋转传感器上没有，那么水车14可以被提出水面，在一个位置固定一段预设的时间，然后降下。这有助于障碍物的清理。该提升和降下动作可以由存储在储能器中的能量来供能，并且可以重复进行，直到蓄积的电压耗尽。

此外，或替代将水车14提升出水面这一步骤，船头B可以选择性地围绕铰链连接H(见图11)旋转，从而使得横梁20和水平舵26被提升出水面。这也可以有助于任何障碍物的清理。

b)如果两个船体传感器的周围都有不均匀的水流，那么尾舵18可以由液压来驱动，以将船只引导到一个新位置，在该位置，两侧的水流是平衡的。如果只有一点或没有侧风(不在水流方向上，而是与其呈一定角度的风)，这通常使得流过水车14的水流最大化。

如果有侧风，则有两个力作用在船只10上——水流和风。在这种情况下，船头B上的水流传感器可能都记录到在船只10两侧流过的平稳的(平衡的)水流，甚至船只10是位于一处弱水流的位置，而非最大水流的位置。在这种情况下，计算装置和轮盘速度传感器可以用于超驰控制来自水流传感器的信号。计算装置可以有已编程的轮盘速度预期阈值。如果感应到的轮盘速度降到该预期阈值以下，这可能意味着真正的水流非常低，并且船只在一个好位置，或者可能意味着船只10没有处在最大水流的位置。

如果感应到的轮盘速度降到阈值以下，计算装置启动尾舵18，以改变船只10的位置。随后可以在对应于不同尾舵位置的船只位置检查轮盘速度。如果轮盘速度不能达到更高，这表明水流仅仅在那时较低。如果轮盘速度在不同位置可以达到更高，计算装置和尾舵18将一起作用，以使船只10保持在那个位置。所以，大致上，水车14的液压输出可以暂时地从***S转至用于改变尾舵18的位置，以试图从水流中获得能多能量。

因此，无论船只10与水流的角度如何，也无论针对任何约束限制的风力影响如何，使用尾舵18和计算装置，船只10可以改变其位置，以获得最大轮盘转速。

c)如果检测到了障碍物，可以使用步骤(a)和(b)的组合：(a)轮盘提升和/或船头提升，(b)通过舵的活动调节船体方向。

比起其它情况，横梁20有助于将更多的来水引向水车14，从而增加水车14的能量输出。横梁20还使得水到达水车14时的高度增加。

横梁20和水平舵26的组合效应会使得水在到达水车14的时候高度增加。这往往产生“胸射式”水车，而不同于纯“下射式”水车。这使得获取的水能更高，并增加了通过水车14的水量。

活动翼30可以被调节，以根据需要提供向上和向下的推力，例如，抵消船只10的任何倾斜。因此，对于设定的稳定性，船只10的长度可以缩短。

船头内向侧壁的凸面和凹面弯曲减少了船头B顶端处不必要的湍流，加快了来水的速度，并将来水堆积成迸溅在水车14上的波浪。这增加了水冲击在水车14上的高度，水车14因而获取了一定的能量。

图14所示为船只100的一种可选择的实施例的局部图，除了具有形状不同于图1和2中船体12的船体112a和112b外，它与船只10相同。船体112a和112b各有一个立方体的下部114，和楔形的上部116，楔形的厚度随着水面以外高度的增加而增加。船体112a和112b的内壁是竖直的，该楔形通过船体112a和112b增加外壁宽度来提供。船只100的浮力被设置为水线位于楔形的下端和上端之间。水车120的桨118也显示在图中。

如图15所示，如果船只100开始向一个方向摇晃，沿摇晃方向上船体的大部分(本例中为船体112a)将浸没于水中，产生较大的浮力，制衡力、上推力。同时，在船只100的对侧，船体112b已经相对水面升高，在水中留下更小的船体部分，以减少对该对侧的上推力。

因此，在本实施例中，船体112a和112b的形状为船只110提供了稳定的手段。根据同样的道理，船体112a和112b的形状调整了船只100(如图15所示)的摇晃，也调整了船只100的倾斜(船头-船尾运动)。任何方向的倾斜都会将更多的楔形部分沿该方向没入水中，产生制衡浮力，重新将船只110推正。因此，船只100能够在大多数情况下保持其自身竖直，而不需要人工干预。

而且，在图14和15中，船体114的下部向下延伸超过桨118。因此，如果船只110被用于处在干旱情况下的河流，且河流的水平面在下降，则船体114的下部可能最终落在河床上，但不会损坏桨118/水车120

图16和17所示为桨130的可供选择的实施例。桨130包含叶片132、多个以脊134的形式提供的导引构件以及盖板/安装板136。盖板136安装在水车轮辐138上。

叶片132由弹性片加工成型，通常是厚度接近1毫米的非常薄而轻的铝片。在组装成桨130之前，叶片132为平板状。

脊134为长、薄、针状构件，从平行于水车转动轴的方向观察是弯曲的。脊134是由重力铸造铝加工成型，其截面为三角形(未示出)。

如图17中所示，盖板136包括上板件138和下板件140，由螺栓142固定在一起。脊134延伸穿过下板件140上的孔。脊134具有扩大的头部135，其大于所述下板件140中的孔，所以所述头部135限位于盖板136中。

脊134位于分别毗邻叶片132前表面和后表面的两排。4个脊134位于前排，3个脊134位于后排。脊134沿桨130的宽度交错排布，以使得后排脊134位于两个前排脊134之间。

为了组装桨130，脊134呈两排连接到盖板136并对齐，这样在平行于水车的旋转轴进行观察时其是弯曲的。这是通过将脊134沿正确的方向穿过下板件140中的孔，并使用螺栓142将下板件140和上板件134栓接在一起来实现的。叶片132***两排脊134之间，并相对于脊134固定。这可以通过将桨134固定到盖板136上和/或将桨134直接固定到脊134上来实现的，例如通过设于沿每片脊134的一个或多个位置上的螺栓144。

因为桨132是弹性的，脊134使得叶片132成为符合如图16和17所示的相应弯曲形状。

该实施例具有两个优点。首先，桨130可以很轻。由于脊134为桨130提供了强度，使叶片132本身可以非常薄。当水车发生任何转动时，除了从水中提取能量，水车还会将一些能量传回给再次入水的桨上的水。角动量＝质量×半径×角速度，所以桨的质量越大，水车传送给再次入水的桨上的水的角动量越大。因此，质量较轻的桨提高了水车的效率。

其次，仅仅脊134原本是弯曲的，而叶片132为平板状。平板叶片132和一套弯曲的导引构件(如脊)可以放平后进行包装，比一套弯曲的桨更有效率。因此，在运输中，这样的安排可以节省空间和重量。

图18和19所示为船只150的进一步实施例，其与船只10相同，区别仅在于以下的改变。该船只150具有两个船体152，这些船体152在其船头具有延伸部154。该延伸部154在长度和宽度上皆延伸出船头，且有效地扩大了船只向水车进水的“口”(位于两个船体152船头之间的区域)。该延伸部154平稳地向船体152的其余部分进水。扩大的进水口增快了冲击水车的水流速率。因为能量与水流速率的立方成比例(能量αv³)，增大进水口的宽度使水车的能效产生显著的差异。

同样如水车156中所示，其具有毂157，以及横梁158，该横梁具有前端158f和后端158r。该横梁158连接到延伸部154的底部。横梁158的前端158f向前一直延伸到延伸部154的顶端，并延展到延伸部154的整个宽度(见图18)。横梁158的后端158r仅在水车156的桨的进入点前才终止。

延伸部154包括气浮容器，其抵消了横梁158的下推力。

船只150还包括连接到船体的船头的偏转栅格160。

偏转栅格160的形状类似于箭头，具有构成船只150最前端的顶端168，以及两个向后延伸的臂体170，其终止于端部172。端部172连接到延伸部154的前顶端，并具有相同的间隔。偏转栅格160的顶端168连接到船只150的主缆绳174。

每个臂体170包括上横杆164、下横杆166和横跨在两者之间的一排偏转带162。该偏转带162使任何漂浮的碎片偏离两个船体152之间的区域，从而保护水车156。偏转带162在船只150尾部的方向上对角向下倾斜。该偏转带162在船头船尾方向(即水流的方向)所占的宽度较窄，以尽量减少对水流的干扰。

上横杆164、下横杆166和偏转带162构成了一个密封、充气的结构。这提供了额外的浮力以抵消横梁158的下推力。

偏转格栅160设计成漂浮偏转，使水下的漂浮物远离船体152之间的区域。为此，偏转格栅的端部172之间的宽度(以及延伸部端部之间的距离)，远宽于船体152之间在水车156处的距离。因此，任何碎片被从船只150的口清除。

因此，在图18和图19所示的实施例中，所述偏转格栅160安装在船体152的船头上。

相比之下，图20所示为船只180的另一个实施例，其具有船体182和偏转栅格184，偏转栅格184通过主缆绳186拴在河中。然而，偏转栅格184不是直接安装在船体182的船头，而是通过两根约2米的第二缆绳188拴在船体182上。如果偏转栅格184被漂浮物堵塞，将会降低越过水车的水流流速。然而，第二缆绳188在偏转栅格184和水车之间提供了足够的空间，以在水撞击水车之前对其进行加速。因此，这种设置因为阻塞偏转栅格184而减少了任何在水中的能量损失。此外，任何具有足够的动力冲击偏转栅格184的较大的碎片(例如木料)将使得偏转栅格184旋转，同时改变第二缆绳188的张力并使船只180旋转。这样，因为漂浮物继续向下游浮动所以船只180的口偏转远离漂浮物。

图21所示为本实用新型的任何和全部船只的可供选择的用法。已经参照图10对本实用新型的船只和水车可被用于液压***进行了说明。图21绘出了水车产生的能量如何用于驱动泵，该泵从船只停泊的水体中泵水给岸上。图21示出了漂浮在毗邻陆地L的河流R上的船只100。水车120驱动水泵P(位于船只100上)。第一水管200从水泵P引到河流R中。第二水管202从水泵P引到位于陆地L上的水处理***204。水处理***204包含电磁阀206、208，控制单元210和过滤***212。河水被泵到按照上述顺序设置的组件中。该过滤***212产生含有过滤的饮用水212的第一输出214。可选择地，过滤***212(或水处理***的另一部分)也可以产生含有灌溉用水的第二输出216。

可选择地，水车120可以同时驱动该水泵***和液压***(如请见图10)，这样水车还可以提供能量来运行水处理***212，以及通过其泵送河水。可选择地，部分或全部液压能量可以被转换为电能(如通过发电机)以运转水处理***212的计算机。

可以在不脱离本实用新型范围的情况下进行修改和改进。例如，在可选择的实施例中，横梁20可以为非平面。例如，横梁20可以为楔形，仅上表面向上弯曲。

图5至9中所示水车的特定实施例是用于描述一个实施例的目的，而水车的精确构造并不是必须的，其它构造也是可以使用的。例如，桨可以为任何形状，桨可以为弯曲/直的，可以有更多或更少桨，可以省去通孔和/或鼻部和/或翼，桨可以在一个或更多平面上弯曲，或者可以为平板状，且可以省去所有侧板，或者可以与叶片整体成型(例如，以光滑曲形)。

除了在中心毂位置放置单一液压泵，每个船体12都可以配备各自的液压泵。对每个泵的带回传动可以沿船体12的外部来提供，使得静态液压管路和支承轴能够连接两个船体12。

以上所提供的船体、横梁、延伸部、偏转栅格和桨的材料，仅仅是用于举例的，且这些材料不用于限定本实用新型。此外，上述给出的示范性的尺寸都不用于限定本实用新型。

虽然上述实施例作为单独的实施例进行描述，但是一个实施例中的任何特征可以与其它实施例中的任何特征一起结合到单个船只中。例如，图18和20中的所述偏转栅格可以与任何其他船只实施例一起使用。同样，图14和15中的成型的船体可以作为一部分装配在任何实施例中，等等。

Claims

1.一种适合漂浮在水体表面的船只，其特征在于，所述船只具有：

两个船体，每个船体都有船头和船尾；

安装在所述两个船体之间的水车；以及

将所述船体的船头连接在一起、其形状适用于引导水朝着水车向上流过船头之间的横梁，相对于船体而言，所述横梁的上游端低于横梁的下游端。

2.根据权利要求1所述的船只，其特征在于，所述横梁的上表面沿水流方向向上弯曲。

3.根据权利要求1或2所述的船只，其特征在于，所述横梁的下游端位于水车上。

4.根据权利要求3所述的船只，其特征在于，所述水车具有桨，每个桨都包括各自的叶片。

5.根据权利要求4所述的船只，其特征在于，至少有一片桨在平行于旋转轴观察时是弯曲的。

6.根据权利要求5所述的船只，其特征在于：

所述桨可围绕水车的旋转轴旋转；

每个叶片都是由弹性薄片加工成型的；

所述导引构件位于分别毗邻叶片前表面和后表面的两排，所述导引构件使得叶片采用符合弯曲导引构件的弯曲形状。

7.根据权利要求5所述的船只，其特征在于，所述弯曲形状的曲率是抛物线。

8.根据权利要求1所述的船只，其特征在于，在所述船体的船头，船头顶端处船体内向侧壁的间隔大于水车处船体内向侧壁的间隔，且在所述船头处的内向侧壁是弯曲的，因此船体的间隔是随着与水车的距离呈非线性变化的。

9.根据权利要求8所述的船只，其特征在于，在靠近船头顶端处，船头的内向侧壁的弯曲呈凸面，而在靠近凸面区域的下游、在凸面区域和水车之间呈凹面。

10.根据权利要求1所述的船只，其特征在于，所述船只包含用以调整船只的倾斜和摇晃中的至少一项的稳定件。

11.根据权利要求10所述的船只，其特征在于，所述稳定件包含用以调整船只的倾斜的水平控制装置。

12.根据权利要求11所述的船只，其特征在于，所述水平控制装置包含：

水平传感器；

从水平传感器接收信息的计算装置；以及

13.根据权利要求10至12中任意一项所述的船只，其特征在于，所述稳定件包括船体的形状，所述船体的形状的宽度随着水面之外向上高度的增加而增加。

14.一种船只，所述船只具有：

两个船体，每个船体都有船头和船尾；

安装在两个船体之间的水车；

其特征在于，在船体的船头，船头顶端处船体内向侧壁的间隔大于水车处船体内向侧壁的间隔，且船头处的内向侧壁是弯曲的，因此船体的间隔是随着与水车的距离呈非线性变化的。

15.根据权利要求14所述的船只，其特征在于，在靠近船头顶端处，船头内向侧壁的弯曲呈凸面，而在靠近凸面区域的下游、在凸面区域和水车之间呈凹面。

16.一种船只，其特征在于，所述船只具有：

两个船体，每个船体都有船头和船尾；

安装在两个船体之间的水车；以及

调整船只的倾斜和摇晃中至少一项的稳定件。

17.根据权利要求16所述的船只，其特征在于，所述稳定件包括用以调整船只的倾斜的水平控制装置。

18.根据权利要求17所述的船只，其特征在于，所述水平控制装置包含：

水平传感器；

从水平传感器接收信息的计算装置；和

19.根据权利要求18所述的船只，其特征在于，所述船只包含两个可调节水平舵，每个船体上各有一个所述可调节水平舵。

20.根据权利要求16至19中任意一项所述的船只，其特征在于，所述稳定件包括船体的形状，所述船体的形状的宽度随着水面之外向上高度的增加而增加。

21.根据权利要求20所述的船只，其特征在于，每个船体有一部分是楔形的，所述楔形的厚度随着水面外高度的增加而增加。

22.根据权利要求16至19中任意一项所述的船只，其特征在于，每个船体都在其外侧边缘设有水平舵。

23.根据权利要求22所述的船只，其特征在于，所述水平舵具有关于船体成一定角度的下表面，所述下表面沿水流方向向下倾斜。

24.根据权利要求22所述的船只，其特征在于，每个水平舵都有固定的主体和活动翼，并且所述活动翼的角度可以相对于主体进行调节。

25.根据权利要求16至19中任意一项所述的船只，其特征在于，所述船只包含设置成将由水车驱动的液压泵，所述液压泵通过液压流路与液压***相连接。

26.根据权利要求25所述的船只，其特征在于，所述水车与液压储能器和保险调节器相连接。

27.根据权利要求16至19中任意一项所述的船只，其特征在于，所述船只包含设置成将由水车驱动的水泵，所述水泵连接在水管***上。

28.根据权利要求27所述的船只，其特征在于，所述水管***连接在过滤***上。

29.根据权利要求16至19中任意一项所述的船只，其特征在于，所述船只包含每个船体上的其输出由所述计算装置进行监控的水流传感器和轮盘旋转传感器。

30.根据权利要求16至19中任意一项所述的船只，其特征在于，所述船只包括尾舵，所述尾舵配备在一个船体的船尾。

31.根据权利要求16至19中任意一项所述的船只，其特征在于，所述船只包括液压驱动的、并且可以通过所述计算装置控制以响应来自水流和轮盘旋转传感器的信号的尾舵。

32.根据权利要求16至19中任意一项所述的船只，其特征在于，所述船只包含用来升高和降低水车、从而可以改变水车浸没于水中的程度的提升装置。

33.根据权利要求16至19中任意一项所述的船只，其特征在于，所述船只包含通过计算装置控制以响应来自水流和轮盘旋转传感器的信号的提升装置。

34.根据权利要求16至19中任意一项所述的船只，其特征在于，所述水车具有桨，每个桨都包括各自的叶片。

35.根据权利要求34所述的船只，其特征在于，至少有一片桨在平行于旋转轴观察时是弯曲的。

36.根据权利要求35所述的船只，其特征在于：

所述桨是可围绕水车的旋转轴旋转的；

每个叶片都是由弹性薄片加工成型；

37.根据权利要求35所述的船只，其特征在于，所述弯曲形状的曲率是抛物线。

38.根据权利要求16至19中任意一项所述的船只，其特征在于，所述船体具有使得沿每个船体的外向侧壁的流路多于沿内向侧壁的流路的形状。

39.根据权利要求16至19中任意一项所述的船只，其特征在于，所述船头以铰链连接与船体的其余部分相连接，船头可以围绕铰链连接相对于船体的其余部分向上旋转。

40.根据权利要求16至19中任意一项所述的船只，其特征在于，船体是可充气的。

41.根据权利要求16至19中任意一项所述的船只，其特征在于，所述船只包含连接在船体的船头的偏转栅格，所述偏转栅格包含用于使漂浮的碎片偏离两个船体之间的区域，从而保护水车的一组偏转带。

42.根据权利要求41所述的船只，其特征在于，所述偏转栅格被安装在船体的船头上。

43.根据权利要求41所述的船只，其特征在于，所述偏转栅格被拴在船体上。