一种流体动能发电装置

技术领域

本发明涉及一种流体动能转换装置，属于发电装置技术领域。

背景技术

近来，不可再生资源日益紧缺，环境保护更趋重要，清洁能源的利用，将成为人类的首选。广袤的大海蕴藏着无穷的能量，其中海浪具有巨大的能量。海浪的运动是无规则的，特别在远海，海浪的运动方向是没有规律的，紊乱的。同样，风的运动也是无规则的。如何把这些无规则运动的流体动能进行收集，驾驭，使它归顺，为我所用呢，现在还没有一种理想的技术。

发明内容

本发明所要解决的是如何把无规则运动的流体动能进行收集、转换的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种流体动能发电装置，包括流体导流壳、叶轮、下端轴承座、上端轴承座、上支承体、下支承体、基础、发电机、锚，所述叶轮外径Φ小于流体导流壳中心正圆柱体空腔的直径Φ1，并安装于流体导流壳中心直径为Φ1的正圆柱体空腔内；所述流体导流壳所设的下壳板与下支承体联结，叶轮主轴的下端轴承座与下支承体联结；所述叶轮主轴下端轴承就位于下端轴承座内；所述叶轮主轴上端轴承就位于上端轴承座，流体导流壳所设的上壳板与上支承体联结，上端轴承座与上支承体联结；上端轴承座、下端轴承座分别与上支承体、下支承体联结固定；所述叶轮主轴中心线与流体导流壳中心线、上端轴承座中心线、下端轴承座中心线重合，确保同轴度；所述上支承体固定在流体导流壳所设的上壳板上，发电机固定在上支承体上，上支承体、流体导流壳所设的上壳板、下壳板，与下支承体联为一个整体；所述上支承体与下支承体之间，设置支架使上支承体与下支承体联结为一体；所述上支承体主体采取网架结构等不阻挡流体运行形式，上面安装发电机；下支承体主体采取网架结构不阻挡流体运行形式，固定在基础上；流体导流壳的四周沿不同方向通过锚固于海底。

所述基础采用浮箱形式，或直接采用岛、礁。

所述采用浮箱形式，是通过调节浮箱中水的储量，来调节流体导流壳在海洋中的深度位置，或是将浮箱通过锚固于海底。

所述流体导流壳，有三种基本型式：A型、B型、C型。其中0

所述A型，包含隔板，上壳板，下壳板；所述隔板是长为x、宽为y的矩形板；所述上壳板是内径为Φ1、外径为Φ2的圆环板；所述下壳板是内径为Φ1、外径为Φ2的圆环板；

所述隔板的设置：将下壳板水平放置，把下壳板直径为Φ1的内圆圆周长等分为一定等份，得出每个相等的圆心角为a1，逐个把a1圆心角的边与直径为Φ1的内圆圆周的交点，作为分别设置隔板的起点，向外发射状设置隔板；所述隔板垂直于水平面设置，并与经过圆心角a1的一条边，且垂直于水平面的面的夹角为a2；根据a1及a2，分别从起点向外圆周发射状，逐一设置完成每个隔板；

所述上壳板的设置：隔板设置完成后，再在下壳板的对立面，即隔板的另一边，对称设置上壳板，使上壳板的内圆Φ1、隔板的设置起点与下壳板的内圆Φ1，组合成一个直径为Φ1的垂直于水平面的正圆柱体空腔。

所述B型，包含隔板，上壳板，下壳板；所述隔板是上底为y,下底为y1，高为x1的像梯形形状的平板；该像梯形形状的平板的两腰，分别是一条隔板与上壳板、下壳板相交的一段相交线；上壳板和下壳板均是小端直径为Φ1，大端直径为Φ2，斜角为θ的正圆锥台斜面圆筒板；

所述隔板的设置：将下壳板正圆锥台小端台面朝上、水平放置，把下壳板正圆锥台小端直径为Φ1的圆的圆周长等分为一定等份，得出每个相等的圆心角为a1；逐个把a1圆心角的边与直径为Φ1的圆的圆周的交点，作为分别设置隔板的起点；所述隔板垂直于水平面设置，并与经过圆心角a1的一条边，且垂直水平面的面的夹角为a2；根据a1及a2，分别从隔板的设置起点向外圆周发射状，逐一设置完成每个隔板；

所述上壳板的设置：隔板设置完成后，再在下壳板的对立面，即隔板的另一边，对称设置上壳板，使上壳板直径为Φ1的小端圆周、隔板的起点与下壳板直径为Φ1的小端圆周，组合成一个直径为Φ1的，垂直于水平面的圆柱体空腔。

所述C型是A型和B型的组合；它包含隔板，上壳板，下壳板；所述隔板是A型和B型的隔板的组合体，即：将B型隔板的上底尺寸y，沿着B型隔板的上底方向，延长一个矩形：宽为y，长为x；所述上壳板、下壳板均是小端直径为Φ3，大端直径为Φ2，倾斜角为θ的正圆锥台的斜面圆筒板与外圆直径为Φ3，内圆直径为Φ1的圆环板的组合体；

隔板的设置：将下壳板正圆锥台小端朝上，台面环形板水平放置；把下壳板正圆锥台小端台面环形板的直径为Φ1的内圆圆周长等分为一定等份，得出每个相等的圆心角为a1，逐个把a1圆心角的边与直径为Φ1的内圆圆周的交点，作为分别设置隔板的起点；所述隔板1-1垂直于水平面设置，并与经过圆心角a1的一条边，且垂直于水平面的面的夹角为a2；根据a1及a2，分别从设置隔板的起点向外圆周发射状，逐一设置完成每个隔板；

上壳板的设置：所述隔板设置完成后，再在下壳板的对立面，即隔板的另一边，对称设置上壳板，使上壳板正圆锥台小端台面上直径为Φ1的圆周、隔板的设置起点与下壳板正圆锥台小端台面上直径为Φ1的圆周，组合成一个直径为Φ1的垂直于水平面的正圆柱体空腔。

根据流体导流壳导流通道截面形状的变化，即演变出各种型式的流体导流壳。

采用上述技术方案的有益效果是：

一种流体动能发电装置，由于其中的流体导流壳1的导流通道入口为喇叭口，入口大，所以能充分收集流体动能，集中冲击叶轮2叶片，使流体动能充分被叶轮2吸收，从而使叶轮2获得更多的动能；由于流体导流壳1流体入口和出口，分别沿着流体导流壳1壳体内、外圆周360度设置，所以无论来至何方的流体动能，均被导入流体导流壳1而传递给叶轮2；特别重要的是，同一时间、相对而行的流体，经过流体导流壳1后，它们的动能都分别传递给了叶轮2，而不会相互抵消；沿360度设置的导流通道口，在转换海浪能时，能最大程度地让叶轮2连续地获得能量。所以，流体导流壳1使叶轮2获得更多的动能，大大提高了能量转换效率。

一种流体动能发电装置，除了较适用于风向不定或同时有多向风经过的环境外，更适用于远海波浪能等海洋能发电领域，可创造出特别优异的能量转换效果。

附图说明

图1为一种流体动能发电装置结构示意图。

图中：1-流体导流壳、2-叶轮、3-下端轴承座、4-上端轴承座、5-上支承体、6-下支承体、7-基础、8-发电机、9-锚。

图2为流体导流壳A型Ι-Ⅰ剖面示意图。

图中：1-1-隔板、1-2-上壳板、1-3-下壳板。

图3为流体导流壳A型Ⅱ-Ⅱ剖面示意图。

图中：1-1-隔板、1-3-下壳板。

图4为图2中隔板形状示意图。

图中：1-1-隔板。

图5为流体导流壳B型Ι-Ⅰ剖面示意图。

图中：1-1-隔板、1-2-上壳板、1-3-下壳板。

图6为流体导流壳B型Ⅱ-Ⅱ剖面示意图。

图中：1-1-隔板、1-3-下壳板。

图7为图5中隔板形状示意图。

图中：1-1-隔板。

图8为流体导流壳C型Ι-Ⅰ剖面示意图。

图中：1-1-隔板、1-2-上壳板、1-3-下壳板。

图9为流体导流壳C型Ⅱ-Ⅱ剖面示意图。

图中：1-1-隔板、1-3-下壳板。

图10为图8中隔板形状示意图。

图中：1-1-隔板。

图11为多种型式的流体导流壳1中的隔板形状示意图。

图中：1-1-隔板。

图12为实施例一结构示意图。

图中1-流体导流壳、2-叶轮、3-下端轴承座、4-上端轴承座、5-上支承体、6-下支承体、10-实验灯具、11-实验发电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

一种流体动能发电装置，包含下列主要部分：流体导流壳1、叶轮2、下端轴承座3、上端轴承座4、上支承体5、下支承体6、基础7（浮箱、岛、礁等）、发电机8、锚9。如图1。

本发明通过对上述流体导流壳1等9个部件的组织、装配、安装，而构成一种流体动能发电装置、形成独特的使用功能：

一种流体动能发电装置，所述流体导流壳1，是本发明最关键的技术（随后专门叙述说明），设置在一种流体动能发电装置的中段位置。所述叶轮2，优选专利叶轮（专利号为ZL2019216646820），A型，叶轮2外径Φ小于流体导流壳1中心正圆柱体空腔的直径Φ1，并安装于流体导流壳1中心直径为Φ1的正圆柱体空腔内。流体导流壳1的下壳板1-3与下支承体6联结，叶轮2主轴的下端轴承座3与下支承体6联结。叶轮2主轴下端轴承就位于下端轴承座3内。叶轮2主轴上端轴承就位于上端轴承座4，流体导流壳1的上壳板1-2与上支承体5联结，上端轴承座4与上支承体5联结。（也可将上端轴承座4直接固定在上壳板1-2上，将下端轴承座3直接固定在下壳板1-3上。）上端轴承座4、下端轴承座3分别与上支承体5、下支承体6（或上壳板1-2、下壳板1-3）联结固定，保证了叶轮2相对于流体导流壳1作相对旋转运动。叶轮2主轴中心线与流体导流壳1中心线、上端轴承座4中心线、下端轴承座3中心线重合，确保同轴度。上支承体5固定在上壳板1-2上，发电机8固定在上支承体5上。上支承体5、上壳板1-2、下壳板1-3，与下支承体6联为一个整体；上支承体5与下支承体6之间，可设置支架使上支承体5与下支承体6联结为一体。上支承体5主体采取网架结构等不阻挡流体运行形式，上面安装发电机8等；下支承体6主体采取网架结构等不阻挡流体运行形式，固定在基础7（浮箱、暗礁、岛屿等）上。在流体导流壳1（或上支承体5、下支承体6）的四周沿不同方向通过锚9，锚固于海底。基础7 采用浮箱形式，浮箱通过锚9，锚固于海底。浮箱严密不透水。浮箱里面分仓格，浮箱里面各仓格用于储水，通过设置水泵、阀门等设备来调节储水量，来调节流体导流壳1与海平面的相对高度。根据最强波浪能在海洋中的深度位置来设置流体导流壳1的位置，即将流体导流壳1的导流通道入口，设置在海洋波浪能最强的海洋深度位置。基础7，利用暗礁、岛屿等来建基础，也是极好的选择。

流体导流壳1收集流体动能后，引导给叶轮2，叶轮2吸收流体动能后，通过叶轮2主轴、传动装置等，传递给发电机8，或叶轮2主轴直接传递给发电机8发电。

一种流体动能发电装置，在用于海洋能转换时，可将设置在海洋里的叶轮2的主轴上端，延长至海面上一定位置，再串联（直接或间接）某一尺寸的流体导流壳1和叶轮2，进行风能转换。这样，下部的海洋能和海面以上的风能，分别通过各自的流体导流壳1，将能量分别传递给各自的叶轮2，叶轮2主轴再传递给发电机8，实现风能、海洋能共同发电。

一种流体动能发电装置，所述流体导流壳1，是一种流体动能发电装置的关键部件，是本发明最关键的技术，现在结合附图，对流体导流壳1的各种设计型式及构成进行详细说明：

所述流体导流壳1，有三种基本型式：A型、B型、C型；优选0

所述A型，如图2、图3、图4所示。包含隔板1-1，上壳板1-2，下壳板1-3。隔板1-1是长为x、宽为y的矩形板；上壳板1-2是内径为Φ1、外径为Φ2的圆环板；下壳板1-3是内径为Φ1、外径为Φ2的圆环板；

隔板1-1的设置：将下壳板1-3水平放置，把下壳板1-3直径为Φ1的内圆圆周长等分为一定等份，得出每个相等的圆心角为a1，逐个把a1圆心角的边与直径为Φ1的内圆圆周的交点，作为分别设置隔板1-1的起点，向外发射状设置隔板1-1。隔板1-1垂直于水平面设置，并与经过圆心角a1的一条边，且垂直于水平面的面的夹角为a2。根据a1及a2，分别从起点向外圆周发射状，逐一设置完成每个隔板1-1。

上壳板1-2的设置：隔板1-1设置完成后，再在下壳板1-3的对立面，即隔板1-1的另一边，对称设置上壳板1-2，使上壳板1-2的内圆Φ1、隔板1-1的设置起点与下壳板1-3的内圆Φ1，组合成一个直径为Φ1的垂直于水平面的正圆柱体空腔。

所述B型，如图5、图6、图7所示：包含隔板1-1，上壳板1-2，下壳板1-3。隔板1-1是上底为y,下底为y1，高为x1的像梯形形状的平板。该像梯形形状的平板的两腰，分别是一条隔板1-1与上壳板1-2、下壳板1-3相交的一段相交线；上壳板1-2和下壳板1-3均是小端直径为Φ1，大端直径为Φ2，斜角为θ的正圆锥台斜面圆筒板。

隔板1-1的设置：将下壳板1-3正圆锥台小端台面朝上、水平放置，把下壳板1-3正圆锥台小端直径为Φ1的圆的圆周长等分为一定等份，得出每个相等的圆心角为a1。逐个把a1圆心角的边与直径为Φ1的圆的圆周的交点，作为分别设置隔板1-1的起点。隔板1-1垂直于水平面设置，并与经过圆心角a1的一条边，且垂直水平面的面的夹角为a2。根据a1及a2，分别从隔板1-1的设置起点向外圆周发射状，逐一设置完成每个隔板1-1。

上壳板1-2的设置：隔板1-1设置完成后，再在下壳板1-3的对立面，即隔板1-1的另一边，对称设置上壳板1-2，使上壳板1-2直径为Φ1的小端圆周、隔板1-1的起点与下壳板1-3直径为Φ1的小端圆周，组合成一个直径为Φ1的，垂直于水平面的圆柱体空腔。

所述C型，如图8、图9、图10所示：C型是A型和B型的组合。包含隔板1-1，上壳板1-2，下壳板1-3。隔板1-1是A型和B型的隔板1-1的组合体，即：将B型隔板1-1的上底尺寸y，沿着B型隔板1-1的上底方向，延长一个矩形：宽为y，长为x。如图十所示。上壳板1-2、下壳板1-3均是小端直径为Φ3，大端直径为Φ2，倾斜角为θ的正圆锥台的斜面圆筒板与外圆直径为Φ3，内圆直径为Φ1的圆环板的组合体。

隔板1-1的设置：将下壳板1-3正圆锥台小端朝上，台面环形板水平放置。把下壳板1-3正圆锥台小端台面环形板的直径为Φ1的内圆圆周长等分为一定等份，得出每个相等的圆心角为a1，逐个把a1圆心角的边与直径为Φ1的内圆圆周的交点，作为分别设置隔板1-1的起点。隔板1-1垂直于水平面设置，并与经过圆心角a1的一条边，且垂直于水平面的面的夹角为a2。根据a1及a2，分别从设置隔板1-1的起点向外圆周发射状，逐一设置完成每个隔板1-1。

上壳板1-2的设置：隔板1-1设置完成后，再在下壳板1-3的对立面，即隔板1-1的另一边，对称设置上壳板1-2，使上壳板1-2正圆锥台小端台面上直径为Φ1的圆周、隔板1-1的设置起点与下壳板1-3正圆锥台小端台面上直径为Φ1的圆周，组合成一个直径为Φ1的垂直于水平面的正圆柱体空腔。

所述流体导流壳1，除了具有上述示例性列举的三种基本型式A型、B型、C型外，还具有其他多种型式：①随着隔板1-1（如图11所示）各部位尺寸及外形的变化，上壳板1-2、下壳板1-3即随着发生相应的变化；②所述流体导流壳1的上壳板1-2或下壳板1-3，可以不是正圆锥台外斜面圆筒板（弧面板），可以是由平面板材，根据流体导流壳1的导流通道数量、截面形状，加工成相应数量、尺寸、形状的异形平面板，再将它们组合成的一个环状曲折板。隔板1-1的尺寸、形状，跟随上壳板1-2、下壳板1-3尺寸、形状的变化而作相应的变化；③流体导流壳1的导流通道断面形状，可以是正方形、矩形、圆形、椭圆形等形状。也就是说，随着流体导流壳1的导流通道截面形状的改变，即演变产生出各种型式的流体导流壳1。

实施例一：

一种流体动能发电装置中，选流体导流壳1，A型；选叶轮2，A型，叶轮2外径Φ为500毫米、高度H为410毫米，卧式安装。用厚度为3毫米的钢板制作流体导流壳1。上壳板1-2、下壳板1-3均为圆环板，其内径Φ1均为540毫米，外径Φ2均为1500毫米。隔板1-1为矩形，长X为700毫米，宽y为404毫米。选a1等于45度。将下壳板1-3置于水平面，把其内圆Φ1圆周均分为8等分，得8个圆心角a1均等于45度。分别以每个圆心角a1的一条边与Φ1圆周的交点共8个，作为设置隔板1-1的起点。优选a2等于90度，即隔板1-1与Φ1圆周相切。将隔板1-1的一个长边水平置于下壳板1-3上，隔板1-1垂直于1-3下壳板，并与垂直于水平面经过圆心角a1一条边的面的夹角a2为90度。根据8个a1圆心角（45度）、夹角a2（90度）和隔板1-1的8个设置起点，将8块隔板1-1逐个放射状设置于下壳板1-3上。再在隔板1-1的另一长边上，与下壳板1-3对称设置上壳板1-2，使上壳板1-2的内圆Φ1的圆周，与隔板1-1的设置起点和下壳板1-3的内圆Φ1的圆周，共同组成一个垂直于水平面的直径为Φ1的正圆柱体空腔。

下支承体6，采用50毫米方钢管制作成一个正圆锥台框架，其上端直径为1500毫米，下端直径为1800毫米，高为700毫米。上支承体5，采用30毫米方钢管制作成一个上端直径为500毫米，下端直径为700毫米，高为200毫米的正圆锥台框架。按照确保上轴承座4轴心线、流体导流壳1中心正圆柱体空腔轴心线与叶轮2主轴轴心线、下端轴承座3的轴心线全部重合，确保同轴度的原则，将流体导流壳1的下壳板1-3固定在下支承体6上，将叶轮2主轴的下端轴承座3固定于下支承体6。将叶轮2装入流体导流壳1中心空腔圆柱体内，使叶轮2主轴下端轴承就位于下支承体6上的下端轴承座3内。将叶轮2主轴上端轴承就位于上端轴承座4内。将上支承体5安装到流体导流壳1的上壳体1-2上，将叶轮2主轴上端轴承座4固定于上支承体5上。实验发电机11固定在上支承体5上。上支承体5、上壳板1-2、下壳板1-3，与下支承体6联为一个整体。将实验发电机11与叶轮2连接。实验发电机11引出线经过开关、导线，连接实验灯具10。如图12所示。

将本装置水平安装在一个深度超过1.2米的池塘里，将下支承体6直接稳固于池底，使流体导流壳1各导流通道入口刚好没于水面。用两台水泵，模拟海浪，从本装置180度两个方向，相对冲击本装置流体导流壳1入口，叶轮2旋转，打开开关，实验灯具10亮，实验发电机11输出电能。