流体帆绿色高效自动发电机组

技术领域：本发明流体帆绿色高效自动发电机组属于新能源领域绿色发电技术的新颖创意发明，结构不同于现有的任何风力、水力发电机，能够更充分利用自然环境风能水能做功发电，本发明通常规格的流体帆发电机发电效率高达每台每天发电2304千瓦时，且结构简易、低成本、低技术要求，无需任何人工操作即可全天自动持续运转发电。

背景技术：本发明流体绿色高效发电机组发电的技术原理类似通常风力发电机、水力发电机，都是利用风能或水能之类的流体动能带动电磁感应发电机做功，将自然动能绿色无污染地转化为电能。

发明内容：本发明机组最大的特点为，以轻便的帆状结构，高效利用高空气流、河水水流或海洋潮汐等自然流体的动能，拉动帆索钢缆结构长距离传动驱使发电机做功，无需任何操作即可长时间持续自动循环运作，还能够通过以不同的安装方式配合不同辅助组件，在河流、海滨或千米高空高效充分利用水流动能、潮汐能以及高空风力动能，能作为多种发电机配合各种存在流体动能的环境、近乎不受环境场所影响地广泛应用。

附图说明：

本发明流体帆绿色高效发电机组的主要基本结构为流体帆，也就是利用自然界高空风力气流、河流水力水流或海洋潮汐海浪等动能流体的帆状结构。

图1是本发明流体帆发电机组的流体帆构件单独结构简略图。图2是本发明的流体帆构件补强网附加结构图。

图3是本发明的流体帆构件辅助制动细部零件棒状磁铁结构图。

图4是本发明的流体帆构件附加的浮力辅助气球构件的结构图。

图5是本发明流体帆发电机组的支点构件结构图。

图6是本发明流体帆发电机组的发电机组部分齿轮轴承结构图。

图7是本发明发电机组部分延伸到连接流体帆构件部分的分叉钢缆结构图。

图8是本发明的发电机组齿轮结构图。

图9是本发明流体帆发电机组的完整结构图。

图10是本发明的一侧流体帆构件在河水流体推动之下做功的第一步骤示意图。

图11是本发明的一侧流体帆构件在河流水力推动下做功的第一、第二步骤中转示意图。

图12是本发明的一侧流体帆构件在收拢之后，由另一侧流体帆顺水推移、通过钢缆与齿轮轴承的传动，被逆水拽回到支点构件近端的做功交替步骤示意图。

图13是本发明做功切换到第二步骤交替运行的示意图。

图14是以本发明流体帆发电机组，借助氦气球辅助构件，应用于利用高空风力发电的整体结构图(侧视图)。

图15是以本发明流体帆发电机组，借助氦气球辅助构件，应用于利用高空风力发电的整体结构图(俯视图)。

图16是本发明流体帆发电机组设置在海滨利用海浪潮汐能发电的机组结构图以及其他附加零件的细部结构图。

图17是流体帆发电机组应用在河边利用水力发电的另一种方案示意图。

图18是本发明流体帆构件与支点构件的备用方案构想图。

具体实施方式：

如图1所示，流体帆构件的组成简单易制作且成本需求低，只需以13毫米直径钢丝缆绳连接所需面积的帆布结构两边上下角即可构成，帆布的材料可选取化纤、涤纶、帆布之类的低成本材料。

如图2所示，在帆布表面缝合一层麻绳网状结构，强化流体帆的承重强度。

如图3所示，棒状磁铁结构是为了协助流体帆在风力或水力流体推动下，完成一次做功后自动卷收的制动辅助组件，棒状结构上下两端为永磁体磁铁，中段连接结构为中空金属管，固定于流体帆两侧边缘。

如图4所示，充气皮球结构为内部充满氢气或氦气的大体积浮空气球，或内部充满空气的普通皮球，固定连接在流体帆上方两个角上，提供必要的浮力，配合两侧钢丝拉拽以及下方棒状磁铁结构配重，使帆面在高空气流或河水水流中保持竖向展开，充分利用流体阻力推动帆体。

如图5所示，支点构件是于帆索钢缆以及棒状磁铁相配合的辅助构件，结构为下端固定于稳定受力点上、上端有着金属横梁、横梁两端带有铁环结构的金属部件，根据流体帆发电机的应用环境，可固定于地面或漂浮在固定高度的氦气球底部，支点构件顶部铁环横梁的长度需要大于帆体两边棒状磁铁相互吸引距离的两倍，支点构件两侧铁环让连接帆面两侧的钢缆通过，构件上还要固定延伸出另一条钢缆，连接流体帆中部帆面。

如图6所示，齿轮轴承，以钢缆连接流体帆传动发电的发电机组构件，主体结构为一根穿过大尺寸金属齿轮的轴承两端连接缠绕钢丝缆绳构成的，由两条钢丝缆绳末端固定于轴承金属杆，然后两条钢缆分别朝相反方向正反缠绕于两段轴承杆上，形成拉动其中一条钢缆，会带动轴承杆与齿轮转动，同时将另一侧钢缆卷收回来的效果，轴承两端固定于地面稳定支架结构上。

如图7所示，分叉钢缆，末端固定、缠绕在齿轮轴承结构上的钢丝缆绳另一端分成两条直径减半的细钢缆，到头再分成两根，分别通过支点结构上的铁环，连接流体帆一侧帆面上下角，从粗钢缆第一分叉处到流体帆的距离大于帆面中部连接到支点构件的钢缆长度10米以上。

如图8所示，与轴承齿轮咬合的发电机组配置，安置两台小齿轮结构驱动的电磁感应发电机(结构类似手摇式发电机)，安置在轴承齿轮的两侧，一同与轴承大齿轮咬合，使大齿轮在转动的时候，会驱动其中一台发电机正向转动，另一台反向转动。

直接带动发电机的小齿轮内部为棘轮结构(类似自行车脚蹬轮)，使得发电机正转为发电做功，反转则为空转。而轴承大齿轮的直径尺寸为发动机小齿轮的10倍以上，靠着大小齿轮力臂杠杆原理，可以将钢缆带动大齿轮转动做功的拉力成倍转化为带动小齿轮运转的高速，更高效地利用水力带动发电机组运转发电。

如图所示，以流体帆发电机组设置在河流环境中利用水力发电的情况为例，发电机组、齿轮轴承、钢丝缆绳、支点构件、浮力球、棒状磁铁与流体帆组合连接，整体构成最基本的流体帆发电机组水力利用装置，发电机组固定于桥墩之上，支点构件底部固定于河流水底，两个流体帆放置于河流之中，顺应水流推力带动发电机组实现自动交替循环持续做功发电。

如图9所示，以本发明流体帆发电机可以设置在河边应用河流水力发电、设置在海边应用潮汐能发电以及设置在地面上应用高空风力发电，而设置在不同场所利用不同流体动能的辅助结构设置也略有不同，首先说明本发明设置在河边以河流水力发电的实施方案：

首先，将发电机组固定于桥墩上、岸边或水上平台支撑结构之上，然后先将其中一个流体帆投入流动的河水之中，流体帆会在上部两角充气皮球的上浮力、棒状磁铁配重结构的下坠力以及两侧死角钢缆的拉伸力的共同作用下，在水流中垂直展开，承受垂直平面流体推动阻力，被水流推动得在河水中以接近河水流速的速度顺流运动，同时以面积水流阻力带动钢缆拉动轴承齿轮以及发电机运转做功发电。

等流体帆被水流推动到钢缆允许距离远端的时候，帆体中部与河流上游固定于河底定点的支点构件上固定的连接钢缆先伸展到最大长度，抻得流体帆中部帆面逆向凸出，连接流体帆两侧的钢缆最大伸展长度比支点结构钢缆多十米以上，因此会放任水力推动帆面带动，继续向前运动一小段距离，加剧帆面在水流中翻卷折合成水流阻力极小的状态。

在流体帆于发电机远端的水流中顺应水力作用、被钢缆自动抻拉得逆向翻卷折合的时刻，帆面两侧的棒状磁铁相互靠近到磁力吸引距离，相互吸引地夹住逆向翻卷的帆面，使其固定为几乎不受水流阻力的卷收状态。

此时，将同样连在发电机组齿轮卷轴另一端、分叉钢缆通过另一侧支点结构铁环连接的流体帆投入河流水中，让其在水中自动垂直展开，顺着水流推力拉动齿轮轴承反向转动，带动发电机组中的另一侧发电机正转做功，同时传动拽回另一侧已折合收卷、基本不受水流阻力的远端流体帆。

而在靠棒状磁铁磁力保持卷收状态的流体帆被另一侧流体帆利用水力的传动带动拽回到支点结构近处的时候，穿过支点结构横梁两侧铁环的细钢缆会随着逆向拉拽，自然产生左右分拉的力，将夹住卷收帆面的两个棒状磁铁左右拉开，使得帆面在水流中左右舒展，再次承受水流阻力，并且进一步展开，被水流推动开去，再次顺流拉动钢缆做功。

同时，另一侧被水流推动到远端的流体帆同样因为固定在支点结构上、连接其帆面中部的短钢丝自然拽动而翻卷、因为两侧棒状磁铁的合并而被夹住，保持基本不受水流阻力的状态，被这一侧的流体帆顺流运动的传动拉力拉回那一侧的支点结构附近，同样被抻得分开棒状磁铁、在水流中自动舒展，由此实现两个流体帆分别展开承受水流推动力、然后卷收拉回的自动循环往复做功，持续带动齿轮轴承以及发电机组运转发电。

如此这般，假设河水的流速为2米每秒，流体帆的帆面为垂直平面，阻力系数是1，根据流体阻力公式：流体阻力F等于二分之一阻力面积C×流体密度ρ×物体相对流体的速度v的平方。

在利用河流水力的情况下，流体水的密度为1000千克每立方米，由此计算可知，在流速v等于2米每秒的河水中，设置25 平方米面积的流体帆，即可获得50000N的流体推力、以2米每秒的速度做功，每秒获得100000焦耳的做功动能。

一焦耳动能纯粹转化为电能约为2.7×10的七次方千瓦时，由此计算，这样一台有着两张25平方米流体帆带动的发电机在2 米每秒流速的河流中，每分钟发电效率约96千瓦时，每天发电 2304千瓦时。

且流体帆发电机不会如传统水坝发电机那样截断河道，不会造成重大的河流生态破坏或污染，而且只凭低成本配置，就能在一条河流从上游到下游安置几百上千台，每台每天发电效率为 2304千瓦时，一千台流体帆发电机在一条河流两岸每天发电总量达2304000千瓦时，每年发电总量840960000千瓦时。

以上只是流体发电机组应用在河流之中的发电方案，还受河流水力分布的场所限制，而本发明还有其他不受场所限制的应用方法，那就是利用高空常年恒定的风力动能发电的方案。

传统风力发电机的弊端在于，将发电机组安装于铁杆支撑结构之上，只能以扇叶结构利用近地风力推动旋转做功，发电效率远不如水力发电，且受到低空风场难找的场所限制。

而美国发明的氦气球发电机则是以氦气球将扇叶发电机组送上六百八十米高空，利用空气梯度原理容易在接近对流层的高空产生常年恒定、风向不变的强气流产生的高空风力，发电效率是普通发电机的十倍。

而本发明流体帆发电机受此启发，制定以流体帆利用高空气流的发电方案。

将流体帆发电机的齿轮轴承发电机组固定于地面之上，在地面上额外固定两条千米钢缆，钢缆末端连接两个形状结构类似飞艇的大型氦气球，将横梁铁环支点结构倒置安装于氦气球底部，将发电机组齿轮轴承上延伸出的分叉钢缆也更换成千米钢缆，从每条发电机钢缆末端分叉处再延伸加装两条百米长度的钢缆，分别穿过两个支点结构两端的铁环，四条穿过支点结构的钢缆分别连接两张流体帆的两侧上下角。

流体帆两侧的棒状磁铁构件不变，而把流体帆上角提供浮力的充气皮球换成浮力足以抵消流体帆与棒状磁铁构件以及钢缆自重的中型氦气球，连接流体帆中部的、短于两侧钢缆的第三跟钢缆依然连接在支点构件上。

然后，释放两个带着支点结构的大型氦气球，使两个带有支点结构的氦气球以及钢缆通过其支点结构铁环的两张流体帆结构，一同升上七八百米的高空，找到常年风力保持在六级风的高空稳定风场，让两张流体帆如在河水水流中一样，在高空交替收张往复循环做功，通过钢缆传动，带动固定安置在下方地面上的发电机组持续运转做功发电。

假设高空风场常年风力不小于六级、风速保持在10米每秒左右，七百米高空以上空气密度大约为1千克每立方米，根据流体阻力公式，制作两张200平方米面积的流体帆，即可发挥跟25 平方米面积流体帆在2米每秒水流中同等的动能，每秒获得 100000焦耳的做功动能，每分钟转化96千瓦时的电能。

由于接近对流层的高空容易找到常年稳定强力风场，这样应用的流体帆发电装置应用在高空风力环境发电，基本不受地点场所限制，虽然投入成本会比利用河流水力的情况翻倍提高，但是可以更加不受限制地多重建设，获得电能的效率同样远高于普通风力发电机，同样绿色、高效、无污染、无排放，是这倡导绿色新能源产业时代难得的高效便捷优质电能提高源。

另外，本发明流体帆发电机组还有应用在海滨、利用海浪潮汐动能的方案。

以铁柱结构或底部垂下船锚结构的浮船作为支点结构，在一来一去的海浪潮汐水流中垂直设置大面积的流体帆，由此借助海浪自动前后运动的大面积推拉力，直接带动固定于岸上的发电机组持续运转发电。

相应调整流体帆和发电机组轴承齿轮的大小，即可起到跟利用高空风力或河流水力同等的发电效率。

另外，附加设计流体帆发电机组应用在河边利用水力发电的情况下，如图17所示，支点构件与发电机组都固定在河岸边的辅助支架结构，在岸边搭设延伸到河面上的长条形钢架，末端设置四个适当间距铁环，即可作为支点构件运用，省去在河流中设置安防发电机组与支点构件的平台，降低应用施工难度。

附加关于流体帆与支点构件的备用设计，流体板构件、流体降落伞构件等平面阻力结构组件可代替流体帆，同样起到利用风力或水力带动钢缆做功的作用，逆向扣件型构件和卷轴器电动滑轮可代替棒状磁铁结构，同样能起到制动实现交替循环做功的作用，根据具体环境、具体情况可选用这些备用构件或其他类似结构组件代替本发明原有细部构件。