专利名称：水能转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水能转换器，尤其但不仅仅涉及一种可移动式水能转换器，该水能转换器能够漂浮，并能够利用该转换器自身所能产生的较低水压头而工作。
对流动水的能量的开发已经进行了很多年。不过，由于环境因素，传统的方法有一些缺点，例如(a)在河流上修水坝将淹没本来可以作其它用途的陆地、改变风景、产生危险(例如水坝损坏)、影响本来将在所淹没的陆地上生活和工作的当地人民、改变河流的特点和阻止鱼的自由游动；(b)使河流改道将影响乡村的自然状态，且不适于大规模采用；以及(c)永久性地完全或部分阻断河流来进行能量转换将由于流动变化而产生不利影响。
因此，本发明的目的是提供一种水能转换器，该水能转换器利用流水的位能，并且对于环境来说是可接受的。
根据本发明，提供了一种水能转换器，该水能转换器包括一旋转件，用于将流水的能量转换成旋转运动；用于将该旋转件固定就位以使水能够流过该旋转件的装置；以及挡板装置，用于在该旋转件的上游产生水压头。
该固定装置的结构能够可释放地将该转换器固定在河床上，水在该河床上流动。
可以提供另一旋转件，该另一旋转件位于前述旋转件的下游。
至少在环绕着旋转件上游侧下部四分之一圆的区域提供有一导流器。该导流器通常为弓形。
至少在旋转件的下游部分的上面还可以提供有多个盖板，以便引导水在盖板上面流过，从而将该转换器的至少一部分隐藏起来。至少下游盖板可枢转地安装，以便在涨水情况下使水流阻力减至最小。
挡板装置可以在紧靠该旋转件的上游处。该挡板装置可枢转地安装，以便在涨水情况下使水流阻力减至最小。
旋转件例如可以通过一个臂而与浮动件(buoyant)相连，该臂可枢转地与该旋转件和浮动件都相连。该浮动件可以系在一个基座上，旋转件安装在该基座上。该系绳的长度可以是可调的。发电装置可以设在该浮动件上，并可操作地与该旋转件相连。
旋转件可以绕一竖直轴或一个沿水流方向延伸的轴而旋转，例如为一个涡轮。或者，该旋转件可以绕垂直于水流方向延伸的轴而旋转，例如一个桨轮等。
该轮的桨叶可以使在该轮的横向轴上面对接近的水流的阻力最小。例如，该桨叶可枢转地安装在该轮的外周区域上，并且该桨叶的自由端可在抵靠该轮中心部分的位置和拖动(trailing)位置之间转动，在该抵靠中心部分的位置处时，该桨叶对接近的水流的阻力最大，在该拖动位置处时，该桨叶对接近的水流的阻力最小。
该转换器可以包括一个允许鱼游过该旋转件的通道。
因为该转换器是锚固的或栓固的，并没有以永久的方式定位，因此，能够以相对简单的方式将该转换器从一个位置移动到另一位置。也就是说，该转换器是可移动式的。
这样，该转换器可布置在河床上，且当河流的水位升高时该转换器的至少一部分能够漂浮。一个或多个转换器能够栓固或锚固在河流中的不同位置，以便发电、泵送水或操作机械等。为此，该旋转件可以与发电机、泵等相连，该发电机、泵等可以形成为相对于流水进行栓固或锚固的该转换器的一部分，也可以远离该旋转件并通过合适的连接机构而与该旋转件相连。该连接机构例如为液压的或机械的。
该转换器的特点为它不需要整个堵塞该河流的天然流动。该转换器不需要改变地形、危害鱼类或者干涉例如钓鱼或行船这样的休闲活动。该转换器不会改变河流的特征或产生任何有害的副产品。
因此，本发明的转换器提供了一种以对环境友好的方式产生净动力的装置。
通过实施例并参考附图，能够更好地理解本发明且更清楚地知道它怎样工作，附图中
图1是准备安装在河床上的本发明水能转换器的一个实施例的示意侧视图；图2是图1中的水能转换器的示意侧视图，该水能转换器安装在河床上并在河水水位较低的情况下工作；图3是用于图1和2所示转移器中的旋转件的结构的侧视图；图4是图1中的水能转换器的示意侧视图，该水能转换器安装在河床上并在河水水位较高的情况下工作；图5是图1中的水能转换器的示意图，该水能转换器安装在河床上并在涨水的情况下工作；图6是本发明水能转换器的另一实施例的示意侧视图；图7是本发明水能转换器的又一实施例的示意侧剖图；图8是图7中的水能转换器的正视图。
图1所示的水能转换器包括一个基座1，该基座1有锚固装置3，例如在该基座的上游和下游端，用于将该基座牢牢地锚固在河床5等处。基座的上游端有一镇重件7，用于保证该基座的上游端牢固抵靠在河床或类似物上。
例如成桨轮形状的旋转件9安装在基座1的下游端区域，并从水流中取出能量。弓形流动引导件11主要环绕该桨轮9的上游下部的四分之一圆而延伸，该弓形流动引导件11用于提高该桨轮9的效率。尽管在图1中未示出，还提供有侧壁，以便引导水流过该桨轮9。多个盖板13在该桨轮9的上面和下游延伸，且至少在下游的盖板可枢转地安装，该盖板的目的将在后面详细介绍。
臂15相对于基座1可枢转地安装，并从桨轮9的转轴沿上游方向延伸，该臂15的上游端可转动地与浮动件17相连，该浮动件装有发电机18、泵等。机械能可以从桨轮9通过例如传动装置而传递给发电机，该传动装置在一个或两个臂中或在该臂附近。浮动件17的底部以系绳19的长度能够增加和减小的方式系在基座1上。一个挡板件21在该桨轮9的上游较短距离处可枢转地安装在臂15上，该挡板件21用于使从该挡板件顶上流过并沿流动引导件11的弓形剖面而流到桨轮叶片上的水产生水压头。该挡板件21例如通过绳子23而可枢转，这样的目的将在后面详细介绍。
挡板件21与盖板13和流动引导件11一起形成一个腔室的形状，该腔室有在该挡板件21的顶部和盖板13的最上游部分之间的节流进口，该进口的高度至少与桨轮9的转轴的高度相同。该腔室还有在盖板13的最下游部分和流动引导件11(或基座1，流动引导件的下游端可以并入该基座1中)之间的出口，该出口的面积大于进口的面积，以便防止水在该腔室内积累。在该挡板件21的顶端和流动引导件11(或基座1)之间的高度差将产生水压头，用于驱动该桨轮9。
该浮动件17的浮力是可变的，这样，该浮动件漂浮的高度可以进行调节，或者可以进行水能转换器的安装或维修。浮动件17漂浮的高度能够用于调节流向桨轮9的水流。
水能转换器的安装如图1所示。系绳19的长度减小，以便将浮动件17和基座1拉在一起，且该浮动件17的浮力增加(例如通过将水从腔室中抽出)而使该浮动件和基座件能够如图1所示作为单个单元而漂浮。在该结构中，水能转换器能够漂浮在其合适的工作位置，从而使安装费用减至最小。当水能转换器就位后，系绳19的长度能够增加，从而允许基座1沉到河床或类似物上，在该河床上，锚固装置3的锚固件(该锚固件优选是沿下游的方向成角度延伸)将埋入河床中，以便使该水能转换器保持就位。这样，该浮动件17的浮力能够调节，以便工作使用。
图2表示了在河流低水位情况下使用的水能转换器。在该情况下，浮动件17仅在基座1上的较短距离处漂浮。由于美观和环境原因，对该浮动件的浮力进行调节以便至少使该浮动件17的大部分稍微在流水的水面之下。这样，水从该浮动件的上面和下面流过。
浮动件17的下游下部表面的结构优选是使得在该浮动件上面和下面流过的水能够在从挡板件21上流过和经过桨轮9并冲击该桨轮9的叶片以便使该桨轮转动之前就汇合。桨轮9的旋转运动通过任意合适的装置(未示出)而传递给浮动件17，其中，该运动用于例如在发电机18中产生电流。
在浮动件17上面流过的那一部分水由最上游的盖板13引导，该最上游的盖板13起到桨轮9的进口流量限制器的作用，并使得一部分水从该盖板13顶上流过，以便将盖板和桨轮9隐藏在水下。可枢转的盖板13都支承在下游的下一个盖板的枢轴上(除了最上游的盖板，该最上游的盖板支承在固定件上)，从而形成一个基本连续的表面，以便水从上面流过。这样，在盖板13下面的空间通常仅部分充满水，该水起到使桨轮9旋转的作用。
需要时，形成旋转件的桨轮9的结构可以设计成使对接近的水流的阻力最小，例如如图3所示。这在河流涨水时特别有利。或者或另外，桨轮9的动力输出系统可以包括一个离合器机构，以便在需要时使该桨轮自由转动。图3中所示的桨轮包括一个轮子25，该轮子25有多个以可枢转的方式环绕该轮子的外周固定的桨叶27。各桨叶的自由端能够抵靠在该桨轮的中心核29上。该结构是这样，即当产生使该桨轮旋转的动力时，桨叶压靠在中心核上，而当不产生动力时，该桨叶将自由旋转，从而对流水的阻力最小。当桨叶下降以准备产生动力时，叶片的自由端由于重力而落下并靠在中心核29上。
图4表示了该水能转换器在河流高水位情况下的使用情况。在该情况下，浮动件17在基座1上面漂浮的高度比在河流低水位情况下更高，从而能允许更多的水从该浮动件17的底部和挡板21之间流过。
浮动件17的下游侧下部表面继续允许从该浮动件17的上面和下面流过的水在从挡板件21上面流过和流经桨轮9之前汇合，从而使更大的水流冲击桨轮的叶片，以便使该桨轮转动。
再有，在浮动件17上面流过的那一部分水由最上游的盖板13引导，该最上游的盖板13起到桨轮9的进口流量限制器的作用，并使得一部分水从该盖板13顶上流过，以便将盖板和桨轮9隐藏在水下。
图5表示了该水能转换器在涨水情况下的使用。在涨水的情况下，该浮动件17在基座1上漂浮的高度比在河流高水位情况下更高，从而能允许更多的水从该浮动件17的底部和挡板21之间流过。另外，绳子23由于该浮动件17的更高高度而进行操作，以便使挡板件21升起，从而对水流的阻力最小。而且，由于水流而使得可枢转的盖板13的下游端升起，从而再次使对水流的阻力最小。
显然，挡板件21的升起和盖板13的枢轴转动可以根据需要而通过不同方式进行。
水能转换器可以包括一个槽道(未示出)，该槽道例如沿该水能转换器的一侧，从而使鱼、船等能经过该桨轮，从而利用该河流。
图6中所示的水能转换器类似于图1中所示的水能转换器，只是还提供有一个附加的桨轮31。在该附加的桨轮上面提供有一套附加的盖板33，其中最上游的盖板33有一浮动元件35，以便当从盖板33上面流过的水的深度足以使该附加的桨轮31转动时，使该盖板的上游端浮起。即使该浮动元件35浮起，还有一定量的水从盖板33上面流过，从而将该盖板33隐藏在水膜之下。另一流动引导件37环绕着桨轮31的上游侧下部的四分之一圆而延伸，以便引导水流和提高该桨轮的效率。
图7和8所示的水能转换器包括一个壳体51，该壳体51包括侧部件53和基座55，用于使水流流过旋转件，该旋转件成桨轮57形式。该壳体的顶部开口，但是有绳子59等。在一个侧部件53的外侧处有另一个侧部件61和基座55的延伸部分，从而提供了一个允许鱼游过该桨轮57的通道。
在桨轮57的上游并在壳体51的前部，一个挡板63在相对的侧部件53之间并仅在该侧部件的下部区域中延伸。该挡板用于在该转换器的上游产生一个较低的水压头，水流过该挡板63的顶部并流到桨轮57的桨叶上，从而使该桨轮旋转。尽管未示出，但也可用水斗式转轮来代替本实施例中所示的桨轮。
该转换器通过在该转换器的上下游端区域和各侧区域中所设的系绳装置65和绳索67等而固定在河床上。
尽管图中未示出，但该转换器可以包括用于改变浮力的控制装置，从而使该转换器的吃水深度能够保持或调节至合适值。
权利要求
1.一种水能转换器，包括一旋转件(9、57)，用于将流水的能量转换成旋转运动；用于将该旋转件固定就位而使水能够流过该旋转件的装置(3、65、67)；以及挡板装置(21、63)，用于在该旋转件的上游产生水压头。
2.根据权利要求1所述的水能转换器，其特征在于该固定装置(3、65、67)的结构用于可释放地将该转换器固定在河床上，水在该河床上流动。
3.根据权利要求1或2所述的水能转换器，其特征在于提供有另一旋转件(31)，该另一旋转件位于前述旋转件(9、57)的下游。
4.根据前述任意一个权利要求所述的水能转换器，其特征在于至少在环绕着旋转件(9，57)上游侧下部四分之一圆的区域中提供有一导流器(11)。
5.根据权利要求4所述的水能转换器，其特征在于该导流器(11)基本为弓形。
6.根据前述任意一个权利要求所述的水能转换器，其特征在于在旋转件(9、31)下游的至少一部分的上面还提供有多个盖板(13、33)，以便引导水从盖板上面流过，从而将该转换器的至少一部分隐藏起来。
7.根据权利要求6所述的水能转换器，其特征在于至少下游的盖板(13、33)可枢转地安装，以便在涨水情况下使水流阻力减至最小。
8.根据前述任意一个权利要求所述的水能转换器，其特征在于该挡板装置(21、63)在紧靠该旋转件(9、57)上游的位置处。
9.根据前述任意一个权利要求所述的水能转换器，其特征在于该挡板装置(21)可枢转地安装，以便在涨水情况下使水流阻力减至最小。
10.根据前述任意一个权利要求所述的水能转换器，其特征在于旋转件(9)与浮动件(17)相连。
11.根据权利要求10所述的水能转换器，其特征在于旋转件(9)通过一个臂(15)而与浮动件(17)相连，该臂可枢转地与该旋转件和浮动件都相连。
12.根据权利要求10或11所述的水能转换器，其特征在于该浮动件(17)系在一个基座(1)上，旋转件(9)安装在该基座(1)上。
13.根据权利要求12所述的水能转换器，其特征在于该系绳(19)的长度是可调的。
14.根据权利要求10至13中任意一个所述的水能转换器，其特征在于发电装置(18)设在该浮动件(17)上，并可操作地与该旋转件(9)相连。
15.根据前述任意一个权利要求所述的水能转换器，其特征在于旋转件(9、57)可以绕垂直于水流方向而延伸的轴旋转。
16.根据权利要求15所述的水能转换器，其特征在于，该旋转件(9，57)包括一桨轮或类似物。
17.根据权利要求16所述的水能转换器，其特征在于该轮的桨叶的结构使得在该轮的横向轴上面对接近的水流的阻力最小。
18.根据权利要求17所述的水能转换器，其特征在于该桨叶(27)可枢转地安装在该轮的外周区域中，并且该桨叶的自由端可在抵靠该轮的中心部分(29)的位置和拖动位置之间转动，在该抵靠中心部分(29)的位置处时，该桨叶对接近的水流的阻力最大，在该拖动位置处时，该桨叶对接近的水流的阻力最小。
19.根据前述任意一个权利要求所述的水能转换器，它还包括一个允许鱼游过该旋转件的通道。
全文摘要
一种水能转换器,包括:一旋转件(9、57),用于将流水的能量转换成旋转运动;用于将该旋转件固定就位而使水能够流过该旋转件的装置(3、65、67);以及挡板装置(21、63),用于在该旋转件的上游产生水压头。
文档编号F03B17/06GK1361848SQ0081045
公开日2002年7月31日 申请日期2000年7月14日 优先权日1999年7月16日
发明者罗伯特·乔治·赫斯特, 罗纳德·威廉·詹姆斯·赫斯特 申请人:罗伯特·乔治·赫斯特, 罗纳德·威廉·詹姆斯·赫斯特