专利名称：流体能量转换装置的制作方法
技术领域：
本发明流体能量转换装置，具体涉及一种能将任意方向的流体动能转换成绕某一转轴做 定向旋转的机械能的装置，属于能量转换技术领域。
背景技术：
目前人类对新能源和可再生能源的开发还处在起步阶段，主要通过太阳能、水能、风能、 化学能以及原子能等来获取能量，化学能及原子能等这些能源在目前阶段存在一定的污染和 危害，而太阳能、水能和风能利用比较普遍，而太阳能、水能或风能的利用很容易受时间、 地域以及其他因素的影响，特别是利用水能和风能，更是受到水流或风的方向和流速的影响， 对于水能，只能通过在大型流水渠道中建立水电站来获取电能，而成千上万的小河流还没有 得到开发利用，对于蕴藏丰富海洋能源的开发和利用还处于试验阶段，特别是海洋的潮汐能 及波浪能，这是一个很好的无污染能源，由于时而上时而下很难利用；对于风能只能在风速 较大的地区建立风力发电站来获取电能，当水流或风力不断地改变方向就很难获取电能了， 现有的垂直轴或水平轴的风能发电机的效率较低，不利于大规模广泛推广。
中国专利公告号CN2087242U，专利号为90219658.8，公告日是1991年10月23日， 名称为"流体动力转换装置"中公开了一种流体动力转换装置，其特征是支架在其顶部及 中部各有一个轴孔，主轴通过支架上的两个轴孔与支架轴承配合，主轴的上部用螺钉固定两 个连接器，连接器上有水平方向均匀公布的四个风门支撑杆插孔，风门支撑杵插入连接器上 的风门支撑杆插杆后用螺钉固定；风门支撑杆的一侧有轴孔，风门与风门支撑杆轴承配合， 风门限位挡板固定在支撑杆轴孔的一侧。该实用新型专利的风门是在水平面上左右旋转，在 特殊情况下能将风门吹到不能旋转的位置，且风门不能自行恢复到初始状态，不能调节受力 大小和受力面积，不具有在强风下自保护功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能将任意方向的流体动能转换成绕某一转轴做定 向旋转的机械能，且具有利用重力自动恢复初始状态、可根据实际情况调节受力角度和受力 面积的的流体能量转换装置。
为了解决上述技术问题，本发明流体能量转换装置通过以下技术方案来实现的流体能 量转换装置，主要由一个支撑结构以及安装在该结构上的任意方向流体都能驱动的旋转体装 置，该旋转体装置包括 一个可旋转的主轴2和至少两套相互隔开并带动主轴2—起做同向 旋转，且还绕着垂直于主轴2的横轴4旋转的旋转体3;
上述的每个旋转体3主要包括至少一根与主轴2相互垂直且固定的横轴4、至少一组
绕横轴4做纵向转动的纵向旋转叶片5和至少一根挡住最下端纵向旋转叶片5，且与主轴2 相互垂直的横挡轴6，其结构为每一组横轴4沿着同一条直线垂直固定在主轴2的侧面， 且沿着相同方向挡住上一组纵向旋转叶片5的底部，纵向旋转叶片5可旋转地套装在横轴4 的外圆面上，横挡轴6与横轴4相互平行且垂直固定在主轴2的侧面，横挡轴6沿着相同方 向挡住最下面一组纵向旋转叶片5的底部；
上述的每个旋转体3还可以是主要包括至少一根与主轴2相互垂直且可转动的横轴4、 至少一组固定在横轴4上的纵向旋转叶片5和至少一根挡住最下端纵向旋转叶片5，且与主 轴2相互垂直的横挡轴6，其结构为每一组横轴4沿着同一条直线垂直可旋转的套装在主 轴2的侧面，且沿着相同方向挡住上一组纵向旋转叶片5的底部，纵向旋转叶片5固定在横 轴4的外圆面上，横挡轴6与横轴4相互平行且垂直固定在主轴2的侧面，横挡轴6沿着相 同方向挡住最下面一组纵向旋转叶片5的底部；
上述的旋转体3还可以沿着主轴2整体上下移动；
上述的每个旋转体3还包括 一套固定在主轴2侧面的框架7、至少一套连接横轴4和 横挡轴6的升降机构8、调节纵向旋转叶片5转动角度的限位装置9和至少一套固定横轴4 和横挡轴6的定位机构10，其结构为长方形的框架7垂直固定在主轴2的侧面上，横轴4
和横挡轴6通过升降机构8和定位机构10固定在框架7的两侧，在框架7的侧面设置有纵向 旋转叶片5旋转的限位装置9;
上述的升降机构8包括升降电机11和连接绳12，其结构为升降电机11固定在框架7 的上端，升降电机11的旋转端通过连接绳12至上而下连接所有横轴4;
上述的限位装置9包括旋转电机13、上连接绳14、下连接杆15和调节每一组纵向旋转 叶片5转动角度的旋转架16，其结构为旋转电机13固定在框架7的上端，旋转电机13的 旋转端通过上连接绳14连接下连接杆15的上端，连接杆15与端面成L形的旋转架16的直 角端17相连，旋转架16的上端18铰接在的框架7的凹槽19的侧面，旋转架16的下端角 20通过下端杆21活动接触在纵向旋转叶片5下端部，下端杆21与下端角20相连接，且与 旋转架16的端面相垂直；
上述的定位机构10包括电机23、锁紧杆24、锁紧连接杆25和锁紧栓26，其结构为 锁紧杆24的中间位置铰接在每一个横轴4和横挡轴6所固定的凹槽19的侧面下方，锁紧杆 24—端带小凹槽27，另一端通过锁紧连接杆25刚性连接在一起，锁紧连接杆25的底部通过 连接绳与电磁阀的锁紧栓26相连。
本发明流体能量转换装置与现有的技术相比具有以下有益效果
1、构思巧妙，结构简单、合理，稳定可靠由于本发明流体能量转换装置由一个可旋转 的主轴2和至少两套相互隔开并带动主轴2 —起做同向旋转，且还绕着垂直于主轴2的横轴 4旋转的旋转体3;每个旋转体3的结构为每一组横轴4沿着同一条直线垂直固定在主轴2 的侧面，且沿着相同方向挡住上一组纵向旋转叶片5的底部，纵向旋转叶片5可旋转地套装 在支轴4的外圆面上，横挡轴6与横轴4相互平行且垂直固定在主轴2的侧面，横挡轴6沿 着相同方向挡住最下面一组纵向旋转叶片5的底部；旋转体3还可以沿着主轴2整体上下移 动；每个旋转体3还包括 一套固定在主轴2侧面的框架7、至少一套连接横轴4和横挡轴6 的升降机构8、调节纵向旋转叶片5转动角度的限位装置9和至少一套固定横轴4和横挡轴6 的定位机构IO，其结构为长方形的框架7垂直固定在主轴2的侧面上，横轴4和横挡轴6
通过升降机构8和定位机构10固定在框架7的两侧，在框架7的侧面设置有纵向旋转叶片5
旋转的限位装置9;因此该装置结构简单合理，具有利用重力自动恢复初始状态，可通过升
降机构8和限位装置9调节受力角度和受力面积，具有自保护功能。
2、 应用领域广、节能环保由于本发明流体能量转换装置可以将任意方向的流体动能转
换成定向旋转的机械能，升降机构S和限位装置9使本装置具有调节受力面积和受力大小，
并且在恶劣情况下的自我保护功能，因此使用本发明可利用的流体有风、水流、波浪、潮汐、 蒸汽、压力油等，可以用来发电、灌溉和运输等，本发明所有利用的资源均为自然能源及无 污染能源，在能量转换过程中也不会产生二次污染。
3、 易制作、易安装、易维修、制造和使用成本低由于结构简单，所有零部件均易得，
因此易制作、易安装、易维修，制造工艺简单，使用过程中无需再使用其他能源，基本无使
用费用。
下面结合附图对本发明流体能量转换装置进一步说明
图1为本发明流体能量转换装置第一种实施方式的结构立体示意图； 图2为本发明流体能量转换装置第二种实施方式的结构立体示意图； 图3为本发明流体能量转换装置第三种实施方式的结构立体示意图； 图4为图3中A向视图5为图3中B-B剖视图定位机构10的工作状态图； 图6为图3中B-B剖视图定位机构10的非工作状态图； 图7为本发明流体能量转换装置应用实施例1; 图8为本发明流体能量转换装置应用实施例2。
具体实施例方式
图l为本发明流体能量转换装置第一种实施方式的结构立体示意图，该装置由机座l、 主轴2、旋转体3、横轴4、纵向旋转叶片5和横挡轴6组成，该图中主轴2可转动固定在机
座1上，主轴2的侧面对成各固定一个旋转体3，每个旋转体3包括l根与主轴2相互垂直 且固定的横轴4、 一组绕横轴4做纵向转动的纵向旋转叶片5和一根挡住纵向旋转叶片5的 底部，且与主轴2相互垂直的横挡轴6，每个旋转体3的结构为横挡轴6从上向下看沿着 顺时针方向挡住上纵向旋转叶片5的底部，纵向旋转叶片5可旋转地套装在横轴4的外圆面 上，横挡轴6与横轴4相互平行且垂直固定在主轴2的侧面。
其工作过程为当流体(比如风能、水能、波浪能、蒸汽能、压力油等)从如图1所示 的正面经过本发明流体能量转换装置，此时左侧的旋转体3上的横轴4从上向下看沿着顺时 针方向上挡住纵向旋转叶片5的底部，即横挡轴6在纵向旋转叶片5底部的前端；右侧的旋 转体3上的横轴4从上向下看沿着顺时针方向上挡住纵向旋转叶片5的底部，即横挡轴6在 纵向旋转叶片5底部的后端，左侧的纵向旋转叶片5在流体动能的作用下，由于横挡轴6在 前面挡住纵向旋转叶片5，因此左侧的纵向旋转叶片5不能被吹起，从而使左侧受到一个从 上向下看沿着顺时针方向的扭矩；右侧的纵向旋转叶片5在流体动能的作用下，由于横挡轴 6在后面挡住纵向旋转叶片5，此时右侧的纵向旋转叶片5被流体动能向后面吹起，起吹起角 度大于0度小于90度，此时流体产生的从上向下看沿着逆时针方向的扭矩基本为零，由于左 侧的纵向旋转叶片5受力面积等于纵向旋转叶片5的面积，而右侧的纵向旋转叶片受力面积 远远小于右侧纵向旋转叶片5的面积，左右两边受力相减之后，左右两侧的合力矩是从上向 下看沿着顺时针方向旋转的力矩，因此带动主轴2绕顺时针旋转。当起初右侧的旋转体3转 到左侧时(即旋转180。后)，它的受力情况与原来的受力一致，起初左侧的旋转体3转到右 侧时，它的受力情况与原来右侧的旋转体3的受力一致，起初右侧的旋转体3转到左侧时， 它的受力情况与原来左侧的旋转体3的受力一致，因而整体受力情况相同，能够使主轴2保 持持续相同的从上向下看沿着顺时针方向旋转；
若此时当流体变为从反面流过本发明流体能量转换装置，此时相对正面观察者来说，此 时右侧的旋转体3的受力情况与第一次的左侧受力情况一致，而此时左侧的旋转体3的受力 情况与第一次的右侧受力情况一致，此时流体能量转换装置在反向流体流过时，使本装置的
主轴2仍然做从上向下看沿着顺时针方向旋转；因此无论流体从哪个方向流过本装置都使本 装置的主轴2做逆时针旋转。
图2为本发明流体能量转换装置第一种实施方式的结构立体示意图，该装置由机座l、 主轴2、旋转体3、横轴4、纵向旋转叶片5和横挡轴6组成，该图中主轴2可转动固定在机 座1上，主轴2的侧面对成固定3个旋转体3，每个旋转体3包括5根与主轴2相互垂直且 可转动的横轴4、 2组绕着每一根横轴4做纵向转动的纵向旋转叶片5和一根挡住最下面的纵 向旋转叶片5的底部，且与主轴2相互垂直的横挡轴6，每个旋转体3的结构为每一组横 轴4沿着同一条直线垂直可旋转的固定在主轴2的侧面，且从上向下看沿着逆时针方向挡住 上一组纵向旋转叶片5的底部，纵向旋转叶片5固定在横轴4的外圆面上，横挡轴6与横轴 4相互平行且垂直固定在主轴2的侧面，横挡轴6从上向下看沿着逆时针方向挡住最下面一 组纵向旋转叶片5的底部。
图3为本发明流体能量转换装置第三种实施方式的结构立体示意图，图4为图3中A向 视图，图5为图3中B-B剖视图定位机构10的工作状态图，图6为图3中B-B剖视图定位机 构10的非工作状态图，在图3 6中，该装置主要由机座l、主轴2、旋转体3、横轴4、纵 向旋转叶片5、横挡轴6、框架7、升降机构8、限位装置9和定位机构IO组成，该图中主轴 2可转动固定在机座1上，主轴2的侧面对成固定3个旋转体3，每个旋转体3包括7根与 主轴2相互垂直且可转动的横轴4、 2组绕着每一根横轴4做纵向转动的纵向旋转叶片5和一 根挡住最下面的纵向旋转叶片5的底部，且与主轴2相互垂直的横挡轴6，旋转体3还可以 沿着主轴2整体上下移动；每个旋转体3还包括 一套固定在主轴2侧面的框架7、 一套连 接横轴4和横挡轴6的升降机构8、 7套调节纵向旋转叶片5转动角度的限位装置9和2套固 定横轴4和横挡轴6的定位机构10，其结构为长方形的框架7垂直固定在主轴2的侧面上， 横轴4和横挡轴6通过升降机构8和定位机构10固定在框架7的两侧，在框架7的侧面设置 有纵向旋转叶片5旋转的限位装置9，每一组横轴4沿着同一条直线垂直可旋转的固定在主 轴2的侧面，且从上向下看沿着逆时针方向挡住上一组纵向旋转叶片5的底部，纵向旋转叶
片5可旋转的套装在横轴4的外圆面上，横挡轴6与横轴4相互平行且垂直固定在主轴2的 侧面，横挡轴6从上向下看沿着逆时针方向挡住最下面一组纵向旋转叶片5的底部，主轴2 的下部设置有电控部分28。
上述的升降机构8的结构为升降电机11固定在框架7的上端，升降电机11的旋转端 通过连接绳12至上而下连接所有横轴4和横挡轴6的中间部位。
上述的限位装置9包括旋转电机13、上连接绳14、下连接杆15和调节每一组纵向旋转 叶片5转动角度的旋转架16，其结构为旋转电机13固定在框架7的上端两侧，旋转电机 13的旋转端通过上连接绳14连接下连接杆15的上端，连接杆15与端面成L形的旋转架16 的直角端17相连，旋转架16的上端18铰接在的框架7的凹槽19的侧面下方，旋转架16的 下端角20通过下端杆21活动接触在纵向旋转叶片5下端部，下端杆21与下端角20相连接， 且与旋转架16的端面相垂直。
上述的定位机构10包括电机23、锁紧杆24、锁紧连接杆25和锁紧栓26，其结构为 锁紧杆24的中间位置铰接在每一个横轴4和横挡轴6所固定的凹槽19的侧面下方，锁紧杆 24—端带小凹槽27，另一端通过锁紧连接杆25刚性连接在一起，锁紧连接杆25的底部通过 连接绳与电磁阀的锁紧栓26相连。
以上图1 6所述的本发明中纵向旋转叶片5的材料可采用钢板、金属合金、玻璃钢、纤 维、塑料、塑钢等高强度、轻型材质制作；所有电机、电磁阀均为市场上常用的电动机，其 电控部分28也为常用控制电路。
此外，为了使纵向旋转叶片5旋转时克服重力和摩察力，可以将横轴4设置再纵向旋转 叶片5的中上部，在每一个纵向旋转叶片5的底部按与横轴4方向一致的横挡轴7，这样可
以进一步提高工作效率。
图7为本发明流体能量转换装置应用实施例1，该装置在风力发电设备上的一种应用， 图7是在图3 6的基础上，将的机座1作为磁力发电机的转子相连，通过主轴2的转动带动 转子转动，.从而产生电能，其他结构与图3 6基本相同。
图8为本发明流体能量转换装置应用实施例2，该装置在风力运输设备上的一种应用， 该装置是在图7是在图3 6的基础上，将的机座1作为运送皮带的主动轮，给输送带提供动 力，图中主轴2的侧面对成固定4个旋转体3，其他结构与图3 6基本相同。
权利要求
1.流体能量转换装置，主要由一个支撑结构以及安装在该结构上的任意方向流体都能驱动的旋转体装置，其特征在于该旋转体装置包括一个可旋转的主轴(2)和至少两套相互隔开并带动主轴(2)一起做同向旋转，且还绕着垂直于主轴(2)的横轴(4)旋转的旋转体(3)。
2. 根据权利要求l所述的流体能量转换装置，其特征在于每个旋转体(3)主要包括至少一根与主轴(2)相互垂直且固定的横轴(4)、至少一组绕横轴(4)做纵向转动的纵向 旋转叶片(5)和至少一根挡住最下端纵向旋转叶片(5)，且与主轴(2)相互垂直的横挡轴 (6)，其结构为每一组横轴(4)沿着同一条直线垂直固定在主轴(2)的侧面，且沿着相 同方向挡住上一组纵向旋转叶片(5)的底部，纵向旋转叶片(5)可旋转地套装在横轴(4) 的外圆面上，横挡轴(6)与横轴(4)相互平行且垂直固定在主轴(2)的侧面，横挡轴(6) 沿着相同方向挡住最下面一组纵向旋转叶片(5)的底部。
3. 根据权利要求1所述的流体能量转换装置，其特征在于每个旋转体(3)由主要包 括至少一根与主轴(2)相互垂直且可转动的横轴(4)、至少一组固定在横轴(4)上的纵 向旋转叶片(5)和至少一根挡住最下端纵向旋转叶片(5)，且与主轴(2)相互垂直的横挡 轴(6)，其结构为每一组横轴(4)沿着同一条直线垂直可旋转的套装在主轴(2)的侧面， 且沿着相同方向挡住上一组纵向旋转叶片(5)的底部，纵向旋转叶片(5)固定在横轴(4) 的外圆面上，横挡轴(6)与横轴(4)相互平行且垂直固定在主轴(2)的侧面，横挡轴(6) 沿着相同方向挡住最下面一组纵向旋转叶片(5)的底部。
4. 根据权利要求2或3所述的流体能量转换装置，其特征在于旋转体(3)还可以沿 着主轴(2)整体上下移动。
5. 根据权利要求4所述的流体能量转换装置，其特征在于每个旋转体(3)还包括 一套固定在主轴(2)侧面的框架(7)、至少一套连接横轴(4)和横挡轴(6)的升降机构(8)、 调节纵向旋转叶片(5)转动角度的限位装置(9)和至少一套固定横轴(4)和横挡轴(6) 的定位机构(10)，其结构为长方形的框架(7)垂直固定在主轴(2)的侧面上，横轴(4) 和横挡轴(6)通过升降机构(8)和定位机构(10)固定在框架(7)的两侧，在框架(7) 的侧面设置有纵向旋转叶片(5)旋转的限位装置(9)。
6. 根据权利要求5所述的流体能量转换装置，其特征在于升降机构(8)包括升降电 机(11)和连接绳(12)，其结构为升降电机(11)固定在框架(7)的上端，升降电机(11〉 的旋转端通过连接绳(12)至上而下连接所有横轴(4)。
7. 根据权利要求5所述的流体能量转换装置，其特征在于限位装置(9)包括旋转电 机(13)、上连接绳(14)、下连接杆(15)和调节每一组纵向旋转叶片(5)转动角度的旋转 架(16，其结构为旋转电机(13)固定在框架(7)的上端，旋转电机(13)的旋转端通过 上连接绳(14)连接下连接杆(15)的上端，连接杆(15)与端面成L形的旋转架(16)的 直角端(17)相连，旋转架(16)的上端(18)铰接在的框架(7)的凹槽(19)的侧面，旋 转架(16)的下端角(20)通过下端杆(21)活动接触在纵向旋转叶片(5)下端部，下端杆(21)与下端角(20)相连接，且与旋转架(16)的端面相垂直。
8. 根据权利要求5所述的流体能量转换装置，其特征在于定位机构(10)包括电机(23)、 锁紧杆(24)、锁紧连接杆(25)和锁紧栓(26)，其结构为锁紧杆(24)的中间位置铰接 在每一个横轴(4)和横挡轴(6)所固定的凹槽(19)的侧面下方，锁紧杆(24) —端带小 凹槽(27)，另一端通过锁紧连接杆(25)刚性连接在一起，锁紧连接杆(25)的底部通过连 接绳与电磁阀的锁紧栓(26)相连。
全文摘要
本发明流体能量转换装置，属于能量转换技术领域，所要解决的问题是提供一种能将任意方向的流体动能转换成绕某一转轴做定向旋转的机械能的流体能量转换装置，为了解决上述技术问题，本发明通过以下方案来实现的流体能量转换装置，一个可旋转的主轴和至少两套相互隔开并带动主轴一起做同向旋转，且还绕着垂直于主轴的横轴旋转的旋转体，旋转体包括至少一根与主轴相互垂直且固定的横轴、至少一组绕横轴做纵向转动的纵向旋转叶片和一根挡住最下端纵向旋转叶片，且与主轴相互垂直的横挡轴；本发明的装置可利用风、水流、波浪、潮汐、压力油、蒸汽等，用来发电、灌溉和运输等，具有很好的市场前景。
文档编号F03D3/06GK101109362SQ20071013926
公开日2008年1月23日 申请日期2007年8月20日 优先权日2007年8月20日
发明者蔡志凌 申请人:蔡志凌