开合式水流动力装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种开合式水流动力装置，放置于有水流存在的水域中，包括：轮轴和多个轮叶组件，轮叶组件包括轮叶、水流压力传感器、轮叶转态控制器和轮叶转态操作器，水平轴面上方的轮叶呈垂直状态或复原状态，水平轴面下方的轮叶则呈与水平轴面上方的轮叶相反的复原状态或垂直状态，呈复原状态的轮叶受水流的作用带动轮轴转动以向外不断的输出动力。本发明的开合式水流动力装置具有结构简单、制造方便、成本较低的优点，可以在世界各地的河流和洋流中推广及应用。
【专利说明】开合式水流动力装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种动力装置，特别涉及一种开合式水流动力装置。
【背景技术】
[0002]自从工业革命以后，世界逐渐进入机械动力取代人力的时代，能源由原来的物理能源占主导地位转而由化学能源占主导地位。以煤、石油以及其他有机物作为燃料，燃烧以产生能量。在燃料燃烧的过程中，释放出有害物质，有害物质混入到空气中，造成环境的污染。另外，为了获取更多的燃料，以产生更多的能量，人们过度的开采，因此，加重了环境的污染，以及产生温室效应，而危及人类未来发展。有识之士转而提倡使用再生能源，如风力、水力及潮汐能等，以其减少化学能源的应用。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、造价低廉、能利用水流动力不断向外输出动力的开合式水流动力装置。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案:一种开合式水流动力装置，放置于有水流存在的水域中，包括:
[0005]轮轴，所述轮轴的两端分别固定连接一圆盒形的端板，所述端板的轴线与所述轮轴的轴线重合；为了将所述轮轴的转动动力不断向外输出，所述轮轴的两端伸出两端端板夕卜，以便与外部设备连接；
[0006]多个轮叶组件，每个所述轮叶组件均包括:
[0007]轮叶，所述轮叶沿所述轮轴的轴向方向设置在所述轮轴上，所述轮叶由多片相同形状的长方形羽状叶片排列成一单行而成，羽状叶片沿长度的中轴有一羽杆，羽杆与轮轴连接，
[0008]所述轮叶有两种状态，当羽状叶片平面与轮轴中轴面重合时为复原状态，当羽状叶片平面与轮轴中轴面垂直时为垂直状态；
[0009]水流压力传感器，所述水流压力传感器设置在靠近一侧端板，即时感测轮叶所受水流压力并输出水流压力值；
[0010]轮叶转态控制器，所述轮叶转态控制器设置在所述水流压力传感器的同一侧端板内，与所述水流压力传感器连接，并根据所述水流压力值的大小输出轮叶转态指令；和
[0011]轮叶转态操作器，所述轮叶转态操作器与所述轮叶转态控制器连接，并根据所述轮叶转态控制器输出的轮叶转态指令操作轮叶在复原状态和垂直状态之间切换；
[0012]所述开合式水流动力装置的轮叶平均分布并呈辐射状设置在轮轴上，
[0013]所述开合式水流动力装置，依轮轴方向水平设置，置于水流中时与水流方向平行的轮轴中轴面为水平轴面，水平轴面上方的轮叶初始设置为垂直状态或复原状态，水平轴面下方的轮叶初始设置为与水平轴面上方的轮叶相反的复原状态或垂直状态，
[0014]当所述开合式水流动力装置在水流推动作用下转动时，通过轮叶转态操作器操作转动至水平轴面的轮叶在复原状态和垂直状态之间转换，始终保持水平轴面上方的轮叶为垂直状态或复原状态，水平轴面下方的轮叶为与水平轴面上方的轮叶相反的复原状态或垂直状态。
[0015]优选地，所述轮叶组件的水流压力传感器为长板形的水流压力感应板，所述水流压力感应板固定设置在轮轴上并且与该轮叶组件的轮叶呈复原状态时位于同一平面内。
[0016]优选地，所述水流压力感应板采用单面设置压力感应器的方式，所述轮叶成对设置，每对所述轮叶呈180度，当一对轮叶之一的水流压力感应板感测到水流压力变化至接近于零压力的最小值时，所述轮叶转态控制器输出轮叶转态指令，所述轮叶转态操作器操作该对轮叶在复原状态和垂直状态之间切换。
[0017]优选地，所述水流压力感应板采用双面设置压力感应器的方式，当所述水流压力感应板感测到水流压力接近于零压力的最小值时，所述轮叶转态控制器输出轮叶转态指令，所述轮叶转态操作器操作相应的轮叶在复原状态和垂直状态之间切换。
[0018]优选地，所述轮叶组件的轮叶转态操作器为推拉杆式操作器，所述推拉杆式操作器包括:
[0019]动力传动机构，设置于所述端板内；
[0020]推拉杆，所述推拉杆为长条形，沿轮轴设置；
[0021]多个连动杆，与所述羽状叶片对应设置，连动杆的一端与与其对应的羽状叶片的羽杆固定连接，另一端与推拉杆铰接；
[0022]所述动力传动机构接收到所述轮叶转态指令，推动推拉杆前后运动，从而带动羽状叶片转向90度，实现轮叶在复原状态和垂直状态之间转换。
[0023]优选地，所述动力传动机构包括驱动连杆和用于驱动驱动连杆往复运动的动力装置，所述驱动连杆的一端与所述动力装置连接，所述驱动连杆的另一端与所述推拉杆的一端铰接，所述动力装置根据所述轮叶转态指令正转或反转以带动所述推拉杆前后运动。
[0024]优选地,所述动力传动机构包括伸缩机构和推动杆,所述推动杆的一端与伸缩机构铰接并在所述伸缩机构的带动下进行推拉运动，所述推动杆的另一端与所述推拉杆铰接以带动所述推拉杆前后运动。
[0025]优选地，所述推拉杆式操作器还包括用于容置所述推拉杆和连动杆的第一空心管，第一空心管沿轮轴的长度方向固定设置在轮轴上，第一空心管的两端分别连通至两端板；羽杆穿过第一空心管与连动杆固定连接再穿过轮轴。
[0026]优选地，所述轮叶组件的轮叶转态操作器为独立动力式操作器，所述独立动力式操作器包括:为每个所述羽状叶片设置一独立的用于驱动所述羽状叶片转动的动力机构，所述动力机构根据所述轮叶转态指令正转或反转以带动羽状叶片转动。
[0027]优选地，所述独立动力式操作器还包括第二空心管，所述第二空心管沿轮轴的长度方向固定设置在轮轴上，第二空心管的两端分别连通至两端板；羽杆穿过第二空心管后再穿过轮轴。
[0028]优选地，所述羽杆垂直插入轮轴并穿过轮轴轴线，羽杆末端从轮轴另一侧伸出，羽杆末端穿设一防脱栓条。
[0029]优选地，相邻两羽状叶片的羽杆之间的距离为羽状叶片的宽度，轮叶位于两个端板之间且短于两个端板之间的距离。
[0030]优选地，所述端板内还设有用于为所述水流压力感应板、轮叶转态控制器和轮叶转态操作器提供电能的悬垂发电机组；所述悬垂发电机组包括一悬垂杆、一发电齿轮组及一内供动力发电机；所述悬垂杆设有用于使所述轮轴穿过的圆孔，所述悬垂杆与所述轮轴以轴承接合；所述悬垂杆上端固定一与所述轮轴平行的齿轮轮轴，所述发电齿轮组包含端板接合齿轮及发电机接合齿轮，所述端板接合齿轮及发电机接合齿轮结合在一起并均通过轴承装配在所述齿轮轮轴上，所述端板接合齿轮的直径小于所述端板外缘至所述轮轴外缘的距离，所述发电机接合齿轮的直径小于所述端板接合齿轮的直径，所述端板接合齿轮的轮齿相对的所述端板内壁具有内向轮齿，所述端板接合齿轮与所述端板内壁的所述内向轮齿相啮合；所述内供动力发电机固定于所述悬垂杆下端，所述发电机接合齿轮通过动力传动带与所述内供动力发电机的机械动力输入部分连接；所述悬垂杆下端还置有一用于使所述悬垂杆保持悬垂位置的加权重物。
[0031]与现有技术相比，本发明的开合式水流动力装置的有益效果在于:
[0032]1、本发明的开合式水流动力装置利用轮叶在水平轴面以上和以下处于不同的状态，使位于水平轴面以下的轮叶受水流动力带动而不断转动，进而带动轮轴转动，转动的轮轴可以不断的向外输出动力，而位于水平轴面以上的轮叶的各个羽状叶片呈垂直状态(即疏通状态)，不会阻挡流水。
[0033]2、本发明的开合式水流动力装置可以整个藏于水中，因此对自然环境及生态环境造成的损害甚轻微，而且亦对船只通航航道不会有太大影响，同时该装置置于河流及洋流中时，受环境局限较小，可以建造较大体积以求得到较大功率。
[0034]3、本发明的开合式水流动力装置由于利用的是水流动力能源，而水流动力能源是物理能源之一，具有一直存在、力量庞大、用之不尽以及不会污染环境的优点。
[0035]4、本发明的开合式水流动力装置的结构简单、制造方便、成本较低，可以在全世界推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1为本发明的开合式水流动力装置的结构示意图(仅示出了一个轮叶且该轮叶呈复原状态);
[0037]图2为本发明的开合式水流动力装置的结构示意图(仅示出了一个轮叶且该轮叶呈垂直状态);
[0038]图3为本发明的开合式水流动力装置的去掉端板后的侧视图；
[0039]图4为本发明的开合式水流动力装置的轮叶转态操作器的实施例一的推拉杆与连动杆的结构示意图；
[0040]图5为本发明的开合式水流动力装置的轮叶转态操作器的实施例一的推拉杆与连动杆的结构示意图(推拉杆处于与图4相反的另一种状态)；
[0041]图6为本发明的开合式水流动力装置的实施例一的端板、轮轴、轮叶转态控制器与轮叶转态操作器的结构示意图；
[0042]图7为图6中的轮叶转态控制器与轮叶转态操作器的动力传动机构的结构示意图；
[0043]图8为图6中的轮叶转态控制器与轮叶转态操作器的动力传动机构的另一种结构示意图；
[0044]图9为本发明的开合式水流动力装置的实施例二的推拉杆的内部结构示意图；
[0045]图10为本发明的开合式水流动力装置的羽杆在轮轴上布置的局部放大图；
[0046]图11为本发明的开合式水流动力装置的羽状叶片的结构示意图；
[0047]图12为本发明的开合式水流动力装置的端板内齿轮带动悬垂发电机示意图。
[0048]附图标记说明
[0049]1-轮轴2-端板
[0050]3-轮叶4-水流压力感应板
[0051]5-羽状叶片6-羽杆
[0052]7-防脱栓条8-水平轴面
[0053]9-轮叶转态控制器10-推拉杆
[0054]11-连动杆12-动力装置
[0055]13-驱动连杆14-伸缩机构
[0056]15-推动杆16-第一空心管
[0057]17-动力机构18-齿轮
[0058]19-第二空心管20-电源线
[0059]21-套圈22-端板接合齿轮
[0060]23-发电机接合齿轮 24-内供动力发电机
[0061]25-内向轮齿26-悬垂杆
[0062]27-齿轮轮轴
【具体实施方式】
[0063]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
[0064]首先需要说明的是:下文中提到的轮轴中轴面指的是经过轮轴的轴线的平面。本发明的开合式水流动力装置置于水流中时与水流方向平行的轮轴中轴面为水平轴面。
[0065]如图1至图3所示，本发明公开的一种开合式水流动力装置，放置于有水流存在的水域中。开合式水流动力装置包括轮轴I和多个轮叶组件，轮轴I的两端分别固定连接一圆盒形的端板2 (轮轴I的两端伸出端板2)，端板2的轴线与轮轴I的轴线重合。
[0066]每个所述轮叶组件均包括:轮叶3、水流压力传感器、轮叶转态控制器9和轮叶转态操作器。
[0067]如图1至图3所示，轮叶3沿轮轴I的轴向方向设置在轮轴I上，轮叶3由图1所示的多片相同形状的长方形羽状叶片5 (如图11所示)排列成一单行而成，羽状叶片5沿长度的中轴有一羽杆6,羽杆6与轮轴I连接。在本发明中,羽杆6垂直插入轮轴I并穿过轮轴I的轴线，羽杆6的末端从轮轴I另一侧伸出，羽杆6末端穿设一防脱栓条7。羽状叶片5能以羽杆6为轴转动。
[0068]轮叶3有图1和图2所示的两种状态，当羽状叶片5的表面与轮轴中轴面重合时为复原状态，即图1所示的状态，此时羽状叶片5 —片一片并排能够使水流推动其转动而带动轮轴I转动。为了起到有效的阻水作用以使水流推动其转动，相邻两片羽状叶片5的边缘最好靠贴但不重叠，即图1中示出的状态，也就是相邻两羽状叶片5的羽杆6之间的距离为羽状叶片5的宽度，在使用时，羽状叶片5在顺时针和逆时针的方向上都可以转动，实现羽状叶片5在垂直状态和复原状态之间切换。当然，并不排除相邻两片羽状叶片5之间并不靠贴的设置状态，也就是相邻两片羽状叶片5之间可以留有一定的间隙，但阻水效果可能不如边缘靠贴的。而且如果将相邻两片羽状叶片5的边缘设计为依次按相同方向重叠也是可以的，但这种情况下，羽状叶片5只能在一个方向上转动。当羽状叶片5的平面与轮叶3的轮轴中轴面垂直时为垂直状态，即图2所示的状态，此时水流可以从羽状叶片5之间流过，羽状叶片5对水流没有阻挡力。
[0069]所述水流压力传感器设置在靠近一侧端板2，水流压力传感器用于即时感测轮叶3所受水流压力并输出水流压力值。轮叶转态控制器9设置在水流压力传感器的同一侧端板2内，与水流压力传感器连接，并根据水流压力传感器感测的所述水流压力值的大小输出轮叶转态指令。所述轮叶转态操作器与轮叶转态控制器9连接，并根据轮叶转态控制器9输出的轮叶转态指令操作轮叶3在复原状态和垂直状态之间切换。
[0070]本发明的开合式水流动力装置的轮叶3平均分布并呈辐射状设置在轮轴I上，并且轮叶3位于两个端板2之间且短于两个端板2之间的距离。多个轮叶3的长度可以相同或不同。另外，由于所有的羽杆6均需要穿过轮轴I并经过轮轴I的轴线，所以一周十二个羽杆6 (以十二片轮叶3为例进行说明)不能在轮轴I的同一个横截面上，当其中一个轮叶3的一个羽状叶片5的羽杆6穿过轮轴I的轴线后，下一个轮叶3的羽状叶片5的羽杆6便不能在轮轴I的同一横截面上同时穿过轮轴I，只能偏移穿过轮轴I，如此类推，一周十二个羽杆6要在羽状叶片5的宽度内穿过轮轴1，倘若各羽杆6穿过轮轴I的位置平均分布，那么相邻两羽杆6 (不位于同一轮叶3上)之间的差距便是羽状叶片宽度的十二分之一。如图10所示，如果在A点插入第一片轮叶3的第一根羽杆6，那么在B点插入第一片轮叶3的第二根羽杆6，在C点插入第二片轮叶3的第一根羽杆6，在D点插入第三片轮叶3的第一根羽杆6，在E点插入第四片轮叶3的第一根羽杆6，在F点插入第五片轮叶3的第一根羽杆6，在G点插入第六片轮叶3的第一根羽杆6，在H点插入第七片轮叶3的第一根羽杆6……依此类推。图中的X表示羽状叶片的宽度与轮叶数目的比值。也就是各轮叶3的羽杆6依次错位排列，而不能相对设置。
[0071]上述揭示的是羽杆6穿过轮轴I的情况，当然，也并不排除羽杆6与轮轴I转动连接但不穿透轮轴I这样的设置方式，此时，一周十二个羽杆6可以设置在轮轴I的同一个横截面上，但羽杆6穿过轮轴I的部分要短于轮轴I的半径，不可以穿过轮轴I的轴线。但考虑到装配问题、羽杆6受力情况以及轮轴物料疲劳等问题，在本发明中优选采用羽杆6穿透轮轴I的结构方式。
[0072]本发明的开合式水流动力装置使用时依轮轴方向水平设置，如图3所示，水平轴面8上方的轮叶3初始设置为垂直状态，水平轴面8下方的轮叶3初始设置为复原状态。当本发明的开合式水流动力装置置于有水流的水域中时，将在水流推动作用下转动，通过所述轮叶转态操作器操作转动至水平轴面8上的轮叶3在复原状态和垂直状态之间转换，从而始终保持水平轴面8上方的轮叶3为垂直状态，水平轴面8下方的轮叶3为复原状态。如图3所示，图3中的箭头方向表示水流方向，轮叶3在水流的作用下逆时针转动，水平轴面8上方的轮叶3为垂直状态，水平轴面8下方的轮叶3为复原状态。当水平轴面8下方的轮叶3转动至与右侧的水面轴面8重合时，在所述轮叶转态操作器的操纵下将由复原状态切换至垂直状态，当水平轴面8上方的轮叶转动至与左侧的水平轴面8重合时，在所述轮叶转态操作器的操纵下将由垂直状态切换至复原状态。
[0073]当然，也可以将水平轴面8上方的轮叶3初始设置为复原状态，水平轴面8下方的轮叶3初始设置为垂直状态，并且通过所述轮叶转态操作器使位于水平轴面8上方的轮叶3始终处于复原状态，位于水平轴面8下方的轮叶3始终处于垂直状态，此时轮叶3在水流的作用下带动轮轴I一起顺时针转动。
[0074]本发明的所述轮叶组件的所述水流压力传感器为长板形的水流压力感应板4，水流压力感应板4固定设置在轮叶3与其中一块端板2之间的轮轴I上，并且与该轮叶组件的轮叶3呈复原状态时位于同一平面内。水流压力感应板4可以采用单面设置压力感应器的方式，也就是水流压力感应板4只有一面能够感应水流压力。对于图3所示的水平轴面8上方的轮叶3为垂直状态，下方的轮叶3为复原状态的这种情况，位于水平轴面8下方的水流压力感应板4上的压力感应器迎着水流能感受水流的压力，当其向右侧的水平轴面8转动时，其感受到的压力不断减小，直至转动至位于水平轴面8上时，压力接近于零，当其转动至水平轴面8的上方时，由于压力感应器背向水流的方向，因此感应到的压力也接近于零。因此，轮叶3需成对设置，每对轮叶3呈180度，当一对轮叶3中只要水流压力感应板4感测到压力变化至接近于零压力的最小值时变控制该对轮叶3 —起在垂直状态与复原状态之间切换。
[0075]当然，水流压力感应板4也可以采用双面设置压力感应器的方式，此时轮叶3的设置变无需成对设置，可以各自独立控制，只要水流压力感应板4感测到接近于零压力的最小值时，，轮叶转态控制器9输出轮叶转态指令，所述轮叶转态操作器操作轮叶3在复原状态和垂直状态之间切换。
[0076]下面以两个具体的实施例对轮叶转态操作器的结构进行介绍。
[0077]实施例一
[0078]如图4至图8所示，所述轮叶组件的轮叶转态操作器为推拉杆式操作器，所述推拉杆式操作器包括动力传动机构、推拉杆10和多个连动杆11 ;所述动力传动机构设置于端板2内，推拉杆10为长条形，沿轮轴I的长度方向设置；多个连动杆11与羽状叶片5 —一对应设置，连动杆11的一端与与其对应的羽状叶片5的羽杆6固定连接，另一端与推拉杆10铰接。本实施例中是采用在连动杆11的一端设置套圈21，套圈21套上羽杆6并与套圈21牢固结合起来。当所述动力传动机构接收到轮叶转态控制器9输出的轮叶转态指令时，推动推拉杆10前后运动(即沿轮轴I的轴线方向运动)，从而带动羽状叶片5转向90度，实现轮叶3在复原状态和垂直状态之间转换。另外，为了实现构成同一片轮叶3的多个羽状叶片5在推拉杆10的带动下实现同步同角度转动，多个连动杆11设置成如图4和图5所示的相同的倾斜角度。
[0079]如图4至图6所示，所述推拉杆式操作器还包括用于容置推拉杆10和连动杆11的第一空心管16，第一空心管16沿轮轴I的长度方向固定设置在轮轴I上，第一空心管16的两端分别连通至两端板2。羽杆6穿过第一空心管16与连动杆固定连接再穿过轮轴I。
[0080]所述动力传动机构可以采用图7和图8中所示的两种方式实现。如图7所示，所述动力传动机构包括驱动连杆13和用于驱动驱动连杆13往复运动的动力装置12，驱动连杆13的一端与动力装置12连接，驱动连杆13的另一端与推拉杆10的一端铰接，动力装置12根据轮叶转态控制器9发出的所述轮叶转态指令正转或反转以带动推拉杆10前后运动(沿轮轴I的轴向方向运动)。推拉杆10的前后运动便带动羽杆6转动，从而实现轮叶3在复原状态和垂直状态之间切换，动力装置12的选用较为灵活，只要能驱动驱动连杆13往复运动即可，如步进马达或液压传动装置等。
[0081]所述动力传动机构还可以采用如图8所示的结构实现,如图8所示,所述动力传动机构包括伸缩机构14和推动杆15，推动杆15的一端与伸缩机构14铰接并在伸缩机构14的带动下进行推拉运动，推动杆15的另一端与推拉杆10铰接以带动推拉杆10前后运动。推拉杆10的前后运动便带动羽杆6转动，从而实现轮叶3在复原状态和垂直状态之间切换。
[0082]下面结合附图对本实施例的工作原理进行介绍:
[0083]当本发明的开合式水流动力装置置于有水流存在的水域中时，将水平轴面8上方的轮叶3初始设置为垂直状态，水平轴面8下方的轮叶3初始设置为复原状态，由于水流的作用，轮叶3逆时针或顺时针旋转，从而带动轮轴I随转，当轮叶3转动至与水平轴面8重合时，水流压力感应板4感测到水流压力为零压力，使轮叶转态控制器9输出轮叶转态指令，从而控制所述动力传动结构的动力装置12或伸缩机构14动作，从而推动推拉杆10前后运动，从而带动羽状叶片5转向90度，实现轮叶3在复原状态和垂直状态之间切换。
[0084]实施例二
[0085]如图9所示，所述轮叶组件的轮叶转态操作器为独立动力式操作器，所述独立动力式操作器包括:为每个羽状叶片5设置的一独立的用于驱动羽状叶片5转动的动力机构17和第二空心管19，第二空心管19沿轮轴I的长度方向固定设置在轮轴I上，第二空心管19的两端分别连通至两端板2。羽杆6穿过第二空心管19后再穿过轮轴1，动力机构17根据轮叶转态控制器9输出的所述轮叶转态指令正转或反转以带动羽状叶片5转动，从而实现轮叶在复原状态和垂直状态之间切换。本实施例中的动力机构17采用了步进马达，即为每个羽状叶片5设置一个独立的步进马达，位于第二空心管19内的羽杆6上套设有与步进马达上的齿轮相啮合的齿轮18，从而实现所述步进马达带动羽杆6转动。所述动力机构17除采用步进马达外，采用其他动力传动装置如液压传动装置等也可以。
[0086]下面结合附图对本实施例的工作原理进行介绍:
[0087]当本发明的开合式水流动力装置置于有水流存在的水域中时，将水平轴面8上方的轮叶3初始设置为垂直状态，水平轴面8下方的轮叶3初始设置为复原状态，由于水流的作用，轮叶3逆时针或顺时针旋转，从而带动轮轴I随转，当轮叶3转动至与水平轴面8重合时，水流压力感应板4感测到水流压力为接近于零压力的最小值，使轮叶转态控制器9输出轮叶转态指令，从而控制所述动力传动结构的动力机构17启动，从而带动羽杆6转动,使羽状叶片5转向90度，实现轮叶3在复原状态和垂直状态之间切换。
[0088]另外，本发明中所涉及的水流压力感应板、轮叶转态控制器、动力装置和各动力机构均需要利用电能，而本发明的开合式水流动力装置设置在水中，不容易将外部的电能引入到本发明的装置内，因此，可以在端板内置发电系统，以提供电能。该发电系统将利用自身的动能，如图12所示，端板2内设有由齿轮带动的悬垂发电机组，所述悬垂发电机组用于电力控制轮叶3的活动，继续结合图12，所述悬垂发电机组包括一悬垂杆26、一发电齿轮组及一内供动力发电机24 ;悬垂杆26设有用于使轮轴I穿过的圆孔(图中未示出)，轮轴I通过轴承装配在悬垂杆26的圆孔内；悬垂杆26的上端固定一与轮轴I平行的齿轮轮轴27，所述发电齿轮组包含端板接合齿轮22及发电机接合齿轮23，端板接合齿轮22及发电机接合齿轮23结合在一起并均通过轴承装配在齿轮轮轴27上，端板接合齿轮22的直径小于端板2外缘至轮轴I外缘的距离，发电机接合齿轮23的直径小于端板接合齿轮22的直径，端板接合齿轮22的轮齿相对的端板2的内壁具有内向轮齿25，端板接合齿轮22与端板2的内壁上的内向轮齿25相卩齿合；内供动力发电机24固定于悬垂杆26的下端,发电机接合齿轮23通过动力传动带(图中未示出)与内供动力发电机24的机械动力输入部分(图中未示出)连接，以为内供动力发电机24提供动力；悬垂杆26的下端还置有一加权重物(图中未示出)，所述加权重物的设置以调节悬垂杆26的重量分布，使悬垂杆26在端板2转动时可以尽量保持悬垂位置。
[0089]在轮叶3的带动下，轮轴I将不断的转动，以产生动能，轮轴I所产生的动能大部分向外输出用于发电，小部分用于自身使用即用于内供动力发电机24发电，如图12所示，端板2在轮轴I的带动下不断地转动，由于端板接合齿轮22与端板2的内壁上的内向轮齿25相啮合，因此端板2的转动将带动端板结合齿轮22不断地转动，由于发电机结合齿轮23与端板结合齿轮22结合在一起，因此端板结合齿轮22将带动发电机结合齿轮23随转，发电机接合齿轮23将通过所述动力传动带(图中未示出)，把动力源源不断地传送到内供动力发电机24使其发电。内供动力发电机24发电后产生的电能供水流压力感应板、轮叶转态控制器、动力装置12和各动力机构17使用。
[0090]为了向实施例二中的各个动力机构17提供电能和传输信号，第二空心管19内设置连通至端板2内的线缆20，线缆20内容置信号线和电源线，电源线与端板2内的发电系统连接，信号线与端板2内的轮叶转态控制器9连接。
[0091]下面是对本发明的开合式水流动力装置所产生的能量通过初步估算进行说明:
[0092]假设轮叶3的径向长度为R，假设轮叶3的长度为L，轮叶3的面积为RL。假设水流横向流过r的距离所用的时间为t，则水流速度v=r/t。水密度P =1000Kg/m3。
[0093]初步估算功率P=(l/2)mv2/t=(l/2) P rRLv2/t= (1/2) P RLv3。
[0094]假设R为I米，轮叶的长L=100米，水流速度V为I米/秒，功率P= (1/2) X 1000 X I X 1000 X I3=0.5百万瓦。同样的装置，若置于水流速度v为3米/秒水流，功率 P= (1/2) X 1000X IX 1000X33=13.5 百万瓦。
[0095]发电容量比较:
[0096]三峡大坝水电站，共安装32台70万千瓦水轮发电机组，另外还有两台5万千瓦的电源机组，总装机容量为2250万千瓦，即22500百万瓦。长江中游长一千公里，平均流速为I米/秒，可设置数万个圆筒半径I米及长1000米的开合式轮叶水流动力装置在河流中，发电量可超过三峡大坝水电站的发电量。长江上游的水流速度达3米/秒，同一装置的发电量更提升十数倍。事实上，长江流域年均水资源总量9960亿立方米，全流域水能理论蕴藏量约2.8亿千瓦，可开发量约2.6亿千瓦，约为三峡大坝水电站发电量的11倍，若能够发挥一半功效已有5倍三峡大坝水电站的发电量。
[0097]另外，洋流能源更为巨大，中国沿海洋流的理论平均功率为1.4亿千瓦。美国墨西哥湾流总流量便达到7400?9300万立方米/秒，比陆地上所有河流的总量则要超出80倍。若与我国的河流相比，它大约相当于长江流量的2600倍，或黄河的57000倍。美国伍兹霍尔海洋研究所的研究人员指出，墨西哥湾流受到风力、地球自转和朝向北极前进的热量所驱使，所带来的能量等同于美国发电能力的2000倍。
[0098]世界上河流洋流能量资源丰富，若考虑全世界河流洋流适当设置本发明的开合式轮叶水流动力装置，所产生的发电量，足可以取代现有所有火力发电及核能发电设施，大大减少因火力发电排出的废气所带给人类的危害，并同时能大大减少核电泄露辐射所存在的危险。
[0099]以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种开合式水流动力装置，放置于有水流存在的水域中，其特征在于，包括: 轮轴，所述轮轴的两端分别固定连接一圆盒形的端板，所述端板的轴线与所述轮轴的轴线重合，所述轮轴的两端伸出两端端板外； 多个轮叶组件，每个所述轮叶组件均包括: 轮叶，所述轮叶沿所述轮轴的轴向方向设置在所述轮轴上，所述轮叶由多片相同形状的长方形羽状叶片排列成一单行而成，羽状叶片沿长度的中轴有一羽杆，羽杆与轮轴连接，所述轮叶有两种状态，当羽状叶片平面与轮轴中轴面重合时为复原状态，当羽状叶片平面与轮轴中轴面垂直时为垂直状态； 水流压力传感器，所述水流压力传感器设置在靠近一侧端板，即时感测轮叶所受水流压力并输出水流压力值； 轮叶转态控制器，所述轮叶转态控制器设置在所述水流压力传感器的同一侧端板内，与所述水流压力传感器连接，并根据所述水流压力值的大小输出轮叶转态指令；和 轮叶转态操作器，所述轮叶转态操作器与所述轮叶转态控制器连接，并根据所述轮叶转态控制器输出的轮叶转态指令操作轮叶在复原状态和垂直状态之间切换； 所述开合式水流动力装置的轮叶平均分布并呈辐射状设置在轮轴上， 所述开合式水流动力装置，依轮轴方向水平设置，置于水流中时与水流方向平行的轮轴中轴面为水平轴面，水平轴面上方的轮叶初始设置为垂直状态或复原状态，水平轴面下方的轮叶初始设置为与水平轴面上方的轮叶相反的复原状态或垂直状态， 当所述开合式水流动力装置在水流推动作用下转动时，通过轮叶转态操作器操作转动至水平轴面的轮叶在复原状态和垂直状态之间转换，始终保持水平轴面上方的轮叶为垂直状态或复原状态，水平轴面下方的轮叶为与水平轴面上方的轮叶相反的复原状态或垂直状态。
2.根据权利要求1所述的开合式水流动力装置，其特征在于，所述轮叶组件的水流压力传感器为长板形的水流压力感应板，所述水流压力感应板固定设置在轮轴上并且与该轮叶组件的轮叶呈复原状态时位于同一平面内。
3.根据权利要求2所述的开合式水流动力装置，其特征在于，所述水流压力感应板采用单面设置压力感应器的方式，所述轮叶成对设置，每对所述轮叶呈180度，当一对轮叶之一的水流压力感应板感测到水流压力变化至接近于零压力的最小值时，所述轮叶转态控制器输出轮叶转态指令，所述轮叶转态操作器操作该对轮叶在复原状态和垂直状态之间切换。
4.根据权利要求2所述的开合式水流动力装置，其特征在于，所述水流压力感应板采用双面设置压力感应器的方式，当所述水流压力感应板感测到水流压力接近于零压力的最小值时，所述轮叶转态控制器输出轮叶转态指令，所述轮叶转态操作器操作相应的轮叶在复原状态和垂直状态之间切换。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的开合式水流动力装置，其特征在于，所述轮叶组件的轮叶转态操作器为推拉杆式操作器，所述推拉杆式操作器包括: 动力传动机构，设置于所述端板内； 推拉杆，所述推拉杆为长条形，沿轮轴设置； 多个连动杆，与所述羽状叶片对应设置，连动杆的一端与与其对应的羽状叶片的羽杆固定连接，另一端与推拉杆铰接； 所述动力传动机构接收到所述轮叶转态指令，推动推拉杆前后运动，从而带动羽状叶片转向90度，实现轮叶在复原状态和垂直状态之间转换。
6.根据权利要求5所述的开合式水流动力装置，其特征在于，所述动力传动机构包括驱动连杆和用于驱动驱动连杆往复运动的动力装置，所述驱动连杆的一端与所述动力装置连接，所述驱动连杆的另一端与所述推拉杆的一端铰接，所述动力装置根据所述轮叶转态指令正转或反转以带动所述推拉杆前后运动。
7.根据权利要求5所述的开合式水流动力装置，其特征在于，所述动力传动机构包括伸缩机构和推动杆，所述推动杆的一端与伸缩机构铰接并在所述伸缩机构的带动下进行推拉运动，所述推动杆的另一端与所述推拉杆铰接以带动所述推拉杆前后运动。
8.根据权利要求5所述的开合式水流动力装置，其特征在于，所述推拉杆式操作器还包括用于容置所述推拉杆和连动杆的第一空心管，第一空心管沿轮轴的长度方向固定设置在轮轴上，第一空心管的两端分别连通至两端板；羽杆穿过第一空心管与连动杆固定连接再穿过轮轴。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的开合式水流动力装置，其特征在于，所述轮叶组件的轮叶转态操作器为独立动力式操作器，所述独立动力式操作器包括:为每个所述羽状叶片设置一独立的用于驱动所述羽状叶片转动的动力机构，所述动力机构根据所述轮叶转态指令正转或反转以带动羽状叶片转动。
10.根据权利要求9所述的开合式水流动力装置，其特征在于，所述独立动力式操作器还包括第二空心管，所述第二空心管沿轮轴的长度方向固定设置在轮轴上，第二空心管的两端分别连通至两端板；羽杆穿过第二空心管后再穿过轮轴。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的开合式水流动力装置，其特征在于，所述羽杆垂直插入轮轴并穿过轮轴轴线，羽杆末端从轮轴另一侧伸出，羽杆末端穿设一防脱栓条。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的开合式水流动力装置，其特征在于，相邻两羽状叶片的羽杆之间的距离为羽状叶片的宽度，轮叶位于两个端板之间且短于两个端板之间的距离。
13.根据权利要求1所述的开合式水流动力装置，其特征在于，所述端板内还设有用于为所述水流压力感应板、轮叶转态控制器和轮叶转态操作器提供电能的悬垂发电机组；所述悬垂发电机组包括一悬垂杆、一发电齿轮组及一内供动力发电机；所述悬垂杆设有用于使所述轮轴穿过的圆孔，所述悬垂杆与所述轮轴以轴承接合；所述悬垂杆上端固定一与所述轮轴平行的齿轮轮轴，所述发电齿轮组包含端板接合齿轮及发电机接合齿轮，所述端板接合齿轮及发电机接合齿轮结合在一起并均通过轴承装配在所述齿轮轮轴上，所述端板接合齿轮的直径小于所述端板外缘至所述轮轴外缘的距离，所述发电机接合齿轮的直径小于所述端板接合齿轮的直径，所述端板接合齿轮的轮齿相对的所述端板内壁具有内向轮齿，所述端板接合齿轮与所述端板内壁的所述内向轮齿相啮合；所述内供动力发电机固定于所述悬垂杆下端，所述发电机接合齿轮通过动力传动带与所述内供动力发电机的机械动力输入部分连接；所述悬垂杆下端还置有一用于使所述悬垂杆保持悬垂位置的加权重物。
【文档编号】F03B17/06GK104141586SQ201310168121
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月6日 优先权日:2013年5月6日
【发明者】曹鸿辉 申请人:曹鸿辉