专利名称：活塞式水力发电机的制作方法
用水推动水轮机发电从分析上看，水轮机的叶片总是偏斜的，用图一来表示偏斜的示意(图中1叶片、2轴心、3发电机)水在冲击叶片时，有部份水是推动叶片转动，是做了功的，有部份水是压在叶片上，不起做功作用，有浪费水的现象，所以功率不高，因此才设计用活塞来代替叶片，因活塞的耗水量少，水的压力又是在密封的容器里，垂直的向活塞推去，没有浪费点水，让90％以上的水，都能做功，提高功率。
用水推动水轮机转动一转，并带动发电机转动一转，耗水量是园周率3.14，用水推动活塞来回运动一次，并带动发电机转动一转，耗水量是1+1＝2，从耗水量对比，用3.14÷2＝1.57，也就是说，水轮机比活塞多浪费水1.57倍，假设改用活塞发电，活塞能节省水1.57倍，将节省的水，用去发电，就能提高功率1.57倍。
1、由于水轮机的叶片是偏斜的，从分析上看，有70％左右的水的压力是推动叶片转动是做了功的(图中箭头表示水的冲压，其中横箭头表示叶片转动的方向)有30％左右的水的压力，是压在叶片上，经叶片传压在轴心上，在由轴心传压在支架上(地面上)，所以不起做功作用，有效动力，只有0.7倍左右或者0.8倍左右，也就是说，有100斤水的压力，只能当70斤或者80斤水的压力用，好比提重物上高处一样，如果是放在一块偏斜的木板上推，图二的示意(图中1木板、2重物)根据偏斜的程度来定，100斤的重物或者只需用70斤左右的力，就可推上去，如果是垂直的向上提起，就得要100斤的力了，如果是用100斤水的压力从木板压下去，也只有70斤左右的压力往下压，有30斤左右的压力，只是压在木板上，如果是用100斤水的压力垂直向下压去，就有100斤水的压力压下去了。所以水轮机还是有浪费水的现象，有效动力，不足1，只有0.7倍或者0.8倍左右，这是水轮机的缺点是功率不高的原因，但是水轮机是园周转动，相当于直线运动，转速较高，构造简单，适应于发电的需要，是水轮机的优点。
2、用活塞发电，水的压力是在密封好的容器里，垂直的向活塞推去(图三的示意，图中1大活塞、2小活塞、3发电机、4推杆、5大齿轮、6小齿轮、7曲轴、8控制进水和排水的小轮、9气缸、10连杆)如果不考虑一切损失，100斤水的压力，能当100斤的压力用，是活塞的优点，缺点是活塞是来回运动，不是直线运动，转速不高，不大适应于发电的需要，因活塞笨重，在做来回运动时，是需要急时的停止前进，又要急时的返回运动，不可停顿片刻，由于需要急时的停止前进，又要急时的返回后退，这就要消耗很大的动力，才能做到这点，是活塞功率不高的原因，是活塞的缺点，关于这个缺点，是可以克服的(1)可在活塞里安装小活塞，分别叫做大活塞和小活塞，小活塞能在大活塞里来回运动，现将气缸分成十个等份，如图四各图的示意，在做每一次行程时，大活塞行0.8的行程(8个等份)其余0.2的行程(2个等份)由小活塞继续行完，0.8+0.2＝1，也就行完了一次行程，现在来看大、小活塞来回运动的经过图三的大活塞带动小活塞行至8等份，就停止了前进，如图四1的示意，由小活塞代替它继续行至10等份，变成了图四2的示意，小活塞立急返回后退，行至9等份的地方，如图四3的示意，水以进入推动大活塞回行运动了，并追上小活塞，带动小活塞返回运动做功，从图四3变成了图四4，等到大活塞行至2等份，又停止了运动，由小活塞代替它继续行至0等份，在由0等份返回向10等份运动做功，又转变成图三的示意了，接着又变成了图四1的示意。小活塞的安装，是用来缓和大活塞来不及作急时的停止前进和来不及作急时的返回后退的困难，因小活塞的面积小，容易急时停止前进，又容易作急时的返回后退，小活塞在大活塞里，代替大活塞继续行完0.2的行程的这个时间里，大活塞就有个多余的时间作急时的停止前进，又作急时的起动回行运动，并追上小活塞，带动小活塞返回运动做功，克服大活塞来回运动的损失，改变成相当于直线运动来提高功率。(2)活塞来回运动发电，转速不高，是活塞的另一个缺点，这个缺点可以利用大齿轮带动小齿轮转动，改变转速变快的原理来克服，而不影响功率减少，如果是用现有的水轮机的一切设备来设计，只改用活塞发电，一切机件照常使用的话，那就扩大活塞的面积，也可用两个活塞来代替水轮机，那一更好，在一定的时间里，消耗以水轮机一样多的水量，虽然活塞来回运动慢些和来回运动的次数少些，但是活塞的面积以增大了，受力面也被增大，动力也随着增大，就可利用大齿轮带动小齿轮转动来提高转速，就可克服转速不高的缺点了，达到发电的需要，如图三的示意，从耗水量，转速、时间、大齿轮、小齿轮、推杆等来计算，是不会减少功率的。(3)推杆的安装，是为了增大活塞的行程，减少活塞来回运动的次数，又是为了适应于带动曲轴转动做功的需要才安装的，有利益功率上的提高，有利益设计上的需要。(1)(2)(3)点的说明，是用来解决活塞发电的缺点，只要这三个缺点能克服了，其它的困难，如活塞的笨重，大、小活塞来回运动的碰撞，活塞来回运动次数的要求，发电机转速上的要求，进水和排水的控制等，都可克服。利用活塞式水力发电，预计可提高功率1.4倍左右，适用于小型水力发电站，先用小型水电站来对比，试制试用，看能否提高功率，我只知其一，不知其二的地方是多的，请爱好科学和关心我国科学发展和有关单位和厂方的技师们，多作指教和支持，共同的分析和设计制造，盼活塞式水力发电机试制试用成功，增加发电量。
权利要求
1.设计一种活塞式水力发电机。好处是耗水量少，不容易浪费水，让90％以上的水都能做功，增加发电量。设计特征和组成部份，主要的是需要在大活塞里安装小活塞，需要安装推杆、大齿轮、小齿轮、曲轴、发电机、气缸、连杆等才能组成活塞式水力发电机。
2.如权利要求1所述的在大活塞里安装小活塞，是用来缓和大活塞来不及回行运动的困难，克服大活塞来回运动，对功率上的损失，将来回运动，改变成相当于直线运动来提高功率。
3.如权利要求1所述的推杆是用来增大活塞来回运动的行程，又可减少来回运动的次数，有利益功率上的提高，有利益带动曲轴转动。
4.如权利要求1所述的大齿轮和小齿轮的安装，是用来将慢速转动，转变成快速转动，而不影响功率降低，以好适应于发电机转速上的需要。
5.如权利要求1所述的大活塞、小活塞、推杆、大齿轮、小齿轮、曲轴、发电机、气缸、连杆等，是活塞式水力发电机的主要的组成部份，是设计上不可缺少的主要的零件。
全文摘要
用水推动水轮机发电,因水轮机的叶片是偏斜的,水在冲击叶片时,有部分水是推动叶片转动,是做了功的,有部分水是压在叶片上,不起做功作用,有浪费水的现象,所以功率不高,因此才设计用活塞来代替叶片,因:活塞的耗水量少,水的压力又是在密封的容器里,垂直的向活塞推去,没有浪费点水,让90%以上的水都能做功,提高功率,但是需要在大活塞里安装小活塞,需要安装推杆、大齿轮、小齿轮等用来克服大活塞来回运动,对功率上的损失和克服发电机转速上的需要,预计能提高功率1.4倍左右。
文档编号F03B17/02GK1254055SQ99110298
公开日2000年5月24日 申请日期1999年7月27日 优先权日1999年7月27日
发明者杨元祥 申请人:杨元祥, 杨世童, 杨世政