[实用新型]可变翼水轮机

说明书

本实用新型涉及一种用于水力发电的可变翼水轮机，这种水轮机可安装在普通的河流中进行工作。

目前世界上水力发电站中的主要驱动设备是水轮机，其作用原理是把拦截在水库或河流里的水变为驱动机械的能量，利用这种能量来驱动发电设备。

水力发电是世界上重要的电能来源，据估计在经济上值得开发的水力资源有38×10⁵MW，目前业已开发的水力大约只有37×10⁴MW，即约占百分之十，还有百分之九十的水能尚未被利用。非洲和亚洲的水能储备基本上尚没有开发利用。产生这一情况的原因主要是建造水库需要大量人力和物力，投资昂贵。因为，无论是古典式的转浆式水轮机，抑或近代通用的各种冲击式水轮机和反击式水轮机，其工作原理均是依靠水的位能转变成流动能冲击叶轮，带动水轮机作功。没有水头，水轮机就不能工作，即使是灌注式水轮机，一般也要求有一米以上的水头才能工作。十分明显，水能应用来转变为电能，必须选择水位落差较大的地点，或者拦河建造水库。这不但耗资巨大，占田占地，给国民生计带来困难，而且有可能破坏生态平衡，诱发地震，时间一久，总有一天水库会崩坏，将会带来难于预测的后果。

本实用新型的任务是寻求一种新型结构的水轮机，它不需兴建水库或不必寻求建水位落差较大之处，它能在一般河流中工作，以达到消除建造水库所带来的种种弊病。

提出这一实用新型任务的根据是，水库水坝的水位差是某一段河流流量的积分结果（确切地说只是某段势能的积分）。反过来说，在河流的各点上存在着流动量的微分量，若在河流各点均装上一种能工作的水轮机，使之发电联纲，这相当于全程势能积分，其结果相当于建立水库的发电量。

本技术解决方案是，浸入水流中的水轮机，其叶轮上相对于轮轴的两翼片受水流作用力不同而造成力差，产生力距使叶轮回转。

技术解决方案必须解决两个具体技术问题，一是如何使相对于轮轴的两翼片产生力差；二是如何使叶轮保持连续不断的回转运动。

前者的解决辨法是使轮轴上方的翼片与水流的作用面大于轮轴下方的翼片与水流的作用面，此时就能产生力差；后者的解决辨法有两个方案，一是将翼片做成沿长度方向可弯曲的，二是将翼片做成沿中心线可对折的，两者都是翼片与水流方向的有效作用面是能够变化的。以本发明最优叶轮旋转方向来说明，也就是以处于轮轴上方翼片的运动方向是与水流一致的状态来说明。当处于叶轮最高位置的翼片，其翼面正对水流方向而展开成为一个平面或近似平面，此时翼片上所受水的作用力为最大，产生转距，使叶轮转动；随着叶轮转动，下一个翼片又处于叶轮最高点，产生的转距使叶轮继续转动，而原来的翼片在水的作用下逐渐弯曲，或两对折翼面逐渐闭合，转至轮轴下方即处于叶轮最低位置时，翼片弯曲为最大，或对折翼面完全闭合，此时翼片背对水流方向，即翼背正对水流，此时所受水流的作用力为最小，此水流的作用力为叶轮运动的阻力；当叶轮继续回转，也就是翼片越过叶轮最低点而逐渐升高，一当翼面所受水作用力大于翼背的阻力时，翼片逐渐张开，直至转至轮轴上方处于叶轮最高位置时，翼面又展开成为一个平面或近似平面，又处于受水流最大作用力状态。由于轮轴上半部各翼片所受水流作用力的总和大于轮轴下半部各翼片所受水流阻力之和，且各翼片连续依次进入工作状态，使叶轮始终在力距作用下保持连续不断的回转运动。

为了保持翼片能够正常工作，翼片的形状必须只能朝一个方向弯曲；为了减少翼背的水流阻力，翼背的水平横截面形状应是曲线，翼缘薄而翼背中部厚，此曲线最理想的是双曲线的一部分，为了加工方便，也可做成类似双曲线或光滑的曲线。翼片要考虑强度，应按固定悬臂梁的原理设计，其与叶轮连结处要有足够的厚度。为了使翼片在越过叶轮最低点而上升时能很快地从弯曲状态或闭合状态展开翼面，翼片应做成空心的，使翼片在水中本身有浮力，此时翼片应用玻璃钢制成，通常的是用环氧树脂的玻璃钢制成。也可以做成用骨架外包橡皮或软质防水材料，翼片中空充气。在流速较大的河流中使用时，翼片也可用轻金属甚至木材制成。为了使翼片能够弯曲，对于沿长度方向可变曲的翼片来说，翼片是由两节或两节以上的单独部分用活动联接而成；对于沿中心线可对折的翼片来说，翼片是由两对称的部分用活动联接而成。