[发明专利]用于水力发电的铰接叶片十字轴涡轮机

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年3月23日提交的临时申请No.61/162560的权益， 其整个内容在此全文引入以供参考。

背景技术

六千多年以来，已经使用设备来利用例如水和空气的运动流体能量作 为动力。例如，数千年来水轮已经被用来利用来自运动水源的能量作为动 力。根据一些来源，最早已知的水力涡轮机可追溯到大约第四世纪初，其 中发现一对螺旋涡轮机碾磨地点可追溯到大约第四世纪初。具有倾斜叶片 的卧式水轮安装在充满水的圆轴底部，因此来自水沟的水作用到浸入(浸 没)在水中的水轮上而产生动力。

水力涡轮机的主要目的是利用存在于持续运动的流体流中的能量。提 取能量的设备可以变化。总体上，水力涡轮机可分类为反动式轮机或冲动 式轮机，其中在反动式轮机中，水压作用在轮机的叶片上，从而进行工作， 而冲动式轮机改变流体喷射的速度进行工作。

早期水轮动力系统涉及将具有间隔桨叶的可转动轮部分地浸入例如江 河或河流的水流中。水在流动时向浸入的桨叶施加力。该力使桨叶所附接 的轮围绕中心轴线转动。这种设计存在一些缺陷。例如，通常只有一小部 分桨叶暴露于流动水中。因此，由于水必须施加力以使该设备的所有元件 转动，效率很低，意味着中心轴线转动只能捕获很少能量。提出的本发明 使其整个结构暴露于水流中并且对于一定量的结构材料可以捕获多得多的 能量。

用于从运动水中捕获能量的另一种方法使用螺旋桨式涡轮机，这种类 型的涡轮机具有附接于单一杆上或容纳于壳体内的多个弯曲叶片。这种涡 轮机被定位为其轴线平行于水流。这种方法也带来明显的缺陷，包括：

·制造困难，因为叶片使用了复杂的弯曲形状。这增加了成本并且降 低了制造的可行性。

·安装这种设备困难，因为通常通过附接于通道底部或从水面悬挂下 来的大型刚性结构使其保持就位。这需要相当多的附加结构。提出的本发 明不需要类似的结构，因为本发明可以使用简单的系绳或绳索保持就位。

螺旋桨式转子以提升为基础而不是以拖曳为基础，因此具有“失速” 或开始转动所需的最小流量。提出的本发明利用水的推动力，因此本发明 没有失速，甚至根据发电机或转子上的其他载荷以非常慢的水流进行转动。

螺旋桨式转子是圆形的但是水通道通常是矩形的，因此转子不能紧密 配合到该通道内。提出的本发明具有可变的矩形剖面轮廓并且可以紧密配 合到任何矩形通道内。

发明内容

本发明使用具有铰接叶片的十字轴(交叉轴线)涡轮机从例如水和空 气的流动流体中捕获(收集)能量。捕获的能量可被用于进行机械作业或 发电。转子如浆轮一样动作，其中桨叶或叶片被铰接，以使得其可以转动 远离转子的上游行程的水流，并因此显著减少拖曳并增加能量捕获效率。

公开了一种配置为置于流动(水)流中的水力涡轮机。该涡轮机包括 具有第一端和第二端的框架结构。轴可转动地安装到该框架结构上，以围 绕轴线转动，该轴在该框架结构的第一端和第二端之间延伸。第一支撑板 在该框架结构的第一端附近可驱动地附接于该轴上，第二支撑板以一定距 离远离所述第一支撑板地可驱动地附接于所述轴上。多个叶片在第一和第 二支撑板之间延伸，每个叶片具有可枢转地附接于第一和第二支撑板上的 近侧边缘和当叶片枢转到停止位置时邻近该轴地设置的远侧边缘。在水力 涡轮机运行期间，叶片横向于流动流定位，因此当第一叶片围绕所述轴线 旋转时，对于旋转运动的大约二分之一，每个叶片由流动流保持保持在停 止位置，并且对于旋转运动的其余部分，每个叶片枢转远离所述停止位置。

在本发明的实施例中，涡轮机包括三个至六个平面状叶片。在本发明 的实施例中，当叶片处于停止位置时，每个叶片的远侧边缘与所述轴邻近。

在另一个实施例中，涡轮机进一步包括在所述框架结构的第二端附近 可驱动地附接于所述轴上的第三支撑板，并且多个第二叶片可枢转地附接 于第一和第二支撑板上，当叶片枢转到停止位置时，其远侧边缘邻近所述 轴地设置。所述多个第二叶片可与其他叶片转动偏离。

该发明内容部分被提供，以引入将在下面的详细说明中进一步描述的 简化形式的设计概念的选择。该发明内容部分不意欲标识请求保护的主题 的主要特征，也不意欲用于辅助确定请求保护的主题的范围。

附图说明