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利用流阻波形因数的差异将海浪能转换成电的方法和设备

阅读:902发布:2020-12-30

专利汇可以提供利用流阻波形因数的差异将海浪能转换成电的方法和设备专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于逐渐地将海洋的 波浪能 转换为 电能 的方法和设备。通过 风 力 提供 能量 储备保持了足够用于整个人类需要的能量。本发明提供高效的装置将这些能量储备投入到实际用途。一对异形部件(1、2)固定在旋转动力轴(3)上,凸形的和凹形的形状,尤其是开口V形的圆状的 顶点 ,其通过180度反转方位,即每当动力轴做180度的旋转时从凸形转变成凹形。当波浪渐渐止息时,呈现在波浪中的 水 的循环运动有效地驱动上述的 涡轮 。该对凸形的和凹形的异形部件(1、2)成螺旋形围绕动力轴(3)延伸,因此沿各个方向的水流,当到来并 接触 该对异形部件时,产生转动力矩。,下面是利用流阻波形因数的差异将海浪能转换成电的方法和设备专利的具体信息内容。

1.一种用于从通过在往复运动中的海洋波浪所确立的能量储备产生电能 的方法,该往复运动逐渐地恢复,以直接用来依靠通过利用与动轴 (3)啮合的一对异形部件(1、2)的在流动阻力波形因数中的差值产 生电力,其特征在于:结构为双面的实心的一对异形部件(1、2), 其中每个异形部件的横截面的形状为开口的V形,并且其通过180+180 度围绕动力轴(3)成螺旋形地延伸,所述部件通过经过反转异形部件 (1、2)的波形因数的波浪的动能始终在180度间隔旋转,力在交替的 波浪运动的双向都被供给到动力轴,因为该对异形部件具有的对半部 分轮流地给流体提供低的或高的阻力。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:在V形的尖锐的顶部的圆状 是用于防止丝状的粒子的粘附或者流体的振荡。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:位于各个异形部件(1、2) 的V形腿之间的凹形的通道构型吸收波浪运动的惯性力,而V形腿的凸 形的脊状的外形表面在开始时保护至少部分地在流中的凹形的通道 构型,并且从凹形的外形表面旁边偏转水流。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法,其特征在于:水流的若干种 不同的力的组合,尤其是波浪水流的双向,合并来向水平的或者垂直 的动力轴(3)提供旋转运动。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法,其特征在于:尤其是长波长 的波浪,即低频波浪,通过一对异形部件(1、2)传递用于在动力轴 上的旋转力,所述动力轴的旋转与发电机的电磁力对抗。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述在异形部件(1、2)中 的阻力的差异通过增加或者减少在运动方向的异形部件的长度来确 立。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述异形部件(1、2)的尾 端设计为开口V形的边缘,其在旋转中重复地接收水流,该边缘在异形 部件之间限定开口,其圆周的尺寸小于异形部件(1、2)的圆周的尺 寸。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:在波浪运动的不同的阶段或 者在带有不同的流体特征的各种深度的水层中,通过一对异形部件(1、 2)施加到动力轴(3)的转矩或者转速通过改变在异形部件和动力轴 之间的力臂的长度来增大或减小。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述一对异形部件(1、2) 起旋流分离器的作用用于混合有水的气体。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的方法,其特征在于:波阵面朝向 所述一对异形部件(1、2)聚集或引导,由此波浪被消除或者压制, 因此多重波浪的力不仅在异形部件的直接作用区域而且也在其他位置 减少。
11.根据权利要求1或10所述的方法,其特征在于:所述异形部件(1、2) 经由发电机的以电力形式的作用以通过获得波浪的惯性力在海洋中确 立靠近表面的、波浪平流层
12.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:回收的能量被用作在海洋 和路交通中的或用于社会中的能量供给的能源
13.用于逐渐地将海洋的波浪能直接转换为电力的波浪发电设备,所述设 备包括动力轴(3),由动力轴驱动的发电机(9),固定在动力轴上 的一对异形部件(1、2),各个异形部件具有与在第一流动方向的流 动阻力成比例的第一波形因数和与在反向的流体的第二波形因数,所 述异形部件根据该异形部件的波形因数中的差值将存在于波浪的惯性 力中的动能转换成动力轴的旋转能量,其特征在于:第一波形因数通 过异形部件的凹面确立,而第二、基本上较低的波形因数通过该异形 部件的凸面确立,并且所述一对异形部件(1、2)组成双面的连续的 或者多级的渐进的螺旋状的围绕动力轴(3)的凹形的和凸形的形状 (1、2)。
14.根据权利要求13所述的设备,其特征在于:所述一对异形部件(1、2) 包括耐用的和轻质的连接到动力轴(3)的壳体元件,其中两者都在动 力轴的相对侧上围绕动力轴以180度成螺旋形地延伸。
15.根据权利要求13所述的设备,其特征在于:所述异形部件的形状在大 的元件(12)中切出,设置成与旋转轴正交,并且相互连接以产生 凹形的和凸形的形状。
16.根据权利要求13所述的设备,其特征在于:所述异形部件(1、2)的 边缘和支柱(5a)在旋转动作的方向中它们的前缘或侧缘是圆状的。
17.根据权利要求13所述的设备,其特征在于:所述异形部件(1、2) 减少在旋转部分的动作方向中的厚度。
18.根据权利要求13所述的设备,其特征在于:动力轴(3)的方向偏离 异形部件(1、2)的边缘的方向。
19.根据权利要求13所述的设备,其特征在于:所述异形部件(1、2) 使它们的边缘通过螺钉或其他类似的固件固定到流线型的支柱(5a) 或者围绕在它的边缘的支撑
20.根据权利要求13所述的设备,其特征在于:水平安装的动力轴(3) 设置成与波阵面对准,因此所述设备可以在大波浪的作用下过载或者 欠载运行而不会损坏。
21.根据权利要求20所述的设备,其特征在于:若干动力轴(3)通过万 向联轴节或者金属绞线连续地在轴向连结。
22.根据权利要求13-21中任意一项所述的设备,其特征在于:通常异形 部件的横截面形状为开口的V形或A形。
23.根据权利要求13、20、21、或22所述的设备,其特征在于:该设备以 锚固定到一深度,其中它在波谷中是部分或者全部位于海面以上,并 且在波峰中完全被淹没。
24.根据权利要求13、20、21、22或23所述的设备,其特征在于:该设备 通过浮筒保持在预定深度,其中浮力是可调整的用于控制设备的吃水 深度,并且由此用于根据可利用的多重波浪最佳化性能。
25.与发电机连接的浆轮,其特征在于:该浆轮是系泊的,并且被支撑在 靠近海面的海底,位于水面以上或部分地位于水面以上,而且该浆轮 的桨叶具有开口V形的结构,而转子的转动轴包括与移动的波浪前部即 波峰同方向的上述桨叶,并且从波浪内部的水流循环中吸收旋转的力, 再应用到V形的腿之间。
26.根据权利要求13所述的设备或者根据权利要求25所述的浆轮,其特征 在于:通过一对异形部件驱动发电机或者浆轮是通过一些气体的超压 来防水的。
27.根据权利要求13所述的设备或者根据权利要求25所述的浆轮,其特征 在于:所述设备或者浆轮位于海上平台之上。
28.根据权利要求13所述的设备的应用,因此位于船舶之前的该设备在水 中推进,确立无波的或者较小波浪的水层以用于船舶或者其它的水运 工具。

说明书全文

技术领域

发明涉及利用流阻波形因数将反复的海浪运动通过一对异形部件 逐渐地转换为电,所述部件围绕一轴成螺旋形地以180+180度延伸,并 且逐渐地在流动或者摆动动作的力的作用下打开。

特别地,本发明涉及用于再生在大量的海浪中的液态分子的振荡的 机械运动的和离心的能量的方法和设备,以便利地在不同的方向和甚至 从不同的深度水平的以电力的形式再生,例如以对环境友好和经济的方 式从漂浮的和转动的发电机平台再生出电力。该方法不要求庞大的和昂 贵的结构或设备,也不把能量转换为其它的形式,在使用时它将以自然 的振荡运动、流动、压力和惯性力的形式以及流体静力势能的方式存在 于水波中的液压力直接地传递到在结构上为固体的旋转涡轮中。互连的 异形部件的由不相等的波形因数引起的流阻差异被利用在动力轴的不同 的侧面上,用来产生对于轴的旋转力,通常没有主要的与该轴平行的流 动。因此,海水有几分地经过涡轮,作为通过旋转异形部件再生的能量, 并且通过连接到发电机的动力轴传递,其中机械能转换为电能,没有产 生显著的放射。利用本发明在沿海的区域可以便利地履行京都协定反对 的二和二氧化氮的排放,有关例如能量的生产和通常用于社会的 能量供应,以及水路和路交通。同时,混合有水分的空气可以离心地 除去,尤其是从接近表面的水层除去,并且可以应用到实际用途。例如 利用从深处上升的温水的气泡用于防止海港或海上航线的冻结,例如来 自在海底与海上航线平行的延伸的多孔的空气管线的气泡。

背景技术

工作平台可以这样提供,例如,利用在海面上漂浮和起伏的浮筒或浮 桥,其固定到例如另一个浮筒或锚,以使得发电机的能量定子或任意的 转子大致上保持在它们的方位并且固定,即使在深海中。这些功能还可 以通过帆布材料的降落伞状的浮锚实现,其例如利用金属多股绞合线支 撑其本身,或者用绳子圈起一较大的和较少的动作或静止的水域。该浮 锚在工作中还可以充当安装架。
在海水的波浪中,振荡运动的力、压力和势能可以通过例如螺旋状的 双面的、凹形的(Ko)、通常为连续的通道表面吸收,该表面围绕一轴 以180度或半圆延伸,并且至少部分地相对流体或水流打开。相对目前吸 收水流的凹形的通道表面,转动轴的另一侧提供凸出的(Ku)叶轮表面。 各个叶轮在朝向轴的表面是凹形的,并且在其相对侧或外表面是凸状的。 叶轮为打开式的V或A型叶轮,其通常是弧形的横截面。所述叶轮彼此以 一定的距离定位,带有朝向彼此的凹面,并且在尖锐的一端稍微是圆状。 该对叶轮是彼此互补的以传递旋转的力至通常设置在所述叶轮之间的转 子的动力轴。通过支柱,其在海水的移动方向为流线型,即它提供较低 的阻力,波浪的惯性力和离心力从异形部件传递到旋转的动力轴,其优 先的是水平的,但是也可以是垂直的。在旋转中所述凹面接收水流和压 力,同时其凸面也围绕轴旋转。不同的力和能量的组合,例如运动、速 度、惯性、压力和势能,遵照自然法则在涡轮的表面使他们本身创建在 复杂的相互关系中。这些可以与转子的动力轴组合,因为弧形的并且轴 向常常稍微倾斜的叶轮表面依据惯性力不得不进行旋转运动,该惯性力 通过波浪或大量的水流引入,所述表面变成通常暴露在水的离心力的推 动下。发电机的电磁阻抗力通常倾向于与应用到设备的叶轮的水流波浪 的动力能对抗,但是该阻力屈服于作用于叶轮的水流波浪的力并且在发 电机的线圈处转换成电力。
大海的高涨,其振荡场或水流受多种因素干扰。即使在水流波浪中, 多种不同的振荡由于反射和偏转的原因会在纵向、侧向和垂直方向叠加
大海的波浪始终携带很强的总的能量积累。这些能量储备,即大海的" 储能器",目前几乎是从未用过的,尽管对其有巨大的需求。实际上,目 前能量的供给是以不必要的昂贵的和有污染的方式实行的,例如通过燃 油、、木材、垃圾,或者通过带有辐射和损耗的后果的核能。
实际上,仅仅从大海提取2%的的波浪能就能产生充足的电力,用于整 个世界的能量需求。海洋能量的高涨在其峰值时大约是波阵面或海岸线 的100kW/m。通常在耐寒的区域沿着海滨存在的能量大约是10-50kW/m。 波动的海洋还可以通过空气在冬季维持能量产生,因为温暖的较重的水 随着空气从深处产生直到表面。海上航线,尤其是,可以保持清除固体 和通过从更深的层次上升的气泡以及部分地也通过从深处上升的并 且具有高热容量的温水所要产生的波浪。总归,每个单独的移动波块表 现为小的能量储备或机械储能器。
机构经受的海浪大体上包括不固定方向和力的以及偶而以海啸形 式的水下地震。对于后者,由于位于上部的空气在上升的波段几乎没有 提供阻力,在压力波中前进的水体上升以形成一高和长波。实际上,水 分子的平面和垂直运动通常在表面附近是最强烈的,但是当深度增加和 移动的水体增厚的时候会变得缓慢。由于这些能源的不稳定性,到目前 为止能量的回收和储备还是非常困难和昂贵。大量水团的波浪仿佛是在 海洋中不断地往复移动和"送"海洋波浪的能量可以被管理以用于电能 的生产,代替例如建立更大的核动力设备。依照本发明的能量的生成过 程在设备的总的寿命循环过程中几乎消除了所有的放射物和废弃物。

发明内容

本发明可以利用一对连接到动力轴的双面开口的凹形的和凸形的异形 部件,所述异形部件成螺旋形地以180度延伸,并且逐渐相对上游方向开 口。凸面对抗流体或水流,在水流中逐渐地变换成凹面,该凹面接收在 相同的叶轮板的下游侧上的水流和力。对水流开口的凹形的通道表面包 括,如图所示的下游方向,通常大约为涡轮的凸出侧区域的30-40%,其 余部分通常通过涡轮的脊形的凸形的叶轮在上游侧覆盖。水流通过凸面 是横向反射的,例如在凹面上。沿着涡轮的逆流部分,旋转的凹形的叶 轮通过凸形的叶轮遮蔽,直到其中的功能逐渐地随着180度的螺旋状的程 度反向。
位于水流或振荡中的螺旋形螺旋状的本体在从各个方向接收水流的压 力的过程中总是具有至少凹面的一部分,并且设立在每个循环中重复地 对水流的阻块或栅栏,同时将波浪或振荡的压力或动力能通过异形部件 之间的开口或缝隙4经由支柱5a或支承板55传递到转动轴3。
更准确地说,本发明涉及依照权利要求1所述的方法和依照权利要求13 所述的设备。其改善主要集中在加强了对存在于水波中的多方向的振荡 运动和水流的利用,并提高其效率。
依照本发明,以这样的方式提供改善,例如在方向性的不稳定的海流 或在振荡运动中的涡轮,当围绕一差不多固定的或慢慢地移动的轴成螺 旋形旋转时,利用其凹面轮廓接收均匀的多方向的水流和压力作用。
在本申请中,术语"大海"的使用,例如,涉及公海、有群岛之海、内 陆湖、人工湖、河或水库,具有暴露于风力作用的敞开面,用于经受水 流波浪和收集作为波浪运动的能量以建立能量储备。海的表层,特别是, 暴露于高速的风中,风产生水流波浪并通过它们的摩擦增加它的尺寸。
在本申请中,术语"波浪能"用于指几乎存在于任意方向的水的物理上 的运动,引起振荡或几个波的累积波,即干涉。在波浪运动中,流水的 分子在一个方向迁移或沿着几乎规则的路径在至少两种不同的能量形式 的反复的转换中往复,该能量通过水以这样的方式流通。
在本申请中,术语"波形因数k"用于指流阻的通过特殊形式提供的比 例。由不同形式特供的在流水运动中的阻力上的试验研究已经提供在 1961年的芬兰中学物理教科书(Nurmi-Ahlman-Fedosov-Hδglander- Qvickstróm)。带有空气的测量由Uuno Nurmi博士实施,并且显示在图1 中,其中有异形部件a...f。运动阻力主要是由于部件的下游侧的湍流。 在垂直于水流的平面中的投影面积是相等的,而且其它因素也是恒定的。 用于不同轮廓的表面的阻力F的公式显示在图1的底部。该阻力通过利用 波形因数k乘以流动或振荡运动的物质的密度以及垂直于水流的部件的 投影面积和运动的速度的平方获得。该因数由于特殊的成形产生,其作 为波形因数k提供在图的右侧,水流从左侧流入,如箭头所示。
在本申请中,术语"结构上的固体"用于指气体或液体基本上不能透过 的材料,例如复合结构,通常其表面是光滑和明亮的,但是能抵抗主要 的力和各种形式的磨损。
图1的波形值不但应用于空气而且大致上也用于水中,即使水的密度大 约是空气的1000倍(1000-fold)。由于密度差,风力实际上通过小设备 从水波比从空气中更有效地恢复。在小空间中水力比空气的力更加强大 得多。液态水也具有强大的惯性和离心力。
用于直接地通过发电机产生电力从海浪中回收能量的本发明的新颖的 设备在操作中比例如传统的风车更加可靠,因为大海的"作用",即波浪 的振荡运动,依照惯性力持续很长时间,即使当风已经平静下来之后, 尤其是深水中。大海的波浪的反射和波阵面的偏转增加了能量产生的连 续性和持续时间,例如在岛屿之后,即使可以感觉到的水的动能在下降。 在波浪运动中交替的团块的幅度确保能量产生的连续性,即使水分子或 流体"水生核"通常沿着路径轨道运行,所述路径在接收波浪的传播过程 的纵剖面图中是圆状的或椭圆状的。
最后,本发明的申请涵盖了使用和消耗能量的社会中的所有情形,例 如交通、居家、工业生产。其益处主要包括减少了原材料和各种各样的 放射。
本发明还可以用于减波方法和设备,能够通过存在于水流波浪中的合 力"耗尽"或消除水流波浪。这样的"减波设备"通常建立在产生能量的海 水的静止的表面,因为通常先导波的膨胀产生的力是消耗用于驱动发电 机轴并产生电力。根据多重滚动波的高度或高频率,涡轮的转速可以达 到非常高的速率。本发明也可以在低的振荡能使用,即低振幅,或者在 高频率使用,例如根据流线型的V形的叶轮元件或几个波的能量的总和。
波浪"消耗器"也可以作为有效的防波堤或产生能量的码头起作用,不 需要主要的结构操作和昂贵的附加设备。
本发明还可用于作为船舶的能源,其外海中推动或作为运行稳定器。 因此,在位于容器之前的适当的距离,它可以设置,例如在很长的杆的 末端,本发明的小的可推进的设备,其抑制波浪并且要求从海洋膨胀的 以电能的形式能量被用于推动传统的船舶、水翼船或气垫船,例如即使 有很高的螺旋桨转速。
即使在远处波浪的反作用可能具有冲击。实际上,海洋的波浪能可以 恢复,即使从广泛的区域有效地从彼此相距很远的地方,因为振荡在水 中有效地和无声地传送到期望的收集地点,尤其是长的、携带高能的波 浪。作为能量的补偿,来自平静的区域附近的波浪的动能总是通过推动 或吸引传递到平静的区域。波浪的推进动作,随着其惯性力,可以根据 叶轮和连接到发电机的涡轮的动力轴引导,其中电磁阻抗力必须通过运 行克服。波浪的动能,一旦传递给发电机,就不能够在水中再产生新的 浪潮了,而出现的是波浪被断开并且不能产生新的上升的波浪。
在大多数情况下,波浪运动几乎是对称的。波浪的反向传播过程可变 得容易地理解,例如,当波浪运动是由向静水投掷卵石而产生并且显然 地传送到远离投掷点的位置,而且偏转或反射波在反向或向内流通,根 据其中的能量分布几乎是相等的。
即使其来自很广阔的区域,几乎整个波阵面的能量可以通过本发明的 设备聚集在接近动力轴3的范围内。由于通过水分子波浪完成真实的振荡 运动,还有在波浪中的回复步骤,该波浪供给涡轮驱动轴,带有位于在 同样意义上的旋转中的倾斜表面上的更多的能量。波浪运动总是会倾斜 使得它的运行路径达到无波浪的区域。涡轮不"识别"波浪的来源的方向, 因为在四面八方的水流和振荡通常在相同方向增加在涡轮动力轴3上的 旋转力。涡轮的对称和双面的设计常常也便于180度的简单的旋转和收紧 力,即使仅仅在叶轮成对的V或A形的叶片的部分的开口中。关于剩下的 水波的分子几乎是固定的,并且波浪能在反复的振荡运动中移动,本发 明的设备能够将双向的振荡转换为电能。在海浪干涉中,所有的频率和 波长都可能被利用。该设备在正常状态下通常可以调整其本身的转速。 圆状的波浪,例如参考投掷卵石而引起的,在其反向过程中也会起作用。
在水中放置的电力设备可以这样实现,例如在空气或真空隔离箱中, 类似于热水瓶,例如在带有水平轴的设备中,波阵面的强力的运动被引 导进入波浪"消耗"设备,例如通过叶轮1和2之间的缝隙4,或者进入用于 接受力的叶轮的任意的凹地或凹口。
各个单独反复的波浪在海中产生大致的水平和垂直运动,其可以通过 涡轮在双向利用以产生电力。因此,多重双向的波浪的总的恢复的能量 总体上比短期的单向的例如从潮汐发电设备的储液器中的恢复的能量的 量值要大很多。实际上,水路的波浪提供的能量输出比现有的水力发电 的总输出要大。实际上,在地球上根本没有哪样东西如同能源一样短缺, 尽管事实上油和煤的储量会在将来的某一天耗尽。而海洋中持续的波浪 将提供足够用于所有人的能量储备。
涡流在自由旋涡中的动作在其中心处产生出空气心,并且由于水的静 压力在保持动量矩的情况下转变成小半径下的速度,其产生高速的旋转。 高离心力将较轻的气体在上述动作的内曲线侧从水中分离。产生离心力 的高速的气旋涡流通常通过使从相对于轴的相当广泛的范围的有些狭窄 的切向水流的供给槽引起,即使水流具有低速度。邻近的或者连贯的涡 流可以被用来相互加压以用于旋涡场,除非在所述涡流之间有屏障。
本发明的实用方面通过利用在发电机内的三相变频器增强以用于产生 高电能。永磁体和直流电能被使用以用于自由地随着旋转力的机械能储 备调节转速。
现有的设备
芬兰的jerking Savonius rotor已经获得了芬兰的专利,其同族美国专利 的编号为1,697,574,其涉及在风中的空气流。海洋的波浪能已经在美国 专利编号6,622,483和美国专利4,221,538中做了论述。它们利用例如空 气的压力并且通过特殊的偏导装置将波浪挤压瓶颈中。现有的设备具 有许多可以通过本发明来克服的缺陷,例如通过简化构造和通过依照设 备的尺寸成比例地增大能源的入口。例如在美国专利4,733,628中公开的 浮锚。许多的风轮机也已经有描述了,但是那些性能都比较低。
公开的WO96/38667涉及通过使用一对异形部件或一串异形部件对波 浪能进行开发,所述部件在横截面中具有液滴构造。但是上述两种设备都 不能以有效率的方式充分利用波浪的特殊运动。相对转子的直径,力收 紧区域小。上述两种在流量的反方向的液滴构造的波形因数差异都不足 以补充那样的缺陷。
附图说明
下面的附图仅仅为了给出例子和图示本发明的作用。
图1显示的是在芬兰进行的对于多个大小相同的异形部件的带有空气 的实验性的流阻测量。
图2显示的是能抵抗很大的力的本发明的一个设备的稍微向下倾斜的 侧视图,其中从位于浮动的和滚动的浮筒平台之下的元件的组合,如在 图4的剖视图中的方向C所指示的一样。
图3显示的是在不同的深度水平垂直于动力轴3的部分,描绘了一种设 备,其中依照本发明提供了两个异形部件,其带有圆弧的横截面形状, 以组合凹形(Ko)和凸形(Ku)的方式设置在动力轴3的不同的侧面,带 有(图3b)和不带有(图3a)流路。该异形部件位于通过180度围绕在一 固体螺旋设备中的轴环绕的位置。
图4显示的是本发明的一种螺旋成形表面的部分,环绕轴3,作为凹形 (Ku)和通过小箭头显示在水流中的180度反向的凸形(Ku)。
图5显示了在海水中活动的流线型支柱5a的整体构型,通常包括中空的 或多孔的壳体结构或者将叶轮尽头的末端的固定至例如中空的耐用的动 力轴3的固体支撑横梁。
图6显示的是从切开的大量的元件构型中生成凹形的和凸形的异形部 件,通过将其彼此粘合和通过合并隔板以用于将力传递到动力轴。
图7显示的是从下方或者随意地从上方连接至水平的动力轴3的涡轮, 其具备开启的螺旋状的缝隙或开口4,和在下方或有时在水上的由V形组 成的成对的异形部件,其中的V形通常为圆状(Py),但是也可以带有或 大或小的尖端。该涡轮用于消除在水面附近的强大的水平运动。
图8显示的是对于新颖的V和A形的双面开口的流阻和由此而来的近似 的波形因数。
图9显示的本发明的一对异形部件在不同的深度水平的部分,在不同的 深度水平的水层具有不同的方向和速度,带有(图9b)或没有(图9a) 流径线。该异形部件带有V形的顶部圆(Py)。
图10在不连续的视图A、B和C中显示了从横截面封闭的管A制造水流叶 轮或异形部件1和2,通过对地相对动力轴切开一半以形成两个螺旋状 的部分B和C,同时以180度的围绕中心轴3环绕。

具体实施方式

图1示例了在芬兰获得的用于流体介质的波形因数的实验性的测量结 果,如用于一些成形的a...f的例子,如图中的箭头所指示的一个从左至 右的流动过程。在不连续的附图f下给出了流动阻力F的公式。在附图c中, 水流到来以接触凸形的(Ku)形状,而在附图f中带有互补的凹形的(Ko) 形状。唯一有差异的是在部件的位置有180度的变换,尽管部件依照他们 的投影面积是相等的,但是由于此形状,其具有3倍的流动阻力。
当水流撞击相同的凸面的(Ku)形状时,在附图a...d部分之间可以观 察到作用在下游水流上的流动阻力。由于抵触在尾端的流体的湍流,波 形因数k显示出相当大的差异。
对于具有相等的投影面积的在圆头的附图部分a...d之间的运动的最大 的阻力通过从附图c部分显示,其产生强大的下游湍流。那些所提供的最 大的阻力通过附图f部分显示,其中依照它的阻力在水中等同于浮锚。整 个发电机,并且尤其是定子和轴,可以被固定,如果有要求,在深水中 例如通过在原处旋转,向上的开口杯罩用于防止垂直上升。水平运动可 能通过浮锚被阻碍,其吸收水平力,并且其作为锚设置,例如在轴的旋 转半径或切线方向。安装在散开的方向的大小相当的浮锚可以确保整个 设备,尤其是轴在其位置保持静止。在这种情况下,锚作用于巨大的水 体,而不是通向海底的路线。
在图1中的低阻力通过流线显示,近似液滴形状的部分a,其具有尖锐 的(Te)尾部末端。该收敛的流线型的尾部末端(Te)在所有形状中都 减小水流阻力。部分a通过与圆状凸形的(Ku)前端结合得到其波形因数 为0.03。如果前端依照独木舟的设计带有尖端,阻力将变得更小。在水 中,这也开始类似快速移动的鱼的尖锐的颌的构造,例如狗鱼。依照实 验,潜水艇的凸形的(Ku)圆状的弓形在图1的a...d未显示出与尖锐的形 状相比较的有利的运动阻力。
当实验性的凸形的(Ku)部分a...d相互比较时,可以注意到的是单独 在长度上的增加不会提供更大的流动或运动阻力,尽管其增大了摩擦面。 在水流中尾部末端的形状是更有意义的。实际上,飞行器机翼和机身的 尾部末端通常是尖锐的(Te),其前末端通常是圆状(Ku、Py),用于 排除反复的流量的分配,即振荡,尤其是在尖锐的分开的边缘的任何一 侧。这样能够避免在水中的声管效力(soundpipe effect)。
在通过制浆厂的申请者进行的试验中,发现的是含水泥浆的纤维附着 于尖缘,但是凸形的(Ku)圆状的形状(Py)仍然是干净的。
附图f部分之下显示的是用于阻力的公式,其通过波形因数k、介质密 度、垂直于水流的投影面积A和运动的速度v表达。
图2和3分别显示了用于涡轮的本发明的一对凹形的和凸形的叶轮1和2 的示意图和剖面图,其中凸形的(Ku)和凹形的(Ko)形状通过旋转方 向的流线型的支柱5a连接到对力有很大的抵抗作用的动力轴3,所述轴可 以由例如轻质的和高强度的在水中不氧化的金属制造。
如果叶轮形状是如图9所示的V形,该叶轮的前缘通常必须构造为圆状 (Py),仿照飞行器机翼的前缘的形式以用于阻止振荡。该圆状(Py) 还有利于在水流侧向的旋转转子。
叶轮1、2还可以具有按照图3所示的U形或如图4所示的具有变化曲率的 形状,其中靠近动力轴3的叶轮边缘构成朝向另一叶轮的陡曲线。这能够 产生非常剧烈的、不费力地劈开水的形状,类似于狗鱼的尖锐的颌。凹 形形状成180度的圆,并且由此在与动力轴3相同方向的一定的距离变换 成凸形的形状,因为观测或流动的方向依旧保持不变。分别地,当前位 于动力轴的相对侧上的凸形成180度的圆并且转换为凹型。
图3所示的部分为弧状的凹形(Ko),部分地带有U形,并且在另一侧 为弧状的凸形(Ku),流体隔层确立在动力轴3的任何一侧上的一对固定 的叶轮1和2上。当动力轴3的轴向从叶轮的一端运行到另一端时,该叶轮 优选的是成螺旋形地延伸转过0-180度。流水充填第一凹形的通道形状, 其在图中可滤过的。随后,由于旋转是围绕动力轴3进行的,因此流水可 以在相同的通道中向前运送。该动力轴可是多孔的或者中空。支柱5a的 较厚的中部部分5提供相对动力轴3的稳固的啮合表面,其可以是中空的 或者多孔的可滤过形式的轴,其可部分地渗透并且沿着轴的纵向中心线 携带水中的气体。
螺旋状的涡轮可以以这样的方式组装,其中坚固的轴3在其上带有螺纹 结合的轻质的支撑板5,其提供例如具有轴接纳孔,并且在其中可以是多 孔的,且其围绕轴径向地旋转。带有适当的斜度的现成即可使用的螺旋 形叶轮元件1或者2,连接到合适的位置,例如利用螺钉15或者其他紧固 件。叶轮的螺旋状的斜度、厚度或者高度可以在轴向变化。这尤其是对 于立轴转子是有益的,因为波浪运动随着水的深度的增加、流水量的增 多和与水混合的空气的量值的降低而逐渐地停止。该螺旋状的通道或者 在相对于轴的倾斜位置的脊部表面还可以接收轴向的来自波浪团的惯性 的力。
如图4所示,在垂直于动力轴的部分,通过凹形的和凸形的异形部件表 面确立一对1和2。流线型的支撑梁14、5a甚至能够将力从凹形的(Ko) 和凸形的(Ku)叶轮1和2的最末端15传递到轴3。如图4所示的设备可以 设计为具有水平轴或垂直构型。
水流可以从凸面(Ku)朝向凹面(Ko)反射。叶轮1和2可以使其支柱5a 成流线型设计并且具有低阻力,例如如图5中所示,为多孔的或者中空设 计,以从波浪中移除空气。
凹形的(Ko)和凸形的(Ku)表面可以根据设备的各个部分的要求变 化曲率和设置各种各样的厚度。海洋波浪的分子在靠近表面的水平方向 是最易活动的,通常响应风的摩擦。这就是为什么压力接收凹型表面设 置在该层以用于或大或小的旋转半径。整个动力轴3沿着它的全长接收来 自于大量的水的惯性力带来的强力和高速。优选的是转动轴通常被设置 在横向地抵抗多重波浪的水平位置,因此强大的靠近表面的波浪运动施 加其惯性力以使得围绕轴旋转的涡轮或者发电机具有强劲的或高速的旋 转,依靠力臂的长度。在180度的旋转之后,即使波浪在回复的过程中依 然始终在相同的方向驱动所述轴。
在其漩流的过程中,该涡流扩大水气旋(hydrocyclonic)的分离效果, 如同一个在普通的洗手间的水槽里的一样,因为水随着它的空气心和在 空气心附近具有的高离心力排放。依据我们的实验,朝向表面的高速的 细微的轴向的水流还在此过程中产生。将本发明的涡轮相互并排或者连 续地设置,能够扩大气旋分离区域,其中邻近的或者连续的气旋通常具 有相同方向和速度的动作,因此气旋本身是相互倚靠的。设备的供给可 以便利地成切线地影响,例如靠近用于产生气旋涡流的表面分成各个轴 之间的间隔。
图5示意性的显示了支柱5a的视图,其与动力轴3连接,该轴设置在叶 轮1和2的边缘之间,叶轮带有低运动阻力,并且其是中空的或者实心的, 且可以在海水7中活动。
中空或者多孔的管道能够移除例如溶解在水中的空气。叶轮或者支柱 的前缘通常为圆状并且相当厚,并且在动作的方向会聚。叶轮1和2例如 可以利用螺钉紧固在支柱5a的末端部15(图3a)。然而,制造工艺变得 更为方便,因为对称的支柱或者横梁5a不取决于流体流向。
该设备可以通过利用作为模具的叶轮1和2的横截面外形制造,因此该 模具实施了螺旋状的滑座,并且产生了相匹配形状的螺旋状的部分。所 述螺旋状的元件固定在转动轴上,因此轴的一侧带有凹面,并且其相对 侧带有互补的凸面。
图9a显示了在垂直于动力轴3的部分中的一对叶轮1和2,所述的一对叶 轮具有带有V或者A形的圆状(Py)的顶点的凹形。叶轮共同地组成围绕 动力轴3的双面、螺旋形、实心的V螺旋结构。如图3中的一样,这样的解 决方案显示出凹形和凸形,并且在与管一同描绘的时候其形状象将矛头 穿透水流一样。在横向,延伸部分模仿尖锐的"狗鱼颌"的形状,在轴3的 两侧上在水流中产生相等的分开的阻力,因此不会妨碍旋转。
V形的箭头构成促进元件在水中的移动,尤其是在逆流中。在反方向, 在叶轮1、2的边缘之间的开口4的流动阻力特别高。
反转的V形的凹形在水流中的阻力近似等于在图1中显示的f部分的示 意性的方向的阻力(0.6),而V形的凸形的阻力近似等于图中所显示的 在相同方向的c部分的阻力(0.20)。因此,经过180度的旋转之后,形 状(对阻力)大约有3倍的影响。在阻力上的类似类型的差异通过V形更 加显著地在各个流动方向实现,因为尖锐的分流点比例如范例a-d的弧形 的形状更加有效地劈分开海水。
海洋表面波浪的水平运动可以通过其惯性力的挤压经过在图7中所示 的水平方向涡轮的水平面开口4,并且在波浪的传播方向产生以驱动动力 轴。在围绕轴的圆周运动中,逆流部分或者静水也会遭遇,其中尖锐的 或者圆状的V形有助于劈开和切开水流,因为波浪运动的惯性力通过开口 的形状吸收。在整个下一循环的过程中,始终在相同的方向重复相同动 作。在V形卧式水轮机中并没有发现更大的反作用力来对抗水流表面波浪 的强大的动作。因此,转速变得较高。图7描绘了本发明的带有叶轮的水 平轴的设备,以及其发电机9。
图9b显示了与图9a相同的一部分,该部分的视图在其中加入了流径线。 该尖锐的、圆状的、延长的顶点(Py)在侧向或者横向产生流动阻力, 其等同于短期进入的水流,在图中与之相对应显示的是完整的线条,因 此不会妨碍围绕轴3的圆周运动。
图10A、B和C示意性的说明了从弧状横截面形状的一端封闭的管子制造 叶轮的原理,当转过180度时通过在一半的部分对角地切削,因此形成螺 旋状的凹形(Ko)和螺旋状的凸形(Ku)表面,其通常是一致的。利用 市场上可买到的管形的或者V形的外形促进该设备的制造。例如:复合材 料是实用的并且可以容易地连接到联结梁5a上。
螺旋状的部件B和C也可以在大量生产中在模具的上部高效地制造,例 如从复合材料,由此产生适当的180度的螺旋形,以及轻质和耐用的壳式 结构,其中的凹形的和凸形的部分A和B,通过横梁5a连接到轴3,其可用 于提供结构上的一对双面的实心的异形部件,该异形部件具有依照其波 形因数的主要的差值。
在图6中,该成形在大块的元件12中切出,垂直于旋转轴设置,并且在 轴的方向上与之连续地相互连接,以用于逐步的交错相互之间的位置, 来产生螺旋状的凹形和凸形的形状。在元件12之间可以设置分隔板,其 首先连接轴,之后该元件12相对其固定。
该对异形部件的转速一般依据多重海洋波浪的频率,其甚至能够从波 浪水流的流动或振荡的两个方向上的长波中恢复能量。
海洋的波浪与河流中的力相比,其首先向一个方向流动,并且随时地 在相反的方向返回。利用本发明,往复的流体的力可以其双向的动作中 被开发。
图7示意性地显示了转子的视图,其具有一对交叉设置的,螺旋状的叶 轮1和2,连接于水平的动力轴3,用于吸收强大的、高堆的表面波浪,所 述一对叶轮在它们的边缘之间确立螺旋状的狭槽或者开口4。表面波浪力 本身通过在转子内部的惯性力经过靠近表面的开口或者狭槽4,设置使得 动力轴3在表面以下或表面以上交替,只要动力轴可以保持稳定,例如通 过在静止的水层中放置浮锚。转子的较低的回转位置,从旋转产生,通 过低阻力的尖锐的或者圆状(Py)的V形确立。当涡轮旋转时,开口4保 持从水中显露出来以利用开口的V形接受强大的表面波浪的动力能。V形 开口的下游,叶轮板扩大出互补形状的脊部,如图的Py-Py线所示。该脊 部通常为圆状以阻止振荡。发电机9的电磁阻抗力由水流波浪团块的惯性 力所抵抗并且转换为电力。力传递给轴,例如通过流线型的支柱5a或者 通过支撑板或者隔板55,其与轴正交并且与轴交叉,即在波浪的传播方 向延伸。由于开口的V形,高速的旋转可以在表面波浪的强大的动作中实 现,因为相当锐利的顶部的形状,这样在下部位置的转子的反向运动能 容易地进行。
平行涡轮,例如在图7中所示的那一个,可以以重叠交替的结构放置在 海中来避免阻碍在海面上的船只的交通。
长的动力轴3可以具有常规的万向联轴节或者通过利用例如柔性缠绕 的金属线轴心以在传动装置(未在图中示出)中产生低斜率的转动。
如果产生严重的溢流,大波浪可以泛出或者整个转子或者位于其下, 以免造成损伤或超速。力的传递可以从叶轮至动力轴3,可以通过大约与 轴正交的并且与波浪运动同方向的例如流线型的支柱5a或者例如支撑板 55实施。
高速的水面运动可以优选的是通过在水下的水平轴或者选择性地水上 的水轮或者浆轮即涡轮"掠过(skimmed)",并且利用水密发电机9产生 电力,因为空气几乎根本没有提供阻力。
主要的力是从海面附近通过坚固的、轴固定的在波浪的传播方向延伸 的支撑板55传递到发电机的动力轴3。如果需要,可以使用板55之间的间 隔来互相混合空气和水,并且甚至能提供一些泡沫。在衬套中的轴3的水 密性通常通过小油环或者特殊的塑料来保证。
图8示意性的显示了用于新颖的双面的横截面略微为弧状或者标准的V 形或A形开口的在旋转转子中的在cc部分和ff部分中的叶轮形状的流动 阻力和波形因数k,其例如依照图7中的形状并围绕轴3旋转。大量的波浪 通过开口4进入并且在其惯性力的作用下带动转子强烈的旋转,但是新的 波浪几乎不会再出现上升,因为能量已经消耗在发电机内用于产生电力。 圆状的U形也是可行的,但是在那种情况下阻力仍然很高,尤其是在转子 抵抗反向逆流时,除非使用"狗鱼颌形状"的尖锐的水裂解的形式。
通过在波浪运动的不同的阶段或者在具有不同的流动特性的水层的各 种深度改变异形部件和动力轴之间的力臂的长度,由一对异形部件1、2 应用到动力轴3的转矩或者转速可以增强或者减少。这可以例如通过可液 动伸缩的杆实施。弹簧配备的可伸缩的杆可提供转矩和转速的自动的调 节。
该设备可通过浮筒保持在预定深度,其中的浮力是可调整的,以控制 设备的吃水深度(draft),由此来依照当前可利用的多重波浪最佳化性 能。浮筒的浮力可以例如通过泵送空气或者水压载来调整。
该设备可以用锚固定到一深度,其中它在波谷是部分地或者全部地位 于水面以上,而在波峰被完全淹没。在高的多重波浪中,该设备可以随 着波浪在水面上沉浮。然而,这样的垂直运动的幅度可以小于波浪的高 度。
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