專利名稱:海洋波動能接收機(jī)的制作方法
能源的解放代表著生產(chǎn)力的解放。研究新能源的開發(fā)利用，是促進(jìn)社會生產(chǎn)力發(fā)展的有力杠桿。
海洋中蘊(yùn)藏著無限的能量，僅波動能一項能源可供人類取之不盡，用之不竭。
海浪的形成，是受地球自轉(zhuǎn)的引力及海洋上空大氣物理變化的自然風(fēng)力的影響，所造成的海水?dāng)_動現(xiàn)象。
海浪的運(yùn)動規(guī)律，是正弦波周期性的推力與質(zhì)點自由落體運(yùn)動力的疊加合成，推力在海水的縱面橫向前進(jìn)，質(zhì)點自由落體運(yùn)動力在波浪的正弦周期上進(jìn)行。海浪的運(yùn)動力，并不單獨的表現(xiàn)在海平面正弦的波浪方面，在海水的縱面上，橫向推進(jìn)力隨正弦波進(jìn)行，正弦波幅是隨海水的深度減小的。
海浪的大小與海水的深度有一定關(guān)系，與海洋上空自然風(fēng)力的大小更有著直接的關(guān)系，地球引力對海水的擾動是一個常數(shù)，海水的深度與自然風(fēng)力的變化是海浪形成大小的兩個變數(shù)。
在海水的深度一定時，風(fēng)力的大小決定海浪的大小;在風(fēng)力的大小一定時，海水的深度決定海浪形成的大小。因為正弦海浪的波幅在縱向是隨海水的深度增加減小的，海水深度一定時，波幅會消失，淺海浪小深海浪大，就是海水深度與風(fēng)力的影響有直接關(guān)系。
波動不是流動，它還有一種回力，在海岸邊可以看到這種回力現(xiàn)象一浪過來，接著一個回潮。波動在一定條件下是沖擊力和回復(fù)力的結(jié)合，在海洋深處看不到這種現(xiàn)象，看到的只是一浪接一浪的連涌。
海浪的運(yùn)動方向有時還有一種不規(guī)則的現(xiàn)象，這是受風(fēng)力方向的影響所造成的。
對于海浪的物理特性，簡單的提及一下，關(guān)鍵是如何通過這些特性去認(rèn)識海浪的動能量和采取相應(yīng)的措施，去接收這種動能量為之利用。
動是能的轉(zhuǎn)換形勢，有動就有能量的存在，這是自然運(yùn)動的基本規(guī)律，海洋中的動能蘊(yùn)量到底有多少，實在無法估計，海洋中巨浪滔天，海嘯的威力，都是海浪動能作用力的體現(xiàn)，蘊(yùn)量之大可以說是無限的。
下面根據(jù)海浪運(yùn)動特性，設(shè)計波動能接收機(jī)的結(jié)構(gòu)原理波動是一種流體運(yùn)動，這種流體運(yùn)動雖有方向，但并不始終規(guī)則，既要讓流體運(yùn)動，又要接收這種方向不規(guī)則的運(yùn)動力，這是設(shè)計波動接收機(jī)的主要特點，弧葉型葉輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理正是適應(yīng)這種特點的弧葉的特點是葉片成半圓弧型，從力學(xué)的角度上來看，轉(zhuǎn)動弧型葉片，背面弧的阻力呈流線摩擦正面弧的阻力為面積接收，這樣就形成了正面弧與背面弧的力差懸殊，利用此種弧葉型的力學(xué)原理，設(shè)計一個弧型葉片縱向排列的水輪機(jī)，可以接收來自任意方向的沖擊力，使正面弧向背面弧的方向旋轉(zhuǎn)?；∪~型水輪機(jī)，既適應(yīng)了流體的流動，又適應(yīng)了流體在不同條件下的方向不規(guī)則運(yùn)動，并在沖擊力的作用下弧型水輪機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，把波浪沖擊動能轉(zhuǎn)換為機(jī)械動能的第一步過程便完成了;再使旋轉(zhuǎn)的水輪機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，便完成了波浪能第二步的轉(zhuǎn)換過程，這便是波浪動能接收轉(zhuǎn)換的基本原理。
從一般理論概念出發(fā)，設(shè)一例題來看一下波動能接收機(jī)功率的大小，以示明確它的效益概念。
例假如海洋波浪高3米，弧型波動能接收機(jī)的接收面寬1米、高10米，海水質(zhì)量為1000m3公斤，沖擊速度按波速方程c=gh]]>米、秒，求功率W功率方程W=MA
g為自由落體加速度;h為波高;M為水的質(zhì)量;A為接收面積;
為波速代入方程。
1000公斤×1米×10米×9 ·8 × 3]]>≈55.000公斤·米·秒;1千瓦＝102公斤·米·秒折合功率55，000公斤·米·秒÷102公斤·米·秒＝538千瓦。如此看來，一個不大的波動能接收機(jī)，在一般波浪的情況下，接收功率就相當(dāng)可觀了在大洋的深海區(qū)域海浪高達(dá)7-9米，波速達(dá)8-10米，這種波動能接收機(jī)更能發(fā)揮它應(yīng)有的效益。
〔弧葉型波動能接收機(jī)的結(jié)構(gòu)與按裝〕弧葉型波動能接收機(jī)的機(jī)械設(shè)計結(jié)構(gòu)，并不復(fù)雜，主體結(jié)構(gòu)由一根鋼軸與弧度在120°-180°之間的弧型葉片縱向排列按裝成水輪機(jī)，弧型葉片由一定強(qiáng)度的鋼板制成，水輪機(jī)的弧型葉片可以按裝成4縱列、6縱列或更多些的排列數(shù)量。
基架基架是按裝水輪機(jī)的定位設(shè)施，用4根伸向海底的固定立柱，用鋼制的十字架，把4根立柱的底部固牢，在十字架的中心位置按裝軸承，定位水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的底端;基架的頂端用鋼制的十字架固牢4根立柱，在十字架的中心位置按裝水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的定位軸承，水輪機(jī)按裝在中間位置，用鋼板在頂部十字架上鋪成平臺既可。
發(fā)電機(jī)在高出水面的平臺水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸頂端按裝發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的功率選擇與水輪機(jī)的功率相等即可，無須贅述發(fā)電機(jī)的設(shè)計，目前水輪發(fā)電機(jī)的品種繁多，可以任意選擇。
設(shè)計波動能接收機(jī)有關(guān)數(shù)學(xué)公式公式一波速方程c=
。參照大學(xué)物理二冊水波式中C-波速米/秒g-自由落體加速度 9.8米/秒2h-波高根據(jù)此方程，知道波高，可以求出波的速度公式二功率方程W=MA
，式中W-功率、千瓦或馬力M-海水或水的質(zhì)量、公斤/立方米
-波速米/秒1千瓦＝102公斤·米·秒＝1.36馬力，1馬力＝75公斤·米·秒＝0.736千瓦。
按上述公式計算值為理論功率值，在發(fā)電過程中，水輪機(jī)效率約占0.70-0.85，發(fā)電機(jī)效率約占0.88-0.90
公式三轉(zhuǎn)速公式h＝ (C)/(2πR) ·t式中n-每分鐘轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)/分c-波速 米/秒2πR-圓周長公式，水輪機(jī)的圓周長t-時間 60秒/分此公式計算值為理論值，所得值為轉(zhuǎn)/分。
公式四、弧長公式L＝ (nπR)/180 式中L-弧長長度n-弧的度數(shù)R-弧的半徑 參看平面幾何已知弧的半徑和弧度，就可求出弧長，這一公式用于求弧葉型葉片的弧長。
公式五、扭矩公式Md＝ (71620N)/(n) 厘米公斤，式中Md-扭矩·厘米公斤71620-系數(shù)N-馬力n-轉(zhuǎn)數(shù)/分公式六、承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷的軸，所必須的直徑公式d=3Md0.2L許用]]>參看《齒輪承載能力》一書。24頁西德AK托馬斯著。式中
d-載荷軸的直徑Md-扭矩·厘米公斤L(fēng)-最大許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力·公斤/厘米2，根據(jù)軸的材料選取。
軸的直徑公式也可按d = A 3Nn(毫米)]]>d-軸直徑 A-軸材料和許用應(yīng)力關(guān)系值N-功率、千瓦n-轉(zhuǎn)速/分參看《農(nóng)村小型水電站》一書448頁，浙江人民出版社。
公式六是載荷輸出功率軸的直徑公式，此公式用來計算波動能接收機(jī)輸出功率軸的直徑計算。
公式七、圓臺柱體的體積計算公式V＝ (πh)/3 (r2+r21+rr1)式中V-體積 r1-圓臺柱的上頭半徑π-圓周率 r-圓臺柱的下頭半徑h-圓臺柱高此公式計算波動能機(jī)按裝弧葉型葉片的旋轉(zhuǎn)軸體積因水輪機(jī)的接收功率是從底部葉片到頂部葉片面積積分的合成，表現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)軸長度斷面上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力大小是不一樣的。明確地講，下面力小，上面扭力大，總功率集合在輸出軸的斷面上，因而設(shè)計旋轉(zhuǎn)軸應(yīng)該是圓臺柱體而不是圓柱體，這樣可以減少旋轉(zhuǎn)軸的體積重量。
波動能接收機(jī)的用途
此發(fā)明主要用于海洋波動能的接收;其次還可以接收大流量江河的流量動能，如長江、黃河、金沙江、大渡河、雅魯藏布江等江河流速比較大的地段，組合式或分散獨立的使用本機(jī)設(shè)計結(jié)構(gòu)，不需建設(shè)大型的設(shè)施，就可簡易地使用此機(jī)接收流量動能發(fā)電，這些江河的流量情況，當(dāng)年我都目睹過，并不是信口說來，可以沿江開發(fā)流量動能。
我國江河流量特別大，建設(shè)大型水電站，投資高昂，還受地形、人力、物力等條件的限制，利用此機(jī)，投資少，分散獨立的沿江接收流量功能，同樣可以收到滿意的效果。
本發(fā)明所屬技術(shù)范圍，新能源技術(shù)開發(fā)。
附帶說明的就是，建設(shè)海洋波動能發(fā)電站，應(yīng)該與我所申請發(fā)明的同一種原理的《弧葉型立式風(fēng)動能接收機(jī)》同時并用，這樣同一設(shè)施的基架，底下按裝波動能接收機(jī)接收波浪動能，頂上面按裝風(fēng)動能接收機(jī)接收海洋上空的風(fēng)動能，可以兩不誤;在海洋上海浪和海洋風(fēng)是同時存在的，這種廉價的海洋風(fēng)能量雖然低些。同樣有它的接收價值。簡單地計算一下就明確了它的價值，6級風(fēng)是正常的海洋風(fēng)，幾乎天天都有，風(fēng)速平均值12.3米/秒，設(shè)高50米，直徑2米的風(fēng)力機(jī)接收功率，風(fēng)的質(zhì)量1.29公斤/m3。
代入功率方程W＝MAC1.29公斤×50×2×12.3米秒＝1586公斤·米·秒1586公斤·米·秒÷102公斤·米·秒＝15千瓦《弧葉型立式風(fēng)動機(jī)能接收機(jī)》詳細(xì)說明專利局有我申請材料，申請?zhí)?6103378;本機(jī)是專為接收海洋風(fēng)與沙漠荒原風(fēng)而設(shè)計的。
權(quán)利要求
1.連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的主體機(jī)構(gòu)，是以弧型葉片為主要特征的水輪機(jī)，在一個鋼制件圓柱體立軸上按裝若干縱向排列的半圓弧型葉片形成立式葉輪機(jī)，其特征在于A、葉片弧度應(yīng)在120°-180°之間的半圓弧型。B、半圓弧型葉片與立軸縱向排列固接形成弧型葉輪機(jī)。C、圓柱體立軸的兩端，由軸承定位支承，應(yīng)是轉(zhuǎn)動軸。D、根據(jù)C的要求，定位支承軸承，應(yīng)按裝在葉輪立軸頂?shù)變啥说亩ㄎ恢Ъ苌?，水輪機(jī)在兩支架的中間。E、旋轉(zhuǎn)葉輪機(jī)的頂?shù)變啥硕ㄎ恢Ъ?，?dāng)用鋼制件“十”字架定位法，旋轉(zhuǎn)立軸軸承按裝在“十”字架的中心位置。F、根據(jù)E的要求，定位“十”字的四個端頭，固接在伸向海底固定的立柱上懸浮支承。
2.根據(jù)權(quán)力要求1的所述設(shè)計裝置，波浪動能的沖擊力，沖擊在半圓弧型的葉片上，葉輪機(jī)就定向旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)力要求1和權(quán)力要求2，在頂端的“十”字定位架上，把發(fā)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)葉輪機(jī)立軸固接，即可發(fā)電，完成整個波動能的接收過程。
專利摘要
海洋波動能接收機(jī)，以弧形葉片接收動力為特征，使120°—180°的弧形葉片在一根立軸上安裝成縱向排列的立式葉輪機(jī)，此機(jī)在海洋中可以接收來自任意方向的波浪動能沖擊力，在大流量江河中設(shè)施簡易的使用此機(jī)便可接收流量動能，使此機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)即把動能轉(zhuǎn)化成電能。
文檔編號F03B13/18GK86104768SQ86104768
公開日1988年10月5日 申請日期1986年7月13日
發(fā)明者徐西震 申請人:徐西震導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan