專利名稱：配有葉輪的渦輪機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1的前序部分中所述的配有葉輪的渦輪機。
背景技術：
這種渦輪機是已知的，特別是根據意大利專利1345097號所介紹的那種渦輪機， 該專利是在2003年9月15日提出申請的。在該專利中介紹了一種機械，其中流體垂直于一個葉輪的軸而被各葉片所收集， 這些葉片隨時可以利用一種合適的調定手段實現定位。因此，含在流體中例如水中的動能可以被收集，而且可以由葉片以葉片本身的全面積按照一個垂直于流體流的位置加以收集，從而沒有葉片處于一種固定的位置中；處于其圍繞葉輪軸的旋轉中的葉片一旦它們不實現轉矩或者只實現負轉矩時，便對流體流具有最小阻力。因此，可以根據流體的密度與物理-化學性質和根據所要求獲得的能量，有目的地對葉片和葉輪進行測量。利用這樣一種機械，本專利申請的申請人已發現這一機械在不同方面都是可改進的，借以獲得更佳的結果。
發明內容
本發明的任務在于提供一種渦輪機，在該渦輪機上可以充分地和以最高收益地利用流體中的動能。根據本發明，上述任務是通過具有各權利要求中所述特征的渦輪機加以解決的。根據本發明，提出一種渦輪機，該渦輪機可與那些按“橫流方式”緩慢地運行的噴氣渦輪機類似，具有一個垂直于流體流動方向的軸線，利用兩個(或更多)共軸的和同心的葉輪進行工作。渦輪機是如此設計的，借以收集流體流(水，空氣)中的動能，渦輪機在該流體中工作。每個葉輪都包含一個圓形的旋轉體，并具有若干葉片(兩個或更多個)，這些葉片被布置在一個虛擬的圓上并且通常有相等的間距，該圓的直徑可認為分度圓直徑。在每個葉輪上，葉片都是相同的和對稱的，而每個葉片可以圍繞固有的、平行于渦輪機中軸線的旋轉軸線以一個360°的運動在所有的兩個方向上進行旋轉。葉片圍繞其各自的軸的旋轉可以通過機械的一種幾何結構(在極不同的條件下和通過一種機械幾何構形加以布置的)予以確定，這種幾何結構可以保證任一個葉片相對于其它葉片、承載這些葉片的葉輪和流體的流動方向的精確的角位置。運動的機械連接可根據設計需要自由地加以選擇，僅僅務必確保葉輪和葉片之間的運動的比例關系。一切都得依從同一個為最佳收集流體的動能和根據隨時認定的葉輪旋轉中的位置所設計的最佳定位。運動是和諧的，沒有波動或振動，因為運動總是在同一個方向和以與葉輪的旋轉成正比的速度加以執行的，即使控制盤的控制或者從手控出發的控制不干預調節亦是如此。葉片的旋轉是如此設計的，借以實現圍繞自身的軸線和沿與自身的葉輪的同時旋轉方向相反的方向旋轉180°，該葉輪在同一時間間隔內實現圍繞中軸的360°的一次完全旋轉。這一點同時實用于葉輪本身的節圓上全部有關的葉片。兩個葉輪上下按相反方向回轉，相應的葉片的運動也是如此。這有助于消除造成使機組相對于承載它的基礎而旋轉的扭轉，以及有助于補償機械性摩擦，這些機械性摩擦會影響控制盤的靈敏度。在使用唯一的一個葉輪情況下就有可能發生這種事件。具有較大直徑的葉輪的角速度通常慢于具有較小直徑的葉輪的角速度，而且是與通流的流體的速度成比例的。每一個單個的葉輪的角速度可以(在機械上)是自由的，而且只能通過流體對葉片的唯一的沖擊沖程加以控制，或者利用葉輪之間的一種精確比例加以約束和加以處置。視情況而定，兩種力輸出的自由耦合的機械性選擇可以受差速器約束或受比例約束地加以采取。兩個葉輪的反向轉動可通過流體對葉片的推力來獲得，這些葉片各按其安裝時所預定的傾斜位置而收集流體中的動能，將之轉變為轉矩，并將沖擊它們的流體加以轉向，以改善的協合效力將流體引導到居于一個和另一個葉輪之間同樣相繼的葉片上，直到該系統完全地被通流。若要求的話，也可在安裝時為沿著葉輪的唯一的一個方向的旋轉創造必要的條件。葉片的形狀，即使它們相對于自身的軸線必須是對稱的，也不必具有一種傳統的空氣液壓動力學輪廓，這是因為在相應的葉輪的每次旋轉時這種作用的交換所用的入口棱邊和出口棱邊必須相同。這一點也意味著葉片的比例的設計有極大的變換性，就是短的和寬的葉片；長的和窄的葉片，以及各種中間可行性，只要有一個基本點，就是在自身的葉輪上的葉片都是相同的和對稱的。渦輪機和葉輪的尺寸，以及葉片的尺寸、形狀和數目，都與預定的功率和流體的物理性質以及渦輪機所處的環境有關。渦輪機的材料因此也與事先的設計條件有關。渦輪機通常為一種工作方式配有垂直的軸線，不過，它也可根據工作方式配備任一種布置和角度，其條件是該軸線是垂直于流體方向的。渦輪機本身可以配置一個操縱盤或其它操縱裝置，該裝置感覺流體方向，并作用于渦輪機的入口控制，特別是為下述目的而配置的，即為了同時調節兩個葉輪的葉片。經過入口處的一個差速機構，也可連接一個手控裝置。與別的渦輪機相比，本渦輪機的優點在于可以容易地只對那些葉輪加以定向，即使渦輪機處于全負荷運行和動力輸出狀態中，而不須對整個機組進行定向。此外，還有可能進行干預，借以對具有同一效率的葉輪進行減速、制動，甚至按逆向旋轉，即使在流體的全負荷下而且不需要操作任何制動器。該機器系統是可逆的，因此即使作為驅動裝置也是有效的。如果為了取代在出口的能量輸出而使用一個電動機之類的裝置的話，則可相反地使用該機器系統，借以給其所浸入的液體一種推力。在對轉速作用的情況下，該力便可加以確定，而針對葉片的調定，推力可以均勻地按任一方向以360°加以定向。這特別是在航海領域具有可靠的機動性優點，具有從軸而來的中心力推力，是連續的而且沒有由于浮動的葉片而造成的振動。不過，由于一個葉輪是相當緩慢的，所以難以產生空化現象。其尺寸和比例，在總是保持同一個操作概念的情況下，根據用途進行細心設計，這里指的就是從動機的用途。
其它特征和變體見各權利要求和下面對附圖中所示的幾個實施形式的說明中所述。附圖表示圖1本發明提出的渦輪機的第一個實施形式的示意軸向截面圖，其包含葉輪，這些葉輪具有受機械限制的運動；圖2圖1的放大的局部軸向截面；圖3本發明提出的渦輪機的第二個實施形式的示意軸向截面圖，其具有葉輪，這些葉輪具有相關聯的輸出運動和差速器；圖4圖3的放大的局部軸向截面圖；圖5本發明提出的渦輪機的第三個實施形式的示意軸向截面圖，其配有具有獨立力輸出的一些葉輪；以及圖6圖3的放大的局部軸向截面圖。
具體實施例方式在各附圖中，均以附圖標記1表示本發明提出的一種渦輪機。該渦輪機具有一個基礎殼體2，在此基礎殼體中通常經由軸承3而容納第一葉輪4。沿著葉輪4的一條圓周線， 至少兩個葉片5經過軸6可旋轉地支承而且是等距離地布置的，所述軸的軸線是垂直于葉輪4的。每個軸6都固定地支承著相應的葉片5并且配有一個錐齒輪7，該錐齒輪與一個相應的錐齒輪8 (該錐齒輪以不能相對旋轉的方式支承在一個連桿9上)相嚙合，該連桿垂直于軸6的軸線，并被葉輪4可旋轉地支承著。連桿9在其另一端上帶有一個以不能相對旋轉的方式支承的錐齒輪10，該錐齒輪與一個由一頂尖套筒12固定地支承的錐齒輪11相嚙合，該頂尖套筒由軸承13支承在一個由殼體1可旋轉地支承的軸14上。葉輪4此外還在其居中孔口的范圍內帶有一個錐形的齒環15，一個小齒輪16與該齒環相嚙合，該小齒輪固定在一個由殼體1可旋轉地支承的軸17上并且具有一個與齒環15的軸線相垂直的軸線。 軸17此外還帶有一個第二小齒輪18，該小齒輪與一個嵌置在軸14上的圓盤19的端側的錐形齒部相嚙合。根據本發明，為第一葉輪4配置一個第二葉輪20，該第二葉輪由第一葉輪4的一個軸承21可旋轉地支承，并且帶有至少兩個沿著其圓周均勻分布的葉片22，這些葉片由軸23 支承，該軸由葉輪20支承，該葉輪具有垂直于該軸的軸線。如同第一葉輪4那樣，在這種情況下，軸23也支承一個固定在其上的錐齒輪24，并與一個錐齒輪25相嚙合，該錐齒輪由具有一個垂直于軸23的軸線的葉輪20的一個連桿沈可旋轉地支承，而在其另一端上支承一個錐齒輪27，該錐齒輪與一個由頂尖套筒12固定地支承的錐齒輪觀相嚙合。此外，葉輪 20經過一個法蘭59與軸14以不能相對旋轉的方式相連。頂尖套筒12支承與之固定的一個鏈輪57，該鏈輪經過一個鏈條58而與一個鏈輪 29相連，其被嵌置在一個被殼體1可旋轉地支承的軸30上。這樣，隨著軸30的旋轉，在葉輪4的任一針對流體流的位置上，頂尖套筒12的位置和因此葉片5的角度位置發生改變。 圖3和圖4中最后示出第二實施形式，其中第一葉輪和第二葉輪的兩種運動經過一個差速器加以補償，該差速器整體上以附圖標記31表示。差速器31是由一個雙齒環32所形成的，該雙齒環被軸14可旋轉地支承，并且一方面經過小齒輪16與第一葉輪4相嚙合，另一方面與行星齒輪33和34相嚙合，行星齒輪本身又與一個齒環35相嚙合，該齒環被嵌置在軸14上，第二葉輪20與該軸固定地相連。行星齒輪33和34是經過螺栓36由一個罩體37的壁可旋轉地支承的，該罩體可圍繞軸14旋轉的并且剛性地支承一個輸出軸38。很明顯的，該輸出軸可作為用作負載的從動端。這樣，經過行星齒輪33、34，第二葉輪20的運動可以最佳地利用由第一葉輪4所傳遞的運動加以補償。其它特征如下由此獲得一個固定的基體2，該基體形成整體渦輪機的結構，并支承處于運行中的葉輪。渦輪機的整體可以根據工作條件使用應用到一個固定的或可移動的結構上。第一葉輪4或者那個較大的或居外的葉輪容納軸-葉片和相應運動機構。第二葉輪20或者那個較小的或居內的葉輪容納軸-葉片和相應的運動機構。在葉輪處于垂直位置的情況下，軸承3形成一個在基體和較大的葉輪或居外的葉輪之間的連接板。在葉輪處于垂直位置的情況下，軸承21形成一個在較大的葉輪和較小的或居內的葉輪之間的連接板。調節機構的輸入軸30通常是靜止的并且直接由操縱盤或類似裝置或用手工加以控制。在調節機構的輸入軸30和調節機構的頂尖套筒之間的連接可以不由鏈條58，而是由齒帶、齒輪或其它機構來執行，只是傳遞比例必須是固定的且不得有打滑現象發生。調節機構的居中的頂尖套筒12通常是靜止的，只能基于調節機構的輸入軸30的操作而旋轉。它固定地支承小齒輪的兩個嚙合齒環11和28，以便既調節居外的葉輪的葉片，又調節居內的葉輪的葉片。它的操作導致較大葉輪和較小葉輪的所有第一小齒輪的同時運動。用于調節軸的控制的輪以不能相對旋轉的方式與頂尖套筒接合的。較大的葉輪的第二葉片-小齒輪8 (為每個葉片配置一個)的齒數正好是相應的第一葉片-小齒輪的齒數的一半。較小的葉輪的第二葉片-小齒輪25 (為每個葉片配置一個)的齒數正好是相應的第一葉片-小齒輪的齒數的一半。葉片環是利用較大的葉輪的葉片軸固定的。它可以通過相應的第二葉片-小齒輪加以操作且因而被該小齒輪帶動。它具有的齒數正好等于相應的第一葉片-小齒輪的上部的嚙合齒環的齒數。固定在較小的葉輪的葉片軸上的葉片環M被相應的第二葉片-小齒輪移動且因而被該小齒輪帶動。它具有的齒數正好等于相應的第一葉片-小齒輪的下部的嚙合齒環的齒數。較大的葉輪的葉片軸可以具有一個用于葉片的連接系統，該連接系統可以不同于已知的機構。較小的葉輪的葉片軸可以具有一個用于葉片的連接系統，該連接系統可以不同于已知的機構。較大的葉輪的葉片型式在左邊平放地(附圖標記幻示出，在右邊豎放地示出。較小的葉輪的葉片型式則在左邊豎放地示出并且在右邊平放地(附圖標記22)示出。處于較小的葉輪和輸出力的居中軸的第一部分之間的居中連接法蘭59(圖2)傳遞整個的由較小葉輪產生的力矩。所述居中軸14的第一部分幾乎傳遞由機器所產生的功率的大約一半。兩個行星齒輪16和18此外以不能相對旋轉的方式彼此相連。居中的齒環19剛性地和按比例地將在較大葉輪和較小葉輪之間的運動直接連接到力軸的第二部分上，其中，較大的葉輪的轉矩相加到較小的葉輪的轉矩中。在居中齒環和以較大的葉輪固定的齒環之間的齒的比例是與在較小的葉輪和較大的葉輪之間的運動相適配的。利用如圖中所示的布置，也可以實現來自較大的葉輪的運動的逆轉，從而它的方向與較小的葉輪的運動相一致。在輸出口配有差速器的變體雙齒環具有一個部分19，但不與力軸相連，而是與另一個齒環相連，其中較大的葉輪的力矩和較小的葉輪的方向被傳遞給所述另一個齒環。相嚙合的和被第一齒環與第二齒環所嚙合并攜帶的、在旋轉方向相一致的行星齒輪帶動著差速器殼體、即罩體旋轉。具有自由運動的變體可以經過一個與力軸共軸的頂尖套筒將雙齒環與一個外部負載直接地連接起來。 因此也可以將居中力軸與另一負載連接起來。在一個在圖5和6中所示的實施形式中，一個第一運動學的牽引機構40是由一個雙罩體41所形成的，該雙罩體由一個軸承42承載在軸14上，該軸承一方面具有與小齒輪 16相嚙合的端齒43，另一方面具有一個嵌置在一個在固定結構2上旋轉的軸46上的齒輪 45，而且適合于用作為第一個力分接點。此外，還形成了另一個運動學的牽引47，由一個嵌置在一軸14上的罩體48和以端齒49與一個嵌置在一個可在基礎殼體2中旋轉的軸51上的齒輪50相嚙合地適合于用作第二個力分接點。這樣，對每個葉輪4、20來說都為不同用戶配置了一個分開的輸出端。
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權利要求
1.配有葉輪的渦輪機，其包含殼體(2)；被殼體(1)可旋轉地容納的葉輪(4)；至少兩個可旋轉地設置的、沿著葉輪(4)的一條圓周線均勻地分布的并且利用平行于葉輪的軸線的軸加以支承的葉片；位于葉片(4)的每個軸和在葉輪的軸(14)上可旋轉的頂尖套筒 (12)之間的傳遞機構(7，8，9，10)，其特征在于為第一葉輪(4)配置第二葉輪(20)，該第二葉輪被第一葉輪(4)可旋轉地容納，第二葉輪(20)包含至少兩個可旋轉地設置的葉片(22)，所述葉片沿著葉輪(20)的圓周線均勻地分布并且利用平行于葉輪的軸加以支承；傳遞機構(24，25，26，27，28)在葉片(22)的每個軸和頂尖套筒(12)之間，所述頂尖套筒在葉輪的軸(14)上是可旋轉的。
2.按權利要求1所述的渦輪機，其特征在于傳遞機構由固定在每個葉片的軸上的錐齒輪(24)、由與后者相嚙合的錐齒輪(25)、 由承載后者的且被葉輪(20)可旋轉地支承的連桿(26)、由被該連桿固定地支承的錐齒輪 (27)以及由被該頂尖套筒(12)以不能相對旋轉的方式支承的錐齒輪(28)構成。
3.按權利要求1所述的渦輪機，其特征在于頂尖套筒(12)能夠圍繞其自身的軸線可旋轉地進行調節。
4.按權利要求1所述的渦輪機，其特征在于頂尖套筒(12)與一個輪(29)通過運動學的方式相連接，該輪由殼體可旋轉地容納并且是可利用操縱盤進行控制的、通過手控或者通過其它操縱手段進行調控。
5.按權利要求1所述的渦輪機，其特征在于第一葉輪(4)具有齒環(15)，該齒輪與第一小齒輪(16)相嚙合，該第一小齒輪由殼體 (11)以一個與軸(14)的軸線相垂直的軸可旋轉地支承并且與第二小齒輪(17)相連，該第二小齒輪本身又與設置在一個軸(14)上的齒環(19)相嚙合。
6.按權利要求1所述的渦輪機，其特征在于第二葉輪(20)如第一葉輪(4)安置在同一個軸上。
7.按權利要求1所述的渦輪機，其特征在于第一葉輪(4)和第二葉輪(20)經過差速器(31)與輸出軸(38)連接。
8.按權利要求1和6所述的渦輪機，其特征在于差速器(31)由雙齒環(32)所形成，該雙齒環被軸(14)可旋轉地支承并且一方面與第一葉輪(4)相嚙合，另一方面又與行星齒輪(33和34)相嚙合，所述行星齒輪與一個齒環 (35)相嚙合，該齒環設置在軸(14)上，第二葉輪(20)與該軸固定地相連，行星齒輪(33和 34)通過罩體(37)被可旋轉地支承，該罩體能夠圍繞軸(14)旋轉并且剛性地支承輸出軸 (38)。
9.按權利要求1所述的渦輪機，其特征在于其相應的葉輪的運動也彼此分開地加以利用。
10.按權利要求1、6和7所述的渦輪機，其特征在于它能夠是可逆的并且因此能夠用于在流體中產生推力，渦輪機在這種流體中運行。
11.按以上權利要求所述的渦輪機，其特征在于它能夠在其整體上利用葉輪殼體進行工作，這些葉輪殼體也是彼此對置的，共軸的和同心的葉片的總體被保持。
12.按以上權利要求所述的渦輪機，其特征在于它能夠在其整體上也是被包裹的或者利用被導引的流體進行工作。
全文摘要
本發明涉及一種配有葉輪的渦輪機，其包含殼體(2)；被殼體(1)可旋轉地容納的葉輪(4)；至少兩個可旋轉地設置的、沿著葉輪(4)的一條圓周線均勻地分布的并且利用平行于葉輪的軸線的軸加以支承的葉片；位于葉片(4)的每個軸和在葉輪的軸(14)上可旋轉的頂尖套筒(12)之間的傳遞機構(7，8，9，10)。根據本發明，為第一葉輪(4)配置第二葉輪(20)，該第二葉輪被第一葉輪(4)可旋轉地容納，第二葉輪(20)包含至少兩個可旋轉地設置的葉片(22)，所述葉片沿著葉輪(20)的圓周線均勻地分布并且利用平行于葉輪的軸加以支承；傳遞機構(24，25，26，27，28)在葉片(22)的每個軸和頂尖套筒(12)之間，所述頂尖套筒在葉輪的軸(14)上是可旋轉的。
文檔編號F03B17/06GK102159829SQ200980136507
公開日2011年8月17日 申請日期2009年7月29日 優先權日2008年7月30日
發明者皮耶爾喬治·帕塞托 申請人:皮耶爾喬治·帕塞托