一種粘性力水動機及基于該水動機的發電方法與流程

本發明涉及水動機領域，具體涉及一種粘性力水動機及基于該水動機的發電方法。

背景技術：

現有的水能動力裝置主要為水輪機，它利用不同形狀的葉片和轉輪，將水能轉化為機械能，帶動發電機輸出電能，是目前水能發電領域必不可少的組成部分。然而，現有的水輪機具有如下缺陷：(1)設計理論復雜。(2)制造難度大。水輪機流線型部件較多，此類部件制造工藝難度較大，工序復雜，成本較高。(3)結構復雜，零部件數目較多，安裝工作量較大，技術要求高，造價昂貴。如附圖1中所示即為現有的常見水輪機的結構示意圖，明顯可看出其結構復雜程度。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種粘性力水動機及基于該水動機的發電方法，以解決現有技術中水力發電離不開水輪機，導致結構復雜、造價昂貴、成本極高的問題，實現利用流體粘性阻力進行發電的目的。

本發明通過下述技術方案實現：

一種粘性力水動機，包括發電機，還包括與所述發電機的輸入軸相連的轉軸，所述轉軸的軸線與輸入軸的軸線共線，所述轉軸上固定連接n個相互平行的圓盤，其中n≥2。

針對現有技術中水力發電離不開水輪機，導致結構復雜、造價昂貴、成本極高的問題，本發明提出一種粘性力水動機，利用一根轉軸與發電機的輸入軸連接，轉軸轉動即能帶動發電機的輸入軸轉動進行發電。轉軸上固定連接n個相互平行的圓盤，使流體從各圓盤之間流過，由流體的粘滯阻力帶動圓盤轉動，圓盤轉動后帶動轉軸轉動，從而帶動發電機的輸入軸轉動，進行發電。本發明的工作原理如下：首先，由流體力學已經證實，任何流體在流動的時候都存在粘滯性，物體在流體中相對流體運動，物體表面有“附面層”，該層靠近物體的微團相對于物體靜止，靠該層外側的流體微團則有流體的速度，因此附面層內存在速度梯度和黏性力，表現為物體的阻力就叫做粘性阻力。相對的，當流體在物體表面流動時，因為流體具有粘性，會粘附在物體表面。附在物體表面的流體會阻礙相鄰流體的流動，即產生與流動方向相反的阻力f。根據牛頓第三定律，則流體對物體表面產生了與流動方向相同的推力f。如果流體在兩個平面內流動，則流體對兩平面產生的合力為f＝f1+f2。如果流體在多個平面內流動，則流體對多平面產生的合力為f＝f1+f2+…..+fn。如果流體是在一個圓盤上流動，推力推動圓盤，圓盤就會轉動，從而能夠輸出軸功率。流體在多個圓盤之間流動，每個圓盤都受到兩側流體粘性阻力的推動，因此n個圓盤一共受到2n個粘性阻力的推動，即是圓盤數量越多，粘性阻力帶動轉軸進行轉動的作用力就越大。并且，流體的粘性越大，獲得的推力就越大。因此如果使用清水效果不佳，還可以適當添加增粘劑并進行循環利用，即可取得優良的使用效果。為了應對清水粘度不大、流動邊界層厚度較小的問題，為了獲得足夠大的推力，就要增大流體的過流面積，延長流動距離，同時要把流體的厚度限定在一個很小的范圍內，所以本發明采用圓盤組設計來滿足這這些要素。在一根軸上裝設了很多個圓盤，圓盤相互之間有一定的距離，作為過流通道。當流體從圓盤組間通過時，就能最大限度地產生粘性阻力。水要繼續流動，就必須將自身的壓力全部用于克服阻力，從而最大限度地將水能轉化為機械能。相鄰兩個圓盤之間的間距越小，對液體粘度要求越低，發明人通過實驗得出，當相鄰兩個圓盤之間的間距足夠小時，使用清水也能夠實現發電效果。相較于傳統的水輪機結構而言，本發明設計理論簡單，具有普通流體力學知識、熟悉流體的粘性理論即可完成設計。無異型的流線型部件，制造工藝簡單；裝置結構簡單，零部件數目非常少，安裝簡單，造價低廉，從而解決了現有技術中水力發電離不開水輪機導致的結構復雜、造價昂貴、成本極高等問題，實現了利用流體粘性阻力進行發電的目的。

優選的，所述圓盤垂直于轉軸的軸線，且轉軸的軸線過圓盤圓心。即是轉軸位于各圓盤的中心位置，使得圓盤帶動轉軸轉動時需要克服的阻力最小，使得動能傳遞過程中的能量損耗最小，從而降低能量損耗，提高能量轉化率與發電效率。

優選的，相鄰兩個圓盤之間的間距相等。相鄰兩個圓盤之間的間距相等，使得每個圓盤所受到的兩側的流體粘性力的大小相等，確保每個圓盤所受到的推動力基本相等，從而確保轉軸上圓盤分布區域內的受力均勻，使得轉軸上的應力分布穩定可靠，以此提高結構強度、延長使用壽命。

進一步的，所有圓盤均位于一個殼體內，所述殼體分別與進水管、排水管連通，轉軸伸至殼體外部。即是殼體與進水管、排水管組成液體的流動通道，發電機位于殼體外部，通過伸出至殼體外部的轉軸與發電機的輸入軸連接即可。

優選的，所述進水管、排水管相互垂直。以增大液體在殼體內的流動距離。

進一步的，所述進水管與殼體的連通處設置有內徑小于進水管管體內徑的噴口，噴口朝向圓盤方向，且噴口的中心線不過圓盤圓心。通過內徑比進水管更小的噴口，使得進入殼體內的液體具有更大的動能，可供轉換成的粘性阻力也就更大。同時使得噴口的中心線不過圓盤圓心，從而液體還能夠推動圓盤進行轉動，提高附加的額外動力，由液體的推動力與粘性阻力共同做功，使得圓盤具有更大的轉速與動能，從而顯著提高發電效率。

優選的，所述噴口為流量可調式噴口。使用現有的可調式噴口進行流量控制，如在噴口中加入球閥等設置即可實現，以此提高本發明的可控性與可操作性。

基于粘性力水動機的發電方法，包括以下步驟：

(a)使液體從n個相互平行的圓盤之間流過，由液體的粘性阻力驅動圓盤進行轉動；

(b)由圓盤轉動帶動發電機的輸入軸轉動，使發電機發電。

利用了傳統技術中被認為是能量消耗的粘性阻力作為驅動力，極大程度上簡化了水力發電裝置的結構、降低了成本，具有突出的實質性特點和顯著進步。

優選的，通過與圓盤固定連接的轉軸，帶動發電機的輸入軸進行轉動。實現轉動的直接傳遞，降低能量消耗。

優選的，使液體處于紊流狀態下從圓盤之間流過。流體在物體表面形成的因受粘性剪應力而使速度減小的薄流體層稱為邊界層。邊界層厚度越大，說明粘性力傳遞較遠，流體對物體表面產生的粘性推動力越大。紊流狀態下邊界層的厚度更大，壁面摩擦應力更大，獲得的粘性力更大，因此對圓盤所產生的推動力更大，具有更加優良的發電效率。

本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：

1、本發明一種粘性力水動機，相較于傳統的水輪機結構而言，本發明設計理論簡單，具有普通流體力學知識、熟悉流體的粘性理論即可完成設計。無異型的流線型部件，制造工藝簡單；裝置結構簡單，零部件數目非常少，安裝簡單，造價低廉，從而解決了現有技術中水力發電離不開水輪機導致的結構復雜、造價昂貴、成本極高等問題，實現了利用流體粘性阻力進行發電的目的。

2、本發明基于粘性力水動機的發電方法，利用了傳統技術中被認為是能量消耗的粘性阻力作為驅動力，極大程度上簡化了水力發電裝置的結構、降低了成本，具有突出的實質性特點和顯著進步。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發明實施例的限定。在附圖中：

圖1為現有技術中水輪機的結構示意圖；

圖2為本發明具體實施例1的結構示意圖；

圖3為本發明具體實施例1過轉軸軸線的剖視圖；

圖4為本發明具體實施例2的示意圖；

圖5為本發明具體實施例3的流程框圖。

附圖中標記及對應的零部件名稱：

1-發電機，11-輸入軸，2-轉軸，3-圓盤，4-殼體，5-進水管，6-排水管，7-噴口。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發明，并不作為對本發明的限定。

實施例1：

如圖2與圖3所示的一種粘性力水動機，包括發電機1，還包括與所述發電機1的輸入軸11相連的轉軸2，所述轉軸2的軸線與輸入軸11的軸線共線，所述轉軸2上固定連接n個相互平行的圓盤3，其中n≥2。所述圓盤3垂直于轉軸2的軸線，且轉軸2的軸線過圓盤3圓心。相鄰兩個圓盤3之間的間距相等。本實施例在一根軸上裝設了很多個圓盤3，圓盤3相互之間有一定的距離，作為過流通道。當流體從圓盤3組間通過時，就能最大限度地產生粘性阻力。水要繼續流動，就必須將自身的壓力全部用于克服阻力，從而最大限度地將水能轉化為機械能。相鄰兩個圓盤3之間的間距越小，對液體粘度要求越低，當相鄰兩個圓盤3之間的間距足夠小時，使用清水也能夠實現發電效果。相較于傳統的水輪機結構而言，本發明設計理論簡單，具有普通流體力學知識、熟悉流體的粘性理論即可完成設計。無異型的流線型部件，制造工藝簡單；裝置結構簡單，零部件數目非常少，安裝簡單，造價低廉，從而解決了現有技術中水力發電離不開水輪機導致的結構復雜、造價昂貴、成本極高等問題，實現了利用流體粘性阻力進行發電的目的。轉軸2位于各圓盤3的中心位置，使得圓盤3帶動轉軸2轉動時需要克服的阻力最小，使得動能傳遞過程中的能量損耗最小，從而降低能量損耗，提高能量轉化率與發電效率。相鄰兩個圓盤3之間的間距相等，使得每個圓盤3所受到的兩側的流體粘性力的大小相等，確保每個圓盤3所受到的推動力基本相等，從而確保轉軸2上圓盤3分布區域內的受力均勻，使得轉軸2上的應力分布穩定可靠，以此提高結構強度、延長使用壽命。

實施例2：

如圖4所示的一種粘性力水動機，在實施例1的基礎上，所有圓盤3均位于一個殼體4內，所述殼體4分別與進水管5、排水管6連通，轉軸2伸至殼體4外部。所述進水管5、排水管6相互垂直。所述進水管5與殼體4的連通處設置有內徑小于進水管5管體內徑的噴口7，噴口7朝向圓盤3方向，且噴口7的中心線不過圓盤3圓心。所述噴口7為流量可調式噴口。殼體4與進水管5、排水管6組成液體的流動通道，發電機1位于殼體4外部，通過伸出至殼體4外部的轉軸2與發電機1的輸入軸11連接即可。通過內徑比進水管5更小的噴口7，使得進入殼體4內的液體具有更大的動能，可供轉換成的粘性阻力也就更大。同時使得噴口7的中心線不過圓盤3圓心，從而液體還能夠推動圓盤3進行轉動，提高附加的額外動力，由液體的推動力與粘性阻力共同做功，使得圓盤3具有更大的轉速與動能，從而顯著提高發電效率。

實施例3：

如圖5所示的基于粘性力水動機的發電方法，包括以下步驟：(a)使紊流狀態下的液體從n個相互平行的圓盤之間流過，由液體的粘性阻力驅動圓盤進行轉動；(b)由圓盤轉動帶動發電機的輸入軸轉動，使發電機發電。本方法利用了傳統技術中被認為是能量消耗的粘性阻力作為驅動力，極大程度上簡化了水力發電裝置的結構、降低了成本。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，并不用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。