CN103742356A - 联轴往复式风能潮流能转换装置 - Google Patents

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许国冬
徐文华
吴国雄
段文洋
倪宝玉
孙士丽
周斌珍
杨衡
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Abstract

本发明提供的是一种联轴往复式风能潮流能转换装置。包括支架、叶片和主轴，主轴通过轴承安装于两根支架上，两根支架的相对的一侧上安装导轨，叶片两端通过轴承及滑块与导轨连接，叶片与主轴之间有传动机构，所述传动机构包括连接杆和摇杆，摇杆一端与主轴固定连接，摇杆的另一端与连接杆的一端铰接，连接杆的另一端与叶片的转动中心固定连接，且叶片弦向中心线所在平面与连接杆垂直。本发明是一种简单而有效的风能/潮流能发电设备，其设计安装简单，维护成本低，发电效率较高。与水平轴发电装置相比，受风向偏离的影响较小。

Description

联轴往复式风能潮流能转换装置
技术领域
本发明涉及的是一种风能或潮流能进行发电的转换装置。具体地说是一种联轴往复式风能潮流能转换装置。
背景技术
风能、潮流能都是清洁无污染、蕴藏量丰富的可再生能源。风能、潮流能的开发利用是能源需求的重要补充，而高效稳定的风能、潮流能换能装置是风力、潮流能发电的核心关键技术。
目前主流的风能/潮流能发电装置大致可分为水平轴式和垂直轴式。大多是通过布置叶片，利用叶片受到的升力来带动电机发电。但是目前这两类发电装置或多或少的还存在一些技术问题及运行维护成本较高的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，维护成本低，转化效率较高的联轴往复式风能潮流能转换装置。
本发明的目的是这样实现的：
包括支架、叶片和主轴，主轴通过轴承安装于两根支架上，两根支架的相对的一侧上安装导轨，叶片两端通过轴承及滑块与导轨连接，叶片与主轴之间有传动机构，所述传动机构包括连接杆和摇杆，摇杆一端与主轴固定连接，摇杆的另一端与连接杆的一端铰接，连接杆的另一端与叶片的转动中心固定连接，且叶片弦向中心线所在平面与连接杆垂直。
本发明还可以包括：
1、包括3-8个所述叶片，主轴的数量与叶片的数量相等，支架的数量为叶片的数量加一，每个叶片与所对应的与主轴之间均设有传动机构，各主轴串联，且串联后各主轴上固定连接的摇杆之间的夹角相等。
2、在主轴上设置轮盘。
3、用轮盘代替部分或全部摇杆，轮盘的边缘与连接杆的一端铰接。
4、叶片的两端设置端部翼板。
本发明设置了在来流中作垂向往复运动与转动的复合运动的叶片，通过适当调整叶片做往复运动时与来流的有效攻角，叶片受到较大的流体作用力，从而推动轮式机械旋转，带动发电机发电。本发明可使得叶片与来流的有效攻角的自行调整，较好的实现风能、潮流能的较高效率的转换。
本发明的主要结构为：导轨固定安装在支架上，叶片两端通过轴承、滑块与导轨连接，可沿导轨做往复运动与转动运动。叶片转动中心与连接杆一端固定连接，且叶片弦向中心线所在平面与杆件垂直；连接杆另一端与摇杆或轮盘的边缘支点铰接；摇杆或轮盘与主轴构成曲轴通过轴承固定在支架上，可连续转动。
本发明通过设定摇杆与连接杆的长短来控制叶片的往复运动行程及转角。如图1所示，以叶片的转动中心处的水平线为参考，来流与叶片的形成上平面攻角，产生的升力将推动叶片沿导轨向上运动；当连接杆上端转过曲轴的最高点，来流与叶片将形成下平面攻角，流体的作用力将推动叶片沿导轨向下运动；继而连接杆转过曲轴的最低点，即重新回到上平面攻角阶段；如此往复，曲轴的持续转动可带动发电机发电，实现对风能或潮流能的高效能量采集，如图2.1至图2.11所示。
本发明中的叶片两端可以接有对称的端部翼板，如图3所示。端部翼板能够减小三维端部效应，提高能量转换效率。
本发明中，为保证装置运行的平稳，装置一般用到三个或三个以上的叶片，连接杆与曲轴的连接点参考轮盘面为均匀分布，即图4中的β角为等角分布。
本发明中，装置可设计为立式（竖轴式），也可设计为水平式（横轴式）。应用于风力发电时，水平式布置的曲轴或轮盘可置于近地面，即图5的整体需要倒置，以便于安装维护。应用于潮流能发电时，可采用图5所示的总体布置。
本发明的联轴往复式风能潮流能换能装置是一种简单而有效的风能/潮流能发电设备，其设计安装简单，维护成本低，发电效率较高。与水平轴发电装置相比，受风向偏离的影响较小。
附图说明
图1联轴往复式风能潮流能转换装置原理图；
图2.1至图2.12联轴往复式风能潮流能转换装置工作流程示意图；
图3叶片两端的端部翼板示意图；
图4摇杆间的夹角β示意图；
图5联轴往复式风能潮流能转换装置（四叶片结构形式）示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。
本发明的基本结构包括支架1、叶片2、连接杆3、导轨4、摇杆8与主轴6构成的曲轴机构，主轴通过轴承安装于两根支架上，两根支架的相对的一侧上安装导轨，叶片两端通过轴承及滑块与导轨连接，叶片与主轴之间有传动机构，所述传动机构包括连接杆和摇杆，摇杆一端与主轴固定连接，摇杆的另一端与连接杆的一端铰接，连接杆的另一端与叶片的转动中心固定连接，且叶片弦向中心线所在平面与连接杆垂直。主轴与发电机相连接即可组成一种风能或潮流能发电装置。
在上述基本结构的基础上，可以进一步组成以下具体结构：
一种具体结构是将上述基本结构视为一个基本单元，将两个或两个以上的基本单元串联连接。这种串联结构的主要特征包括：包括3-8个所述叶片，主轴的数量与叶片的数量相等，支架的数量为叶片的数量加一，每个叶片与所对应的与主轴之间均设有传动机构，各主轴串联，且串联后各主轴上固定连接的摇杆之间的夹角相等。
第二种具体结构是在主轴上设置轮盘5。
第三种具体结构是用轮盘代替部分或全部摇杆，轮盘的边缘与连接杆的一端铰接。
第四种具体结构是叶片的两端设置端部翼板7。
本发明的工作过程为：
如图1，图2.1、2.2、2.3、2.11、2.12所示。以叶片2的转动中心处的水平线为参考，来流与叶片的形成上平面攻角，产生的升力将推动叶片向上运动。当连接杆3上端转过曲轴或轮盘5的最高点，来流与叶片将形成下平面攻角，将推动叶片沿导轨向下运动，如图2.5、2.6、2.7、2.8、2.9所示；继而连接杆上端转过曲轴或者轮盘的最低点，即重新回到上平面攻角阶段；如此往复，曲轴和轮盘的持续转动可带动发电机发电，实现对风能或潮流能的高效的能量采集。实际实施过程中，通过设置多叶片的结构形式及合适重量的轮盘，达到装置稳定运转的目的。通过在叶片两端加装对称的侧翼，减小了三维端部效应，提高了能量采集效率。机构的总体设计需要考虑往复运动的频率、曲柄与连接杆的尺寸及配合适当的发电机所需载荷与转速来确定。
实际安装过程中，可因地制宜选择合适的安装形式。装置可设计为立式（竖轴式），也可设计为水平式（横轴式）。应用于潮流能发电时，如图5所示，潮流中作上下往复运动的叶片置于水面以下，曲轴或轮盘布置在水面以上，并安装曲轴或轮盘罩，保护结构，保障生命安全及减小对环境的影响。装置应用于风力发电时，水平式布置的曲轴或轮盘可置于近地面，即图5的整体需要倒置；或设计为立式形式（竖轴式），需将图5逆时针旋转90度来看，发电机位于下轮盘下方的近地面处，以便于安装维护。

Claims (7)

1.一种联轴往复式风能潮流能转换装置，包括支架、叶片和主轴，其特征是：主轴通过轴承安装于两根支架上，两根支架的相对的一侧上安装导轨，叶片两端通过轴承及滑块与导轨连接，叶片与主轴之间有传动机构，所述传动机构包括连接杆和摇杆，摇杆一端与主轴固定连接，摇杆的另一端与连接杆的一端铰接，连接杆的另一端与叶片的转动中心固定连接，且叶片弦向中心线所在平面与连接杆垂直。
2.根据权利要求1所述的联轴往复式风能潮流能转换装置，其特征是：包括3-8个所述叶片，主轴的数量与叶片的数量相等，支架的数量为叶片的数量加一，每个叶片与所对应的与主轴之间均设有传动机构，各主轴串联，且串联后各主轴上固定连接的摇杆之间的夹角相等。
3.根据权利要求1或2所述的联轴往复式风能潮流能转换装置，其特征是：在主轴上设置轮盘。
4.根据权利要求1或2所述的联轴往复式风能潮流能转换装置，其特征是：用轮盘代替部分或全部摇杆，轮盘的边缘与连接杆的一端铰接。
5.根据权利要求1或2所述的联轴往复式风能潮流能转换装置，其特征是：叶片的两端设置端部翼板。
6.根据权利要求3所述的联轴往复式风能潮流能转换装置，其特征是：叶片的两端设置端部翼板。
7.根据权利要求4所述的联轴往复式风能潮流能转换装置，其特征是：叶片的两端设置端部翼板。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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