CN105909461A - 一种双扑翼发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双扑翼发电装置，包括壳体，与壳体平行设置且两端与壳体活动连接的丝杠，丝杠上下两部分上各活动连接有一个传动机构，且每个传动机构能够在丝杠的转动时上下滑动，每个传动机构上设置有一组叶片，每组叶片的两个叶片沿着垂直于丝杠轴线的方向同轴心设置，每组叶片的两个叶片之间通过旋转轴相连，传动机构能够驱动对应的旋转轴转动，此外，壳体的任意一侧设置有通过丝杠转动发电的发电装置。本发明提供的利用双扑翼俯仰‑沉浮运动采集流体动能的发电装置，该装置中的两组叶片对称并排布置，两组叶片的俯仰运动相位相差180°，如此布置可以使得两组叶片互为对方的端壁，利用端壁效应可以提高本发明的吸能效率和功率。

Description

一种双扑翼发电装置
技术领域：
本发明涉及一种发电装置、特别涉及风力或水力发电装置，尤其涉及一种双扑翼发电装置。
背景技术：
随着人口增长、经济发展和社会进步，人们对能源、特别是清洁能源的需求日益增长。传统水电站和风机的发电量逐年增长，但是其对环境的影响也日益受到关注。比如，水电站对上下游生态和局部地貌的影响、大型风机的噪声污染及其对候鸟迁徙的影响。传统水电站和风机，特别是水电站的装机容量逐渐逼近其极限值。在此背景下，传统的水轮机和风机及其替代或补充方案都得到了发展。其中，扑翼吸能近年来逐渐受到学界的关注，并进行了全面的研究。与传统风机相比，扑翼吸能装置结构简单、建造成本低、尺寸小、对环境也更友好；其应用范围也更广，比如河流、海岸、峡谷等不适合传统水轮机和风力机的狭长流体区域；扑翼发电装置在不同的流速下均能保持较高的吸能效率，意味着特别适合于洋流、潮汐这类低流速、高流体密度的场合。
现有的扑翼吸能机构往往只有一只叶片，并利用曲柄连杆一类的机构将直线运动转变成旋转运动，这种扑翼设计无法发挥多翼间相互促进的优势，效率和功率并不是最理想的，而且曲柄连杆严格限制了叶片的振幅，导致扑翼发电装置对不同来流的适应性降低。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种双扑翼发电装置，利用双扑翼的俯仰-沉浮运动采集流体动能，具有高效、高适应性的特点。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种双扑翼发电装置，包括壳体，与壳体平行设置且两端与壳体活动连接的丝杠，丝杠上下两部分上各活动连接有一个传动机构，且每个传动机构能够在丝杠的转动时上下滑动，每个传动机构上设置有一组叶片，每组叶片的两个叶片沿着垂直于丝杠轴线的方向同轴心设置，且每组叶片的两个叶片之间通过旋转轴相连，传动机构能够驱动对应的旋转轴转动，此外，壳体的任意一侧设置有通过丝杠转动发电的发电装置。
本发明进一步的改进在于，每个叶片的尾缘处布置有襟翼。
本发明进一步的改进在于，叶片采用NACA00系列的对称翼型，单个发电装置包括4个叶片，其中每个叶片同轴心连接成一组，两组叶片对称并排布置，且俯仰运动相位相差180°。
本发明进一步的改进在于，丝杠的两端均通过组合轴承与壳体活动连接。
本发明进一步的改进在于，丝杆上的螺旋槽分成上下两部分，且上下两部分的螺旋槽旋向相反。
本发明进一步的改进在于，传动机构包括第一平台，第一平台套装在丝杠上且能够在丝杠的转动时上下滑动，第一平台上设置有伺服电机，伺服电机的输出轴上套装有第一齿轮，第一齿轮与套装在对应旋转轴上的第一齿轮外啮合。
本发明进一步的改进在于，发电装置包括固定在壳体任意一侧的第二平台，设置在第二平台上的发电机，丝杠上设置有第三齿轮，第三齿轮与设置在发电机输入轴上的第四齿轮外啮合。
本发明进一步的改进在于，发电机输入轴上还设置有第一带轮，第一带轮与设置在丝杠上的第二带轮通过皮带相连。
本发明进一步的改进在于，发电机输入轴的伸出端上还设置有飞轮。
本发明进一步的改进在于，第三齿轮通过第一单向离合器设置在丝杠上，第四齿轮通过第二单向离合器设置在发电机输入轴上，第一带轮通过第三单向离合器设置在发电机输入轴上，第二带轮通过第四单向离合器设置在丝杠上。
相对于现有技术，本发明具有如下的优点：
本发明提供的利用双扑翼俯仰-沉浮运动采集流体动能的发电装置，该装置中的两组叶片对称并排布置，两组叶片的俯仰运动相位相差180°，如此布置可以使得两组叶片互为对方的端壁，利用端壁效应可以提高本发明的吸能效率和功率。
进一步，本发明在叶片尾缘处设置有襟翼，这种襟翼结构可以提高叶片在沉浮运动过程中的有效弯度和升力，从而进一步提升本发明的吸能效率和功率。
更进一步，本发明使用丝杆将叶片的沉浮运动转化成丝杆的旋转运动，丝杆上两部分旋向相反的螺旋槽使得两组叶片沿相反方向运动产生的力矩相互叠加而不是抵消，由于使用了丝杆结构，本发明可以通过控制叶片俯仰运动的时机来控制叶片的沉浮运动振幅，从而提高了本发明对不同来流速度的适应性。
最后，本发明通过一对齿轮和带轮将丝杆的扭转运动传递给发电机轴，由于叶片的沉浮运动是往复的，丝杆的旋转运动也是往复的，当丝杆顺时针旋转时通过齿轮带动发电机轴逆时针旋转，当丝杆逆时针旋转时通过带轮带动发电机轴逆时针旋转，齿轮、带轮与丝杆和发电机轴之间布置有单向离合器，单向离合器保证力矩从丝杆到发电机轴单向传递。
附图说明：
图1总体示意图。
图2叶片俯仰运动控制示意图；其中，图2(a)为正视图，图2(b)为侧视图。
图3丝杆和发电机旋转传动示意图。
图中：1-叶片，2-襟翼，3-第一齿轮，4-伺服电机，5-第二齿轮，6-第一平台，7-壳体，8-第三齿轮，9-第一单向离合器，10-组合轴承，11-飞轮，12-第二单向离合器，13-第四齿轮，14-第三单向离合器，15-第一带轮，16-皮带，17-第四单向离合器，18-第二带轮，19-发电机，20-丝杆，21-第二平台。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供的双扑翼发电装置总体示意图如图1，采用的技术方案如下：
每两个叶片1同轴心组成一组，共有两组叶片如图迎流对称并排布置，叶片1的尾缘处布置有襟翼2，用以提高吸能效率，每组叶片1的旋转轴上固定有第二齿轮5。叶片1的旋转轴可以在第一平台6上旋转，第一平台6可以沿着丝杆20滑动。如图2所示，第一平台6上还固定有伺服电机4，伺服电机4通过相互啮合的第一齿轮3和第二齿轮5驱动叶片1的俯仰运动。当叶片1推动第一平台6沿丝杆20滑动时，丝杆20会带动第三齿轮8或第一带轮18旋转，从而将力矩传递给第四齿轮13或第二带轮15，最终带动发电机19发电。其中丝杆20通过组合轴承10轴向和径向固定在壳体7上，组合轴承10既能承受径向载荷，又能承受轴向载荷；此外，发电机19通过第二平台21也固定在壳体7上。当图1中4个叶片1迎流保持如图1所示的位置时，上面一组叶片会受到向上的升力，下面一组叶片会受到向下的升力，两组叶片会沿相反的方向运动，为了保证两组叶片施加在丝杆20上的力矩方向相同，丝杆20的螺旋槽分成上下两部分，且上下两部分螺旋槽的旋向相反，分别用以转化每组叶片的平移运动，为了防止自锁，螺旋槽开设有多条，保证了大螺距的设计。当两组叶片1运动到接近丝杆的端部时，伺服电机4将控制叶片做俯仰运动，从而改变叶片攻角的方向，进而改变叶片上升力的方向，使得叶片由两端向中间运动，叶片在来流的驱动下做沉浮运动，带动丝杆20做往复的旋转运动。
图3中局部放大示意图中的传动机构将往复的旋转运动转化成单向的旋转运动。如图所示，从发电装置顶部看下去，当丝杆20顺时针旋转时，通过第三齿轮8带动第四齿轮13和发电机输入轴逆时针旋转，当丝杆20逆时针旋转时通过第二带轮18和皮带16带动第一带轮15和发电机输入轴逆时针旋转。齿轮、带轮与丝杆20和发电机输入轴之间布置有单向离合器。第一单向离合器9在第三齿轮8和丝杆20之间，可以传递顺时针的力矩，无法传递逆时针的力矩。第四单向离合器17在第二带轮18和丝杆20之间，可以传递逆时针的力矩，无法传递顺时针的力矩。第二单向离合器12在第四齿轮13和发电机输入轴之间，可以传递逆时针的力矩，无法传递顺时针的力矩。第三单向离合器14在第一带轮15和发电机输入轴之间，可以传递逆时针的力矩，无法传递顺时针的力矩。以上的设计保证了力矩由丝杆20向发电机19的单向传递，同时实现了发电机输入轴的单向旋转。齿轮组和带轮的配合使用使得丝杆20与发电机19之间始终只有一级传递机构，这种设计保证传动效率的同时简化了传动装置。此外，由于丝杆20向发电机19传递力矩的方向虽然一致，但是力矩的大小却在周期性的波动，为了在一定程度上维持发电机转速的恒定，本发明在发电机输入轴末端设置了飞轮11。

Claims (10)

1.一种双扑翼发电装置，其特征在于，包括壳体(7)，与壳体(7)平行设置且两端与壳体(7)活动连接的丝杠(20)，丝杠(20)上下两部分上各活动连接有一个传动机构，且每个传动机构能够在丝杠(20)的转动时上下滑动，每个传动机构上设置有一组叶片(1)，每组叶片(1)的两个叶片(1)沿着垂直于丝杠(20)轴线的方向同轴心设置，且每组叶片(1)的两个叶片(1)之间通过旋转轴相连，传动机构能够驱动对应的旋转轴转动，此外，壳体(7)的任意一侧设置有通过丝杠(20)转动发电的发电装置。
2.根据权利要求1所述的一种双扑翼发电装置，其特征在于，每个叶片(1)的尾缘处布置有襟翼(2)。
3.根据权利要求1所述的一种双扑翼发电装置，其特征在于，叶片(1)采用NACA00系列的对称翼型，单个发电装置包括4个叶片(1)，其中每个叶片(1)同轴心连接成一组，两组叶片(1)对称并排布置，且俯仰运动相位相差180°。
4.根据权利要求1所述的一种双扑翼发电装置，其特征在于，丝杠(20)的两端均通过组合轴承(10)与壳体(7)活动连接。
5.根据权利要求1所述的一种双扑翼发电装置，其特征在于，丝杆(20)上的螺旋槽分成上下两部分，且上下两部分的螺旋槽旋向相反。
6.根据权利要求1所述的一种双扑翼发电装置，其特征在于，传动机构包括第一平台(6)，第一平台(6)套装在丝杠(20)上且能够在丝杠(20)的转动时上下滑动，第一平台(6)上设置有伺服电机(4)，伺服电机(4)的输出轴上套装有第一齿轮(3)，第一齿轮(3)与套装在对应旋转轴上的第一齿轮(5)外啮合。
7.根据权利要求6所述的一种双扑翼发电装置，其特征在于，发电装置包括固定在壳体(7)任意一侧的第二平台(21)，设置在第二平台(21)上的发电机(19)，丝杠(20)上设置有第三齿轮(8)，第三齿轮(8)与设置在发电机(19)输入轴上的第四齿轮(13)外啮合。
8.根据权利要求7所述的一种双扑翼发电装置，其特征在于，发电机(19)输入轴上还设置有第一带轮(15)，第一带轮(15)与设置在丝杠(20)上的第二带轮(18)通过皮带(16)相连。
9.根据权利要求8所述的一种双扑翼发电装置，其特征在于，发电机(19)输入轴的伸出端上还设置有飞轮(11)。
10.根据权利要求8所述的一种双扑翼发电装置，其特征在于，第三齿轮(8)通过第一单向离合器(9)设置在丝杠(20)上，第四齿轮(13)通过第二单向离合器(12)设置在发电机(19)输入轴上，第一带轮(15)通过第三单向离合器(14)设置在发电机(19)输入轴上，第二带轮(18)通过第四单向离合器(17)设置在丝杠(20)上。
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