CN105952578A - 一种双翼式发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双翼式发电装置，包括基座，发电机，叶片转角和摆动控制机构，主轴一端接发电机，另一端固接主齿轮，主齿轮上伸出一号轴作为曲轴与传动杆二铰接，传动杆二另一端铰接上摆臂中部，摆臂一端与基座铰接，另一端装有叶片，上、下摆臂通过短连杆传动，可对称摆动。副齿轮与主齿轮啮合，副齿轮伸出五号轴作为曲轴与传动杆一和传动杆三铰接，动杆一和传动杆三的另一端铰接上摇杆，大链轮与上摇杆固接并通过链条与叶片中央的小链轮连接。上、下摇杆通过短连杆传动，可对称摆动。本发明通过转角与摆动控制机构的匹配，可使叶片保持较为理想的振动幅度与转角，同时双翼对称振荡产生有利干扰可提高装置的能量采集效率。

Description

一种双翼式发电装置
技术领域
本发明涉及一种发电装置，尤其涉及一种双翼式发电装置。
背景技术
风能、潮流能是一种蕴藏量丰富、清洁无污染的可再生能源。目前的潮流能发电装置主要为水平轴式，对风速、潮流速度有较高的要求，且可能对水生鱼类造成伤害。对于较低流速，普遍存在能量转换效率较低的问题，限制了潮流能资源的有效利用，因此开发一种适合低流速且高效稳定的潮流能换能装置至关重要。
目前主流的潮流能发电装置，可分为垂直轴式轮机和水平轴式轮机。垂直轴式轮机优点是可以利用不同方向的来流，但不能有效控制叶片攻角，能量采集效率较低；水平轴式轮机采用螺旋桨式叶片，运行稳定，检修较为方便，但叶片之间相互干扰影响能量效率，对水流速度有较高的要求。
振动翼可以精确设置运行轨迹，通过设置合理的振动与转角幅度，可实现流体动能的高效采集。且振动翼扫略面为矩形较水平轴轮机的圆形域具有更高的水域利用率，更适合布置于近岸浅水区域。
申请人通过研究发现，双翼对摆可利用双翼间的干扰提升能量采集效率。数值计算结果表明双翼模式的能量捕获效率较单翼模式可提高10％以上，且双翼扫略面积较单翼大，可捕获更多能量。
发明内容
本发明的目的是提供一种双翼式发电装置，结构简单，易于加工制造、发电效率高，且能同时在波浪能利用和风能利用中使用。
本发明的目的是这样实现的：在基座1上竖直安装有两块立板28，两块立板28的顶端间通过连接杆35连接，在左侧立板的左侧的基座上安装有四号轴座37和三号轴座36，基座1的端部安装有发电机2，在右侧立板的右侧的基座上安装有二号轴座27和一号轴座26，发电机的转轴与主轴3连接，主轴3通过三号轴座36安装在基座上，主轴3的端部穿过四号轴座37和左侧立板且端部安装有一号主齿轮5-1，一号轴座26上安装有四号轴24，四号轴24的端部穿过二号轴座27和右侧立板且端部安装有二号主齿轮5-2，一号主齿轮5-1的端面与二号主齿轮5-2端面之间设置有一号轴21，四号轴座37上安装有二号轴22，二号轴22的端部穿过左侧立板且端部安装有一号副齿轮6-1，二号轴座27上安装有三号轴23，三号轴23的端部穿过右侧立板且端部安装有二号副齿轮6-2，一号副齿轮6-1的端面与二号副齿轮6-2的端面之间设置有五号轴25，一号主齿轮5-1与一号副齿轮6-1啮合，二号主齿轮5-2与二号副齿轮6-2啮合，一号轴21的中间位置安装有第二传动杆8，五号轴25上安装有第一传动杆7和第三传动杆9，且第二传动杆8位于第一传动杆7和第三传动杆9之间，两块立板28之间还安装有上固定轴29和下固定轴30，第一传动杆7的端部铰接有下摇杆15，下摇杆15的一端铰接有第二连杆12-2、另一端安装在下固定轴30上，下摇杆15的端面上还固连有第一大链轮34，且第一大链轮34安装也安装在下固定轴30上，第二连杆12-2的端部铰接有上摇杆14，上摇杆14的端部安装在上固定轴29上，上摇杆14的端面固连有第二大链轮16，且第二大链轮16安装在上固定轴29上，第一传动杆7和第三传动杆9的端部分别铰接有下摆臂13，每个下摆臂13的中间位置均安装在下固定轴30上，两个下摆臂13的一个端部分别铰接有第一连杆12-1和第三连杆12-3，两个下摆臂另一个端部之间设置有第二叶片轴32，第二叶片轴32上安装有第一小链轮18，第一连杆12-1和第三连杆12-3的端部分别铰接有上摆臂11、且铰接位置在上摆臂的一个端部，两个上摆臂的另一个端部之间安装有第一叶片轴31，第一叶片轴31上安装有第二小链轮33，两个上摆臂的中间位置分别安装在上固定轴29上，第二大链轮16与第二小链轮33之间、第一大链轮34与第一小链轮18之间分别安装有链条17-1、17-2，第二叶片轴32的两端、第一叶片轴31的两端分别安装有叶片10。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.在二号轴座27与一号轴座26之间的四号轴24上以及三号轴座36与四号轴座37之间的主轴上分别安装有惯性轮4。
2.将基座安装在地面上构成双翼式风能发电装置。
3.将基座的两端安装浮体后倒置在水面上构成双翼式潮流能发电装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构简单，便于加工生产，维护成本低，装置可靠性高，在潮流能发电领域以及风能发电领域均具有广阔的应用前景。相同尺度下，振动翼相对于其他形式的潮流能发电装置，其叶片扫略面积较单翼大，能够捕获的潮流能更多。通过计算发现，双翼对称摆动，当双翼靠近彼此运动时可获得有利干扰，双翼对摆模式可获得较大的升力，因此其能量捕获效率较单翼模式高。软件模拟的结果表明双翼模式的能量捕获效率较单翼模式可提高10％以上。本发明通过设计匹配叶片的转角和摆动控制机构，实现了双翼对摆运动。
本发明可控制叶片的转角以及叶片的振幅，通过匹配对应的转角控制机构与振幅控制机构，能够精确控制叶片的运行轨迹，可以使叶片保持较为理想的振动幅度及攻角范围，从而大幅度的提高装置的能量采集效率。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的叶片所在部分的放大示意图；
图3是本发明的主副齿轮部分的放大示意图；
图4是本发明利用波浪能时的示意图；
图5是本发明的工作循环图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例一：结合图1至图3，在基座1上竖直安装有两块立板28，两块立板28的顶端间通过连接杆35连接，在左侧立板的左侧的基座上安装有四号轴座37和三号轴座36，基座1的端部安装有发电机2，在右侧立板的右侧的基座上安装有二号轴座27和一号轴座26，发电机的转轴与主轴3连接，主轴3通过三号轴座36安装在基座上，主轴3的端部穿过四号轴座37和左侧立板且端部安装有一号主齿轮5-1，一号轴座26上安装有四号轴24，四号轴24的端部穿过二号轴座27和右侧立板且端部安装有二号主齿轮5-2，一号主齿轮5-1的端面与二号主齿轮5-2端面之间设置有一号轴21，四号轴座37上安装有二号轴22，二号轴22的端部穿过左侧立板且端部安装有一号副齿轮6-1，二号轴座27上安装有三号轴23，三号轴23的端部穿过右侧立板且端部安装有二号副齿轮6-2，一号副齿轮6-1的端面与二号副齿轮6-2的端面之间设置有五号轴25，一号主齿轮5-1与一号副齿轮6-1啮合，二号主齿轮5-2与二号副齿轮6-2啮合，一号轴21的中间位置安装有第二传动杆8，五号轴25上安装有第一传动杆7和第三传动杆9，且第二传动杆8位于第一传动杆7和第三传动杆9之间，两块立板28之间还安装有上固定轴29和下固定轴30，第一传动杆7的端部铰接有下摇杆15，下摇杆15的一端铰接有第二连杆12-2、另一端通过轴承安装在下固定轴30上，下摇杆15的端面上还固连有第一大链轮34，且第一大链轮34安装也安装在下固定轴30上，第二连杆12-2的端部铰接有上摇杆14，上摇杆14的端部通过轴承安装在上固定轴29上，上摇杆14的端面固连有第二大链轮16，且第二大链轮16安装在上固定轴29上，第一传动杆7和第三传动杆9的端部分别铰接有下摆臂13，每个下摆臂13的中间位置均通过轴承安装在下固定轴30上，两个下摆臂13的一个端部分别铰接有第一连杆12-1和第三连杆12-3，两个下摆臂另一个端部之间设置有第二叶片轴32，第二叶片轴32上安装有第一小链轮18，第一连杆12-1和第三连杆12-3的端部分别铰接有上摆臂11、且铰接位置在上摆臂的一个端部，两个上摆臂的另一个端部之间安装有第一叶片轴31，第一叶片轴31上安装有第二小链轮33，两个上摆臂的中间位置分别通过轴承安装在上固定轴29上，第二大链轮16与第二小链轮33之间、第一大链轮34与第一小链轮18之间分别安装有链条17-1、17-2，第二叶片轴32的两端、第一叶片轴31的两端分别安装有叶片10。
两个主齿轮之间的一号轴与两个副齿轮之间的五号轴的转角相位差在90度左右。上、下摆臂通过连杆连接，端部接有叶片，可使上、下叶片对称摆动。上、下摇杆通过连杆连接，大链轮与摇杆固接并通过链条与叶片中央的小链轮连接，可使上、下叶片对称转动。
本发明为对摆双翼潮流能、风能发电装置，主要用于潮流能、风能发电领域，包括发电机，主齿轮，副齿轮，连杆，转角控制机构，摆动控制机构，叶片，基座。装置的基座为直立式，发电机，主齿轮与副齿轮子在装置的底部，主齿轮与副齿轮啮合，同时主齿轮驱动发电机。从齿轮传动方向来说与实际驱动的反向，主齿轮通过传动杆二驱动下摇杆，下摇杆转动与之固连的大链轮，链轮通过链条驱动与叶片固连的叶片轴上的小链轮实现叶片转角的控制，同时下摇杆通过连杆驱动上摇杆，上摇杆驱动其固连的大链轮，该链轮通过链条驱动与叶片固连的小链轮，从而实现上下两个叶片转角的同步控制。副齿轮通过传动杆一和传动杆二驱动对应的下摆臂，下摆臂上下摆动，从而带动叶片做上下振动，同时下摆臂通过连杆驱动上摆臂，上摆臂驱动与之连接的叶片做上下振动，从而实现上下双叶片的振幅控制。
换个角度说，结合图5，本发明的工作过程是：水流或风冲击叶片翼板，使两个叶片板做上下振动，通过传动机构带动发电机持续转动。本发明通过设计匹配转角和摆臂控制机构，能够有效控制叶片的运行轨迹，使叶片保持较为理想的摆动幅度及攻角范围，可以大幅度提高装置能量采集效率。具体的说是叶片的上下运动带动振幅控制机构的连杆，连杆驱动副齿轮，副齿轮驱动主齿轮，主齿轮带动转角控制机构，实现叶片的转角控制。
本发明在实际安装时，可以在叶片两端加装对称侧翼后在安装在对应的叶片轴上，这样的设置可减小三维端部效应，提高能量采集效率，同时叶片位置最高处距离水面一倍弦长距离以上，以降低自由面对叶片能量采集的不利影响。
实施例二：基于上述实施例，并结合图1，在二号轴座27与一号轴座26之间的四号轴24上以及三号轴座36与四号轴座37之间的主轴上分别安装有惯性轮4。
实施例三：基于上述实施例，将基座安装在地面上构成双翼式风能发电装置，实现对风能的利用。
实施例四：基于上述实施例，结合图4，将基座的两端安装浮体后倒置在水面上构成双翼式潮流能发电装置，实现对波浪能的利用。

Claims (4)

1.一种双翼式发电装置，其特征在于：在基座(1)上竖直安装有两块立板(28)，两块立板(28)的顶端间通过连接杆(35)连接，在左侧立板的左侧的基座上安装有四号轴座(37)和三号轴座(36)，基座(1)的端部安装有发电机(2)，在右侧立板的右侧的基座上安装有二号轴座(27)和一号轴座(26)，发电机的转轴与主轴(3)连接，主轴(3)通过三号轴座(36)安装在基座上，主轴(3)的端部穿过四号轴座(37)和左侧立板且端部安装有一号主齿轮(5-1)，一号轴座(26)上安装有四号轴(24)，四号轴(24)的端部穿过二号轴座(27)和右侧立板且端部安装有二号主齿轮(5-2)，一号主齿轮(5-1)的端面与二号主齿轮(5-2)端面之间设置有一号轴(21)，四号轴座(37)上安装有二号轴(22)，二号轴(22)的端部穿过左侧立板且端部安装有一号副齿轮(6-1)，二号轴座(27)上安装有三号轴(23)，三号轴(23)的端部穿过右侧立板且端部安装有二号副齿轮(6-2)，一号副齿轮(6-1)的端面与二号副齿轮(6-2)的端面之间设置有五号轴(25)，一号主齿轮(5-1)与一号副齿轮(6-1)啮合，二号主齿轮(5-2)与二号副齿轮(6-2)啮合，一号轴(21)的中间位置安装有第二传动杆(8)，五号轴(25)上安装有第一传动杆(7)和第三传动杆(9)，且第二传动杆(8)位于第一传动杆(7)和第三传动杆(9)之间，两块立板(28)之间还安装有上固定轴(29)和下固定轴(30)，第一传动杆(7)的端部铰接有下摇杆(15)，下摇杆(15)的一端铰接有第二连杆(12-2)、另一端安装在下固定轴(30)上，下摇杆(15)的端面上还固连有第一大链轮(34)，且第一大链轮(34)安装也安装在下固定轴(30)上，第二连杆(12-2)的端部铰接有上摇杆(14)，上摇杆(14)的端部安装在上固定轴(29)上，上摇杆(14)的端面固连有第二大链轮(16)，且第二大链轮(16)安装在上固定轴(29)上，第一传动杆(7)和第三传动杆(9)的端部分别铰接有下摆臂(13)，每个下摆臂(13)的中间位置均安装在下固定轴(30)上，两个下摆臂(13)的一个端部分别铰接有第一连杆(12-1)和第三连杆(12-3)，两个下摆臂另一个端部之间设置有第二叶片轴(32)，第二叶片轴(32)上安装有第一小链轮(18)，第一连杆(12-1)和第三连杆(12-3)的端部分别铰接有上摆臂(11)、且铰接位置在上摆臂的一个端部，两个上摆臂的另一个端部之间安装有第一叶片轴(31)，第一叶片轴(31)上安装有第二小链轮(33)，两个上摆臂的中间位置分别安装在上固定轴(29)上，第二大链轮(16)与第二小链轮(33)之间、第一大链轮(34)与第一小链轮(18)之间分别安装有链条(17-1、17-2)，第二叶片轴(32)的两端、第一叶片轴(31)的两端分别安装有叶片(10)。
2.根据权利要求1所述的一种双翼式发电装置，其特征在于：在二号轴座(27)与一号轴座(26)之间的四号轴(24)上以及三号轴座(36)与四号轴座(37)之间的主轴上分别安装有惯性轮(4)。
3.根据权利要求1或2所述的一种双翼式发电装置，其特征在于：将基座安装在地面上构成双翼式风能发电装置。
4.根据权利要求1或2所述的一种双翼式发电装置，其特征在于：将基座的两端安装浮体后倒置在水面上构成双翼式潮流能发电装置。
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