CN106050519B - 垂直轴多组叶片自动伸缩式海流能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种垂直轴多组叶片自动伸缩式海流能发电装置，属于新能源领域和机械工程领域，在基座上安装一对轴座，所述一对轴座之间安装有转轴，转轴上设置有两个矩形槽，两个矩形槽在转轴的长度方向对称分布、但两个矩形槽所在的平面相互垂直，每个矩形槽内设置有凹滑轨，每个叶片通过其上设置的凸滑轨安装在对应的矩形槽中，每个叶片的端部固连连接有叶片固定轴，每个叶片固定轴的端部铰接有连杆，每个连杆的端部铰接在基座上，在两个叶片之间的转轴上安装有传动轮，传动轮通过传动机构与发电机连接。本发明通过吸收海水流动的动能转化为电能，实现海流能发电，结构简单，安装方便，制作成本低，效率可达到兆瓦级发电效果，应用前景广泛。

Description

垂直轴多组叶片自动伸缩式海流能发电装置

技术领域

本发明涉及一种利用海水流动的发电装置，尤其涉及一种垂直轴多组叶片自动伸缩式海流能发电装置，属于新能源领域和机械工程领域。

背景技术

当今社会面临着能源紧缺、环境污染加重的问题越来越明显，这使得全世界对于可再生新能源的开发与应用越来越重视，尤其是对电能的应用也越来越广泛。海水中蕴含着大量的能量，而且是可再生资源，海流能的能量密度比空气的大许多，根据潮汐的特点，海流能的可预测性非常的强，在一天之中潮汐的涨潮与落潮的时间具有明显的规律性，而且是连续的，针对这一明显的特点，也使科技工作者们认识到，海流能的利用具有更高的研究价值。对于海流能发电机的类型，一般分为两种类型，垂直轴和水平轴两种，根据工况的不同，这两种各有各自的应用场合，然而在工程上，垂直轴的应用不是很多，多数应用的是水平轴类型的发电装置，如水下风车等。

许多国家也都致力于利用海流能进行发电，并且已经取得了一定的科技成果，有很多产品已经投入生产与使用，例如英国IT动力公司研制了一种水平轴双叶透平发电装置，已经在苏格兰的近海进行测试，但是目前的海流能发电装置都存在着许多的问题，安装困难，叶片的关键部件的制作成本高昂也使得许多的研究成果不能广泛的应用。就水平轴的扇叶发电装置来说，只能在面向海流的时候能够正常的工作发电，而当背向海水流向的时候则达不到发电效果，即使能达到，也需要复杂的辅助机构的设计，因此设计一种生产成本低廉，安装方便，体积小，效率高的发电装置是一个亟待解决且必要课题。授权公众号为CN 202768232 U的专利中介绍了一种叶片可伸缩的海流发电装置，但是该结构过于单一，结构之间的相互摩擦力大，效率低，最大的缺点是有当叶片与海流方向平行的时候，不能继续运转，需要额外的飞轮系统才能正常工作。因此本发明基于以上的缺点提出了改进，并且提出了创新，通过两叶片成角度的配合以及连杆机构的来实现发电装置的无死点运转，效率大大提高。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种垂直轴多组叶片自动伸缩式海流能发电装置，结构简单，安装方便，生产成本低，效率高，应用在具有一定流速的海域或者河套中，完全进入或者半浅在水域中，对于环境的要求宽泛，通过吸收海水流动的动能转化为电能，实现海流能发电，为人类提供一种高效的利用海流的发电设备，可提供兆瓦级发电量。

本发明的目的是这样实现的：包括基座、两个叶片、转轴，所述基座安装在水下，在基座上安装有一对轴座，且所述的一对轴座之间安装有转轴，转轴上设置有两个矩形槽，且两个矩形槽在转轴的长度方向对称分布、但两个矩形槽所在的平面相互垂直，每个矩形槽内设置有凹滑轨，每个叶片通过其上设置的凸滑轨安装在对应的矩形槽中，每个叶片的端部固连连接有叶片固定轴，每个叶片固定轴的端部铰接有连杆，每个连杆的端部铰接在基座上，在两个叶片之间的转轴上安装有传动轮，传动轮通过传动机构与发电机连接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.两个叶片结构相同，均是截面是矩形的钢制薄板结构。

2.所述传动轮是皮带轮，传动机构是皮带。

3.所述传动轮是链轮，传动机构是链条。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：叶片的运动形式采用伸缩式，这样叶片的迎流的有效作用面积相比较风车式叶片成倍增加，能够极大地将海流的动能转化为电能，效率提高很多倍；当叶片在海流推动下，能够持续的转动，无间歇，能够连续不断不断的发电；两组叶片所在平面不在同一平面内，成一定角度，本发明采用90度角度，这样不必增加飞轮等辅助装置就能越过平衡点位置，两组叶片相互配合，不存在平衡点情况，只要海流有流速，即使很小，该装置也能够正常工作，不存在做负功情况；就安装的方式而言，可以垂直安装和水平安装，不会影响发电装置的正常工作，同时本发明各个部件的结构非常简单，安装方便，加工生产成本大大降低，安装和日常的维护成本也大大降低，效率可达到兆瓦级发电效果，效果非常高，应用前景广泛。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的转轴的结构示意图；

图3(a)至图3(f)是本发明的运动过程工作原理图；

图中：1基座；2转轴；3、4矩形扇叶；5传动轮；6叶片固定轴；7连杆；8轴座；9螺钉；10螺栓。

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。

结合图1，本发明是垂直轴多组叶片自动伸缩式海流能发电装置，其基本结构至少包括基座1、转轴2、矩形叶片3和4、传动轮5、叶片固定轴6、连杆7、轴座8、螺钉9、螺栓10等几部分组成。带有凸滑轨的矩形叶片3安装在转轴2上，有其上的凹滑轨相互啮合，两者之间可做相对直线运动；叶片固定轴6固定在矩形叶片3的端部，两者之间固定连接，无相对运动，同时叶片固定轴6通过连杆7，与基座连接，三者之间相互交接，并与转轴2的滑轨构成曲柄滑块机构，转轴2的基本结构如图2所示；矩形叶片3和矩形叶片4的安装方式相同，叶片所在的平面呈一定的夹角，为达到最大的发电效率，本发明以90度角度为例，叶片3和叶片4相互配合，克服单个叶片运转时平衡点的存在，而本发明设置成90度，这样可以在转轴转动过程中可以无需安装其他辅助装置就很容易的通过平衡位置(即死点)。

本发明的基座1形状简单，上端有用于固定轴座的螺栓孔，固定在水底(海底)，为整个机构提供支撑作用；转轴为圆柱实体，在两端开有矩形的槽，矩形槽在转轴的径向贯穿，两个矩形槽在转轴的长度方向对称分布，且矩形槽所在平面不在同一平面内，空间上成一定角度，本发明采用90度角，每个矩形槽上有凹滑轨。用于矩形叶片3/4在上面滑动，减小摩擦；矩形叶片3、4完全相同，采用矩形的钢制薄板，矩形叶片3、4的板面上有凸滑轨，用于与转轴矩形槽内的凹滑轨配合滑动，叶片3、4分别安装在转轴的矩形槽内，两者之间有相对的直线滑动，也即两个叶片分别以垂直的角度过转轴；皮带轮或链轮5安装在转轴上的键上，两者之间无相对的转动，为达到良好效果，应该增加有定位块等辅助装置，由于水下的环境，因此为防止打滑降低效率，如果采用皮带轮本发明优先采用齿形皮带轮5，皮带轮可将能量通过皮带等装置传递至发电机；叶片固定轴6为圆柱形实体，固定在矩形叶片3、4上，无相对的运动，叶片固定轴6同时与连杆7相铰接，在这个机构运动的过程中，矩形叶片3(矩形叶片4和矩形叶片3一样，因此在涉及到单个叶片时、以矩形叶片3为例)转轴滑槽和连杆构成曲柄滑块机构，为本发明的核心技术之一，在叶片和转轴转动过程中，此机构严格控制矩形叶片3在转轴滑槽内的伸缩和伸张的长度，实现本发明发电的最终目的；轴座8用于安装转轴2，固定在基座1上，两者之间无相对转动，轴座8位转轴2提供支撑作用，位降低摩擦提高效率，在轴承座8上可安装轴承；螺栓9和螺母10主要用于铰接。

进一步地，本发明还可以是：两个叶片结构相同，均是截面是矩形的钢制薄板结构。

进一步地，本发明还可以是：所述的传动轮可以是皮带轮或链轮，对应的传动机构是皮带或是链条。

为清晰的描述该发电装置的的工作原理，隐藏了传动轮5和基座1后如图3(a)-图3(f)所示，具体描述了本发明的工作原理，如图3(a)所示为装置的初始状态，海流方向为从左到右，当有水流冲击使，矩形叶片3处于水平状态，此时矩形叶片3在长度方向关于轴座2对称，

因此，不受水流的冲击作用，即矩形叶片3处于平衡位置，此时不受力的作用，而矩形叶片4整体面积不仅面向海流的流动方向，而且与海流的方向垂直，因此此时，矩形叶片4所受水流推理最大，因此由于受力不平衡，矩形叶片4强带动安装在轴座8上的转轴2一起顺时针转动，进而矩形叶片3在转轴2的转矩作用下，也会离开平衡位置，当离开平衡位置时，矩形叶片3的左端长度比右端的长度大，根据几何知识，左端的受力面积大于右端的受力面积，因此在受到同样的水流冲击作用时，矩形叶片3也将受到向上转矩作用，将带动转轴2继续转动；当转动到图3(b)所示的位置时，矩形叶片3偏离平衡点，此时，矩形叶片3、4据处于受力不平衡的位置，因此矩形叶片3、4同时带动转轴2继续顺时针转动，一次一直有转矩作用在皮带轮5上；当转动到图3(c)所示的状态时，对于转轴来说，受到的转矩与图3(a)受到的相同，只是此时矩形叶片4处于水平位置，不受水流冲击作用，而矩形叶片3处于垂直位置，整体面积面向水流方向，受到的推力最大，带动转轴2转动，同时带动矩形叶片4离开平衡位置，继续顺时针转动；当转动到图3(d)所示时，再次的矩形叶片3、4受力都不平衡，两者同时带动转轴2转动；当转到图3(e)时，对于叶片来讲，矩形叶片3和4的状态与图3(a)相同，当是此时连杆的位置与图3(a)并不相同，并没有完成一个周期的运动，矩形叶片4受力不平衡，带动转轴2转动，最终达到图3(f)，达到初始位置的状态，完整一个周期的运动，开始进入下一个周期的运动，从而可以持续的带动发电机转动。图1发电装置以水平安装方式安装作为叙述的，在实际的安装使用过程中，根据具体工况的不同，也可以采用垂直安装的形式，丝毫不会影响电动机的工作形式。

综上所述，本发明是利用叶片在转轴两侧受力面积的不平衡引起的受力不均，带动转轴转动的发电装置，在海流的推动作用下，海水将连续的推动叶片转动，可将能量通过皮带轮传递至电动机，达到发电效果。具体的说是叶片的做正功的受力面积始终大于做负功的受力面积，而且大很多，且在运转过程中，装置的整体不会出现所谓的平衡点，导致运动的不确定性情形的存在；同时本发明的有效作用面积大，效率高，是兆瓦级的发电装置；该装置可以根据工况的情况决定具体的安装方式：水平安装或者垂直安装，无论暗中安装方式都能达到完美的发电效果，可完全浸入或者半浅在水域中，即使在流速很小的水域中，也会达到很好的发电效果；最后，本发明的各个部件的制作成本低廉，对于材料无特殊要求，不需要高精度的密封性能，降低了生产和日常维护部的成本。

Claims (4)

1.垂直轴多组叶片自动伸缩式海流能发电装置，包括基座、两个叶片、转轴，所述基座安装在水下，其特征在于：在基座上安装有一对轴座，且所述的一对轴座之间安装有转轴，转轴上设置有两个矩形槽，且两个矩形槽在转轴的长度方向对称分布、但两个矩形槽所在的平面相互垂直，每个矩形槽内设置有凹滑轨，每个叶片通过其上设置的凸滑轨安装在对应的矩形槽中，每个叶片的端部固连连接有叶片固定轴，每个叶片固定轴的端部铰接有连杆，每个连杆的端部铰接在基座上，在两个叶片之间的转轴上安装有传动轮，传动轮通过传动机构与发电机连接。

2.根据权利要求1所述的垂直轴多组叶片自动伸缩式海流能发电装置，其特征在于：两个叶片结构相同，均是截面是矩形的钢制薄板结构。

3.根据权利要求1或2所述的垂直轴多组叶片自动伸缩式海流能发电装置，其特征在于：所述传动轮是皮带轮，传动机构是皮带。

4.根据权利要求1或2所述的垂直轴多组叶片自动伸缩式海流能发电装置，其特征在于：所述传动轮是链轮，传动机构是链条。