CN106089551A - 一种水流动力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水流动力发电装置，包括：主轴，主轴能够垂直可转动安装在水面下的安装基体上，且主轴的输出端能够通过传动装置与发电机连接；均匀环绕安装在主轴上的多个叶片架，叶片架的个数大于等于5个；可转动安装在叶片架内侧上的叶片，叶片的转动轴线和主轴的轴线平行，叶片架上还设置有限制叶片的第一侧转到叶片架外侧的限位杆。在水流作用下，内侧面向水流方向的叶片架上的叶片旋转，在限位杆作用下，形成阻碍水流运动的迎水叶片，使得水流带动叶片架转动，叶片架带动主轴转动，主轴转动给发电机提供机械能。由于叶片架的个数大于等于5个，因此，无论水流从哪个方向流过，都至少有2个叶片能够做功。即本发明有效的提高了水能利用率。

Description

一种水流动力发电装置

技术领域

本发明涉及发电装置领域，尤其涉及一种水流动力发电装置。

背景技术

伴随着世界经济的快速发展，人们对能源需求越来越大。加快新能源开发，推动低碳经济，已经成为全球共识。目前，在可再生的能源中，风能、太阳能已被广泛开发，但其投资大，转换效率低，因此，发展新的环境友好型的水流发电成为一直必然趋势。

现有技术中，出现了一些利用水流发电的水流动力发电装置，主要为水平轴叶轮式，类似于风电叶片以及轮船推进系统的叶轮。该水平轴叶轮式的水流动力发电装置要求叶轮必须安装复杂的偏航变浆系统，即叶轮必须对准水流方向才能有效吸收水能，这造成系统复杂、成本高。

为了解决上述问题，中国专利201310219774.9，公开了一种垂直轴水力发电装置，采用垂直安装的形式，不必采用偏航变桨系统。但是其叶片瞬时做功仅仅为一片，水能利用率低。另外，当一个叶片做功时，另外三个叶片不能完全处于自由状态，这必然导致阻力，降低了水能利用效率。

因此，如何提高水流动力发电装置的水能利用率是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种水流动力发电装置，该水流发电获能装置可以提高水能利用率。

为了实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种水流动力发电装置，包括：

主轴，所述主轴能够垂直可转动安装在水面下的安装基体上，且主轴的输出端能够通过传动装置与发电机连接；

均匀环绕安装在所述主轴上的多个叶片架，所述叶片架的个数大于等于5个；

可转动安装在所述叶片架内侧上的叶片，所述叶片的转动轴线和所述主轴的轴线平行，所述叶片架上还设置有限制所述叶片的第一侧转到所述叶片架外侧的限位杆。

优选地，在上述水流动力发电装置中，所述主轴包括主轴本体和安装在所述主轴本体上的架体；

所述架体上绕着所述主轴本体均匀的设置有多个能够与所述叶片架连接的安装装置；

所述主轴本体垂直可转动安装在水面下的安装基体上，且所述主轴本体的输出端能够通过传动装置与发电机连接。

优选地，在上述水流动力发电装置中，所述主轴还包括环套；

所述环套安装在所述主轴本体上，所述架体安装在所述环套上。

优选地，在上述水流动力发电装置中，所述主轴还包括焊接在所述主轴本体的顶部的上法兰和焊接在所述主轴本体的底部的下法兰；

所述上法兰能够与所述传动装置连接，所述下法兰能够与所述安装基体可转动连接。

优选地，在上述水流动力发电装置中，所述叶片架包括：

与所述架体连接的第一框架；

与所述第一框架呈预设角度连接的第二框架，所述限位杆安装在所述第二框架上。

优选地，在上述水流动力发电装置中，所述叶片架还包括安装在所述第二框架上的叶片主轴；

所述叶片主轴上安装有轴承；

所述叶片安装在所述轴承上。

优选地，在上述水流动力发电装置中，所述轴承为水导轴承。

优选地，在上述水流动力发电装置中，还包括可伸缩的拉杆；

所述拉杆的两端分别连接相邻所述叶片架的第二框架。

优选地，在上述水流动力发电装置中，所述叶片的第一侧到所述叶片主轴的距离为所述叶片宽度的四分之三。

优选地，在上述水流动力发电装置中，环绕所述主轴均布安装的所述叶片架的层数大于等于2层。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的水流动力发电装置，使用时，将主轴垂直可转动安装在水面下的安装基体上，且将主轴的输出端通过传动装置与发电机连接。水流从任意方向流向水流动力发电装置时，在水流的作用下，内侧背向水流方向的叶片架上的叶片在水流作用下旋转，叶片旋转后的最终角度与水流方向相同，处于完全自由的状态。而内侧面向水流方向的叶片架上的叶片旋转，在限位杆的限位作用下，叶片形成阻碍水流运动的迎水叶片，进而使得水流推动迎水叶片转动，带动叶片架转动，叶片架带动主轴转动，主轴转动给发电机提供机械能。均匀环绕安装在主轴上的叶片架的个数大于等于5个，因此，无论水流从哪个方向流过，都至少有2个叶片能够做功。因此，本本发明提供的水流动力发电装置有效的提高了水能利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的水流动力发电装置的结构示意图；

图2为本发明提供的水流动力发电装置未安装叶片架的结构示意图；

图3为本发明提供的水流动力发电装置的叶片架的结构示意图；

图4为本发明提供的水流动力发电装置的叶片主轴的结构示意图；

图5为本发明提供的水流动力发电装置的俯视结构示意图；

图6为本发明提供的水流动力发电装置的叶片工作的结构示意图；

图7为本发明提供的水流动力发电装置的叶片极限受力的结构示意图。

其中，图1-7中：

主轴1、主轴本体11、架体12、环套13、上法兰14、下法兰15、叶片架2、第一框架21、第二框架22、叶片主轴23、叶片3、限位杆4、安装装置5、轴承6、拉杆7。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

请参阅图1-7，本发明公开了一种水流动力发电装置，包括主轴1、叶片架2和叶片3。其中，主轴1能够垂直可转动安装在水面下的安装基体上，且主轴1的输出端能够通过传动装置与发电机连接；叶片架2均匀环绕安装在主轴1上，且叶片架2的个数为多个，具体地，叶片架2的个数大于等于5个；叶片3可转动安装在叶片架2内侧上，叶片3的转动轴线和主轴1的轴线平行，叶片架2上还设置有限制叶片3的第一侧转到叶片架2外侧的限位杆4。在水处于静止或水流速度小到无法冲击单个叶片3转动时，叶片3处于自由状态，围绕叶片3轴4旋转，由于叶片架22档杆的限制，旋转空间处于整个装置内侧，接近180°。

为了便于拆卸维修叶片架2，本发明还公开了叶片架2可拆卸安装在主轴1上，本实施例中，以叶片架2和主轴1通过螺栓和螺钉配合实现连接。

为了减小主轴1的重量，避免主轴1对安装基体的压力损伤，本发明公开了主轴1为中空的管体。

需要说明的是，叶片架2的内侧是指面对主轴1的那侧，叶片架2的外侧是指背离主轴1的那一侧。

本发明提供的水流动力发电装置，使用时，将主轴1垂直可转动安装在水面下的安装基体上，且将主轴1的输出端通过传动装置与发电机连接。水流从任意方向流向水流动力发电装置时，在水流的作用下，内侧背向水流方向的叶片架2上的叶片3在水流作用下旋转，叶片3旋转后的最终角度与水流方向相同，处于完全自由的状态。而内侧面向水流方向的叶片架2上的叶片3旋转，在限位杆4的限位作用下，叶片3形成阻碍水流运动的迎水叶片3，进而使得水流推动迎水叶片3转动，带动叶片架2转动，叶片架2带动主轴1转动，主轴1转动给发电机提供机械能。均匀环绕安装在主轴1上的叶片架2的个数大于等于5个，因此，无论水流从哪个方向流过，都至少有2个叶片3能够做功。因此，本本发明提供的水流动力发电装置有效的提高了水能利用率。

实施例二

在本发明提供又一实施例中，本实施例中的水流动力发电装置和实施例一中的水流动力发电装置的结构类似，对相同之处就不再赘述了，仅介绍不同之处。

在实施例中，具体公开了主轴1包括主轴本体11和安装在主轴本体11上的架体12；架体12上绕着主轴本体11均匀的设置有多个能够与叶片架2连接的安装装置5，其中，在本实施例中，以安装装置5为法兰为例进行说明，安装装置5也可以是开有安装孔的安装板；主轴本体11垂直可转动安装在水面下的安装基体上，且主轴本体11的输出端能够通过传动装置与发电机连接。当使用时，可以根据需要选择需要安装的叶片3数，即叶片架2的数量，然后对应安装装置5(法兰)进行安装，安装时，注意保证叶片架2分布的均匀性。

无缝钢管具有高的抗弯抗扭强度，且重量较轻，提高材料利用率，简化制造工序，节约材料和加工工时，因此，优选架体12为无缝钢管架。需要说明的是，也可以根据需要选择其他的材料作为架体12。

为了避免主轴本体11与架体12连接对主轴本体11的垂直度造成影响，进而影响主轴本体11与发电机及安装基体安装，本发明公开了主轴1还包括环套13；环套13安装在主轴本体11上，架体12安装在环套13上。本发明中，将环套13套设在主轴本体11上，将架体12与主轴本体11连接，避免了架体12与主轴本体11直接连接造成的主轴本体11垂直度影响。为了增加环套13与架体12的连接牢固度，本发明公开了环套13与架体12焊接。为了增加架体12与固定装置(法兰)的连接，本发明公开了架体12与固定装置(法兰)焊接。

为了便于主轴1和发电机及安装基体的连接，本发明公开了主轴1还包括焊接在主轴本体11的顶部的上法兰14和焊接在主轴本体11的底部的下法兰15；上法兰14能够与传动装置连接，下法兰15能够与安装基体可转动连接。通过上法兰14和下法兰15实现主轴1和发电机及安装基体的安装连接，且便于拆装。

本发明还公开了叶片架2包括：与架体12连接的第一框架21；与第一框架21呈预设角度连接的第二框架22，限位杆4安装在第二框架22上。其中，预设角度是指根据需要设置的叶片3的数量进行设定的角度，一般将预设的角度设置为钝角，这样可以实现增大叶片3旋转的空间。限位杆4设置在第二框架22上，使叶片3转动到要绕出第二框架22时，挡住叶片3，避免叶片3绕出第二框架22，使得叶片3在限位杆4的作用下，随着水流做功，使得主轴1实现旋转。本实施例中，以限位杆4的轴线与主轴1的轴线平行为例。

进一步地，本发明公开了叶片架2还包括安装在第二框架22上的叶片主轴23；叶片主轴23上安装有轴承6；叶片3安装在轴承6上。即叶片3在水流作用下可绕着叶片主轴23转动。

由于轴承6常年浸没在具有一定压力的水下，优选轴承6为采用透平油或清水润滑的水导轴承。水导轴承不但具有较好的承载耐磨能力，而且还能避免含有泥沙的水体水导轴承。

为了提升水流动力发电装置的整体稳定性，本发明公开了水流动力发电装置中还包括可伸缩的拉杆7；拉杆7的两端分别连接相邻叶片架2的第二框架22。拉杆7将彼此相邻的叶片架2连接起来，使得叶片架2形成环形围绕主轴1，分散了单个叶片架2的受力状态，提升了装置整体稳定性。

此外，拉杆7可伸缩，使得调整叶片架2的个数后，仅需调整拉杆7的长度即可，无需更换拉杆7。

为了增大叶片3的受力面积，避免叶片3被挡在叶片架2外侧的限位杆4上时，不至于被损坏，本发明公开了水流动力发电装置中，叶片3的第一侧到叶片主轴23的距离为叶片3宽度的四分之三。也可以根据实际情况，更改叶片3的安装位置。叶片3的最大转角为θ，如图6所示。如图7所示，叶片的宽度为r1和r2之和，叶片3旋转的中心点为O点，M和N点是叶片3旋转的两个极限位置点。叶片3出现的在最大转角卡滞时，即叶片3被挡在叶片架2外侧档杆上N上处于极限受力状态时，也不至于损坏。

本发明还公开了环绕主轴1均布安装的叶片架2的层数可以为多层，本实施例中，叶片架2的层数大于等于2层，以叶片架2的层数为2层为例，且每层的叶片架2的个数为9个。无论水流流向如何，在水流作用下，同一层4块叶片3旋转贴合在叶片架2上，形成挡水，并产生转矩做功，使装置旋转。而同一层的5块叶片3由于受到水流作用开始反向旋转，由于没有叶片架2的约束阻挡，从而处于与水流同向的自由状态，挡水面积为零，未形成阻力。在每层4个相邻叶片3的受力作用下，装置开始旋转。由于叶片3均布安装，从而实现了装置的连续旋转。另外，由于拉杆7的作用，分散了单个叶片架2的受力状态，提升了装置的受力稳定性。

本发明公开的水流动力发电装置，具有以下优点：

(1)本发明将叶片3分成两层设置，且设置有叶片架2及架体12与主轴1组合安装，便于制造和运输，同时安装维修装配；

(2)本发明中利用水导轴承与叶片主轴23实现对叶片3的安装，避免了采用传统的合页旋转安装的形式，提高了旋转精度，减小了旋转阻力，同时，本申请的水导轴承也能实现自润滑；

(3)叶片主轴23并未安装在叶片3端部，而安装在叶片3宽度的1/4处，一是能有效加大叶片3面积，二是防止叶片3出现故障，即叶片3处于被挡在叶片架2外侧限位杆4上时，也不至于损坏；

(4)相比水平轴叶片3结构，本发明中的迎水叶片3的面积更大，展开外径更小。

本发明的推广应用，能够使自然能源的充分利用具有可能，使得新能源规模开发具有市场价值和社会价值。

在本发明中的“第一”、“第二”等均为描述上进行区别，没有其他的特殊含义。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和创造性特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种水流动力发电装置，其特征在于，包括：

主轴(1)，所述主轴(1)能够垂直可转动安装在水面下的安装基体上，且主轴(1)的输出端能够通过传动装置与发电机连接；

均匀环绕安装在所述主轴(1)上的多个叶片架(2)，所述叶片架(2)的个数大于等于5个；

可转动安装在所述叶片架内侧上的叶片(3)，所述叶片(3)的转动轴线和所述主轴(1)的轴线平行，所述叶片架(2)上还设置有限制所述叶片(3)的第一侧转到所述叶片架(2)外侧的限位杆(4)。

2.根据权利要求1所述的水流动力发电装置，其特征在于，所述主轴(1)包括主轴本体(11)和安装在所述主轴本体(11)上的架体(12)；

所述架体(12)上绕着所述主轴本体(11)均匀的设置有多个能够与所述叶片架(2)连接的安装装置(5)；

所述主轴本体(11)垂直可转动安装在水面下的所述安装基体上，且所述主轴本体(11)的输出端能够通过所述传动装置与所述发电机连接。

3.根据权利要求2所述的水流动力发电装置，其特征在于，所述主轴(1)还包括环套(13)；

所述环套(13)安装在所述主轴本体(11)上，所述架体(12)安装在所述环套(13)上。

4.根据权利要求3所述的水流动力发电装置，其特征在于，所述主轴(1)还包括焊接在所述主轴本体(11)的顶部的上法兰(14)和焊接在所述主轴本体(11)的底部的下法兰(15)；

所述上法兰(14)能够与所述传动装置连接，所述下法兰(15)能够与所述安装基体可转动连接。

5.根据权利要求2-4中任意一项所述的水流动力发电装置，其特征在于，所述叶片架(2)包括：

与所述架体(12)连接的第一框架(21)；

与所述第一框架(21)呈预设角度连接的第二框架(22)，所述限位杆(4)安装在所述第二框架(22)上。

6.根据权利要求5所述的水流动力发电装置，其特征在于，所述叶片架(2)还包括安装在所述第二框架上的叶片主轴(23)；

所述叶片主轴(23)上安装有轴承(6)；

所述叶片(3)安装在所述轴承(6)上。

7.根据权利要求6所述的水流动力发电装置，其特征在于，所述轴承(6)为水导轴承。

8.根据权利要求6所述的水流动力发电装置，其特征在于，还包括可伸缩的拉杆(7)；

所述拉杆(7)的两端分别连接相邻所述叶片架(2)的第二框架(22)。

9.根据权利要求6所述的水流动力发电装置，其特征在于，所述叶片(3)的第一侧到所述叶片主轴(23)的距离为所述叶片(3)宽度的四分之三。

10.根据权利要求6-9中任意一项所述的水流动力发电装置，其特征在于，环绕所述主轴(1)均布安装的所述叶片架(2)的层数大于等于2层。