CN106762338A - 一种分布式流能发电机的转轮叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分布式流能发电机的转轮叶片，包括叶片座环，所述的叶片座环的外圆周表面设有锯齿纹，所述的叶片座环中心设有中心导流体，所述的叶片座环内绕中心导流体均布有若干个流能叶片，所述的流能叶片根部与中心导流体连接，所述的流能叶片顶部与叶片座环内圆周内壁连接，所述的叶片座环的外圆周表面相切连接有固接在发电机输出轴上的齿轮，所述的齿轮与锯齿纹相啮合。本发明完全改变了传统叶片与电机之间的传动理念，把叶片与动力齿轮直接构成一个大变比的增速机构，减少增速机构的机械能耗，提高了效率，减小了振动，增加了转轮机械强度，减小了转轮叶片动应力，使转轮叶片出现裂纹几率大大降低，叶轮的运行稳定性得以提高。

Description

一种分布式流能发电机的转轮叶片
技术领域
本发明涉及发电机的叶轮部件领域，尤指一种用水和空气等流体能量发电的分布式流能发电机的转轮叶片。
背景技术
流能提取，若其涉及水，则指江河湖海的流动的水所具有的能量，通过水力发电机吸收水流的动能；若涉及空气，通过风力发电机把风场中的风能吸收并变成风轮叶片转动的动能，最终均通过连接在叶片周围的齿轮把该动能传到发电机，并由发电机将动能转变成电能。流能一般是低流速、微动力，只要有流动的水、流动的风就能提取能量，水力发电不再需要为了发电而截流建坝。
根据力矩公式M=F×L，及力和力臂的乘积叫做力对转动轴的力矩，M是力F对转动轴O的力矩，不难看出，力矩的大小取决于作用力F的大小，以及该作用力到转轴的垂直距离L的大小。拿风力发电机叶片来说，在同样的风速条件下，叶片越长，即L越大，相应的M就越大，也就是发电机功率越大；同样的叶片长度下，即L一定，叶片末端拦风面积越大，相应的F就越大，最终M越大，也就是发电机功率越大。按此理论，风力发电机叶片的末端应该越大，风机的出力就越大，然而，事实却是风力发电机叶片末端越来越小，这是取决于材料特性，越长的叶片对叶片根部的作用力就越大，就更容易折断叶片。但这种末端越来越小的结构，对于风力发电能量的收集效率低的缺陷是显而易见的。而水轮机叶片就更符合该力矩公式：叶片末端更发散，更大，吸收的水动能就更大，但为此，水轮机叶片的根部要非常非常厚，就是为了避免被剪断的风险。这样的结构也给加工带来了极大的难题，同时，大体积大重量的叶片根部也是产生裂缝等缺陷的主要诱因。另外现有的流能发电机，一般由叶片所获得的能量给叶片的转速较低，要驱动电机，必须经过多级增速，而增速恰恰要消耗更多的能量。
随着科学技术的发展，传统能源开发方式逐步由粗放式、大容量开发向精细化、微型化发展。分布式能源将成为世界能源的主流能源，由此，更多、更先进的分布能源开发设备将应运而生。本发明正是迎合了能源开发对低流速和微动力开发的叶片需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种用于低流速和微动力电力设备的分布式流能发电机的转轮叶片。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案是：一种分布式流能发电机的转轮叶片，包括叶片座环，所述的叶片座环的外圆周表面设有锯齿纹，所述的叶片座环中心设有中心导流体，所述的叶片座环内绕中心导流体均布有若干个流能叶片，所述的流能叶片顶部宽根部窄，所述的流能叶片根部与中心导流体连接，所述的流能叶片顶部与叶片座环内圆周内壁连接，所述的叶片座环的外圆周表面相切连接有固接在发电机输出轴上的齿轮，所述的齿轮与锯齿纹相啮合，所述的齿轮直径小于或等于叶片座环直径的二分之一。把齿轮装在发电机的输出轴上，把流能叶片与叶片座环设计为一整体大直径齿轮，通过大齿圈直接将动力传给发电机，驱动小齿轮带动发电机发电，从而使叶片座环与相啮合的齿轮构成一个大变比的增速机构，中间不经过其他传动机构，省去了沉长的传动链系统，起到节能作用，可以更好地利用水轮机的水能，成倍提高水能的利用率。
优选地，所述的流能叶片至少具有两个。
优选地，所述的齿轮可以为1道或者多道。
优选地，所述的叶片座环是直齿轮。
优选地，所述的齿轮是斜齿轮。
优选地，所述的流能叶片根据当前流体的流速调整与叶片座环的角度，使流能叶片呈最佳迎水角度于叶片座环内均匀分布，在流速和叶片角度对应关系表中查询与当前风速对应的流能叶片的最优角度，将流能叶片角度调节至查询到的最优角度。
优选地，所述的流能叶片背流体一侧设置导能角，流能叶片根部窄小，顶部宽大的梯形设计，使流能叶片顶部更有利于受力；使在相同条件下，此种流能叶片提供转矩更大，更有利于水轮转动，水轮转动速度也会平稳提高；在此基础上，导能角使流能叶片更加合理，更加符合流体动力学，流能叶片所需水流量小，运转平稳。
本发明的有益效果在于：本发明完全改变了传统叶片与电机之间的传动理念，传统的动能均是由叶片中间的旋转轴带动传动机构，把动能传给发电机，本发明把叶片受力最大的部分与发动齿轮连成一个整体，叶片整体受力均匀，大大提高了叶片的获能水平，提高了效率，减小了振动，增加了转轮机械强度，减小了转轮叶片动应力，使转轮叶片出现裂纹几率大大降低，叶轮的运行稳定性得以提高。最为有利的是大直径的齿轮带动发电机输出轴上的小齿轮，本身就是一个大变比的增速机构，这不仅能有效减小了电机的尺寸，也节省了增速机构的机械能耗，必定给分布式电能的开发带来新的发展思路和机遇。
本发明利用大自然或者人造的水源，只要有流动的水或者流动的风即可，也无需建坝增压，无需庞大的基础建设，对现有的河流、水库、湖泊只需要投资建设规模很小就可以进行利用，实现低风速、低水速、微动力发电极大，提高了水能和风能的利用率，且使用范围广，资源利用率高；本发明具有成本低，维护简单，投资小效率高的特点。
另外，本发明通过齿轮驱动发电，稳定性好，电压、电流、功率不波动。
附图说明
图1 是本发明结构图。
标注说明：1. 中心导流体；11. 内卡盘；2. 叶片座环；3. 流能叶片；4.齿轮。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明关于一种分布式流能发电机的转轮叶片，包括叶片座环，所述的叶片座环的外圆周表面设有锯齿纹，所述的叶片座环是直齿轮，所述的叶片座环中心设有中心导流体，所述的叶片座环内绕中心导流体均布有若干个流能叶片，所述的流能叶片顶部宽根部窄，流能叶片靠近中心导流体一端为根部，远离中心导流体一端为顶部，由根部向顶部延伸方向为流能叶片的长度方向，流能叶片上垂直于长度方向为流能叶片的宽度方向，流能叶片的宽度由根部向顶部方向递增，流能叶片与气流的接触面积、角度均由小到大平稳递增，减缓了叶片与气流间的冲击力，从而降低了噪音，提高了叶片运转的稳定性，所述的流能叶片根部与中心导流体连接，所述的流能叶片顶部与叶片座环内圆周内壁连接，所述的叶片座环的外圆周表面相切连接有固接在发电机输出轴上的齿轮，所述的齿轮与锯齿纹相啮合，所述的齿轮是斜齿轮，采用直齿轮与斜齿轮配合从而增加啮合强度，防止转动过程中脱齿，所述的齿轮直径小于或等于叶片座环直径的二分之一。把齿轮装在发电机的输出轴上，把流能叶片与叶片座环设计为一整体大直径齿轮，通过大齿圈直接将动力传给发电机，驱动小齿轮带动发电机发电，从而使叶片座环与相啮合的齿轮构成一个大变比的增速机构，中间不经过其他传动机构，省去了沉长的传动链系统，起到节能作用，可以更好地利用水轮机的水能，成倍提高水能的利用率。
优选地，所述的流能叶片根据当前流体的流速调整与叶片座环的角度，使流能叶片呈最佳迎水角度于叶片座环内均匀分布，在流速和叶片角度对应关系表中查询与当前风速对应的流能叶片的最优角度，将流能叶片角度调节至查询到的最优角度。
流能叶片的最优工作位置决定了分布式流能发电机吸收水能或风能的效率，最优工作位置即某一水速或风速下（流速近似恒定），输出功率达到最大时所对应的流能叶片工作角度。流能叶片的工作位置一般在-4至2 度，顺桨位置一般在86至92 度，这样流能叶片能够更多的获得风能，从而提高了发电量。
为使流能叶片角度能调整，流能叶片包括叶片本体、转轴连接头和转轴，所述的转轴从根部至顶部贯穿叶片本体并外露顶部，所述的转轴固定于叶片座环内圆周内壁，所述的中心导流体上设有与流能叶片数量相对应的内卡盘，所述的转轴连接头与内卡盘相配合以固定和调整流能叶片与中心导流体间角度。
优选地，所述的流能叶片背流体一侧设置导能角，流能叶片根部窄小，顶部宽大的梯形设计，使流能叶片顶部更有利于受力；使在相同条件下，此种流能叶片提供转矩更大，更有利于水轮转动，水轮转动速度也会平稳提高；在此基础上，导能角使流能叶片更加合理，更加符合流体动力学，流能叶片所需水流量小，运转平稳。
流能叶片与叶片座环连为一体并与发动机输出轴上齿轮啮合传动，形成一个大变比的增速机构，为提高齿轮及叶片座环的强度，齿轮及叶片座环是树脂材料，如PA、POM、PPS、PPA 等制成，由注射模塑成形制造，齿轮和叶片座环上锯齿纹的齿面上用使微小的硬质粒子冲撞的凹坑形成机构随机地形成上述无数的凹坑，利用使微小的硬质粒子冲撞的凹坑形成机构在齿面上形成大的压缩残留应力，使齿轮及叶片座环胶合性更好，传动更稳定，还能够提高对腐蚀和缺齿的疲劳强度。
以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种分布式流能发电机的转轮叶片，包括叶片座环，其特征在于：所述的叶片座环的外圆周表面设有锯齿纹，所述的叶片座环中心设有中心导流体，所述的叶片座环内绕中心导流体均布有若干个流能叶片，所述的流能叶片根部与中心导流体连接，所述的流能叶片顶部与叶片座环内圆周内壁连接，所述的叶片座环的外圆周表面相切连接有固接在发电机输出轴上的齿轮，所述的齿轮与锯齿纹相啮合并环绕叶片座环转动，所述的齿轮直径小于叶片座环直径。
2.根据权利要求1所述的一种分布式流能发电机的转轮叶片，其特征在于：所述的流能叶片至少具有两个。
3.根据权利要求1所述的一种分布式流能发电机的转轮叶片，其特征在于：所述的齿轮可以为1道或者多道。
4.根据权利要求3所述的一种分布式流能发电机的转轮叶片，其特征在于：所述的叶片座环是直齿轮。
5.根据权利要求3所述的一种分布式流能发电机的转轮叶片，其特征在于：所述的齿轮是斜齿轮。
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