CN106930904A - 一种双转子风轮驱动装置及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用风车驱动船用螺旋桨或增氧叶轮的技术原理，传统风车是基于风轮叶片的拖力，现代风力发电机风轮是基于风轮叶片的升力，本发明采用一种风车和风力发电机风轮的混合的双转子风轮驱动装置及其用途，采用该装置的风力螺旋桨和风力搅拌器，带来的益处是既能高效攫取风能又能克服水阻力来启动船用螺旋桨或叶轮。一种双转子风轮驱动装置，包括主轴、连接主轴的主风轮，还包括通过超越离合器与主轴连接的助力风轮，当风速较低时助力风轮提供额外的扭距驱动主轴启动，当主轴转速超越助力风轮的转速时，助力风轮不参与驱动主轴。本发明采用升力风轮和拖力风轮杂交，既可以获得高的启动力矩来克服负载的启动阻力又可以获取最大风能，这项技术极大扩展了风能的应用领域，可以衍生出许多应用。
Description
技术领域
本发明涉及用风车驱动船用螺旋桨或增氧叶轮的技术原理，传统风车是基于风轮叶片的拖力，现代风力发电机风轮是基于风轮叶片的升力，本发明采用一种风车和风力发电机风轮的混合的双转子风轮驱动装置及其用途，带来的益处是既能高效攫取风能又能克服水阻力来启动船用螺旋桨或叶轮。
背景技术
风车提供一种旋转动力直接驱动机器做工，通常可以看成风力马达，用风车驱动船用螺旋桨，有许多专利，如US 1904/775971；US 1954/2677344；US 1965/3212470；US1983/4371346；US 23/7775843；US 24/8038490；CN 26/1887647A；CN 2010/102407927A；CN2014/103754345A。他们主要采用水平轴多叶片风轮，带或者不带聚风环、桶型风轮或者螺旋桶型风轮，上下端开口或者不开口、风杯风轮、C型或称为水槽型风轮、垂直轴螺旋桨风轮等，这些风轮转速低并且风能效率低。另外一类风力船采用风力发电机发电，储能在蓄电池中，然后用电池电力驱动螺旋桨，参考专利US 1998/395419；CN 26/1975153A；CN 2012/203050997U；CN 2014/104196685A；CN 2014/104314751A；风力发电，或者结合太阳能、或者结合波浪能、或者结合水流能发电储存在蓄电池中，这些能源转换牵涉多种系统，装置复杂、损失能量、成本高、维护费用高。
用风车驱动叶轮，已经有许多的各式各样设计，一些专利，如US 24/0141851；CN29/102417245A；CN 2011/102225810A；EP 2012/2087233B1；US 2012/8302940；CN 2013/103478067A；CN 2013/104054619A；CN 2013/2032086U。这些设计采用传统风车，是基于叶片的拖力或称为阻力风车，效率低。
本申请还参考专利，NZ 631727和AU2014240284，2014年，专利涉及内容范围是双风轮风力正排泵，正排泵和船用螺旋桨以及叶轮的特性曲线不同，应用领域不同。
针对上述专利中的一个或一些问题加以改善，提供一个有用的选择来实现利用风轮直接驱动船用螺旋桨或叶轮的应用，这项发明有广泛的应用前景。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供了一种双转子风轮驱动装置。
一种双转子风轮驱动装置，包括主轴、连接主轴的主风轮，还包括通过超越离合器与主轴连接的助力风轮，当风速较低时助力风轮提供额外的扭距驱动主轴启动，当主轴转速超越助力风轮的转速时，助力风轮不参与驱动主轴。
优选的，所述主轴为水平轴或垂直轴。
优选的，所述主风轮和助力风轮分别包括至少一个风叶。
优选的，所述主风轮为达里厄(Darrieus)、螺旋达里厄(helical Darrieus)、垂直轴H型(Giromill H)或他们的衍生形态风轮；助力风轮为桶型风轮、螺旋桶型风轮、风杯风轮、C型或称为水槽型风轮、垂直轴螺旋桨风轮、或他们的衍生形态风轮。
本发明还提供了双转子风轮驱动装置的应用，包括风力螺旋桨和风力搅水器。
一种风力螺旋桨，包括安装在船体上的螺旋桨，还包括1个或多个双转子风轮驱动装置，所述螺旋桨通过转角齿轮箱和T型齿轮箱与双转子风轮驱动装置的主轴连接。所述双转子风轮驱动装置，包括主轴、连接主轴的主风轮，还包括通过超越离合器与主轴连接的助力风轮，当风速较低时助力风轮提供额外的扭距驱动主轴启动，当主轴转速超越助力风轮的转速时，助力风轮不参与驱动主轴。
优选的，所述主轴为水平轴或垂直轴。
优选的，所述主风轮和助力风轮分别包括至少一个风叶。
优选的，当主轴为水平轴时，主轴通过T型齿轮箱传递动力到垂直主轴，垂直主轴上设有穿过旋转体，所述旋转体上支撑有风力机顶部结构，，通过包括水平轴双风轮、T型齿轮箱、聚风罩安装有和尾舵的风力机顶部结构，旋转体在尾舵扭距作用下实现对风功能，同时垂直主轴扭距水平轴双风轮和尾舵对风扭距构成升力被动偏航原理。
一种风力搅水器，包括安装在浮体上的叶轮，还包括双转子风轮驱动装置，所述叶轮通过转角齿轮箱与双转子风轮驱动装置的主轴连接。所述双转子风轮驱动装置，包括主轴、连接主轴的主风轮，还包括通过超越离合器与主轴连接的助力风轮，当风速较低时助力风轮提供额外的扭距驱动主轴启动，当主轴转速超越助力风轮的转速时，助力风轮不参与驱动主轴。
优选的，所述主轴为水平轴或垂直轴。
优选的，所述主风轮和助力风轮分别包括至少一个风叶。
本发明是用双转子风轮驱动船用螺旋桨或叶轮，双转子由一种升力风轮和一种拖力风轮组成，拖力风轮是通过超越离合器连接参与驱动主轴，当升力风轮达到一定转速，可以独自驱动负荷，超越拖力风轮转速，拖力风轮被超越离合器解除而空转。用双转子风轮直接驱动船用螺旋桨或叶轮，既可以高效攫取风能又能够克服船用螺旋桨或叶轮的启动阻力。
工业应用：用风轮驱动螺旋桨做为行船动力要比风帆简单和高效。首先风帆需要对风，公式：Fsail x(1-ω)表述风帆力的矢量分解，行船动力只是风帆动力的矢量分解，根据风向和行船方向要求随时调整风帆角度以获取最大行船动力，风向不好时动力很小；其次风帆的尖速比低，能源效率低，其尖速比小于1，行船速度不可能大于风速。用风轮驱动螺旋桨不需要对风，360°任意风向自动寻风，获取最大风能；其次能源效率高，水平轴三叶片风轮的尖速比可以达到7，垂直轴达里厄、螺旋达里厄、H型风轮尖速比可以达到5，风能效率远高于风帆。风轮驱动螺旋桨做为行船动力的不利因素是安全性，人可以站在风帆旁边，而不可以站在风轮旁边，这个技术更适合无人船，特别是海上无人船，风是永不衰竭的永续动力，风动力无人船加上控制单元能够实现跨洋航行和全球海洋到达的远景。
用风轮驱动搅水叶轮主要用于提供上下翻腾的水面剪切力和给水体增氧。广泛使用的电动叶轮增氧机给池塘增氧，减轻池塘水体富养化和控制藻类爆发，主要优点是简单、投资少，主要缺点是能耗高，单位能源产生的有效溶解氧数量少。用风轮驱动搅水叶轮，能源可再生，同时继承了叶轮增氧机的优点，简单投资少，更适合没有地形阻碍的宽阔湖泊。集群安装获取湖面横向风能，搅动水体和给水体增氧，安装在蓝藻富集带，可以有效干扰蓝藻细胞的水平和垂直迁移。
用风车驱动船用螺旋桨或增氧叶轮，采用升力风轮和拖力风轮杂交，既可以获得高的启动力矩来克服负载的启动阻力又可以获取最大风能，这项技术极大扩展了风能的应用领域，可以衍生出许多应用。
附图说明
图1是水平轴双转子风轮驱动船用螺旋桨。
图2是水平轴双转子风轮驱动叶轮。
图3是垂直轴双转子风轮驱动船用螺旋桨。
图4是垂直轴双转子风轮驱动叶轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作具体说明。
遵照本发明，双转子风轮驱动船用螺旋桨是通过附图1到4进行详细描述。附图1描述一种水平轴双转子风轮驱动船用螺旋桨，它是由主风轮1、助力风轮2、超越离合器3、水平主轴4、T型齿轮箱5、垂直主轴6、旋转体7、尾舵8，聚风罩9、船体10、螺旋桨转角齿轮箱11和螺旋桨12组成。主风轮1安装在水平主轴4上，再连接T型齿轮箱5的一侧水平轴，助力风轮2通过超越离合器3连接到水平主轴4上，再连接T型齿轮箱5的另外一侧水平轴上，水平主轴4通过T型齿轮箱5换向，传递力矩到垂直主轴6，垂直主轴6穿过旋转体7连接到底部的螺旋桨转角齿轮箱11，经过齿轮箱换向来驱动船用螺旋桨12。
尾舵8通过聚风罩9连接到T型齿轮箱5上，这个T型齿轮箱5由旋转体7支撑。垂直主轴6传递工作扭距，其反向作用力将带动旋转体7偏转，造成垂直主轴6和旋转体7的运动冲突，需要大尾舵8将风力机顶部旋转结构拖住，同时尾舵8的偏转力和垂直主轴6扭距构成偏航原理，这是由主风轮1产生的升力扭距和尾舵8偏转扭距产生平衡，从而构成偏航原理，不同于风力发电机被动偏航原理，他们是用风轮的推力和尾舵偏转扭距产生平衡。
附图2描述一种水平轴双转子风轮驱动叶轮来提供水面剪切力和增氧，它是由主风轮1、助力风轮2、超越离合器3、水平主轴4、T型齿轮箱5、垂直主轴6、旋转体7、尾舵8，聚风罩9、浮体13和叶轮14组成。上部结构和附图1一致，垂直主轴6直接连接叶轮14。
附图3描述一种垂直轴双转子风轮驱动船用螺旋桨，它是由主风轮21、助力风轮22、超越离合器23、垂直主轴24、船体25、螺旋桨转角齿轮箱26和螺旋桨27组成。垂直轴主风轮21安装在主轴24上，助力风轮22通过超越离合器23连接到主轴24上，主轴24穿过轴承管支架连接到底部的螺旋桨转角齿轮箱26，风轮扭距经过齿轮箱换向来驱动船用螺旋桨27。双风轮结构承载在轴承管支架上，这个支架固定在船体25上。
附图4描述一种垂直轴双转子风轮驱动叶轮来提供水面剪切力和增氧，上部结构和附图3一致，垂直主轴24直接连接叶轮29。双风轮结构承载在轴承管支架上，这个支架固定在浮体28上。
发明描述虽然给了一些工业应用和部件连接的详细规范，但是非常明显的可以产生很多变化，这些变化或衍生是缘于这项发明的设计概念。
Claims (9)
1.一种双转子风轮驱动装置，包括主轴、连接主轴的主风轮，还包括通过超越离合器与主轴连接的助力风轮，当风速较低时助力风轮提供额外的扭距驱动主轴启动，当主轴转速超越助力风轮的转速时，助力风轮不参与驱动主轴。
2.根据权利要求1所述的双转子风轮驱动装置，其特征在于：所述主轴为水平轴或垂直轴。
3.根据权利要求1所述的双转子风轮驱动装置，其特征在于：所述主风轮和助力风轮分别包括至少一个风叶。
4.根据权利要求1所述的双转子风轮驱动装置，其特征在于：所述主风轮为达里厄、螺旋达里厄、垂直轴H型或他们的衍生形态风轮；助力风轮为桶型风轮、螺旋桶型风轮、风杯风轮、C型或称为水槽型风轮、垂直轴螺旋桨风轮、或他们的衍生形态风轮。
5.权利要求1-4任一所述双转子风轮驱动装置用于驱动船用螺旋桨或叶轮。
6.一种风力螺旋桨，包括安装在船体上的螺旋桨，其特征在于：还包括1个或多个权利要求1-4任一所述的双转子风轮驱动装置，所述螺旋桨通过转角齿轮箱和T型齿轮箱与双转子风轮驱动装置的主轴连接。
7.根据权利要求6所述的风力螺旋桨，其特征在于：当主轴为水平轴时，主轴通过T型齿轮传递动力到船用螺旋桨或叶轮的垂直主轴，垂直主轴上设有旋转体，旋转体上支撑有包括水平轴双风轮、T型齿轮箱、聚风罩和尾舵组成的风力机顶部结构，旋转体在尾舵扭距作用下实现对风功能，同时垂直主轴扭距和尾舵对风扭距构成升力被动偏航原理。
8.一种风力搅水器，包括安装在浮体上的叶轮，其特征在于：还包括1个或多个权利要求1-4任一所述的双转子风轮驱动装置，所述叶轮通过转角齿轮箱与双转子风轮驱动装置的主轴连接。
9.根据权利要求8所述的风力搅水器，其特征在于：当主轴为水平轴时，主轴通过T型齿轮传递动力到船用螺旋桨或叶轮的垂直主轴，垂直主轴上设有旋转体，旋转体上支撑有包括水平轴双风轮、T型齿轮箱、聚风罩和尾舵组成的风力机顶部结构，旋转体在尾舵扭距作用下实现对风功能，同时垂直主轴扭距和尾舵对风扭距构成升力被动偏航原理。
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