CN108612616A - 双叶片立轴水能捕获装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双叶片立轴水能捕获装置，属于水利设备技术领域。该捕获装置包括回转机构、传动机构、回转支座、箱体、叶片、转轴、聚流板、浮箱。输出轴穿过固定轴与上转动臂固连。立柱两端分别与上、下转动臂固连，构成回转机构。叶片与转轴固连，转轴连接于与上、下转动臂之间，叶片间相位差保持在90°。下转动臂和箱体之间通过回转支座连接。聚流板与箱体的两侧固连。箱体上部与浮箱内表面固定连接。在来流的作用下，叶片绕转轴定向转动，同时传动机构带动回转机构绕回转支座转动，将捕获的水能转换成动能。聚流板和箱体减少来流通过捕能装置的能量损失。本发明具有水能利用率高、结构简单紧凑、传动效率高、应用范围广等优点。

Description

双叶片立轴水能捕获装置
技术领域
本发明属于水利设备技术领域，具体涉及一种双叶片立轴水能捕获装置。
背景技术
水力资源是一种重要的、可以大规模开发利用的可再生能源。近年来人类对于水中储藏的巨大能量的探索和开发在逐渐地升温，因其具有可预测性、功率密度大以及能量稳定等突出优点，开发利用备受关注，并取得了一定的进展。水轮机根据其叶轮旋转轴的布置方向，可以将水轮机分为两大类：水平轴式和立轴式。水平轴式水轮机其叶片旋转平面垂直于转轴，是现在发展、应用比较成熟的一种，但是偏航损失严；立轴式水轮机基本原理与Darrieus型相同，其叶片绕垂直水面方向旋转，依靠叶片的升力和阻力捕获流体的动能，其优点是当水流方向发生变化时，水轮机的工作不受任何影响，转子的转向始终不变，不需要额外的偏航对流机构，但存在着自启动困难、效率低的问题。
但是目前以应用的水能捕获装置大多是应用在海洋中，至于对内陆地区自然河流中水流动能的利用则是很少有人涉及，而且，现有水轮机的工作效率普遍较低，较为常见的涡轮式、直冲式水轮机都需要稳定的水域，对于水流量、流速等有着较高的限制和要求，即使是应用在内河中，也需要筑坝蓄水，对自然环境有较大的破坏，而且建造成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有立轴式水能捕获装置的不足，提供一种新型的双叶片立轴水能捕获装置，以期既降低垂直轴水能捕获装置对来流条件的工作要求，又具有相对较高的工作效率，使得垂直轴水能捕获装置的应用范围可以扩大到内陆地区、流量相对较小的河流当中。
本发明是通过以下技术方案予以实现的。
本发明一种双叶片立轴水能捕获装置，该装置包括叶片、转轴、上转动臂、上转动臂盖、下转动臂、立柱、输出轴、回转支座、传动机构、固定轴、箱体、聚流板、浮箱；所述固定轴为中部贯通的空心圆轴，其上端穿过上转动臂盖与箱体的上平面固定连接，且下端与上转动臂连接；所述输出轴穿过固定轴中部，且下端与上转动臂固定连接，上端与外接的能量收集装置连接；所述输出轴、固定轴与立柱铅锤设置；所述立柱上端与上转动臂固定连接并且下端与下转动臂固定连接；所述转轴中部开有贯通的矩形槽，其轴线平行于立柱，且连接于上转动臂和下转动臂之间；所述叶片穿过转轴中部的通槽且与转轴固定连接；两个叶片对称安装在立柱两侧且安装相位差为90°；所述下转动臂的下端与回转支座通过轴承连接；所述回转支座的底部与箱体的下表面固定连接；所述箱体的上端穿过浮箱中部的贯通部分与之固定连接；两个聚流板对称分布在箱体的迎流端的两侧，并且其后端与箱体的侧面固定连接。
所述传动机构位于上转动臂盖和上转动臂之间，包括：上转动臂、上转动臂盖、大同步带轮、小同步带轮、张紧轮、张紧轮轴、上张紧滑块、下张紧滑块、张紧调节螺钉、同步带；所述大同步带轮与转轴同轴固定连接，所述小同步带轮与固定轴同轴固定连接；所述张紧轮与张紧轮轴同轴固定连接；所述张紧轮轴的上端与上张紧滑块通过轴承连接，且下端与下张紧滑块通过轴承连接；所述上张紧滑块与上转动臂盖上的滑槽接触连接，所述下张紧滑块与上转动臂上的滑槽接触连接；所述调节螺钉通过上转动臂侧面的螺孔与下张紧滑块接触；两个大同步带轮、两个小同步带轮、两个下张紧滑块、两个上张紧滑块、两个张紧调节螺钉、两个张紧轮轴分别对称分布在所述输出轴两侧；所述大同步带轮、小同步带轮、张紧轮通过同步带啮合连接。
进一步的，所述大同步带轮和小同步带轮的齿数比是2。此时，叶片绕转轴自转一圈，回转机构绕回转支座转动两圈。
进一步的，所述叶片为表面光滑的硬质平板，通过螺钉与转轴固定连接，在叶片的横向方向上均布有等强度的加强筋。
进一步的，所述聚流板表面设置横向导流槽。
该捕能装置捕获的能量通过所述输出轴对外输出；所述输出轴外部可以连接空气压缩机、发电机等能量转化设备。
所述浮箱中部贯通，贯通部分与箱体外表面固定连接；装置整体位于浮箱下方，所述浮箱为整个捕能装置提供浮力。
在来流的作用下，叶片绕转轴定向转动，同时传动机构带动回转机构绕回转支座转动，将捕获的水能转换成动能。聚流板和箱体减少来流通过捕能装置的能量损失。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、综合了升力型和阻力型水能捕获装置的特点，水能捕获率较高；
2、启动流速较小；
3、结构紧凑、简单；
4、建设、维护成本较低；
5、可以应用在流量相对较小的内陆河流环境，且对自然环境几乎无破坏。
附图说明
图1为本发明双叶片立轴水能捕获装置结构示意图。
图2为本发明双叶片立轴水能捕获装置仰视图。
图3为本发明双叶片立轴水能捕获装置传动机构示意图。
其中：1.浮箱、2.箱体、3.张紧调节螺钉、4.上转动臂盖、5.固定轴、6.输出轴、7.小同步带轮、8.上张紧滑块、9.张紧轮轴、10.张紧轮、11.下张紧滑块、12.大同步带轮、13.上转动臂、14.聚流板、15.叶片、16.转轴、17.下转动臂、18.立柱、19.回转支座、20.同步带。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
如图1所示，本发明双叶片立轴水能捕获装置主要由回转机构、传动机构、叶片15、转轴16、箱体2、回转支座19、浮箱1、聚流板14构成。浮箱1中部贯通，其内表面与箱体2外表面通过螺钉固定连接；固定轴5上端和箱体2通过螺栓固定连接,下端与上转动臂13通过轴承连接；输出轴6穿过固定轴5中部且下端与上转动臂13通过螺钉固定连接，能和上转动臂13保持同步运动；上转动臂盖4下端与上转动臂13通过螺栓固定连接；立柱18分别与上转动臂13和下转动臂17通过螺栓固定连接，构成回转机构；叶片15穿过转轴16上的矩形槽且通过螺钉与之固定连接，两结构相同的叶片15对称安装在立柱18的两侧，相位差为90°；转轴16轴径通过轴承分别与上转动臂13和下转动臂17连接，能相对与回转机构转动；回转机构下端与回转支座19的上端通过轴承连接，能相对回转支座19发生转动；回转支座19的底部与箱体2的下部通过螺栓固定连接。
叶片15为表面光滑的硬质平板，通过螺钉与转轴16固定连接，在叶片15的横向方向上均布有等强度的加强筋。
图2是双叶片立轴水能捕获装置仰视图。两个结构相同的聚流板14后端通过螺栓固定连接在箱体2的迎流方向的两侧；两结构相同的聚流板14关于箱体2的纵向对称平面对称。箱体2上部穿过浮箱1中部的贯通部分，与浮箱2内表面固定连接。
图3是双叶片立轴水能捕获装置的传动机构示意图。大同步带轮12与转轴16轴径的上端通过键固定连接，能保证转轴16与大同步带轮12同步运转；小同步带轮7与固定轴5通过键固定连接；张紧轮10与张紧轮轴9通过键固定连接，保证张紧轮10与张紧轮轴9能同步运动；张紧轮轴9的上端、下端分别与上、下张紧滑块通过轴承连接，能相对上、下张紧滑块发生转动；上张紧滑块8与上转动臂盖4上的滑槽接触连接，且之间能发生一定位移相对滑动；下张紧滑块11与上转动臂13上的滑槽接触连接，且之间能发生一定位移相对滑动；张紧调节螺钉3通过上转动臂13侧面的螺孔与下张紧滑块11接触，依靠同步带20自身的弹力和张紧调节螺钉3通过调节下张紧滑块11与上转动臂13之间的相对位移，共同调节同步带20工作时的张紧力。
当水流通过箱体2的迎流端，冲击到叶片15上，水流会对两个叶片产生一定的阻力和升力，并且产生一个随着叶片转角不断变化的转矩；因为两个叶片对称布置在立柱18的两侧而且相位差为90°，且两叶片受到来流的作用面积不同，所以两叶片所受到的力矩也不同，对回转机构的自转轴产生一定的力矩差，叶片带动回转体以回转支座19为轴线公转，同时相对于转轴自转。由于传动机构中大同步带轮12与小同步带轮7的齿数比是2，所以叶片15自转一周，回转机构旋转两周。两个叶片的运动轨迹完全重合，由此产生主动转矩和阻碍转矩的叠加效果，使主动转矩在一个运动周期内始终大于阻碍转矩，保证水能捕获装置能够连续运转。
由于自然河流具有来流方向固定和流速分布稳定的特点，将双叶片立轴水能捕获装置布置垂直于来流方向，叶片15上产生的主动转矩最大而阻碍力矩接近于零，很小的流速即可启动水能捕获装置运转。在叶片15转动的过程中的任何时刻，叶片15在顺流侧是阻力型，在逆流侧是升力型的，所以该双叶片立轴水能捕获装置综合了升力型水能捕获装置和阻力型水能捕获装置的特点，始终保持在高效率工作区间，是一种捕获效率较高的立柱水能捕获装置。
箱体2沿来流方向投影面外部区域的来流，作用到有一定倾角的聚流板14上，会产生一个沿聚流板方向的分速度，从而增加了作用到水能捕获装置叶片上来流的流速和流量，提高了水能捕获装置的工作效率和输出功率。

Claims (4)

1.一种双叶片立轴水能捕获装置，其特征在于，该装置包括叶片(15)、转轴(16)、上转动臂(13)、上转动臂盖(4)、下转动臂(17)、立柱(18)、输出轴(6)、回转支座(19)、传动机构、固定轴(5)、箱体(2)、聚流板(14)、浮箱(1)；所述固定轴(5)为中部贯通的空心圆轴，其上端穿过上转动臂盖(4)与箱体(2)的上平面固定连接，且下端与上转动臂(13)连接；所述输出轴(6)穿过固定轴(5)中部，且下端与上转动臂(13)固定连接，上端与外接的能量收集装置连接；所述输出轴(6)、固定轴(5)与立柱(18)铅锤设置；所述立柱(18)上端与上转动臂(13)固定连接并且下端与下转动臂(17)固定连接；所述转轴(16)中部开有贯通的矩形槽，其轴线平行于立柱(18)，且连接于上转动臂(13)和下转动臂(17)之间；所述叶片(15)穿过转轴(16)中部的通槽且与转轴(16)固定连接；两个叶片(15)对称安装在立柱(18)两侧且安装相位差为90°；所述下转动臂(17)的下端与回转支座(19)通过轴承连接；所述回转支座(19)的底部与箱体(2)的下表面固定连接；所述箱体(2)的上端穿过浮箱(1)中部的贯通部分与之固定连接；两个聚流板(14)对称分布在箱体(2)的迎流端的两侧，并且其后端与箱体(2)的侧面固定连接；
所述传动机构位于上转动臂盖(4)和上转动臂(13)之间，包括：上转动臂(13)、上转动臂盖(4)、大同步带轮(12)、小同步带轮(7)、张紧轮(10)、张紧轮轴(9)、上张紧滑块(8)、下张紧滑块(11)、张紧调节螺钉(3)、同步带(20)；所述大同步带轮(12)与转轴(16)同轴固定连接，所述小同步带轮(7)与固定轴(5)同轴固定连接；所述张紧轮(10)与张紧轮轴(9)同轴固定连接；所述张紧轮轴(9)的上端与上张紧滑块(8)通过轴承连接，且下端与下张紧滑块(11)通过轴承连接；所述上张紧滑块(8)与上转动臂盖(4)上的滑槽接触连接，所述下张紧滑块(11)与上转动臂(13)上的滑槽接触连接；所述调节螺钉(3)通过上转动臂(13)侧面的螺孔与下张紧滑块(11)接触；两个大同步带轮(12)、两个小同步带轮(7)、两个下张紧滑块(11)、两个上张紧滑块(8)、两个张紧调节螺钉(3)、两个张紧轮轴(9)分别对称分布在所述输出轴(6)两侧；所述大同步带轮(12)、小同步带轮(7)、张紧轮(10)通过同步带(20)啮合连接。
2.根据权利要求1所述的双叶片立轴水能捕获装置，其特征在于，所述大同步带轮(12)和小同步带轮(7)的齿数比是2。
3.根据权利要求1所述的双叶片立轴水能捕获装置，其特征在于，所述叶片(15)为表面光滑的硬质平板，通过螺钉与转轴(16)固定连接，在叶片(15)的横向方向上均布有等强度的加强筋。
4.根据权利要求1所述的双叶片立轴水能捕获装置，其特征在于，所述聚流板(14)表面设置横向导流槽。
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