CN110094290B - 一种具有装置内部垃圾清理功能的摩擦发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发电机技术领域，公开了一种具有装置内部垃圾清理功能的摩擦发电机。摩擦发电机包括外部支撑框架、垂直主轴、固定杆、六边形固定架、叶轮叶板和右旋螺杆。叶轮叶板用于对洋流流动产生的动能进行机械取力以带动固定杆和六边形固定架在垂直主轴上周向转动。右旋螺杆与固定杆保持同步转动使卷起的水流上升或下降以对装置积聚的垃圾进行清理。本发明除了具有适用性广、对生态危害小、装置简单和能量利用率高，充分发挥摩擦纳米发电优势的特点外，还具有能够减少或消除海水中聚集在发电装置内部的垃圾，减少垃圾在装置中堆积从而影响海洋能发电的效果。

Description

一种具有装置内部垃圾清理功能的摩擦发电机
技术领域
本发明涉及发电机技术领域，尤其涉及一种具有装置内部垃圾清理功能的摩擦发电机。
背景技术
现有的水力发电装置分为两种，一种是采用建设大坝，通过大坝拦截水流，存储能量，提高水的势能，然后释放这种势能使其转换为水的动能，让高流速的水撞击受力叶片。这种发电方式需要建设大坝，不但费用较高而且会破坏生态。另一种所采用的通过机构取用表层的水的动能用于发电。这种装置一般需要有轮船协助，只能利用表层的水流能，而且易受到台风海浪等问题的影响。
在以往的海水洋流发电装置中，常常受到海面上或海水中漂浮物如塑料袋塑料瓶，海洋生物遗体等垃圾的干扰，会使垃圾进入到装置中叶轮，干扰叶轮叶板正常旋转，导致叶轮叶片受到洋流的推力但无法旋转发电。而以往存在洋流发电机外加网子的方法，网格太大不能阻挡塑料袋等垃圾，网格太小洋流动能损失太大而且容易积攒垃圾阻塞网格导致动能损失持续加大。
自从摩擦发电机被提出以来，其得到快速发展，而且相对于传统的电磁发电机，摩擦发电机不需要沉重的材料和设备，可以利用简单轻便的材料即可制备。但是，现有的摩擦发电机均是根据某一环境制备，使其既能符合该环境又能够较为高效的收集该环境中能量，无法根据实际环境动态的调整摩擦发电部分，即符合该环境的摩擦发电机无法在另一环境下较为高效的收集能量，只能重新制备新的摩擦发电机，适用性低。
因此需要设计一种发电机能够减少垃圾干扰或具有清除垃圾的结构以及适应新环境需求高效发电的摩擦纳米发电机。
发明内容
针对现有的技术问题，本发明提供一种具有装置内部垃圾清理功能的摩擦发电机，不仅可以将水的流动能转化为摩擦纳米发电能，还能够辅助缓解或清除海水中聚集在发电装置内部的垃圾。
本发明采用以下技术方案实现：
一种具有装置内部垃圾清理功能的摩擦发电机，其包括：
外部支撑框架，所述外部支撑框架顶部的框架梁之间和底部的框架梁之间分别固定有两个相互平行的支撑横板；
垂直主轴，所述垂直主轴置于两个支撑横板之间，且所述垂直主轴的两端分别垂直固定在与其相邻的支撑横板上；
两个固定杆，两个所述固定杆的中部均水平转动套接于垂直主轴上，且所述固定杆置于两个支撑横板之间；所述固定杆能够相对垂直主轴作周向转动；
两个六边形固定架，两个所述六边形固定架分别固定于两个固定杆相离的一侧，两个所述六边形固定架之间呈上下对称分布；
其特征在于，摩擦发电机还包括：
多个叶轮叶板，每个所述叶轮叶板的两端分别垂直固定在两个六边形固定架上下相对的两个边角之间的框体上；所述叶轮叶板用于对洋流流动产生的动能进行机械取力以带动固定杆和六边形固定架在垂直主轴上周向转动；以及
右旋螺杆，所述右旋螺杆转动套置于两个六边形固定架之间的垂直主轴上，右旋螺杆的两端分别与相邻的两个固定杆之间紧密相连；所述右旋螺杆与固定杆保持同步转动使卷起的水流上升或下降以对装置积聚的垃圾进行清理；
其中，所述右旋螺杆杆部中心内侧镶设有摩擦纳米膜二；所述垂直主轴与右旋螺杆杆部相接的外侧镶设有与摩擦纳米膜二相匹配的摩擦纳米膜一；所述摩擦纳米膜一和摩擦纳米膜二能够在轴上产生水平式滑动摩擦以产生摩擦电荷和静电感应。
进一步地，所述叶轮叶板包括：
叶片框架，所述叶片框架内设置有多个纵横交错的隔板，且纵横交错的隔板之间连接形成多个叶片空间；以及
叶片，所述叶片收容于叶片空间内并能够与叶片空间相配合。
进一步地，所述叶片在叶片空间内能够做九十度旋转并且具有单向开合特性。
进一步地，当所述叶片相对于叶片空间的旋转角度为九十度时，则叶片空间完全敞开允许水流通过；当所述叶片相对于叶片空间的旋转角度为零时，则叶片能够将叶片空间完全封堵住阻止水流通过。
进一步地，多个所述叶片框架在周向上的每个叶片空间内的叶片的轴向转动方向一致。
进一步地，所述叶轮叶板还包括叶片轴，所述叶片轴的端部转动插接在所述叶片框架上设有的轴套内，所述叶片的端部穿插固定在叶片轴上。
进一步地，所述右旋螺杆的右旋叶片收容于六边形固定架与叶片框架连接形成的排废区域内。
进一步地，所述右旋螺杆内部具有中空腔，所述右旋螺杆中空腔的两端与垂直主轴的连接处通过密封处理。
进一步地，所述支撑横板与相连的外部支撑框架的框架梁之间为一体式冲压成型。
进一步地，所述固定杆的中部与垂直主轴外壁之间通过密封轴承连接。
本发明的有益效果为：
1.通过右旋螺杆的整体旋转，使卷起的水流上升，将装置运行过程中聚集在洋流发电装置的人造垃圾或海洋生物遗体往中心部分集中，并冲到上方被水流带走，减少垃圾在装置中堆积从而影响海洋能发电的效果。
2.采用螺杆结构，能够有效增加螺杆中心和垂直轴之间的接触面积，在旋转过程中产生离心力和惯性力，增大摩擦电电荷，同时也能够保护内部垂直轴部分。
本发明除了具有适用性广、对生态危害小、装置简单和能量利用率高，还可以充分发挥摩擦纳米发电优势的特点。
附图说明
图1为本发明实施例中的摩擦发电机的总体装配图；
图2为图1中的摩擦发电机的局部装配图；
图3为图2中的摩擦发电机的局部剖面结构示意图；
图4为图3中的A处局部放大结构示意图。
主要符号说明：
10-外部支撑框架；11-支撑横板；20-垂直主轴；21-摩擦纳米膜一；30-固定杆；40-固定架；50-叶轮叶板；51-叶片框架；52-叶片；53-叶片轴；60-右旋螺杆；61-摩擦纳米膜二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1为本发明实施例中的摩擦发电机的总体装配图。摩擦发电机包括外部支撑框架10、垂直主轴20、固定杆30、六边形固定架40、叶轮叶板50和右旋螺杆60。
外部支撑框架10整体是具有六个面镂空的正方体框架，在其他实施例中，外部支撑框架10还可以是立方体框架，只要不影响外部支撑框架10整体支撑结构的稳固性，还可以是其他形态的框架。并且外部支撑框架10可以采用抗腐蚀、刚度大、韧性高的合金结构制成。外部支撑框架10顶部的框架梁之间和底部的框架梁之间分别固定有两个相互平行的支撑横板11，支撑横板11与相连的框架梁之间为一体式冲压成型。
垂直主轴20是整体为细长形的柱状轴体，在其他实施例中，垂直主轴20还可以是粗长形的柱状轴体，装配人员可以根据现场装配需要进行选择。垂直主轴20置于两个支撑横板11之间，且垂直主轴20的两端分别垂直固定在与其相邻的支撑横板11上。垂直主轴20安装在两个支撑横板11的中部，垂直主轴20的其中一端是贯穿与其相连的支撑横板11，垂直主轴20的其中另一端被固定在与其相连的支撑横板11内。
本实施例中，外部支撑框架10以及垂直主轴20主要起对整个装置的固定以及保护作用。
请参阅图4，图4为图3中的A处局部放大结构示意图。本实施例中垂直主轴20与右旋螺杆60杆部相接的外侧镶设有与摩擦纳米膜二61相匹配的摩擦纳米膜一21，摩擦纳米膜一21可以采用尼龙材料或者聚四氟乙烯高分子材料，本实施例中的摩擦纳米膜一21是镶嵌在垂直主轴20上的，在其他实施例中还可以采用胶接的连接结构，只要不影响摩擦纳米膜一21与垂直主轴20之间连接结构的稳定性，还可以是其他连接结构。
固定杆30是水平放置的整体为长条形的杆体，固定杆30的长度小于支撑横板11的长度，且两个支撑横板11相对于两个固定杆30平行，固定杆30置于两个支撑横板11之间，两个固定杆30的中部均水平转动套接于垂直主轴20上，固定杆30的中部与垂直主轴20之间通过密封轴承连接，在本实施例中，密封轴承整体是一体嵌置于固定杆30的中部，密封轴承的内圈可以与垂直主轴20的外壁之间卡合固定，使得固定杆30可以相对垂直主轴20作周向转动，在本实施例中密封轴承的内圈与垂直主轴20的外壁是卡合固定，在其他实施例中还可以是焊接固定，只要不影响固定杆30与垂直主轴20之间的相对转动，还可以是其他的固定方式。
六边形固定架40是由六个长度相等的框架梁首尾相连形成的正六边形框架，在其他实施例中还可以是由五个长度相等的框架梁首尾相连形成的正五边形，只要不影响六边形固定架40整体结构的稳定性，还可以是其他正多边形框架。
本实施例中，六边形固定架的数量设置为两个，两个六边形固定架40分别固定于两个固定杆30相离的一侧，固定杆30的位置是固定在六边形固定架40是最远距离的两个对角之间，并且固定杆30与六边形固定架40之间采用焊接固定，可以有效提高固定杆30与六边形固定架40之间的结构稳定性，在其他实施例中固定杆30与六边形固定架40之间可以是通过螺纹连接件连接，以便于固定杆30与六边形固定架40之间的安装及拆卸，只要不影响固定杆30与六边形固定架40之间的结构稳定性，还可以是其他连接结构，两个六边形固定架40之间呈上下对称分布，使得两个六边形固定架40的边角之间上下对齐，保证两个六边形固定架40运转同步。
请参阅图2，图2为图1中的摩擦发电机的局部装配图，叶轮叶板50包括叶片框架51、叶片52和叶片轴53，叶轮叶板50可以将多个叶片52上所受的力集合以进行机械取力，从而可以带动固定杆30和六边形固定架40在垂直主轴20上周向转动。叶轮叶板50整体是矩形框架形结构，在其他实施例中还可以是多边形框架结构，只要不影响叶轮叶板50受力的平衡性，还可以是其他结构。
叶片框架51具有中间镂空的矩形框架结构的框体，叶片框架51内设置有多个纵横交错的隔板，且纵横交错的隔板之间连接形成多个叶片空间。本实施例中采用三块隔板将叶片框架51的镂空区域进行均匀分割成六个面积相同的叶片空间，在其他实施例中可以采用两块隔板，将叶片空间的数量分割成四个面积相同的叶片空间，只要不影响叶片框架51整体结构的平衡性和稳定性，还可以是其他分隔形式。
叶片52是整体呈翼形结构的片体。在其他实施例中叶片52还可以是整体呈“U”字形结构的片体，只要不影响水流推动叶片52转动，还可以是其他结构。叶片52收容于叶片空间内并能够与叶片空间相配合。叶片52的尺寸与叶片空间的镂空部位的尺寸大致相同。叶片52在叶片空间内能够做九十度旋转并且具有单向开合特性。
当叶片52相对于叶片空间的旋转角度为九十度时，则叶片空间完全敞开允许水流通过。本实施例中当叶轮叶板50旋转至左侧洋流时，在洋流的推力作用下，叶片52旋转九十度打开，此时叶片52从叶片空间内转出，六边形框架40和固定杆30基本不受洋流推力。当叶片52相对于叶片空间的旋转角度为零时，则叶片52能够将叶片空间完全封堵住阻止水流通过。本实施例中当叶轮叶板50整体旋转至右侧洋流时，叶片52在旋转过程中受洋流作用力的方向最终改变，从而逐渐闭合，此时洋流推力完全作用在叶轮叶板50上，推动六边形框架40和固定杆30在垂直主轴20上旋转做工发电。该设计最大可能的利用水流动的能量，单向受力推动叶轮叶板50转动起来，产生发电。
叶片轴53是整体呈杆状的长轴且数量可以为多个，叶片轴53在叶片框架51上是竖向设置的，叶片轴53的端部转动插接在叶片框架51上设有的轴套内，叶片52的端部穿插固定在叶片轴53上，本实施中每个叶片轴53上穿插固定有三个叶片52，在其他实施例中，每个叶片轴53上可以穿插四个叶片52，只要不影响叶片52与叶片空间之间相互配合，叶片轴53上的叶片52还可以是其他数量，并且叶片52与叶片轴53保持同步转动。
本实施例的叶轮叶板50轮结构不同于以往发电系统常用的涡轮结构，能提高了单位受力面积内所受洋流推力的大小，具有较高的洋流利用率。
请参阅图3，图3为图2中的摩擦发电机的局部剖面结构示意图。右旋螺杆60是整体具有右旋叶片的螺杆，其为抗腐蚀刚度大韧性高的合金结构，能够持续不断的将海洋中垃圾废物抬升，运输效率高。右旋螺杆60转动套置于两个六边形固定架40之间的垂直主轴20上，右旋螺杆60的两端分别与相邻的两个固定杆30之间紧密相连，并进行无缝焊接。本实施例中的右旋螺杆60与固定杆30之间的连接方式是通过焊接固定，在其他实施例中连接方式可以是一体式冲压成型，只要不影响右旋螺杆60与固定杆30连接的稳定性，还可以是其他的连接方式。右旋螺杆60与固定杆30保持同步转动可以使卷起的水流上升或下降以对装置积聚的垃圾进行清理。
右旋螺杆60的右旋叶片收容于六边形固定架40与叶片框架51连接形成的排废区域内，保证装置积聚的垃圾被吸引至排废区域内进行上升或者下降按洋流的季节性方向变化而变化将垃圾冲到装置上方被水流带走，最终移除到装置外区域。
右旋螺杆60内部具有中空腔，右旋螺杆60中空腔的两端与垂直主轴20的连接处通过密封处理，两者连接处进行密封处理能够保护里面的垂直主轴20和纳米材料。
请参阅图4，图4为图3中的A处局部放大结构示意图。右旋螺杆60杆部中心内侧镶设有摩擦纳米膜二61可以采用尼龙材料或者聚四氟乙烯高分子材料，本实施例中的摩擦纳米膜二61是镶嵌在右旋螺杆60中空腔的内侧腔壁上，在其他实施例中还可以采用胶接的连接结构，只要不影响摩擦纳米膜二61与右旋螺杆60之间连接结构的稳定性，还可以是其他连接结构。垂直主轴20与右旋螺杆60之间的相对转动，使摩擦纳米膜一21和摩擦纳米膜二61能够在轴上产生水平式滑动摩擦以产生摩擦电荷和静电感应，并且摩擦纳米膜一21与摩擦纳米膜二61采用的材料不相同。
当洋流流过产生动能时，右旋螺杆60整体绕垂直主轴20旋转，由于在叶轮叶板50旋转过程中，海洋中的垃圾或海洋遗体会逐渐聚集到叶轮叶板50上，慢慢会由于洋流浮力以及惯性最终聚集到垂直主轴20区域，影响该装置的正常运转，而设计的右旋螺杆60可以有效减少或清除垃圾物的堆积，通过右旋螺杆60的转动，使卷起的水流上升或下降，带动装置积聚的垃圾上升或者下降(按洋流的季节性方向变化而变化)将垃圾冲到装置上方被水流带走，最终移除到装置外区域。
本实施例的具有装置内部垃圾清理功能的摩擦发电机将运行过程中聚集在洋流发电装置的人造垃圾或海洋生物遗体往中心部分集中，通过右旋螺杆的整体旋转，使卷起的水流上升，将垃圾冲到上方被水流带走。
本实施例的摩擦发电机通过采用本实施例的具有装置内部垃圾清理功能的摩擦发电机，具有能够减少或消除海水中聚集在装置内部的垃圾，减少垃圾在装置中堆积从而影响海洋能发电的效果。
本实施例的摩擦发电机还包括电储能装置、稳压装置和外接负载。
电储能装置可以是蓄电池，用于对摩擦发电机产生的电能进行储存。
稳压装置可以是稳压器，稳压器是一种能自动调整输出电压的供电电路或供电设备，其作用是将波动较大和达不到电器设备要求的电源电压稳定在它的设定值范围内，使各种电路或电器设备能在额定工作电压下正常工作。
本实施例的摩擦发电机的发电原理：基于在薄膜平面方向平行的外力驱动下，滑动摩擦起电和平面电荷分离过程的耦合。当洋流在叶轮叶板50产生推力时，叶轮叶板50会带动右旋螺杆60运动，外力促使摩擦纳米膜一21和摩擦纳米膜二61的接触面间产生的摩擦力使其发生相对滑动，产生密集的摩擦电荷。两表面间接触区域的接触面积周期性变化导致电荷中心的横向分离，从而产生电势差，由电储能装置存储相应电流，并通过稳压装置将电压稳定在额定的设定值范围内，以为外接负载提供电能。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有装置内部垃圾清理功能的摩擦发电机，其包括：
外部支撑框架(10)，所述外部支撑框架(10)顶部的框架梁之间和底部的框架梁之间分别固定有两个相互平行的支撑横板(11)；
垂直主轴(20)，所述垂直主轴(20)置于两个支撑横板(11)之间，且所述垂直主轴(20)的两端分别垂直固定在与其相邻的支撑横板(11)上；
两个固定杆(30)，两个所述固定杆(30)的中部均水平转动套接于垂直主轴(20)上，且所述固定杆(30)置于两个支撑横板(11)之间；所述固定杆(30)能够相对垂直主轴(20)作周向转动；
两个六边形固定架(40)，两个所述六边形固定架(40)分别固定于两个固定杆(30)相离的一侧，两个所述六边形固定架(40)之间呈上下对称分布；
其特征在于，摩擦发电机还包括：
多个叶轮叶板(50)，每个所述叶轮叶板(50)的两端分别垂直固定在两个六边形固定架(40)上下相对的两个边角之间的框体上；所述叶轮叶板(50)用于对洋流流动产生的动能进行机械取力以带动固定杆(30)和六边形固定架(40)在垂直主轴(20)上周向转动；六边形固定架(40)与多个叶轮叶板(50)连接形成一个排废区域；以及
右旋螺杆(60)，所述右旋螺杆(60)转动套置于两个六边形固定架(40)之间的垂直主轴(20)上，右旋螺杆(60)的两端分别与相邻的两个固定杆(30)之间紧密相连；所述右旋螺杆(60)与固定杆(30)保持同步转动使卷起的水流上升或下降以对装置积聚的垃圾进行清理；右旋螺杆( 60) 是整体具有右旋叶片的螺杆，右旋螺杆(60)的右旋叶片收容于所述排废区域内；
其中，所述右旋螺杆(60)杆部中心内侧镶设有摩擦纳米膜二(61)；所述垂直主轴(20)与右旋螺杆(60)杆部相接的外侧镶设有与摩擦纳米膜二(61)相匹配的摩擦纳米膜一(21)；所述摩擦纳米膜一(21)和摩擦纳米膜二(61) 能够在轴上产生水平式滑动摩擦以产生摩擦电荷和静电感应。
2.如权利要求1所述的具有装置内部垃圾清理功能的摩擦发电机，其特征在于，所述叶轮叶板(50)包括：
叶片框架(51)，所述叶片框架(51)内设置有多个纵横交错的隔板，且纵横交错的隔板之间连接形成多个叶片空间；以及
叶片(52)，所述叶片(52)收容于叶片空间内并能够与叶片空间相配合。
3.如权利要求2所述的具有装置内部垃圾清理功能的摩擦发电机，其特征在于，所述叶片(52)在叶片空间内能够做九十度旋转并且具有单向开合特性。
4.如权利要求3所述的具有装置内部垃圾清理功能的摩擦发电机，其特征在于，当所述叶片(52)相对于叶片空间的旋转角度为九十度时，则叶片空间完全敞开允许水流通过；当所述叶片(52)相对于叶片空间的旋转角度为零时，则叶片(52)能够将叶片空间完全封堵住阻止水流通过。
5.如权利要求4所述的具有装置内部垃圾清理功能的摩擦发电机，其特征在于，多个所述叶片框架(51)在周向上的每个叶片空间内的叶片(52)的轴向转动方向一致。
6.如权利要求2所述的具有装置内部垃圾清理功能的摩擦发电机，其特征在于，所述叶轮叶板(50)还包括叶片轴(53)，所述叶片轴(53)的端部转动插接在所述叶片框架(51)上设有的轴套内，所述叶片(52)的端部穿插固定在叶片轴(53)上。
7.如权利要求1所述的具有装置内部垃圾清理功能的摩擦发电机，其特征在于，所述右旋螺杆(60)的右旋叶片收容于六边形固定架(40)与叶片框架(51)连接形成的排废区域内。
8.如权利要求7所述的具有装置内部垃圾清理功能的摩擦发电机，其特征在于，所述右旋螺杆(60)内部具有中空腔，所述右旋螺杆(60)中空腔的两端与垂直主轴(20)的连接处通过密封处理。
9.如权利要求1所述的具有装置内部垃圾清理功能的摩擦发电机，其特征在于，所述支撑横板(11)与相连的外部支撑框架(10)的框架梁之间为一体式冲压成型。
10.如权利要求1所述的具有装置内部垃圾清理功能的摩擦发电机，其特征在于，所述固定杆(30)的中部与垂直主轴(20)外壁之间通过密封轴承连接。
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