CN110863944A - 一种自动可变翼叶轮及叶轮组 - Google Patents

一种自动可变翼叶轮及叶轮组 Download PDF

Info

Publication number
CN110863944A
CN110863944A CN201911355059.1A CN201911355059A CN110863944A CN 110863944 A CN110863944 A CN 110863944A CN 201911355059 A CN201911355059 A CN 201911355059A CN 110863944 A CN110863944 A CN 110863944A
Authority
CN
China
Prior art keywords
blade
impeller
movable
shaft
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201911355059.1A
Other languages
English (en)
Inventor
黄惠香
Original Assignee
黄惠香
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 黄惠香 filed Critical 黄惠香
Priority to CN201911355059.1A priority Critical patent/CN110863944A/zh
Publication of CN110863944A publication Critical patent/CN110863944A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D3/00Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06Rotors
    • F03D3/062Construction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/22Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the flow of water resulting from wave movements to drive a motor or turbine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12Blades; Blade-carrying rotors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/121Blades, their form or construction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D3/00Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/02Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/74Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Abstract

一种自动可变翼叶轮及叶轮组,其叶轮包括叶轮轴、多个叶片支架和防甩架,所述叶轮支架的一端与所述叶轮轴连接,另一端与所述防甩架呈夹角连接;所述叶片支架与防甩架之间设有能够转动的活动叶片,活动叶片的转动范围要满足活动叶片能够选择性地紧贴叶片支架或防甩架。本发明还包括一种自动可变翼叶轮组。本发明一方面结构简单,成本低,便于管理和维护;另一方面,能够提高转速和拾能效果,进一步提高发电效率,化解点浮式制约的难题。

Description

一种自动可变翼叶轮及叶轮组
技术领域
本发明涉及风能/水能发电技术领域,特别是一种自动可变翼叶轮及叶轮组。
背景技术
水能和风能是一种用之不绝无污染的绿色能源。目前,能源和环境是人类生存和发展所面临的一大难题。随着能源持续发展的需要、技术的进步、环境保护意识的增强以及相关政策的提出,在正常开发利用常规能源的同时,应更加注重开发利用对生态环境有利的风能、海洋能等新能源。据专家估计,全世界风能总量为每年2万亿千瓦。换言之,仅1%的地面风力就能满足全世界对能源的需求(摘自兰州理工大学技术工程学院,风力发电发展现状及前景浅析)。世界海洋能蕴藏量为750亿千瓦,如此巨大的能源是当前世界能源消耗总和的数十倍。开发潜力巨大,利用海洋能发电已经成为全球市场的一大热点。在中国大陆沿岸和海岛附近蕴藏着较丰富的海洋能资源,总蕴藏量约为8亿多千瓦,目前尚未得到开发(来自中国新能源网)。在能源危机和环境问题的压力下,有效利用风能和水能(包括海洋能),是当前发展新能源的重要措施,受到能源部门的高度重视和扶持。而叶轮是风能发电和水能发电的重要部件。
到目前为止,水平轴风力发电机的技术最成熟,占据市场的主要产品。然而水平轴发电由于发电原因,具有占据空间大,需要安装偏航系统调整风向,只能用在大型风力机上。垂直轴风力发电机的设计方法较为先进,占据空间较小。一类是利用空气阻力做功,典型结构是S型风轮;另一类是利用翼型升力做功的达里厄风力发电机,其具有多种形式,如φ形,H形和△形等,然而两种因受风面积为一定值,当风速大时要刹车锁死,能量利用率低。
又如:CN201610748924.9公开了一种垂直轴可变翼风力发电机,其包括机座,机座上设置有能转动的垂直空心轴,垂直空心轴上安装有数个风翼装置,每个风翼装置包括连接杆、曲柄、偏心杆以及风翼,连接杆一端固定在垂直空心轴上,另一端与曲柄的一端铰接,风翼固定在曲柄上,机座上还设置有能转动的偏心轴,偏心轴的轴心和垂直空心轴的轴心不在同一竖直线上,偏心杆一端与偏心轴铰接,另一端与曲柄或风翼铰接,风翼由风翼框和多个扇叶组成,扇叶可转动地设置在风翼框中。然而这种可变翼发电机结构复杂、繁琐,在运行中很难保证不出故障。
再如:CN201510159014.2公开了一种垂直轴风力发电结构,其风轮包括固定主轴、活动主轴、加强板和叶片轴组,所述活动主轴套设在固定主轴外,所述加强板为圆盘状,所述活动主轴穿过所述加强板的圆心,所述加强板固定在活动主轴上,所述加强板设有两个以上,每两个加强板之间可转动地连接有多组叶片轴组,所述叶片轴组均匀环绕在活动主轴周围,所述叶片轴组包括叶轮片和叶轮片轴,所述叶轮片固定在所述叶轮片轴内,所述叶轮片轴与加强板可转动地连接。然而该结构由于第二压条与叶轮的径向半径是垂直的,其拾能效果较差。
另外,在海洋能发电方面,海浪能发电多采用浮标单一拾能体,但目前为止,进一步加大拾能体来增加发电机的功率是不可取的,因为单一拾能体(如浮体)越大,则发电功率反而越小,且发电成本越高,这一现象就叫“点浮式制约”。例如:拾能体受到左侧海浪向上作用,而右侧海浪向下作用,方向相反,很明显会互相抵消,抵消后的合力才是真正的拾能所做功的力,就是一个拾能。在海浪中有时会同时受到海浪上和下的作用,而相互抵消,这就叫制约,其发生的几率和拾能体的大小成正比,也就是说拾能体越大,制约(抵消)的几率越大,拾能就少,这就是目前海浪发电技术的困境。因此根据现阶段技术不足,发明本设计方案。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种结构简单,转速高,拾能效果好,适用范围广的自动可变翼叶轮及叶轮组。
本发明的技术方案是:
本发明之一种自动可变翼叶轮,包括叶轮轴、多个叶片支架和防甩架,所述叶轮支架的一端与所述叶轮轴连接,另一端与所述防甩架呈夹角连接;所述叶片支架与防甩架之间设有能够转动的活动叶片,活动叶片的转动范围要满足活动叶片能够选择性地紧贴叶片支架或防甩架。
进一步,所述叶片支架分为上下两组,每组包括多个数量相同的叶片支架,叶片支架通过叶片轴连接所述活动叶片;所述叶片支架处的活动叶片的数量为一个或多个。
进一步,所述叶片轴与活动叶片之间转动连接;或者叶片支架通过轴承连接叶片轴,叶片轴固定连接活动叶片。
进一步,所述叶片支架与防甩架之间的角度≤90°。
进一步,所述叶片支架和/或防甩架上设有防噪垫片。
进一步,所述防甩架与活动叶片之间设有弹簧。
进一步,所述活动叶片为板体结构;或者活动叶片从叶尾至叶片中间位置呈封闭式空腔结构。
本发明之一种自动可变翼叶轮组,包括至少两个由前述任一项所述的自动可变翼叶轮,各叶轮之间通过串联或并联方式连接。
进一步,所述叶轮之间采用并联连接的结构为:多个叶轮设于夹板之间,且叶轮两端的轴承与夹板连接,形成叶轮组,各叶轮的旋转方向一致;轴承的一端穿过夹板连接传动轮,各叶轮之间通过各自的传动轮与其它叶轮的传动轮并联连接。
进一步,所述叶轮之间采用串联连接的结构为:多个叶轮通过轴承连接一共用轴,在每个叶轮的同一侧各设有齿轮,齿轮固定在共用轴上,齿轮的一侧连接止逆阀。
本发明的有益效果:
(1)能提高拾能效果,可简化现有技术复杂的能量转换装置,且本技术对制造技术要求不高,结构简单,便于工厂的批量生产,便于管理和维护,降低生产成本,提高企业效益和社会效益,而现有技术生产工艺复杂,投资费用昂贵,如在海洋能中,波浪能发电的成本,每千瓦在1500美元左右。
(2)本发明通过将叶轮叶片改装成活动叶片,在流体的推力下自由闭合,有效提高能量的利用率。将本技术应用到垂直轴风力发电机上,启动容易,能提高风能的利用率,减小因风速过大对叶轮和叶片的损坏,提高机组的使用寿命;而在有水流动的地方,水流达到一定的流量和流速,就可以利用本技术发电,不管是叶轮轴方向垂直还是平行于水平面方向放在水中,叶轮都可以拾能发电。
(3)实用性广,可用于风力发电,水利发电及海洋能发电,可用于海洋能中的海流能,波浪能,潮流能发电,也可利用沿海一带的向岸流和离岸流发电,特别是在波浪能的利用方面要优于现有的技术手段,解决了风力发电和海流能、波能、潮流能能量利用低,投资生产昂贵的难题。
附图说明
图1是本发明实施例叶轮的结构示意图;
图2是本发明实施例叶轮在流体如箭头方向时的叶片拾能状态图;
图3是本发明实施例自由状态下活动叶片移动的俯视图;
图4是本发明实施例叶轮在流体如箭头方向时的叶片拾能状态图;
图5是本发明实施例叶轮应用于海浪能发电的结构原理示意图;
图6是本发明实施例活动叶片呈封闭式空腔的结构示意图;
图7是本发明实施例叶轮组并联式结构示意图;
图8是本发明实施例叶轮组串联式结构示意图;
图9是本发明实施例叶轮组串联式结构且带弹簧的示意图。
附图标识说明:1.叶轮轴;2.叶片支架;3.防甩架;4.活动叶片;41.空腔;5.叶片轴;6.防噪垫片;7.弹簧;8.叶轮;9.叶轮组;91.夹板;92.传动轮;93.立柱;94.共用轴;95.齿轮;96.止逆阀。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明是考虑到现有风力发电和海洋能发电机叶轮拾能效率不高和发电成本昂贵而发明的。如图1所示:一种自动可变翼叶轮,包括叶轮轴1、多个叶片支架2和防甩架3,所述叶轮支架2的一端与所述叶轮轴1连接,另一端与所述防甩架3呈夹角连接;所述叶片支架2与防甩架3之间设有能够转动的活动叶片4,活动叶片4的转动范围要满足活动叶片能够选择性地紧贴叶片支架2或防甩架3。
上述方案具有以下优点:(1)主要通过叶轮轴、叶片支架、防甩架以及活动叶片这几大主要部件实现叶轮的自动可变翼,使得结构简单,不易在运行中产生故障;(2)活动叶片在叶片支架和防甩架之间运行,且转动范围要满足活动叶片能够选择性地紧贴叶片支架或防甩架,能够提高拾能效果,提高转速,且减小逆行阻力;(3)通过设置防甩架,当风速达到很高时,由于离心力的作用,所有叶轮的活动叶片会紧贴防甩架做圆周运动,活动叶片改变了拾能方式,减小拾能,这样就不会因风速过快而产生飞车,损坏发电设备和叶轮。
本实施例中,叶片支架2分为上下两组,两组的叶片支架数量相同,位置互相对齐,叶片支架与活动叶片连接有以下至少两种方式:一种是叶片支架的一端与叶轮轴固定连接,叶片支架的内侧通过轴承连接叶片轴,其中轴承安装于叶片轴的两个端点处且与叶片支架连接,固定于叶片支架的同一侧,活动叶片固定于叶片轴上,使得叶片轴与活动叶片之间同时转动。另一种是叶片支架直接与叶片轴5固定连接,而活动叶片4与叶片轴5之间转动连接,如铰接、轴承连接或套设滚筒连接,这时活动叶片可单独转动,而叶片轴固定,这种方式使得活动叶片转动更灵活。
本实施例中,叶片支架2的材料优选为扁平圆滑的钢性材料制成。活动叶片4优选为板体结构,即为单层薄板结构。防甩架3可以与叶片支架2一体成型,也可分体连接。其中,所有的防甩架3安装在同一方向,与叶片支架2呈锐角或直角连接,优选角度为45~75°,更优选地角度为50~70°。
为了降低噪音,可在叶片支架和防甩架上分别设置防噪垫片6,叶片支架和防甩架上的防噪垫片6的数量可以是一个或多个,防噪垫片6设于叶片支架2和防甩架3的内侧面,能够与活动叶片接触。通常,只在风力发电装置上防噪垫片6,其他方式发电可不设防噪垫片。
如图2所示:本实施例的工作原理为:
当叶轮应用于风能或水能发电时,当流体如箭头方向流向叶轮时,顺流半圆(所谓顺流半圆是指流体从活动叶片流向叶片支架的顺序,反之为逆流半圆)的活动叶片4受到流体的作用力后会朝向叶片支架方向并会紧贴叶片支架2(如图2的左半部分所示),提高转速;而逆流半圆的活动叶片4会自动张开,活动叶片4会朝向防甩架3的方向移动(如图2的右半部分所示),来减小逆行阻力。
如图4所示:当叶片支架2在逆流半圆行驶至与流体方向成90度而慢慢将角度变小时,活动叶片4会一步步向叶片支架2靠拢,直至紧贴叶片支架2,进入顺流半圆。本实施例的流体可以是风或者水流。本实施例的自动可变翼叶轮应用于垂直轴的风力发电,当风速达到一定速度使得叶轮轴快速转动时,所有活动叶片4会在离心力的作用下紧贴防甩架3,这时活动叶片减少了拾能,减小了风力对活动叶片的冲击而防止飞车对发电设备和叶轮起到保护作用。
其中,防甩架3的作用包括至少以下两点:
(1)叶轮在旋转运动时,由于离心力的作用,活动叶片会向外甩,这时逆流半圆行驶中的活动叶片与流体的运动方向不平行,会有一个提前角,叶片支架行驶至与流体方向接近时,在不装防甩架的情况下,活动叶片与叶片支架接近垂直,如此会增加活动叶片在运行中的阻力,进而会增加叶轮的转动阻力。
(2)由于活动叶片的中心位置不是对准叶片支架,例如叶片轴偏心设置时,当流体如图2的箭头方向流动时,活动叶片向外自动张开,由于惯性作用,在向外张开时会把作用力传递给防甩架而产生力矩;同理,这时流体的推力由活动叶片传给防甩架产生力矩,从而加速叶轮的转动。
当叶轮应用于海浪中波能的上、下运动的拾能发电装置时,由于叶轮的活动叶片4大部分是采用较高强度的金属材料制成,而强度较高的材料的比重大都大于水的比重,如果将叶轮以叶轮轴1为水平方向放入水中时,在静止状态的情况下,由于重力作用,叶轮一侧的活动叶片紧贴叶片支架,而另一侧的活动叶片会趋于重力方向,这时海浪向上运动时,活动叶片难以拾能。为了解决这一问题,活动叶片应采用低密度高强度的合金材料做成,厚度是以叶片在拾能过程中能抵抗波浪能对叶片的冲击为度。另外,如图5所示:在防甩架3与活动叶片4之间各安装一弹簧7,使得静止状态下的活动叶片4能够在弹簧7作用下紧贴叶片支架2,提高拾能效率。弹簧7的强度等于或接近于活动叶片体积与同体积水的重量之差的力度,就是作用在该活动叶片上所有弹簧的力度要等于上述数值,安装弹簧时要考虑不影响活动叶片外甩时活动叶片与防甩架的闭合。可以理解的是,也可使弹簧的一端连接叶片轴,另一端连接防甩架。
当波浪向上运动时,叶轮右侧的活动叶片4自动张开,减少阻力;左侧的活动叶片则贴紧叶片支架2来拾取能量,带动叶轮及发电机转动。当波浪向下运动时,左侧的活动叶片自动张开,右侧的活动叶片拾能,带动叶轮及发电机转动。由于波浪的运动是没有规律的,有时作用在同一拾能浮体上的几个力的方向,有的向上,有的向下。如果采用现有的拾能方法,这时几个相互作用的力相互抵消的合力,才是真正的拾能做功的力。本实施例中,当波浪左边向上运动,而右边向下运动时,左右两侧的活动叶片都闭合成为拾能状态。如果波浪是右边向上运动,左边向下运动时,仍有一部分拾能,但拾能较少。不难看出这一技术方案的实施,部分的解决了点浮式制约的一些难题。但就同一叶片来说,仍受到点浮式制约的限制,这是不可避免的自然规律。
需要注意的是,附加弹簧7的装置只适合于波浪做上下运动拾能方法使用,用于其他方面可无需加弹簧;或者附加弹簧的装置适合于波浪能中波浪上下运动的小型发电装置的拾能方法。在波浪能的上下拾能中,如在中、大型的发电装置时,自动可变翼叶轮的活动叶片应采用高强度低密度的防腐蚀合金材料制成,厚度是以叶片在拾能过程中能抵抗波浪能对叶片的冲击为度,不能太厚;且活动叶片4从叶尾至叶片中间位置呈封闭式空腔结构(如图6所示),其空腔41的大小以此空腔在水中所产生的浮力是该活动叶片与同体积的水的比重差所产生的力的三分之二为宜。
本实施例中,为了适应自然环境中的各个不同的场景,进一步化解点浮式制约的难题,可将两个以上的多个叶轮组合起来,形成叶轮组,通过多个尺寸相同的叶轮,来减少不同方向的力对叶轮活动叶片的制约。本实施例的组合分两种形式:一种是并联式,一种是串联式。
如图7所示:其中并联式结构包括:将两个以上尺寸相同的可变翼叶轮8设于两块夹板91之间。叶轮两端通过叶轮轴1与夹板91连接,形成叶轮组9,各叶轮8的旋转方向要一致;叶轮轴1的一端穿过夹板91连接两个传动轮92,即第一传动轮和第二传动轮,且第一传动轮设于第二传动轮的上方。假设本实施例有三个可变翼叶轮,位于中间的叶轮上的第一传动轮与位于左侧叶轮上的第一传动轮相连接,位于中间的叶轮上的第二传动轮与位于右侧叶轮上的第二传动轮相连接,通常采用链条或皮带等方式连接,形成并联结构。夹板的两端连接立柱93,其中立柱93的内侧设有凹槽,两夹板91与两立柱93连接的位置设有相应的凸起,凸起与凹槽适配连接,并可再设置螺栓加固。当叶轮组以叶轮轴1为方向垂直或平行于水平方向时,各个方向的能量总会有叶片拾能,而对于逆流半圆的活动叶片4会自动打开,减小逆行阻力。例如:并联式叶轮组以叶轮轴1为方向平行于水平方向放置时,叶轮的活动叶片4应采用低密度、高强度的合金材料。
此外,在两个立柱93高出水面的适当位置各留一个孔,其作用是维护的时候便于将叶轮组调离水面。
如图8所示:其中串联式结构包括:将两个以上的可变翼叶轮8通过轴承连接在一根共用轴94上,在每个叶轮8的同一端各安装一齿轮95,并固定在共用轴94上,同时在齿轮95的一侧设置止逆阀96,使共用轴94只能正转,不能反转,类似于自行车原理。这一设计方案主要适用于波浪能中的拾能方法,进一步化解点浮式制约的限制。
在串联式组合叶轮中,多个叶轮的旋转方向应为一致。因海浪中的波浪是没有规律性的,由于受点浮式制约的限制,上述的技术方案能够得到一些解决。但当叶轮的叶片制造的很大时,作用在同一叶片上几个不同方向的力会相互制约,而受到制约后所做的有用功是几个相互抵消后其合力所做的功,有时相互抵消后合力所做的功可能少之又少。叶轮轴的旋转方向如图8的箭头方向所示,当波浪能如箭头方向冲击左右两叶轮的活动叶片时,活动叶片拾能传给叶轮,叶轮通过止逆阀96将能量传给齿轮95带动共用轴94传动。假如这时中间的叶轮叶片受波浪的冲击方向如箭头所示方向时,活动叶片受力是反方向的,由于自动可变翼叶轮的设计原理,活动叶片会自动张开而叶轮不能做功,因共用轴和齿轮在旋转,止逆阀会自动松开,这样波浪所产生的力不会互相抵消。
如图9所示:在串联式组合中,如果可变翼叶轮用于波浪能的上、下运动拾能方法时要采用活动叶片与防甩架之间设有弹簧7、或者活动叶片为从叶尾至叶片中间位置呈封闭空腔型的自动可变翼叶轮;如果叶轮轴是垂直于水平方向置于水中则不需弹簧和叶尾呈封封闭空腔的设计。
在海洋能的应用中,海浪通常是一波一波向海岸推进后又马上退回到海中,如果将自动可变翼叶轮垂直或平行于水平方向放入水中,当海浪向岸边推进的时候,由于自动可变翼叶轮的设计原理,叶轮总有一边是处于拾能状态,而另一边的自动叶片会自动张开;当海水退入海中时则反过来拾能。
由于并联式结构中,各叶轮的转速不能保持一致,有主动和被动之分,因此并联式结构可以设计成:叶轮和叶轮轴之间活动连接,叶轮套设于叶轮轴上,在靠近叶轮一端的叶轮轴上设有齿轮,齿轮侧设有止逆阀,这样对制约化解更有效。
表1是将不装防甩架和装防甩架时以及叶片支架与防甩架所取不同位置时的数据对比,为了表达方便,大部分以防甩架与叶片支架的夹角度数来表示。本实验中,叶片支架的水平长度为19cm(木条),活动叶片为宽15cm、长20cm的塑料片,风源为家用电风扇,用3档,时间2分钟。
其中:
1、无防甩架;
2、防甩架与叶片支架呈90度夹角;
3、防甩架与叶片支架呈70度夹角;
4、活动叶片紧贴防甩架时,叶片轴到叶轮轴的距离与活动叶片另一边到叶轮轴的距离相等,这时防甩架与叶片支架的夹角约为60度夹角;
5、防甩架与叶片支架夹角呈50度夹角。
由此可见,风能测试中,在有防甩架的情况下,转速更高,而防甩架与叶片支架呈约60°夹角时效果更好。
其中,自动可变翼叶轮在流水中的实验,所用叶轮和表1相同;使用小河流水,时间2分钟,防甩架与叶片支架不同夹角对比表2。
其中:
1、无防甩架;
2、防甩架与叶片支架呈90度夹角;
3、防甩架与叶片支架呈70度夹角;
4、防甩架与叶片支架呈60度夹角(准确点说,活动叶片紧贴防甩架时,叶片轴和活动叶片的另一边的边缘到叶轮轴的中心距离相同);
5、防甩架与叶片支架呈50度夹角。
由此可见,水能测试中,在有防甩架的情况下,转速更高,而防甩架与叶片支架呈60°夹角时效果更好。
自动可变翼叶轮与现有技术S型风轮的风能利用的对比实验,在无防甩架的前提下,采用电风扇做风源,如表3所示:
由此可见,本发明的自动可变翼叶轮与现有的S型风轮相比,即使在无防甩架的情况下,其转速也高于S型风轮。
可以理解的是,本发明自动可变翼叶轮的另一个替代方案是在同一叶片支架上设多个活动叶片,即叶片支架上设置多个带轴的活动叶片,其原理与前述相同,只是将一大尺寸的活动叶片分成多个小尺寸的活动叶片,安装方法相同。
综上所述,本发明的叶轮叶片改装成活动叶片,在流体的推力下自由闭合,有效提高能量的利用率。例如:将本技术应用到垂直轴风力发电机上,启动容易,能够大大提高转速,进而提高风能利用率,通过防甩架的设置,能够减小因风速过大对叶轮和叶片的损坏,提高机组的使用寿命;当将本技术用于水利发电时,无论是叶轮轴方向垂直还是平行于水平面方向放在水中,叶片总有一边贴紧叶片之间进行拾能发电;当将本技术用于海洋能尤其是波浪能发电时,即使仍受到点浮式制约的限制,叶轮总有一侧的活动叶片闭合进行能量拾取。另外,本发明的叶轮组通过采用并联或串联方式,能够进一步化解点浮式制约的难题。
本发明保护的叶轮或叶轮组是用于风能发电、水能发电以及海洋能的发电机装置,以及使用本技术在无电水泵上的应用都属于本发明的保护范围。以上所述仅为本发明的优选实施例,本发明的保护范围不限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,可显而易见得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自动可变翼叶轮,其特征在于,包括叶轮轴、多个叶片支架和防甩架,所述叶轮支架的一端与所述叶轮轴连接,另一端与所述防甩架呈夹角连接;所述叶片支架与防甩架之间设有能够转动的活动叶片,活动叶片的转动范围要满足活动叶片能够选择性地紧贴叶片支架或防甩架。
2.根据权利要求1所述的自动可变翼叶轮,其特征在于,所述叶片支架分为上下两组,每组包括多个数量相同的叶片支架,叶片支架通过叶片轴连接所述活动叶片;所述叶片支架处的活动叶片的数量为一个或多个。
3.根据权利要求2所述的自动可变翼叶轮,其特征在于,所述叶片轴与活动叶片之间转动连接;或者叶片支架通过轴承连接叶片轴,叶片轴固定连接活动叶片。
4.根据权利要求1或2或3所述的的自动可变翼叶轮,其特征在于,所述叶片支架与防甩架之间的角度≤90°。
5.根据权利要求1或2或3所述的的自动可变翼叶轮,其特征在于,所述叶片支架和/或防甩架上设有防噪垫片。
6.根据权利要求1或2或3所述的的自动可变翼叶轮,其特征在于,所述防甩架与活动叶片之间设有弹簧。
7.根据权利要求1或2或3所述的的自动可变翼叶轮,其特征在于,所述活动叶片为板体结构;或者活动叶片从叶尾至叶片中间位置呈封闭式空腔结构。
8.一种自动可变翼叶轮组,其特征在于,包括至少两个由权利要求1~7任一项所述的自动可变翼叶轮,各叶轮之间通过串联或并联方式连接。
9.根据权利要求8所述的的自动可变翼叶轮组,其特征在于,所述叶轮之间采用并联连接的结构为:多个叶轮设于夹板之间,且叶轮两端的轴承与夹板连接,形成叶轮组,各叶轮的旋转方向一致;轴承的一端穿过夹板连接传动轮,各叶轮之间通过各自的传动轮与其它叶轮的传动轮并联连接。
10.根据权利要求8所述的的自动可变翼叶轮组,其特征在于,所述叶轮之间采用串联连接的结构为:多个叶轮通过轴承连接一共用轴,在每个叶轮的同一侧各设有齿轮,齿轮固定在共用轴上,齿轮的一侧连接止逆阀。
CN201911355059.1A 2019-12-25 2019-12-25 一种自动可变翼叶轮及叶轮组 Withdrawn CN110863944A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911355059.1A CN110863944A (zh) 2019-12-25 2019-12-25 一种自动可变翼叶轮及叶轮组

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911355059.1A CN110863944A (zh) 2019-12-25 2019-12-25 一种自动可变翼叶轮及叶轮组

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110863944A true CN110863944A (zh) 2020-03-06

Family

ID=69659343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911355059.1A Withdrawn CN110863944A (zh) 2019-12-25 2019-12-25 一种自动可变翼叶轮及叶轮组

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110863944A (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85108096A (zh) * 1985-11-06 1986-10-08 叶逢春 自动开关叶片的风车
CN1046373A (zh) * 1989-04-09 1990-10-24 龚式群 活动叶片式低阻风力机
CN1074509A (zh) * 1992-04-14 1993-07-21 王金生 立轴式活动风叶风动机
CN1296125A (zh) * 1999-08-10 2001-05-23 刘建文 立轴活动叶片式集能叶轮
CN201180621Y (zh) * 2008-03-17 2009-01-14 王誉燕 一种可变翼的风车叶片
CN201209517Y (zh) * 2008-06-20 2009-03-18 高志成 风轮
CN101493071A (zh) * 2008-01-27 2009-07-29 王肇泰 采用水平式组合活动翼的双层反向旋转的立轴式风力机
CN201526413U (zh) * 2009-10-21 2010-07-14 河海大学 阻力型垂直轴风力机复合叶片
CN202209251U (zh) * 2011-07-20 2012-05-02 董国章 新型垂直轴叶轮
CN202628390U (zh) * 2012-05-25 2012-12-26 李可 风力发电装置
CN103277248A (zh) * 2013-06-24 2013-09-04 熊一兵 垂直轴流体发电机

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85108096A (zh) * 1985-11-06 1986-10-08 叶逢春 自动开关叶片的风车
CN1046373A (zh) * 1989-04-09 1990-10-24 龚式群 活动叶片式低阻风力机
CN1074509A (zh) * 1992-04-14 1993-07-21 王金生 立轴式活动风叶风动机
CN1296125A (zh) * 1999-08-10 2001-05-23 刘建文 立轴活动叶片式集能叶轮
CN101493071A (zh) * 2008-01-27 2009-07-29 王肇泰 采用水平式组合活动翼的双层反向旋转的立轴式风力机
CN201180621Y (zh) * 2008-03-17 2009-01-14 王誉燕 一种可变翼的风车叶片
CN201209517Y (zh) * 2008-06-20 2009-03-18 高志成 风轮
CN201526413U (zh) * 2009-10-21 2010-07-14 河海大学 阻力型垂直轴风力机复合叶片
CN202209251U (zh) * 2011-07-20 2012-05-02 董国章 新型垂直轴叶轮
CN202628390U (zh) * 2012-05-25 2012-12-26 李可 风力发电装置
CN103277248A (zh) * 2013-06-24 2013-09-04 熊一兵 垂直轴流体发电机

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5410636B2 (ja) 直接駆動式波エネルギー変換機
CN103195637B (zh) 一种潮流发电装置
US8827631B2 (en) Turbine engine with transverse-flow hydraulic turbine having reduced total lift force
US8174135B1 (en) Marine energy hybrid
CN101705904B (zh) 大功率垂直轴潮流发电装置
CN102322403B (zh) 一种海上发电系统
US8525363B2 (en) Horizontal-axis hydrokinetic water turbine system
CN101988463B (zh) 一种垂直轴潮流发电装置
CN101915199B (zh) 三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置
EP2340368B1 (en) An energy generating system using a plurality of waterwheels
CN103089533B (zh) 潮流能增压海水淡化及发电装置
CN101614180B (zh) 一种复合式利用海洋波浪能发电的装置
CN100417809C (zh) 机械式波浪能发电转换装置
US8497594B2 (en) Horizontal-axis hydrokinetic water turbine system
CN203146200U (zh) 一种洋流发电用涡轮动力装置
CN202132181U (zh) 一种垂直轴升阻复合型风力发电系统
CN201021651Y (zh) 一种利用海洋波浪能发电的装置
CN104141584B (zh) 单桩四叶轮水平轴无源自变距双向潮流发电机组
CN105909460B (zh) 一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机
WO2009131460A2 (en) Wind energy system
CN101608594B (zh) 水流能发电机
EA001338B1 (ru) Турбина для преобразования гидродинамической энергии для применения в воздушной и гидравлической окружающих средах и в среде под давлением
CN101493071B (zh) 采用水平式组合活动翼的双层反向旋转的立轴式风力机
CN1415853A (zh) 风叶调速式风力机
CN101907054A (zh) 双反向折叠式横轴潮流能水轮机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20200306

WW01 Invention patent application withdrawn after publication