CN111005838A - 一种串联式运动形式转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种串联式运动形式转换装置，属于潮流能发电技术领域。包括传动杆、连接杆、连接杆导杆以及变形曲柄摇杆机构，传动杆上端通过销钉与连接杆形成铰链连接；下端向下延伸连接一台潮流能发电装置，连接杆与传动杆通过销钉形成铰链连接，曲轴与连杆通过销钉形成铰链连接，连杆与连接杆导杆相连。当两个潮流能发电装置的振子的运动形态不同步时，两连接杆在传动杆的带动下运动并远离，但在传动杆导杆的束缚下，即使在极限位移状态下两连接杆也一直保持同轴线。潮流能发电装置的振子运动时，传动杆通过连接杆带动连接杆导杆运动，连接杆导杆带动与其相连的曲柄摇杆机构运动，使发电机转动并发电。

Description

一种串联式运动形式转换装置
技术领域
本发明涉及一种串联式运动形式转换装置，属于潮流能发电技术领域。
背景技术
由于海洋能的清洁可再生且储量丰富的特性，使得对海洋能的开发具有重要意义和价值。目前已知的海洋能种类繁多，其中潮流能就是一种具有高能量密度的海洋能。目前利用水轮机发电是潮流能发电的主流形式，但是水轮机发电对水深和流速均有较高的要求。而利用流致振动获能原理进行发电则可以避免此类问题。密歇根大学Bernitsas教授团队已经申请成功的专利号为US 20080295509 A1的新型专利，提出了一种新型的潮流能发电装置VIVACE(Vortex Induced Vibation Aquatic Clean Energy)，该装置利用圆柱形截面结构在稳定水流中的流致振动现象，将海流的水动能转化为发电装置的振子的机械能；然后通过转换振子运动形式，将直线运动变成回转运动；最后将由发电机将机械能转化为电能。但是，此装置采用齿轮齿条机构来转换振子运动形式，滑动摩擦阻力较高。另外，此装置的设计，要求每台发电装置都要配备一台发电机，大大增加了成本。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有新型潮流能发电装置滑动摩擦阻力较高、成本高而提供一种串联式运动形式转换装置。
本发明的目的是这样实现的：一种用于某新型潮流能发电装置的串联式运动形式转换装置，包括传动部件、连接组件、曲柄摇杆组件；所述传动部件为两传动杆，传动杆上端有一通孔，与通孔轴线垂直方向开有一凹槽，每个传动杆上端通过销钉与连接杆形成铰链连接；下端向下延伸连接一台潮流能发电装置，传动杆与潮流能发电装置的振子相连；所述连接组件包括左右两个规格相同的连接杆、连接杆导杆、销钉；两连接杆通过连接杆导杆相连，连接杆一端与传动杆通过销钉形成铰链连接，连接杆在另一端的其中一段顺轴线方向开有小凹槽，连接杆导杆中部有一凸台；所述曲柄摇杆组件包括曲轴、销钉、连杆，曲轴与连杆通过销钉形成铰链连接，连杆与曲轴铰链的一端加工成固定厚度的板形，板形顶端开孔，另一端通过孔和凹槽与连接杆导杆相连，曲轴一端通过联轴器与发电机相连，另一端通过轴承与发电装置的固定结构相连。
本发明还包括这样一些结构特征：
1、所述两个传动杆只能在圆柱振子的带动下，做上下往复的周期性运动。
2、所述两传动杆的距离由潮流能发电装置两串列振子的最优距离决定，两传动杆的最大振幅由潮流能发电装置的振子的最大振幅比决定。
3、所述两连接杆的长度的和小于两传动杆间的距离。
4、所述连接杆导杆为中空管件，导杆外部一带圆孔的凸台，导杆通过此带圆孔的凸台与连杆连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的一种串联式运动形式转换装置用于替换原装置使用的齿轮齿条机构。该装置将串列的两发电装置相连，使两台发电装置可以共用一台发电机。在该装置投入成产并用于发电时，本设计的使用可大大价格低成本。该装置采用曲轴实现运动形式的转换，曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。因此要求曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面需耐磨、工作均匀、平衡性好。齿轮齿条由于传动采用螺纹传动，受滑动摩擦阻力影响，所以传输效率不高；该装置避免了使用螺纹传动，降低了摩擦阻力的影响。该装置无精密和复杂零件，受海洋环境影响较小，可减少维护频率以及维修次数。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的整体结构布置示意图；
图3是本发明的曲轴示意图；
图4是本发明的连杆示意图；
图5是本发明的连接杆导杆示意图；
图6是本发明的连接杆1示意图；
图7是本发明的传动杆1示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如附图所示，图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明的整体结构布置示意图；图3是本发明的曲轴示意图；图4是本发明的连杆示意图；图5是本发明的连接杆导杆示意图；图6是本发明的连接杆1示意图；图7是本发明的传动杆1示意图。图中1.曲柄摇杆组件，2.连接组件，3.传动组件，11.曲轴，12.销钉，13.连杆，21.连接杆导杆，22.销钉，23连接杆，24.连接杆，25.销钉，26.销钉，31.传动杆，32.传动杆。
本发明的一种串联式运动形式转换装置，包括曲柄摇杆组件1、连接组件2和传动组件3；所述的曲柄摇杆组件1包括曲轴11、销钉12、连杆13；曲柄摇杆组件的主动端为连接杆导杆，连接杆导杆与连杆相连，带动曲轴转动。其中曲轴11与连杆13通过销钉12形成铰链连接，连杆13与曲轴铰链的一端加工成固定厚度的板形，板形顶端开孔131，另一端通过孔133和凹槽134与连接杆导杆铰连。曲轴11的另一端，轴112通过联轴器与发电机相连，轴113通过轴承与发电装置的固定结构相连。所述的连接组件2包括连接杆导杆21、销钉22、连接杆23、连接杆24、销钉25、销钉26；两连接杆通过连接杆导杆相连，并在某几种运动状态时带动连接杆导杆运动。其中连接杆23一端与传动杆31通过销钉26形成铰链连接。连接杆23在另一端的其中一段顺轴线方向开有小凹槽231，可平衡连接杆导杆内部与外界空气的压强，避免因气密性问题，使两连接杆无法运动。两连接杆23和24的长度的和要小于两传动杆31、32间的距离，避免发生干涉，当装置两端运动到水平位置时，连接杆导杆21中两连接杆的端部不发生接触。连接杆导杆中部有一凸台232，运动过程中，凸台与连接杆导杆21的端面接触，带动导杆运动，连接杆导杆21为管件，限制两连接杆的运动自由度，211为导杆的通空，导杆外部有一带圆孔212的凸台213，用于实现与连杆13的铰连；所述传动部件3包括传动杆31和传动杆32，两传动杆运动状态大部分时间是不同的，传动杆通过铰链与连接杆相连，且带动连接杆运动。每个传动杆连接一台潮流能发电装置，传动杆与潮流能发电装置的振子相连，两个传动杆31、32只能在圆柱振子的带动下，做上下往复的周期性运动。两传动杆31、32的距离由所述潮流能发电装置两串列振子的最优距离决定。两传动杆31、32的最大振幅由潮流能发电装置的振子的最大振幅比决定。传动杆31、32上端分别有一通孔311、321，与通孔轴线垂直方向分别开有一凹槽312、322，传动杆上端通过销钉25、26与连接杆23、24形成铰链连接，下端313向下延伸与所述潮流能发电装置相连，具体的连接方式与潮流能发电装置的结构相关；
本发明可以应对所有的所诉新型潮流能发电装置的振子的运动状态，所述的潮流能发电装置的振子的运动状态包括：加速上升、匀速上升、停滞、匀速下降、加速下降。两装置串联后则形成25种运动状态，但可简化为一端上升一端下降和同时上升或下降两种运动状态。
本发明的具体工作原理为：
当两传动杆一端上升一端下降时，两连接杆顺连接杆导杆分离，避免了运动干涉的发生。连接杆导杆的长度要能保证当两端的极限位移差出现时，两连接杆不会滑出连接杆导杆。
当两个传动杆，同时上升或同时下降时，若两端等速，则以同一速度带动连接杆导杆上升，连接杆导杆带动曲柄摇杆组件运动，所述曲柄摇杆组件的曲轴转动带动发电机发电；若两端不等速，速度较小的一端将利用连杆上的挡块，推动连接杆导杆运动，连接杆导杆推动曲柄摇杆组件带动发电机发电。
传动杆与潮流能发电装置的振子相连，两个传动杆只能在圆柱振子的带动下，做上下往复的周期性运动。两连接杆的长度的和小于两传动杆间的距离，避免发生干涉。连接杆在非铰连端的其中一段开有小凹槽，可平衡连接杆导杆内部与外界空气的压强。曲柄摇杆组件其实为曲柄摇杆机构的变形，主动端为连接杆导杆，连接杆导杆与连杆通过铰链连接。连杆的与曲轴的连接端，加工成一定厚度的板形，防止运动时与曲轴发生干涉。曲轴一端通过联轴器与发电机相连，另一端通过轴承与发电装置的固定结构相连。
本发明设计了一种用于新型潮流能发电装置的运动形式转变装置，该装置用于替换原装置使用的齿轮齿条机构。
本发明将串列的两发电装置相连，使两台发电装置可以共用一台发电机。在该装置投入成产并用于发电时，本设计的使用可大大价格低成本。采用曲轴实现运动形式的转换，曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。因此要求曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面需耐磨、工作均匀、平衡性好。本发明的齿轮齿条由于传动采用螺纹传动，受滑动摩擦阻力影响，所以传输效率不高；该装置避免了使用螺纹传动，降低了摩擦阻力的影响。本发明无精密和复杂零件，受海洋环境影响较小，可减少维护频率以及维修次数。
综上，本发明公开一种用于某新型潮流能发电装置的串联式运动形式转换装置。本装置包括传动杆、连接杆、连接杆导杆以及变形曲柄摇杆机构。当两个潮流能发电装置的振子的运动形态不同步时，如一个上升另一个下降时，两连接杆在传动杆的带动下运动并远离。但在传动杆导杆的束缚下，即使在极限位移状态下两连接杆也一直保持同轴线。所述潮流能发电装置的振子运动形式多样，在其中几种运动状态下，传动杆通过连接杆带动连接杆导杆运动，连接杆导杆带动与其相连的曲柄摇杆机构运动，使发电机转动并发电。

Claims (5)

1.一种串联式运动形式转换装置，包括传动部件、连接组件、曲柄摇杆组件；其特征在于：所述传动部件为两传动杆，传动杆上端有一通孔，与通孔轴线垂直方向开有一凹槽，每个传动杆上端通过销钉与连接杆形成铰链连接；下端向下延伸连接一台潮流能发电装置，传动杆与潮流能发电装置的振子相连；所述连接组件包括左右两个规格相同的连接杆、连接杆导杆、销钉；两连接杆通过连接杆导杆相连，连接杆一端与传动杆通过销钉形成铰链连接，连接杆在另一端的其中一段顺轴线方向开有小凹槽，连接杆导杆中部有一凸台；所述曲柄摇杆组件包括曲轴、销钉、连杆，曲轴与连杆通过销钉形成铰链连接，连杆与曲轴铰链的一端加工成固定厚度的板形，板形顶端开孔，另一端通过孔和凹槽与连接杆导杆相连，曲轴一端通过联轴器与发电机相连，另一端通过轴承与发电装置的固定结构相连。
2.根据权利要求1所述一种串联式运动形式转换装置，其特征在于：所述两个传动杆只能在圆柱振子的带动下，做上下往复的周期性运动。
3.根据权利要求1所述一种串联式运动形式转换装置，其特征在于：所述两传动杆的距离由潮流能发电装置两串列振子的最优距离决定，两传动杆的最大振幅由潮流能发电装置的振子的最大振幅比决定。
4.根据权利要求1所述一种串联式运动形式转换装置，其特征在于：所述两连接杆的长度的和小于两传动杆间的距离。
5.根据权利要求1所述一种串联式运动形式转换装置，其特征在于：所述连接杆导杆为中空管件，导杆外部一带圆孔的凸台，导杆通过此带圆孔的凸台与连杆连接。
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