CN112594110A - 一种基于马格努斯效应的垂直轴海流能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于马格努斯效应的海流能发电装置获能机构，包括若干个组合式叶轮、连接环和轴，其特征在于，所述的组合式叶轮包括一个圆管和两个Savonius型叶片，圆管两端分别与一个Savonius型叶片同轴固连，并通过轴安装在两个连接环之间，多个组合式叶轮沿连接环均匀分布；组合式叶轮在海流作用下绕轴自传，并推动连接环旋转。本发明结构简单，便于制造，能够捕获各个方向的来流，无需换向机构，能有效抑制涡激振动，从而降低水下运行的噪音，增加使用寿命。

Description

一种基于马格努斯效应的垂直轴海流能发电装置
技术领域
本发明涉及海流能发电技术领域，具体涉及一种垂直轴海流能发电装置获能机构。
背景技术
目前，开发绿色新能源是全世界的研究热点，海流能作为一种储存量巨大的清洁可再生能源，它的开发及利用具有广阔前景。海流能发电装置是将海流动能转换为电能的装置，获能机构是海流能发电装置的重要组成部分。根据获能机构(叶轮)旋转轴与水流方向的位置，可分为水平轴式和垂直轴式。
在流体中旋转的物体，其两侧流体流速不同产生压力差，从而有一定的偏转力作用于物体，这种现象被称为马格努斯效应。
现有利用马格努斯效应的海流能发电装置的专利，大多是水平轴式，即叶轮的旋转轴线平行于来流方向，例如国内公开号为CN205618272和CN205714564的专利。水平轴叶轮具有获能效率较高、自启动性能好、转动稳定等优点。缺点是：叶片曲面较复杂，加工难度和成本高；需换向或变桨机构以适应双向潮流特性，这些机械构件降低了装置长期运行的可靠性；发电机一般置于水下，密封难度大、成本高。与水平轴叶轮相比，垂直轴叶轮主要优点是：旋转方向与流向无关而不需换向机构，降低了能量损耗的同时也提高了整个装置长期运行的可靠性；一般叶片采用对称结构，简单便于制造；水下运行噪音小；发电机可置于叶轮主轴的上端水面之上以降低水下密封的难度和成本。缺点是：转换效率低、叶轮载荷复杂交变。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于马格努斯效应的海流能发电装置获能机构，由Savonius型叶轮提供自启动力矩，圆柱型叶轮旋转产生马格努斯效应，从而完成海流能的转化和利用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于马格努斯效应的海流能发电装置获能机构，包括若干个组合式叶轮、连接环和轴。
所述的组合式叶轮包括一个圆管和两个Savonius型叶片，圆管两端分别与一个Savonius型叶片同轴固连，并通过轴安装在两个连接环之间，多个组合式叶轮沿连接环均匀分布；组合式叶轮在海流作用下绕轴自传，并推动连接环旋转。
所述的圆管表面具有螺旋状突起特征。
所述的螺旋状突起升角为30度，采用单螺旋结构。
所述的圆管通过支承架与轴固定连接，支承架由十字形交叉的杆构成，支撑架四端与圆管内壁固连，轴与支撑架中心固连且垂直于支撑架所在平面。
所述的圆管两端通过同轴的圆台连接Savonius型叶轮。
所述的组合式叶轮数量为3～8个，沿连接环均匀分布。
本发明的有益效果是：结构简单，便于制造；可捕获各个方向的来流，无需换向机构；圆管表面的螺旋状突起，在海流流过时产生使圆管自转的力矩，有助于进一步利用马格努斯效应产生偏转力；同时圆管表面的螺旋状突起影响了流动分离的分离层，能有效抑制涡激振动，从而降低水下运行的噪音，增加使用寿命。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的局部结构示意图。
图3是本发明中圆管的部分透视图。
图中，1-连接环，2-组合式叶轮，3-轴，4-Savonius型叶片，5-圆台，6-圆管，7- 支承架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明提供一种基于马格努斯效应的海流能发电装置获能机构，包括多个组合式叶轮(三到八个)、连接环和轴。组合叶轮包括一个圆管、两个Savonius型叶片和两个圆台。圆管两端分别通过圆台与Savonius型叶片固连。多个组合式叶轮通过连接环和轴对称分布连接在一起。
上述圆管表面具有螺旋状突起特征。螺旋状突起升角为30度，为单螺旋结构。
上述圆管通过支承架与轴固定连接。支承架由四个截面为矩形的杆组成，呈十字形分布。支承架与圆管通过焊接固连，支承架与轴通过焊接固连。
本发明放置在海底，圆柱型叶轮与Savonius型叶轮均可捕获海流能，转化为组合式叶轮的自转与公转，通过传动机构、变速机构和发电机(未示出)进一步将机械能转化为电能。
如图1所示，本发明的实施例所述基于基于马格努斯效应的垂直轴海流能发电装置获能机构包括连接环1、组合式叶轮2和轴3。组合式叶轮如图2所示，包括Savonius 型叶轮4、圆台5和圆管6。如图3所示，圆管和轴之间通过支承架7固连。
所述圆台直径为圆管外直径的1.2倍，圆管通过焊接固连在两圆台之间。Savonius型叶轮4由两个半圆柱面叶片交错对称组成，与圆台5另一侧固连。圆管6与两个 Savonius型叶轮通过两个圆台5稳固连接，在海流冲击下共同转动。圆台中心开有小孔，轴3从该孔穿过。多个组合式叶轮2(数量为三到八个，图示数量为三)通过轴3 与连接环1组合在一起，单个叶轮2可在自转的同时绕主轴公转。另外，为了增加装置的稳定性，用支承架7固定连接圆管6与轴3。支承架7由四个截面为矩形的杆组成，呈十字形分布。
Savonius型叶轮4是一种传统的垂直轴式叶轮，两个半圆柱面叶片一个凹面向来流一个凸面向来流。当垂直方向有来流时，叶片迎流侧和背流侧存在压差，有压差就有力的产生。凹面向来流的叶片受到的扭矩大于凸面向来流的叶片，两个叶片的扭矩差使叶轮转动。Savonius型叶轮4的两个叶片错开一定的距离，凹面部分的流体通过交错的空隙进入凸面背后，转折的流体能抵消部分凸面的阻力，可以提高叶轮的效率。 Savonius型叶轮具有良好的自启动性能，在任意来流速度下都易于启动，且噪声低。 Savonius型叶轮4能够带动圆管6自转。
圆管6表面有螺旋状突起，在海流作用在这种突起上，产生使圆管6自动旋转的力矩，有助于进一步增加圆管6自转的动力。另外，当海流以一定的流速流过光滑圆管时会发生流动分离现象并形成漩涡脱落，使圆管在横向和顺流向周期性振动，即涡激振动，导致噪音的产生，长时间还会造成疲劳损坏。螺旋状突起是一种表面扰流结构，对分离层产生影响，破坏漩涡发展过程，能够有效抑制运行时圆管6的振动，减小噪音。
圆管6自转时，圆管两侧的水流速度不同，根据伯努利定律，产生压力差，形成偏转力，进而驱动组合式叶轮2的公转。这种现象是马格努斯效应的一个体现。
本发明的使用方法如下：在来流冲击下，Savonius型叶轮4绕轴3旋转，与其固连的圆管6也同时旋转。基于马格努斯效应，旋转的圆管6获得一个偏转力，带动组合式叶轮2和轴3公转。接下来可以通过传动机构、变速机构和发电机(未示出)完成海流能到电能的转变。
综上所述，为了开发利用海流能，本发明提供了一种基于马格努斯效应的海流能发电装置获能机构。通过Savonius型叶轮和圆柱型叶轮的组合，能够简单有效地捕捉海流能。由Savonius型叶轮自转提供自启动力矩，圆柱型叶轮带动整体公转。另外圆管表面的螺旋状突起能增加动力和减小噪音。本发明结构简单、可靠性高、制造成本低、易于维护且噪声低，在海流能发电方面具有良好的应用前景。

Claims (6)

1.一种基于马格努斯效应的海流能发电装置获能机构，包括若干个组合式叶轮、连接环和轴，其特征在于，所述的组合式叶轮包括一个圆管和两个Savonius型叶片，圆管两端分别与一个Savonius型叶片同轴固连，并通过轴安装在两个连接环之间，多个组合式叶轮沿连接环均匀分布；组合式叶轮在海流作用下绕轴自传，并推动连接环旋转。
2.根据权利要求1所述的基于马格努斯效应的海流能发电装置获能机构，其特征在于，所述的圆管表面具有螺旋状突起特征。
3.根据权利要求2所述的基于马格努斯效应的海流能发电装置获能机构，其特征在于，所述的螺旋状突起升角为30度，采用单螺旋结构。
4.根据权利要求1所述的基于马格努斯效应的海流能发电装置获能机构，其特征在于，所述的圆管通过支承架与轴固定连接，支承架由十字形交叉的杆构成，支撑架四端与圆管内壁固连，轴与支撑架中心固连且垂直于支撑架所在平面。
5.根据权利要求1所述的基于马格努斯效应的海流能发电装置获能机构，其特征在于，所述的圆管两端通过同轴的圆台连接Savonius型叶轮。
6.根据权利要求1所述的基于马格努斯效应的海流能发电装置获能机构，其特征在于，所述的组合式叶轮数量为3～8个，沿连接环均匀分布。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114856896A (zh) * 2022-05-19 2022-08-05 西安交通大学 一种基于萨布纽斯转子的双向潮流能发电装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB244414A (en) * 1924-12-12 1926-09-09 Sigurd Johannes Savonius Improvements in or relating to wind rotors for producing rotary power and generatingcross drive
CN1846056A (zh) * 2004-02-09 2006-10-11 美卡露秋田株式会社 马格纳斯型风力发电装置
DE102005062615A1 (de) * 2005-12-23 2007-06-28 Magnus Rotor Solar Systems Ltd. Windkraftanlage
CN102030104A (zh) * 2009-10-02 2011-04-27 维亚切斯拉夫·斯捷潘诺维奇·克利莫夫 空气动力转子平台及空气动力产生的方法
CN103717884A (zh) * 2011-07-22 2014-04-09 清水敦史 垂直轴型马格努斯式风力发电机
CN104822938A (zh) * 2012-10-05 2015-08-05 可再生能源有限责任公司 用于利用马格努斯效应的涡轮机的旋转叶片主体,且该涡轮机的旋转轴线与流体的方向成直角
CN205714564U (zh) * 2016-04-12 2016-11-23 武汉大学 一种基于马格努斯效应的海流能发电装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB244414A (en) * 1924-12-12 1926-09-09 Sigurd Johannes Savonius Improvements in or relating to wind rotors for producing rotary power and generatingcross drive
CN1846056A (zh) * 2004-02-09 2006-10-11 美卡露秋田株式会社 马格纳斯型风力发电装置
DE102005062615A1 (de) * 2005-12-23 2007-06-28 Magnus Rotor Solar Systems Ltd. Windkraftanlage
CN102030104A (zh) * 2009-10-02 2011-04-27 维亚切斯拉夫·斯捷潘诺维奇·克利莫夫 空气动力转子平台及空气动力产生的方法
CN103717884A (zh) * 2011-07-22 2014-04-09 清水敦史 垂直轴型马格努斯式风力发电机
CN104822938A (zh) * 2012-10-05 2015-08-05 可再生能源有限责任公司 用于利用马格努斯效应的涡轮机的旋转叶片主体,且该涡轮机的旋转轴线与流体的方向成直角
CN205714564U (zh) * 2016-04-12 2016-11-23 武汉大学 一种基于马格努斯效应的海流能发电装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114856896A (zh) * 2022-05-19 2022-08-05 西安交通大学 一种基于萨布纽斯转子的双向潮流能发电装置
CN114856896B (zh) * 2022-05-19 2023-03-14 西安交通大学 一种基于萨布纽斯转子的双向潮流能发电装置

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