CN204553095U - 一种装有转角放大器的振动翼发电装置 - Google Patents

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许国冬
徐文华
杨衡
李凤来
戴杰
由世洲
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Abstract

本实用新型提供一种装有转角放大器的振动翼发电装置，包括两个竖直支架、叶片、两个转角放大器、两个连杆、曲轴和发电机，每个竖直支架上设置有滑轨，每个滑轨上套装有滑块，每个滑块的端部与转角放大器的安装架固连，每个转角放大器的安装架上安装有小齿轮轴、换向齿轮轴和大齿轮轴，小齿轮轴、换向齿轮轴和大齿轮轴上分别套装有小齿轮、换向齿轮和大齿轮，叶片的转轴穿过所述端部隔板分别与两个小齿轮轴固定连接，两个连杆的一端分别安装在两个大齿轮上，两个连杆的另一端分别与曲轴的对应位置铰接，曲轴的两端分别安装惯性轮且其中的一端与发电机连接。本实用新型可使叶片在确定的振动幅度内保持较为理想的攻角范围，大幅度提高能量采集效率。

Description

一种装有转角放大器的振动翼发电装置
技术领域
本实用新型涉及一种风能、潮流能发电装置，尤其涉及一种装有转角放大器的振动翼发电装置。
背景技术
风能、潮流能是一种蕴藏量丰富、清洁无污染的可再生能源。这类资源开发可有效降低化石能源消耗带来的环境污染，缓解化石能源日益短缺问题。但目前的一些普通换能装置的能量转换效率较低，限制了人类对可再生资源的有效利用，因此开发而高效稳定的能换能装置是风能、潮流能发电的核心技术。
目前主流的换能装置按结构形式划分，可分为垂直轴式轮机和水平轴式轮机。垂直轴式轮机优点是可以利用不同方向的来流，但控制叶片转动存在一定难度；水平轴式轮机采用螺旋桨式叶片，运行稳定，检修较为方便，但不利于在水深受限区域布置。
振动翼是一种有效的风能、潮流能采集工具，通过设计优化的振动翼运行轨迹，合理的设置振动翼的往复行程与攻角幅度，振动翼能够获得较高的能量采集效率。振动翼通过一套机械机构带动发电机运转，实现高效采集与利用。
水平轴式轮机叶片扫过区域为圆形，叶片攻角固定；垂直轴式轮机的叶片一部分处于水面之上，叶片水下部分扫过区域为矩形，叶片攻角固定或小范围内改变；振动式叶片完全浸没在水面之下，扫过区域为矩形，所以相同尺度下，振动叶片潮流能发电装置叶片扫掠面积最大，能够更为充分的利用潮流能资源。
发明内容
本实用新型的目的是为了提供一种结构简单、发电效率高、运动特性可控且融合了生物摇摆的力学特性的装有转角放大器的振动翼发电装置。
本实用新型的目的是这样实现的：包括两个竖直支架、叶片、两个转角放大器、两个连杆、曲轴和发电机，每个竖直支架上设置有滑轨，每个滑轨上套装有滑块，每个滑块的端部与转角放大器的安装架固连，每个转角放大器的安装架上安装有小齿轮轴、换向齿轮轴和大齿轮轴，小齿轮轴、换向齿轮轴和大齿轮轴上分别套装有小齿轮、换向齿轮和大齿轮，且小齿轮与换向齿轮啮合，换向齿轮与大齿轮啮合，所述叶片的两端分别安装端部隔板，叶片的转轴穿过所述端部隔板分别与两个小齿轮轴固定连接，两个连杆的一端分别安装在两个大齿轮上，两个连杆的另一端分别与曲轴的对应位置的连杆颈铰接，曲轴的两端分别安装惯性轮且其中的一端与发电机连接。
本实用新型还包括这样一些结构特征：
1.曲轴上还对称设置有两个平衡重块。
2.曲轴与两个连杆铰接的一端分别设置至少两个铰接孔，两个连杆与曲轴铰接的一端也分别设置至少设置两个铰接孔。
3.叶片两端的转轴设置在距叶片前缘三分之一的平均弦长处。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型结构简单，便于加工生产，在来流推动下能够实现自行启动，自行维持运转，维护费用低，且可靠性高，在风力发电、潮流能发电领域具有广阔的应用前景。本实用新型通过设计曲轴与连杆结构，在连接端附近设置多个铰接孔，通过曲轴与连杆不同的铰接孔组合，实现叶片的不同振动幅度控制；连杆随曲轴转动，转角相对较小，可通过转角放大装置放大并传递给叶片，大大提高叶片与来流的有效攻角，对往复运动与转动运动的控制可实现对仿鱼尾摆动的模拟与控制，可因地制宜调整叶片的运行轨迹，实现装置最佳的能量采集效率。相同尺度下，本实用新型的叶片相对于其他形式的风能、潮流能发电装置，其叶片扫掠面积较大，能够采集更多的能量。通过设置平衡重块和惯性轮，装置能运行平稳，曲轴转速能够保持稳定，使装置具有稳定的能量输出。本实用新型主要为上下振动并伴随着转动，可在很大程度上避免旋转式的水平轴风机或水轮机对生物的伤害。
附图说明
图1是本实用新型的总体结构示意图；
图2是本实用新型的叶片的结构示意图；
图3是本实用新型的曲轴与连杆铰接的示意图；
图4是本实用新型的转角放大器与叶片的连接示意图；
图5是本实用新型的转角放大器的内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。
结合图1至图5，本实用新型包括两个竖直支架4、叶片9、两个转角放大器8、两个连杆5、曲轴3和发电机1，每个竖直支架4上设置有滑轨6，每个滑轨6上套装有滑块7，且滑块7可以在滑轨6上进行上下滑动，每个滑块7的端部与转角放大器的8安装架18固连，每个转角放大器8的安装架18上安装有小齿轮轴、换向齿轮轴和大齿轮轴，小齿轮轴、换向齿轮轴和大齿轮轴上分别套装有小齿轮15、换向齿轮16和大齿轮17，且小齿轮15与换向齿轮16啮合，换向齿轮16与大齿轮17啮合，也即转角放大器8中的大齿轮17与连杆5固定连接，转角放大器8中的小齿轮轴与叶片9的转轴14固定连接，曲轴3的转动带动连杆5垂向往复运动并伴随周期性摆动，通过转角放大器8适当放大，可合理控制叶片9与来流间的有效攻角；所述叶片9的两端分别安装端部隔板10，设置的端部隔板10可以减小叶片9端部的三维效应，叶片的转轴14穿过所述端部隔板10分别与两个小齿轮轴固定连接，两个连杆5的一端分别安装在两个大齿轮17上，两个连杆5的另一端分别与曲轴3的对应位置的连杆颈铰接，曲轴3的两端分别安装惯性轮2且其中的一端与发电机1连接，设置的惯性轮2可以保持本实用新型的平稳运转。本实用新型还可是：曲轴3上还对称设置有两个平衡重块11，平衡重块11安装在对应的曲轴3的连杆颈上，而设置的平衡重块11可以平衡本实用新型的包括转角放大器、连杆及叶片在内的重力，避免运转时的颤振；曲轴3与两个连杆5铰接的一端(对应的连杆颈部分)分别设置至少两个铰接孔，两个连杆5与曲轴3铰接的一端也分别设置至少设置两个铰接孔，设置多个铰接孔可实现不同的铰接孔组合，进而控制叶片9不同的振动幅度与连杆转角幅度；叶片9两端的转轴14设置在距叶片9前缘三分之一的平均弦长处。
总的来说，本实用新型可将风、潮流的能量转换为机械的往复运动带动发电机发电，本实用新型的两个支架4都为直立式，两个滑轨6分别竖直固定于两个支架4上。叶片两端的转轴14均连接有转角放大器8，转角放大器8与滑块7固定连接，滑块7嵌在滑轨6上。叶片9在来流的作用下沿滑轨6的上下振动，通过曲柄滑块原理将运动转换为曲轴3的连续转动，带动发电机1运行。而曲轴3的连续转动使连杆5与滑轨6有一定夹角，通过转角放大器8适当放大，可调整叶片9与来流的有效攻角。
本实用新型的具体工作过程是：如图1所示，当本实用新型处于来流中，来流12冲击叶片，推动叶片9向下运动，叶片9通过连杆5带动曲轴3转动。曲轴3转动使连杆5相对滑轨6的转角改变，通过转角放大器8适当放大，传递给叶片9，即为叶片9新的攻角。当叶片9运动到最高点或最低点时，曲轴3、连杆5与滑轨6平行，叶片9转角为0°，经过最高点后，叶片9相对来流12攻角反向，本实用新型则通过惯性轮2的带动通过平衡位置，如此实现机构的往复式运动。也即当叶片9处于最高处和最低处时，叶片9(振动翼)弦长方向水平，连杆5与滑轨6平行；叶片9处于中间位置时转角最大，本实用新型也可适应不同风速或潮流速度。
本实用新型通过曲轴-连杆-滑块机构将叶片9的上下振动转化为曲轴3的连续旋转，通过设置不同的曲柄半径(也即曲轴的连杆颈部分)与连杆5长度，并采用转角放大器8控制叶片9相对水平来流的攻角，能够精确设置叶片9运行轨迹，可使叶片9保持较为理想的振动幅度及攻角范围，较大幅度提高装置潮流能采集效率。
当本实用新型作为潮流能发电装置使用时，曲轴3位于水面13之上，滑轨6位于水面之下，叶片9完全浸没于水中，且叶片9位置最高处与水面保持一定的距离，以降低自由面对于叶片能量采集的不利影响。当本实用新型作为风力发电装置时，整个装置则适合倒置过来，曲轴3结构及发电机1在下端，以地基桩基为支撑。

Claims (5)

1.一种装有转角放大器的振动翼发电装置，其特征在于：包括两个竖直支架、叶片、两个转角放大器、两个连杆、曲轴和发电机，每个竖直支架上设置有滑轨，每个滑轨上套装有滑块，每个滑块的端部与转角放大器的安装架固连，每个转角放大器的安装架上安装有小齿轮轴、换向齿轮轴和大齿轮轴，小齿轮轴、换向齿轮轴和大齿轮轴上分别套装有小齿轮、换向齿轮和大齿轮，且小齿轮与换向齿轮啮合，换向齿轮与大齿轮啮合，所述叶片的两端分别安装端部隔板，叶片的转轴穿过所述端部隔板分别与两个小齿轮轴固定连接，两个连杆的一端分别安装在两个大齿轮上，两个连杆的另一端分别与曲轴的对应位置的连杆颈铰接，曲轴的两端分别安装惯性轮且其中的一端与发电机连接。
2.根据权利要求1所述的一种装有转角放大器的振动翼发电装置，其特征在于：曲轴上还对称设置有两个平衡重块。
3.根据权利要求1或2所述的一种装有转角放大器的振动翼发电装置，其特征在于：曲轴与两个连杆铰接的一端分别设置至少两个铰接孔，两个连杆与曲轴铰接的一端也分别设置至少设置两个铰接孔。
4.根据权利要求1或2所述的一种装有转角放大器的振动翼发电装置，其特征在于：叶片两端的转轴设置在距叶片前缘三分之一的平均弦长处。
5.根据权利要求3所述的一种装有转角放大器的振动翼发电装置，其特征在于：叶片两端的转轴设置在距叶片前缘三分之一的平均弦长处。
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