CN205714564U - 一种基于马格努斯效应的海流能发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种基于马格努斯效应的海流能发电装置。包括捕能机构、变速机构和发电机构，即用于受海流冲击而捕获海流能的savonius驱动叶片、圆柱形叶轮、机舱、双向侧轮对向机构、支撑结构。所述的圆柱形叶轮一端与savonius驱动叶片固定连接，另一端通过内部的圆柱形叶轮轴固定在轮毂上，其由于马格努斯效应产生升力带动主轴转动；所述的机舱内有轮毂、主轴、密封机构、变速箱、发电机；所述的双向侧轮对向装置由左右对称布置的双向侧轮、蜗轮蜗杆传动系统、回转体组成。本实用新型装置利用海流能发电，尤其对远海地区的供电有着显著的优势，通过savonius驱动叶片与马格努斯效应的结合具有捕能高效、结构简单、自动对流、能量利用率较传统装置高等优点。

Description

一种基于马格努斯效应的海流能发电装置

技术领域

本实用新型属于海洋科学技术领域，尤其涉及一种基于马格努斯效应的海流能发电装置。

背景技术

众所周知，目前传统能源消耗殆尽、生态环境日益脆弱，开发利用绿色新能源成为了人类当今最为重要的前沿课题之一。蕴藏量大、分布范围广、利用程度低的海流能成为了新能源开发利用的焦点之一。而中国属于世界上海流能功率密度最大的地区之一，有良好的开发前景。海流能由于其规律性强、稳定性好、富集区域广、开发成本低等特点显示出极大地优越性，所以海流能的开发有着重要的现实意义。而现有的海流能发电装置大多具有能量利用率低、结构复杂、启动流速大、自动对流技术复杂、能量转换过程复杂、结构原理缺乏创新等缺点，推广利用受到很大限制。

因此，非常有必要针对有效开发海流能的问题，研制一种捕能高效、对向灵活、结构简单的新型海流能发电装置，可广泛应用于海流能的开发利用领域。

实用新型内容

本实用新型目的是针对现有技术存在的问题，提出一种基于马格努斯效应的海流能发电装置，可通过装置部件Savonius驱动叶片自驱动圆柱形叶轮，在流场中产生马格努斯效应，进而产生升力。同时，还可通过装置对向机构，灵活适应海流方向的变换。

本实用新型的具体技术方案如下：

一种基于马格努斯效应的海流能发电装置，包括机舱（8），位于机舱（8）前端的捕能机构，位于机舱（8）内中部的变速机构和位于机舱（8）内后部的发电机（7）；所述捕能机构包括轮毂（3）和分别位于轮毂（3）上下左右四个方向的savonius驱动叶片机构（1），所述savonius驱动叶片机构（1）依次通过圆柱形叶轮（2）和圆柱形叶轮轴（4）和轮毂（3）连接，所述轮毂（3）位于机舱（8）内前端；所述变速机构包括若干个不同直径的齿轮构成，所述齿轮从大至小，依次相互啮合；所述变速机构中最大齿轮的中心通过主轴（5）与轮毂（3）连接，所述变速机构中最小齿轮依次通过高速轴（14）和联轴器与发电机（7）连接；所述机舱（8）下方设置有回转体（10），回转体（10）一侧设置有蜗轮（12），蜗轮（12）上设置有蜗杆（11），蜗杆（11）两端分别设置有双向侧轮（9），所述双向侧轮（9）的旋转面与圆柱形叶轮（2）扫琼面向垂直。

所述savonius驱动叶片机构（1）包括两个大小一致的savonius驱动叶片和位于savonius驱动叶片两端的圆盘，所述savonius驱动叶片机构（1）通过一端的圆盘与圆柱形叶轮（2）连接。

所述savonius驱动叶片机构（1）中savonius驱动叶片的凹面涂有亲水材料，如聚乙烯醇膜、聚乙烯醇/聚丙烯酸耐水膜等，凸面涂有疏水材料，如仿荷叶疏水材料、塑料等。

所述捕能机构和变速机构之间设置有密封隔板（13）。

本实用新型基于马格努斯效应的海流能发电装置，包括捕能机构、变速机构、对向机构和发电机构。所述的马格努斯效应，是流体力学中的一种现象，是一个在流体中转动固体所受到的力：当旋转的固体受到横向的流体作用时，其周围流体的速度分布改变，顺着横向流体流动的方向转动处流速增大，而逆着横向流体的方向转动处流速减小，这样旋转的固体两侧存在一个压强差，进而产生一个向上的合力。所述装置捕能机构主要为Savonius驱动叶片和圆柱形叶轮，所述Savonius驱动叶片是由迎向海流方向的一凸面和一凹面组成的错开的S型叶片，所述的圆柱形叶轮与Savonius驱动叶片稳固连接，与Savonius驱动叶片共同转动，所述变速机构通过轮毂和主轴与捕能机构相连接，所述变速机构由齿轮变速箱构成，由几个齿轮相啮合实现变速，低速轴带动大齿轮转动，大齿轮与小齿轮啮合，小齿轮与高速轴相连，所述对向机构为双向侧轮对向机构，置于机舱底部，两叶轮左右对称布置，双向侧轮的轴带动蜗轮蜗杆传动系统，所述蜗轮与装在塔架上方的回转体固结，所述回转体与机舱连接，所述的发电机构置于所述变速机构后部，经联轴器连接发电机。

优选的，所述Savonius驱动叶片的凸面涂有疏水材料，有利于减小转动时的阻力，凹面涂有亲水材料，有利于增加转动时的推力，进而增大有效转矩。

优选的，所述圆柱形叶轮内部通过轴承与圆柱形叶轮轴相连接，圆柱形叶轮可绕圆柱形叶轮轴自由转动。

进一步优选的，所述变速机构齿轮的个数决定于发电机的转速。

更进一步优选的，所述发电机的选择应满足前面机构的性能，保证足够的发电量。

本实用新型工作过程：首先，在海流的冲击下，Savonius驱动叶片和与其固连的圆柱形叶轮开始旋转，旋转的圆柱体在流场中由于马格努斯效应而产生升力，进而使圆柱形叶轮绕主轴转动，通过传动机构传递机械能，经齿轮变速箱增速，驱动发电机，完成能量的释放和发电过程。

本实用新型的有益效果：

1、原理创新，捕能高效：现有的马格努斯效应的应用多需要原动机驱动圆柱体转动，本装置将Savonius驱动叶片装置和圆柱形叶轮的马格努斯效应相结合，实现圆柱体的自驱动。此外，由于Savonius驱动叶片的巧妙结构，使其能适应双向海流，能够高效捕能；

2、灵活对向，适应性强：采用双向侧轮对向机构，双向侧轮对向机构仅靠蜗轮蜗杆传动，结构简单，且与传统对流机构相比具有平稳和逐步过渡的优点，使得装置整体对海流流向的变化具有很强的适应功能；

3、“机-电”二级转化：简化现有的“机-液-电”或者“机-气-电”三级能量转化方式，采用“机-电”二级转化方式，稳定可靠，并且可循环的次数多；

4、巧妙应用亲水、疏水材料：Savonius驱动叶片的凸面涂有疏水材料，有利于减小叶片自转的阻力；凹面涂有亲水材料，有利于增加叶片自转的推力，从而增加有效转矩进一步提高海流能的利用效率。

附图说明

图1是本实施例的三维视图；

图2是本实施例对向机构的局部放大图。

图中，1-Savonius驱动叶片，2-圆柱形叶轮，3-轮毂，4-圆柱形叶轮轴，5-主轴，6-变速机构，7-发电机，8-机舱，9-双向侧轮，10-回转体，11-蜗杆，12-蜗轮，13-密封隔板，高速轴-14。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型做进一步说明。

一种基于马格努斯效应的海流能发电装置，包括机舱（8），位于机舱（8）前端的捕能机构，位于机舱（8）内中部的变速机构和位于机舱（8）内后部的发电机（7）；所述捕能机构包括轮毂（3）和分别位于轮毂（3）上下左右四个方向的savonius驱动叶片机构（1），所述savonius驱动叶片机构（1）依次通过圆柱形叶轮（2）和圆柱形叶轮轴（4）和轮毂（3）连接，所述轮毂（3）位于机舱（8）内前端；所述变速机构包括若干个不同直径的齿轮构成，所述齿轮从大至小，依次相互啮合；所述变速机构中最大齿轮的中心通过主轴（5）与轮毂（3）连接，所述变速机构中最小齿轮依次通过高速轴（14）和联轴器与发电机（7）连接；所述机舱（8）下方设置有回转体（10），回转体（10）一侧设置有蜗轮（12），蜗轮（12）上设置有蜗杆（11），蜗杆（11）两端分别设置有双向侧轮（9），所述双向侧轮（9）的旋转面与圆柱形叶轮（2）扫琼面向垂直。

所述savonius驱动叶片机构（1）包括两个大小一致的savonius驱动叶片和位于savonius驱动叶片两端的圆盘，所述savonius驱动叶片机构（1）通过一端的圆盘与圆柱形叶轮（2）连接。

所述savonius驱动叶片机构（1）中savonius驱动叶片的凹面涂有亲水材料，如聚乙烯醇膜、聚乙烯醇/聚丙烯酸耐水膜等，凸面涂有疏水材料，如仿荷叶疏水材料、塑料等。

所述捕能机构和变速机构之间设置有密封隔板（13）。

所述的圆柱形叶轮截面略小于savonius驱动叶片的上下圆盘，一端焊接于savonius驱动叶片的圆形薄片中间，另一端开有一小孔，一圆柱形叶轮轴由此孔穿入其内部。

所述的圆柱形叶轮轴轴穿入圆柱形叶轮内部，一端伸向savonius驱动叶片，另一端与轮毂相固结。

所述的变速箱内有不同轴的大、小齿轮组成，大齿轮与从密封机构穿出的主轴，即低速轴相固连，在主轴的带动下转动，小齿轮与高速轴相固连，与大齿轮啮合，随其转动而转动。

所述的双向侧轮对向机构由左右对称布置的双向侧轮、蜗轮蜗杆传动系统、回转体组成。

所述的左右双向侧轮由一蜗杆连接，随双向侧轮一起转动。

所述的蜗杆与蜗轮相啮合，组成一蜗轮蜗杆传动系统。

所述的蜗轮与安装在塔架上的回转体相固连。

实施例1 、如图1、图2所示，基于马格努斯效应的海流能发电装置，包括捕能机构、变速机构、对向机构和发电机构，所述捕能机构主要为Savonius驱动叶片和圆柱形叶轮，所述Savonius驱动叶片是由迎向海流方向的一凸面和一凹面组成的错开的S型叶片，所述的圆柱形叶轮与Savonius驱动叶片稳固连接，与Savonius驱动叶片共同转动，与Savonius驱动叶片共同转动，所述变速机构通过轮毂和主轴与捕能机构相连接，所述变速机构由齿轮变速箱构成，由几个齿轮相啮合实现变速，低速轴带动大齿轮转动，大齿轮与小齿轮啮合，小齿轮与高速轴相连，所述对向机构为双向侧轮对向机构，置于机舱底部，两叶轮左右对称布置，双向侧轮的轴带动蜗轮蜗杆传动系统，所述蜗轮与装在塔架上方的回转体固结，所述回转体与机舱连接，所述的发电机构置于所述变速机构后部，经联轴器连接发电机。

如图1所示，本实施例包括用于捕能的Savonius驱动叶片1，Savonius驱动叶片1的是由迎向海流方向的一凸面和一凹面组成的错开的S型叶片，Savonius驱动叶片1的两个S型叶片通过上部和下部的圆盘稳固组合；Savonius驱动叶片1下部通过其下部圆盘与圆柱形叶轮2稳固连接，圆柱形叶轮2内部通过轴承与圆柱形叶轮轴4相连接，圆柱形叶轮2可绕圆柱形叶轮轴4自由转动，圆柱形叶轮轴4通过轮毂3与主轴5相连接；所述主轴5经联轴器与所述变速机构6齿轮变速箱相连接；所述的发电机构置于所述变速机构6后部，经联轴器连接发电机7；所述对向机构为双向侧轮对向机构，置于机舱8底部，所述两双向侧轮9左右对称布置，双向侧轮9的轴带动蜗杆11、蜗轮12传动系统，所述蜗轮12与装在塔架上方的回转体10固结，所述回转体10与机舱8连接，带动机舱转动，实现装置的自动对向。

所述的Savonius驱动叶片1的凸面涂有疏水材料，有利于减小转动时的阻力，凹面涂有亲水材料，有利于增加转动时的推力，进而增大有效转矩。

为了防止上述用于连接轮毂3与变速机构6的主轴5在穿过机舱8，机舱8工作时有水渗漏，在上述接口处设置有密封机构。

本实施例通过如下方式实现利用海流能发电，捕能机构Savonius驱动叶片1是由迎向海流方向的一凸面和一凹面组成的错开的S型叶片，水流冲击半S型叶片凹面后，必定要经两半S型叶片之间的错开空间流出，然后再冲击另一半S型叶片的凹面，并产生一个有效转矩，实现Savonius驱动叶片1自由转动，同时，带动与Savonius驱动叶片1稳固连接的圆柱形叶轮2转动，当圆柱形叶轮2与Savonius驱动叶片1绕圆柱形叶轮轴4共同转动时，其周围流体的速度分布改变，顺着横向流体流动的方向转动处流速增大，而逆着横向流体的方向转动处流速减小，这样旋转的圆柱体两侧存在一个压强差，进而产生一个向上的合力，进而驱动轮毂3和主轴5转动。转动的主轴5通过联轴器与变速机构6连接，进而低速轴带动大齿轮转动，大齿轮与小齿轮啮合，小齿轮与高速轴相连，通过层层放大的方法将慢速上升到发电机所需的转速，进而驱动发电机7，完成能量的释放和发电过程。

本实用新型实施例采用双向侧轮对向机构实现自动对向功能。双向侧轮9装在机舱8底部，左右对称布置，旋转面与圆柱形叶轮扫掠面相垂直的两个平行的多叶式小风轮。双向侧轮9的轴带动蜗轮12、蜗杆11传动系统。蜗轮12与装在塔架上方的回转体10固结，当海流方向变化时，海流从某一角度流向双向侧轮轮9并使其旋转，而后通过传动系统驱动回转体10旋转，再带动装置回转对流，当装置重新对流后，双向轮便停止旋转，从而实现装置的自动对向。

本实用新型的使用方法如下：

首先，在海流的冲击下，Savonius驱动叶片1和与其固连的圆柱形叶轮2开始绕圆柱形叶轮轴4旋转，旋转的圆柱形叶轮2在流场中由于马格努斯效应而产生升力，进而使圆柱形叶轮2绕主轴5转动，通过传动机构传递机械能，经齿轮变速箱6增速，驱动发电机7，完成能量的释放和发电过程。

以上所述为本实用新型的最佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于马格努斯效应的海流能发电装置，其特征在于：包括机舱（8），位于机舱（8）前端的捕能机构，位于机舱（8）内中部的变速机构和位于机舱（8）内后部的发电机（7）；所述捕能机构包括轮毂（3）和分别位于轮毂（3）上下左右四个方向的savonius驱动叶片机构（1），所述savonius驱动叶片机构（1）依次通过圆柱形叶轮（2）和圆柱形叶轮轴（4）和轮毂（3）连接，所述轮毂（3）位于机舱（8）内前端；所述变速机构包括若干个不同直径的齿轮构成，所述齿轮从大至小，依次相互啮合；所述变速机构中最大齿轮的中心通过主轴（5）与轮毂（3）连接，所述变速机构中最小齿轮依次通过高速轴（14）和联轴器与发电机（7）连接；所述机舱（8）下方设置有回转体（10），回转体（10）一侧设置有蜗轮（12），蜗轮（12）上设置有蜗杆（11），蜗杆（11）两端分别设置有双向侧轮（9），所述双向侧轮（9）的旋转面与圆柱形叶轮（2）扫琼面向垂直。

2.如权利要求1所述的基于马格努斯效应的海流能发电装置，其特征在于：所述savonius驱动叶片机构（1）包括两个大小一致的savonius驱动叶片和位于savonius驱动叶片两端的圆盘，所述savonius驱动叶片机构（1）通过一端的圆盘与圆柱形叶轮（2）连接。

3.如权利要求1所述的基于马格努斯效应的海流能发电装置，其特征在于：所述savonius驱动叶片机构（1）中savonius驱动叶片的凹面涂有亲水材料凸面涂有疏水材料。

4.如权利要求1所述的基于马格努斯效应的海流能发电装置，其特征在于：所述捕能机构和变速机构之间设置有密封隔板（13）。