CN209539504U - 旗帆式流体动力轮及使用该动力轮的海洋动能发电设备 - Google Patents

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程相超
刘马利
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Abstract

本实用新型涉及旗帆式流体动力轮及使用该动力轮的海洋动能发电设备；旗帆式流体动力轮包括用于连接发电机输入轴的转轴，转轴上设有多个帆框，各帆框绕转轴的轴线等间隔设置，各帆框上设有可随风摆动的帆布，帆框内设有多个供帆布贴合的筋条或者帆布上设有多个用于将帆布撑平的筋条，帆布上设有筋条时帆框内还设有用于挡止帆布的挡条。相比于现有的叶片，帆布形状因受到的风力/海流大小不同而改变，在强劲风力/海流下，帆布的损毁程度小，另外，在风力/海流较强的情况下，也可以将帆布通过电机或者人力卷起，强劲海风/海流穿过帆框，不产生顺风/顺流力矩，保护帆框和帆布。

Description

旗帆式流体动力轮及使用该动力轮的海洋动能发电设备
技术领域
本实用新型属于海洋能源发电技术领域，具体涉及旗帆式流体动力轮及使用该动力轮的海洋动能发电设备。
背景技术
海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，主要为潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水温差能和海水盐差能，更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等，海洋能是一种具有巨大能量的可再生能源，而且清洁无污染，但地域性强，能量密度低。
公布号为CN201410673741、公布日为2015.04.22的中国实用新型专利公开了一种具有活动叶片的垂直轴风力发电叶轮，主要由转轴、上支架、下支架、第一挡板、第二挡板、第三挡板、第四挡板、第一叶片、第二叶片、第三叶片、第四叶片和活动底座组成，克服现有技术中升力型垂直轴叶轮自启动难和阻力型垂直轴叶轮能量捕获效率低的问题。
但是问题在于：在利用风能发电的过程中，叶片会紧贴在挡板上，产生顺风力矩，实现叶轮转动，由于海洋上的风力变化范围较大，在风力超出叶片可承受范围后，强劲风力容易将叶轮损坏，增加维修成本，叶轮使用寿命较短。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种海洋动能发电设备，用以解决强劲风力导致叶轮损坏的问题；本实用新型的目的还在于提供一种旗帆式流体动力轮。
为实现上述目的，本实用新型的海洋动能发电设备采用以下技术方案：海洋动能发电设备包括发电机和旗帆式流体动力轮，旗帆式流体动力轮包括用于连接发电机输入轴的转轴，转轴上设有多个帆框，各帆框绕转轴的轴线等间隔设置，各帆框上设有可随风摆动的帆布，帆框内设有多个供帆布贴合的筋条或者帆布上设有多个用于将帆布撑平的筋条，帆布上设有筋条时帆框内还设有用于挡止帆布的挡条，所述转轴通过单向轴承传动连接发电机的输入轴。
有益效果：本实用新型的海洋动能发电设备在旗帆式流体动力轮上采用帆框和帆布的组合形式，帆布为柔性材质，相比于现有的叶片，帆布形状因受到的风力/海流大小不同而改变，在强劲风力/海流下，帆布的损毁程度小，另外，在风力/海流较强的情况下，也可以将帆布通过电机或者人力卷起，强劲海风/海流穿过帆框，不产生顺风/顺流力矩，保护帆框和帆布。
进一步的，帆框为直角梯形，直角梯形的顶边连接所述转轴，直角梯形内沿直角梯形的对角线分成两个三角形区域，两三角形区域内分别设置多个筋条，所述帆布有两个，其中一帆布连接在直角梯形的对角线上，另一帆布连接在直角梯形的底边上。帆框有两个三角形区域，三角形区域内设有多个筋条，帆框结构牢固，在强劲风力/海流中，帆框的稳固性较高，另外，帆布仅一侧边连接在帆框上，帆布随风/海流摆动幅度较大，在风力/海流较大时，防止产生顺风力矩。
进一步的，帆布形状与三角形区域的形状匹配。帆布不易折叠，在风力/海流作用下，方便展开并且贴合在帆框上，承受风力/海流面积大，风能/海流能利用效率较高。
进一步的，帆框为矩形框，带有多个筋条的帆布上还设有用于悬挂帆布的桅杆，挡条平行于所述转轴设置。帆布上的筋条与帆框上的挡条配合，帆布贴合在帆框上，方便产生顺风/顺流力矩，并且在帆布上筋条的作用下，帆布不易折叠。
进一步的，所述帆框有四个。旗帆式流体动力轮较为稳定，在风力/海流作用下，转轴转动平稳。
本实用新型的旗帆式流体动力轮采用以下技术方案：旗帆式流体动力轮包括用于连接发电机输入轴的转轴，转轴上设有多个帆框，各帆框绕转轴的轴线等间隔设置，各帆框上设有可随风摆动的帆布，帆框内设有多个供帆布贴合的筋条或者帆布上设有多个用于将帆布撑平的筋条，帆布上设有筋条时帆框内还设有用于挡止帆布的挡条。
有益效果：旗帆式流体动力轮上采用帆框和帆布的组合形式，帆布为柔性材质，相比于现有的叶片，帆布形状因受到的风力/海流大小不同而改变，在强劲风力/海流下，帆布的损毁程度小，另外，在风力/海流较强的情况下，也可以将帆布通过电机或者人力卷起，强劲海风/海流穿过帆框，不产生顺风/顺流力矩，保护帆框和帆布。
进一步的，帆框为直角梯形，直角梯形的顶边连接所述转轴，直角梯形内沿直角梯形的对角线分成两个三角形区域，两三角形区域内分别设置多个筋条，所述帆布有两个，其中一帆布连接在直角梯形的对角线上，另一帆布连接在直角梯形的底边上。帆框有两个三角形区域，三角形区域内设有多个筋条，帆框结构牢固，在强劲风力/海流中，帆框的稳固性较高，另外，帆布仅一侧边连接在帆框上，帆布随风/海流摆动幅度较大，在风力/海流较大时，防止产生顺风力矩。
进一步的，帆布形状与三角形区域的形状匹配。帆布不易折叠，在风力/海流作用下，方便展开并且贴合在帆框上，承受风力/海流面积大，风能/海流能利用效率较高。
进一步的，帆框为矩形框，带有多个筋条的帆布上还设有用于悬挂帆布的桅杆，挡条平行于所述转轴设置。帆布上的筋条与帆框上的挡条配合，帆布贴合在帆框上，方便产生顺风/顺流力矩，并且在帆布上筋条的作用下，帆布不易折叠。
进一步的，所述帆框有四个。旗帆式流体动力轮较为稳定，在风力/海流作用下，转轴转动平稳。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图；
图1是海洋动能发电设备的实施例一的结构示意图；
图2是图1中A的放大图；
图3是海洋动能发电设备的实施例一中风力发电机构和/或海流发电机构的结构示意图；
图4是海洋动能发电设备的实施例一中海浪发电机构的立体图；
图5是图4的俯视图；
图6是图5的A-A剖面图；
图7是图5的B-B剖面图；
图8是四个整向变速机构总成的立体图；
图9是图8的俯视图；
图10是图8中四个输出轴总成的立体图；
图11是图8中单个整向变速机构的立体图；
图12是图11的正视图；
图13是为万向同步轮的立体图；
图14是主体及其整向变速机构的立体图；
图15是图14的俯视图；
图16是内浮体及其主动齿轮的立体图；
图17是图16的俯视图；
图18是图17的A-A剖面图；
图19是海洋动能发电设备的实施例二的结构示意图；
图20是海洋动能发电设备的实施例二中海浪发电机构的结构示意图；
图21是图20中的整向变速机构的结构示意图；
图22是海洋动能发电设备的实施例三中风力发电机构和/或海流发电机构的结构示意图；
图23是图22的帆布的结构示意图。
图中：1-海面、2-海底、100-风力发电机构、101-转轴、102-帆框、103-帆布、104-筋条、105-三角形区域、106-挡条、107-桅杆、200-海浪发电机构、201-发电设备主轴、202-浮体、203-输入轴、204-主动齿轮、205-输出轴、206-从动齿轮、207-单向轴承、208-传动齿轮、209-连杆、210-球铰、211-内浮体、212-外浮体、213-上安装梁、214-下安装梁、215-主体、216-侧安装梁、217-输出轴齿轮、218-主轴齿轮、219-轴承、220-同步带、221-六棱安装柱、222-万向同步轮、223-第一圆环、224-第二圆环、225-齿圈、226-第一连接轴、227-第二连接轴、228-六棱安装口、229-安装孔、300-发电机、400-海流发电机构、500-固定锚。
具体实施方式
为了使本实用新型的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案作出进一步的说明。
海洋动能发电设备的实施例一：如图1至图18所示，海洋动能发电设备包括发电机300、海浪发电机构200、设置在海浪发电机构200上方的风力发电机构100和设置在海浪发电机构200下方的海流发电机构400，发电机300固定连接在海浪发电机构200的底部，海洋动能发电设备重心靠下，整体稳定性较高。
海浪发电机构200包括主体215、浮体202和用于连接主体215与浮体202的整向变速机构，主体215用于通过固定锚500连接海底2，整向变速机构包括输入轴203和与输入轴203垂直的输出轴205，输入轴203上设有主动齿轮204，输出轴205上设有从动齿轮206，从动齿轮206为两个，主动齿轮204为一个，两从动齿轮206均与主动齿轮204啮合，两从动齿轮206与输出轴205之间分别设有单向轴承207，两单向轴承207的外环分别与对应从动齿轮206固定连接，两单向轴承207的内环均固定安装在输出轴205上。一般单向轴承207具有传递转矩的功能，当单向轴承207传递转矩时，单向轴承207的内环/外环带动外环/内环转动，当两单向轴承207均套设在同一旋转轴上时，旋转轴向一方向转动，两单向轴承207的内环均带动对应外环转动，旋转轴向另一方向转动，两单向轴承207的内环均与对应外环分离，此时的两单向轴承207为不对称安装，反之，为对称安装。本实施例中的两单向轴承207采用不对称安装形式，发电机300输入轴连接有贯穿主体215的发电设备主轴201，整向变速机构的输出轴205传动连接发电设备主轴201。
浮体202包括内浮体211和外浮体212，内浮体211上设有供外浮体212连接的一对外浮体212用整向变速机构，外浮体212用整向变速机构中的输入轴203贯穿内浮体211侧壁，主体215为框架结构，发电机300的机壳固定连接在主体215的底部，主体215底部的四个直角处均连接有用于连接海底2的固定锚500，主体215上设有侧安装梁216，主体215上设有一对供内浮体211连接的内浮体211用整向变速机构，内浮体211用整向变速机构中的输入轴203贯穿侧安装梁216，各输入轴203的末端均设有六棱安装柱221，外浮体212侧壁上和内浮体211侧壁上均设有六棱安装口228，六棱安装柱221固定插装在对应的六棱安装口228中，各输出轴205相互平行。
内浮体211上和主体215上均设有上安装梁213和与其匹配的下安装梁214，各输出轴205转动安装在对应的上安装梁213和下安装梁214之间，上安装梁213上、下安装梁214上和侧安装梁216上均设有供输入轴203/输出轴205旋转安装的安装孔229，内浮体211侧壁与外浮体212用整向变速机构中的输入轴203之间套设有轴承219，侧安装梁216上安装孔229处设有供内浮体211用整向变速机构中的输入轴203穿过的轴承219，输入轴203/输出轴205固定牢固，转动稳定。
两外浮体212用整向变速机构的输出轴205上的中间位置分别设有万向同步轮222，万向同步轮222包括第一圆环223、齿圈225和设在第一圆环223和齿圈225之间的第二圆环224，第一圆环223与第二圆环224之间通过一对第一连接轴226铰接，第二圆环224与齿圈225之间通过一对第二连接轴227铰接，第一连接轴226轴线与第二连接轴227轴线相垂直，第一圆环223套设在外浮体212用整向变速机构的输出轴205上，两内浮体211用整向变速机构的输出轴205上的中间位置分别设有内浮体211上输出轴205用传动齿轮208，两万向同步轮222通过同步带220连接两内浮体211上输出轴205用传动齿轮208，两内浮体211用整向变速机构的输出轴205分别设有输出轴齿轮217，发电设备主轴201上设有主轴齿轮218，两输出轴齿轮217分别与主轴齿轮218啮合。
风力发电机构100为旗帆式流体动力轮，旗帆式流体动力轮包括转轴101，转轴101上设有四个帆框102，各帆框102绕转轴101的轴线等间隔设置，帆框102为直角梯形，直角梯形的顶边连接所述转轴101，直角梯形内沿直角梯形的对角线分成两个三角形区域105，两三角形区域105内分别设置多个筋条104，帆框102上设有可随风摆动的帆布103，所述帆布103有两个，且帆布103形状与三角形区域105的形状匹配，其中一帆布103连接在直角梯形的对角线上，另一帆布103连接在直角梯形的底边上，所述转轴101通过单向轴承207传动连接发电设备主轴201。
海流发电机构400与风力发电机构100的结构相同，海流发电机构400的转轴101通过单向轴承207传动连接发电设备主轴201，海流发电机构400的单向轴承207和风力发电机构100的单向轴承207不对称安装，发电设备主轴201的转动不带动海流发电机构400和/或风力发电机构100转动，发电设备主轴201的传动效率高，另外，海流发电机构400通过固定锚500连接海底2。
海浪发电机构200收集波浪能和潮汐能，风力发电机构100收集海上风能，海流发电机构400收集海流能，海洋能源综合利用率高。海浪发电机构200中的浮体202随海浪运动，整向变速机构的输入轴203正/反方向转动均带动输出轴205向单一转动方向转动，实现整向变速机构将浮体202的运动调整为发电设备主轴201的单转向运动，相比于现有的海浪发电机构200，在不浪费潮汐能和波浪能的基础上，发电设备主轴201带动发电机300输入轴作单向转动，省去发电机300与蓄电池之间的整流装置，节省设备成本，提高海洋能源的利用率，另外海浪发电机构200中的整向变速机构为刚性传动结构，传动精度高，整向变速机构受海浪或者洋流的干扰小。
外浮体212用整向变速机构与内浮体211用整向变速机构之间通过“万向同步轮222-传动齿轮208-同步带220”结构传动，外浮体212和内浮体211的运动通过各整向变速机构传动给发电设备主轴201，发电设备主轴201做单转向转动，发电机300输入轴的转动方向恒定，省去整流装置，减小制作成本；另外，采用“主体215-内浮体211-外浮体212”的结构，整体结构紧凑，发电设备坚固。
风力发电机构100和/或海流发电机构400上采用帆框102和帆布103的组合形式，帆布103为柔性材质，相比于现有的叶片，帆布103形状因受到的风力/海流大小不同而改变，在强劲风力/海流下，帆布103的损毁程度小，另外，在风力/海流较强的情况下，也可以将帆布103通过电机或者人力卷起，强劲海风/海流穿过帆框102，不产生顺风/顺流力矩，保护帆框102和帆布103。
帆框102有两个三角形区域105，三角形区域105内设有多个筋条104，帆框102结构牢固，在强劲风力/海流中，帆框102的稳固性较高，另外，帆布103仅一侧边连接在帆框102上，帆布103随风/海流摆动幅度较大，在风力/海流较大时，防止产生顺风/顺流力矩，帆布103为三角形，帆布103不易折叠，在风力/海流作用下，方便展开并且贴合在帆框102上，承受风力/海流面积大，风能/海流能利用效率较高。
海洋动能发电设备的实施例二：如图19至图21所示，海浪发电机构也可以是其他形式，例如在实施例一的基础上，海浪发电机构200中的浮体202为圆筒，且浮体202有两个，主体215为中空圆筒，主体215上转动安装有两个输入轴203，其中一输入轴203沿竖直方向贯穿主体215，另一输入轴203沿水平方向贯穿主体215，输入轴203的两端分别通过球铰210连接有连杆209，同一输入轴203的两连杆209之间转动安装有一个浮体202。
另外，主体215内的发电设备主轴201上设有主轴齿轮218，主轴齿轮218为双锥面锥型齿轮，主轴齿轮218的两锥面上分别啮合有锥型的输出轴齿轮217，主体215中转动安装有与两输入轴203对应的输出轴205，两输出轴205与对应的输出轴齿轮217连接，输出轴205上的从动齿轮206与对应输入轴203上的主动齿轮204啮合，同一输入轴203上的主动齿轮204为两个，同一输出轴205上的从动齿轮206为一个，主动齿轮204与其所在的输入轴203之间套设有单向轴承207，同一输入轴203上的两单向轴承207对称安装。
海洋动能发电设备的实施例三：如图22和图23所示，在实施例一或实施例二的基础上，风力发电机构100和/或海流发电机构400也可以是其他形式的旗帆式流体动力轮，例如旗帆式流体动力轮的任一帆框102均由矩形框构成，各帆框102上的帆布103由矩形帆布构成，各帆布103上设有用于撑平帆布103的多个筋条104，各筋条104沿竖直方向间隔设置。
帆布103上还设有长度沿竖直方向延伸的桅杆107，筋条104与桅杆107之间还连接有固定索，桅杆107与对应帆框102的远离转轴101的竖直侧边重合，各帆框102上设有一个长度沿竖直方向延伸的挡条106，挡条106用于挡止帆布103通过帆框102。在强劲风力/海流下，帆布103随风力/海流的变化而改变形状，减小帆布103的毁坏程度，或者在风力/海流较强的情况下，通过人力或者电机将帆布103卷起，强劲海风/海流穿过帆框102，不产生顺风/顺流力矩，保护帆框102和帆布103。
海洋动能发电设备的实施例四：当然主体也可以是密封的中空结构，发电机位于中空结构的内部；或者内浮体可以替换为矩形框架，主体位于矩形框架内部，矩形框架上设有上安装梁和下安装梁，矩形框架上还设有供外浮体用整向变速机构中的输入轴旋转安装的侧安装梁。
海洋动能发电设备的实施例五：转轴可以直接连接在发动机输入轴上，另外，帆布的一侧边也可以与帆框的上方的侧边连接，帆布承受风力的情况下，帆布围绕上方的侧边转动；或者帆框可以是其他形状，例如帆框可以是六边形或者是半圆形；或者帆框可以是其他数量，例如帆框有三个或者六个。另外，挡条的数量也可以是其他数量，例如可以是十个或者九个，或者帆框上的筋条和/或挡条为多个，在帆框上形成网格状。
旗帆式流体动力轮的实施例：所述旗帆式流体动力轮与上述海洋动能发电设备的任一实施例中的风力发电机构和/或海洋发电机构的结构相同，因此不再重复说明。
最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本实用新型的技术方案，任何对本实用新型进行的等同替换及不脱离本实用新型精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型权利要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.旗帆式流体动力轮，包括用于连接发电机输入轴的转轴，其特征在于：转轴上设有多个帆框，各帆框绕转轴的轴线等间隔设置，各帆框上设有可随风摆动的帆布，帆框内设有多个供帆布贴合的筋条或者帆布上设有多个用于将帆布撑平的筋条，帆布上设有筋条时帆框内还设有用于挡止帆布的挡条。
2.根据权利要求1所述的旗帆式流体动力轮，其特征在于：帆框为直角梯形，直角梯形的顶边连接所述转轴，直角梯形内沿直角梯形的对角线分成两个三角形区域，两三角形区域内分别设置多个筋条，所述帆布有两个，其中一帆布连接在直角梯形的对角线上，另一帆布连接在直角梯形的底边上。
3.根据权利要求2所述的旗帆式流体动力轮，其特征在于：帆布形状与三角形区域的形状匹配。
4.根据权利要求1所述的旗帆式流体动力轮，其特征在于：帆框为矩形框，带有多个筋条的帆布上还设有用于悬挂帆布的桅杆，挡条平行于所述转轴设置。
5.根据权利要求1-4任一项所述的旗帆式流体动力轮，其特征在于：所述帆框有四个。
6.海洋动能发电设备，包括发电机，其特征在于：还包括旗帆式流体动力轮，旗帆式流体动力轮包括用于连接发电机输入轴的转轴，转轴上设有多个帆框，各帆框绕转轴的轴线等间隔设置，各帆框上设有可随风摆动的帆布，帆框内设有多个供帆布贴合的筋条或者帆布上设有多个用于将帆布撑平的筋条，帆布上设有筋条时帆框内还设有用于挡止帆布的挡条，所述转轴通过单向轴承传动连接发电机的输入轴。
7.根据权利要求6所述的海洋动能发电设备，其特征在于：帆框为直角梯形，直角梯形的顶边连接所述转轴，直角梯形内沿直角梯形的对角线分成两个三角形区域，两三角形区域内分别设置多个筋条，所述帆布有两个，其中一帆布连接在直角梯形的对角线上，另一帆布连接在直角梯形的底边上。
8.根据权利要求7所述的海洋动能发电设备，其特征在于：帆布形状与三角形区域的形状匹配。
9.根据权利要求6所述的海洋动能发电设备，其特征在于：帆框为矩形框，带有多个筋条的帆布上还设有用于悬挂帆布的桅杆，挡条平行于所述转轴设置。
10.根据权利要求6-9任一项所述的海洋动能发电设备，其特征在于：所述帆框有四个。
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