WO2024078538A1 - 开闭式垂直轴流体轮发电装置及发电组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开闭式垂直轴流体轮发电装置及发电组，包括叶轮、发电机和支架座，发电机设置于支架座上，叶轮设置于发电机轴上，带动发电机轴转动；叶轮包括轮毂和多个叶片，多个叶片旋转对称且均匀分布于轮毂的周向上，轮毂套设于发电机轴上；叶片包括叶片框架和叶板，叶板设置于叶片框架上，叶板通过叶片框架与轮毂连接；叶板包括网眼板和开闭条，开闭条设置于网眼板上。本装置适应风能或水能环境，适用空气流动能，河流水流动能，海洋潮汐动能，海洋流动能的转化；提高垂直轴叶轮捕获流体能量利用率；提高单机容量；更好地利用流体的自然动能；改善制造、运输、安装和运营维护工作；平稳电力输出，增长年发电时间。

Description

开闭式垂直轴流体轮发电装置及发电组 技术领域

本发明涉及流体动能发电技术领域，具体涉及一种开闭式垂直轴流体轮发电装置及发电组。

背景技术

目前，风能发电方面。人们使用的现有风能发电的风机主要有水平轴风机和垂直轴风机。水平轴风机技术成熟，占据了市场的大部分份额，但是风能转化效率再提升有困难，风机在大的基础上再增大也困难，工艺制造要求高，运输、安装有难度，噪声大。垂直轴发电的叶轮，主要有升力型垂直轴叶轮和阻力型垂直轴叶轮，升力型垂直轴叶轮启动性能较差，效率低，单机容量小。阻力型垂直轴叶轮，当一边叶片在做功时，另一边叶片将遇到风阻，抵消了部分风能，降低了风能的充分利用，效率低，单机容量小。垂直轴风机实际应用少，但以能够捕获全方向的风能，无需辅助导向机构而受到人们的关注。

河流水动能发电方面。水能发电是把水流的能量转换为叶轮旋转机械能，机械能再转化为电能。主要实现形式是通过将水的势能转化为电能，要有好的势能就要提高水头而修筑大坝，大坝建设成本很高，且不利于生态环境的保护，不利于水生物的游动生长。目前，河流中自然水流的动能转化使用垂直轴叶轮发电为空白。

潮汐水动能发电方面。潮汐能是海洋能源主要的可再生自然能源之一，潮汐现象是海水在月球和太阳引力作用下所产生的周期性运动。在涨潮的过程中，汹涌而来的海水具有很大的动能，随着海水水位的升高，就把大量海水的动能转化为势能；在退潮过程中，海水又奔腾而去，水位逐渐降低，大量的势能又转化为动能。海水在涨潮、退潮的运动中所包含的大量动能和势能，称统为潮汐能。目前潮汐能的利用主要是势能，在富含潮汐能处修筑大坝后形成水库，利用涨潮和退潮时较大的潮差势能发电。目前，利用涨潮和退潮时自然水流的动能转化使用垂直轴叶轮发电无实际使用。

海流水动能发电方面。海流也称为洋流，海水不是固定的，它受地球转动、太阳月亮运动使海水流动；固定风向持续吹过海面使海水流动；另外海水温度、盐度及所含悬浮物的差异也会形成海水流动。海水总是在流动着，携带着巨大的能量。在海底水道和海峡中有较为稳定的海水流动，海流能主要是指海水流动的动能。目前，海流能的动能转化使用垂直轴叶轮发电无实际使用。

现有技术的垂直轴叶轮叶片大致可分为三类：1、固定型：叶轮转动过程中叶片是固定的，如升力型和阻力型的叶片形状是固定的，它们在流体中获得动能是因为叶片外形曲面的差异而产生的，当要想获得更大能量而将叶片做大时，获得的动力和阻力都在增大；叶片外形曲面放大后，叶片质量会增大，运动的机械摩擦力增大，获得动能的效率降低；转动惯量增大，启动困难；这种类型的单机容量小、效率低。2、活动型：叶轮转动过程中叶片是活动的，如一叶片带动另一叶片翻转一定角度；叶片被转动一定角度；叶片之间柔性串接转动一定角度等活动型叶片。活动叶片在承受风能或水能的作用下自转，有一定质量的活动叶片在转动过程中要消耗能量才能转动，叶片较大时消耗的能量更大，活动叶片做功的能量与消耗能量之差较小，总效率低；活动型的叶片稳定性较差，维护成本高，实用性不大。3固定型+外部增加遮挡物，叶片转动到动力做功区域时外露，在转动到阻力消耗能量区域时，叶轮外围有遮挡物遮挡。高空中的风向不固定，遮挡的位置就无法确定，所以在高空中做一个遮挡物是不现实的。在水中做一个遮挡物，叶片运动在遮挡物后面的静水中也有运动阻力，降低水动能转化效率低。另外，泥沙会在遮挡物内的静水区堆积的，影响叶片工作。

目前垂直轴发电机处于单机容量小，能量转化效率低，甚至难启动，技术缺陷明显，大多处于探索实践阶段，目前实际发电应用的很少。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种开闭式垂直轴流体轮发电装置及发电组。可以广泛适用于风能发电，河流水动能发电，潮汐水动能发电，海流水动能发电等不同的流体动能发电；提高垂直轴叶轮捕获流体能量的效率，提高发电单机容量；适应空中和水中的多个领域和工作场景；提升适应工作环境条件变化的调节能力；更好地利用流体的自然动能发电能力；降低制造的难度和成本；运输、安装、运维较容易；水中、空中叶轮捕获流体能量互补，平稳电力输出，增长年发电时间等。

本发明为解决上述现有技术问题所采用的技术方案是：

一种开闭式垂直轴流体轮发电装置，包括叶轮、发电机和支架座。发电机设置于支架座上，叶轮设置于发电机轴上，带动发电机轴转动；

叶轮包括轮毂和多个叶片，多个叶片旋转对称且均匀分布于轮毂的周向上，轮毂套设于发电机轴上并紧固。

按照上述技术方案，叶片包括叶片框架和叶板，叶板通过叶片框架与轮毂连接，叶板包括网眼板和开闭条，网眼板设置于叶片框架上，网眼板上设置有开闭条；

叶板分为：固定式和调节式两种形式；

固定式：叶板包括网眼板和开闭条；叶板无转轴，叶板沿叶轮的径向排列固定布置于叶片框架上，每个网眼板上均设有多个开闭条；

调节式：叶板包括网眼板、偏心轴、扭力弹簧和开闭条；叶板沿叶轮的径向排列布置于叶片框架上，叶板通过偏心轴设置于叶片框架上，可绕偏心轴转动，扭力弹簧套设于偏心轴上，扭力弹簧两端分别与叶板和叶片框架连接，每个网眼板上均设有多个开闭条。

按照上述技术方案，偏心轴与叶轮轴平行设置，偏心轴偏置于叶板的竖直中间线一侧，将叶板分隔出一大一小的两个板面。

叶片框架的边框上设有挡块和止位钉，叶板受流体的作用力在设定范围以内时，扭力弹簧将叶板紧靠挡块，叶板与叶片框架相平，挡块用于定位叶板的常态工作位置；叶板受流体的作用力超出设定范围时，叶板克服扭力弹簧的扭力而绕偏心轴转动离开挡块，叶板旋转至挡块和止位钉之间的调节工作位置，挡块和止位钉控制叶板旋转角度范围在90度以内，叶板的倾斜能够减少流体的做功，达到回调叶轮速度的目的。

按照上述技术方案，叶片框架上分布有一个或多个叶板；叶板的底层为网眼板，网眼板上面固定有多个开闭条。

网眼板是有孔眼的板，或者是将网片固定在边框上形成的有网眼的板，网眼板能让流体自由穿过，网眼板作为叶板的一部分，沿叶轮的径向方向依次排列在叶片框架内。

按照上述技术方案，开闭条上设有一条及以上直线形凹痕，将开闭条分成固定条与翻转条两部分，线形凹痕长度与开闭条长度相等，从线形凹痕分布线位置容易弯折；

开闭条是纵向布置在网眼板上，直线形凹痕的长度方向也为纵向，直线形凹痕的长度方向与发电机轴的长度方向平行，固定条靠近叶轮外缘一侧，翻转条靠近叶轮中心一侧，固定条固定在网眼板上，翻转条呈自由状态，各个开闭条从外向内依次排列，各开闭条之间无隙衔接；

按照上述技术方案，开闭条上的直线形凹痕替换为间隔布置的若干通孔。

按照上述技术方案，1个开闭条与背后对应面积的部分网眼板构成独立的功能单元，功能单元是捕获能量的最小做功单位，多个功能单元集合为叶板，叶板在叶片框架上组成叶片，多个叶片上的功能单元关于叶轮中心轴线为中心旋转对称，功能单元中的开闭条是纵向布置在网眼板上，固定条靠近叶轮外缘一侧，翻转条靠近叶轮中心一侧，固定条固定在网眼板上，翻转条呈自由状态，功能单元在受到流体的作用力后，每个功能单元根据运动时所处的位置独立做出相应的敞开或遮蔽动作，开闭条与背后对应面积的部分网眼板的相互配合至关重要；当流体流动先遇到开闭条而后是网眼板时，受到流体冲力的作用，开闭条遮蔽网眼板，阻挡流体穿过，网眼板给予力量支撑；当流体流动先遇到网眼板而后是开闭条时，受到流体冲力的作用，流体穿过网眼板，开闭条的翻转条随时保持与流体流向平行，开闭条对应的部分网眼板呈开放状态，流体自由穿过，网眼板只受到网片丝很小的阻力。

按照上述技术方案，网眼板也可通过在框架上安装丝网制作而成。

按照上述技术方案，叶片框架上部连接主轮毂，下部连接副轮毂，主轮毂布置在发电机上面，并与发电机轴紧固连接，副轮毂布置在发电机下面，副轮毂通过轴承套装在支架座的立柱上。

按照上述技术方案，在每个叶片的上方设有顶板，顶板的侧边与叶片框架的顶部固定连接，顶板的里端边与围板的顶部固定连接，顶板的外端边与外板的顶部固定连接，外板是叶片往外延伸弯曲的一部分，外板上固设有网眼板，外板的网眼板内侧设有开闭条；在每个叶片的下方设有底板，底板的侧边与叶片框架的底部固定连接，底板的里端边与围板的底部固定连接，底板的外端边与外板的底部固定连接；上述的顶板、底板、围板、外板和叶片围成一个风水斗，风水斗内侧的叶片和外板上设有开闭条；叶轮四周的每个叶片分别形成一个风水斗。当流体流向风水斗先遇到开闭条而后是网眼板时，受到流体冲力的作用，开闭条紧贴网眼板，造成网眼板的孔眼遮蔽，流体受到开闭条和网眼板的阻挡，流体动能的力量成为推动网眼板前进力量，另外，风水斗的顶板、底板、围板、外板和叶片阻挡了流体外流的能力，增强了流体的作用效果，提升了流体动能利用的效率；当流体流向风水斗先遇到网眼板而后是开闭条时，受到流体冲力的作用，流体穿过网眼板，穿过网眼板的流体继续前进就遇到开闭条，开闭条后面无物体支撑受力，开闭条的翻转条很容易沿着线形凹痕分布线弯折翻转，敞开流体通道，开闭条呈开启状态，流体穿过网眼板和开闭条只受到网片丝很小的阻力。其余部件的受力情况：顶板、底板与流体方向平行，阻力非常小，围板是对称设置，左右两边压力差很小，外板与相连的叶片受力情况相似，叶轮受力的合力矩大，合力矩会推动叶轮旋转。叶轮旋转会不断有新叶板在中线一端转到受力的半边，又不断有完成做功的叶板在中线另一端转到不受力的半边，流体周而复始地推动发电机发电。

按照上述技术方案，支架座替换为水上浮台及设置于浮台上的支持架，叶轮设置于浮台下方，发电机设置于浮台上方，发电机轴从上向下穿过浮台，与叶轮的轮毂连接；浮台漂浮在水面上，承载发电机等。

支持架上设有多个立柱滑杆和多个加固杆，多个立柱滑杆沿浮台周边布置，给叶轮旋转留出足够的空间，浮台与立柱滑杆滑动连接，立柱滑杆的下端与水底连接固定，浮台根据水面涨落，可沿立柱滑杆上下移动。

按照上述技术方案，叶轮的个数为两个，分别布置于浮台的上方和浮台水面下方，上下叶轮旋转方向相反，其中一个叶轮通过一对啮合齿轮换向后与联轴器连接，联轴器再与发电机轴连接，组成双叶轮发电机，旋转方向相反的双叶轮比同向的双叶轮有很好地力矩平衡。

一种发电组，它包含有以上所述的多个开闭式垂直轴流体轮发电装置和公共平台，多个开闭式垂直轴流体轮发电装置布置于公共平台四周，各开闭式垂直轴流体轮发电装置之间通过刚性连接，各开闭式垂直轴流体轮发电装置与公共平台之间也通过刚性连接。

公共平台周边布置多个成对叶轮，叶轮的空中叶轮与相邻空中叶轮旋转方向相反，叶轮的水中叶轮与相邻水中叶轮旋转方向相反，同一垂直方向的空中叶轮与水中叶轮旋转方向相反。叶轮旋转方向互相相反配置有利力矩平衡。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明适用于风动能发电，河流水动能发电，潮汐水动能发电、海流水动能发电等不同的流体动能发电工作场景，更好地利用多种流体自然动能发电；2.提高垂直轴叶轮捕获流体能量的效率，叶片的长度和宽度尺寸容易做大，特别是叶片宽度可以是水平轴叶片宽度的多倍，从而提高发电机单机容量；3.有调节式叶板和刹车制动装置，提升适应工作环境变化的调节能力；4.能同时适应空中和水中的场景，创造风能与水能联合协同工作，风水互补，平稳电力输出，增长年发电时间；5.利用流体的自然动能发电，减少了水坝的建造成本；6.制造工艺要求适中，无水平轴风机辅助导向机构，建造的难度和成本低，7.运输、安装、运营维护比较容易；8.垂直轴风机能够捕获全方向的风能，适应复杂流向动能环境；9.开闭条很薄，重量很轻，开闭条翻转力量很小，能量消耗很小，效率高。10.叶片边缘不尖锐，气流的压力产生突变小，产生涡流扰动小，从而引起噪声小。

附图说明

图1是本发明实施例一中开闭式垂直轴流体轮发电装置的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图2的局部K视图；

图4是图2的局部M视图；

图5是图4的N局部示意图；

图6是本发明实施例一中活动叶板与叶片框架局部的结构示意图；

图7是图6在叶轮转速超出设定范围时，叶板在调节状态下的俯视图；

图8是本发明实施例二中开闭式垂直轴流体轮发电装置的结构示意图；

图9是本发明实施例三中开闭式垂直轴流体轮发电装置的俯视图；

图10是图9的E局部示意图；

图11是图9的F局部示意图；

图12是本发明实施例四中开闭式垂直轴流体轮发电装置的结构示意图；

图13是本发明实施例五中在水底层工作时开闭式垂直轴流体轮发电装置的结构示意图；

图14是本发明实施例六中在悬浮水中工作时开闭式垂直轴流体轮发电装置的结构示意图；

图15是本发明实施例七中开闭式垂直轴流体轮发电装置的结构示意图；

图16是本发明实施例八中发电组的结构示意图；

图中，1-支架座，2-发电机，3-轮毂，4-叶轮，5-叶片框架，6-偏心轴，7-扭力弹簧，8-叶板，9-叶轮轴，10-发电机轴，11-联轴器，12-叶片，13-开闭条，14-固定条，15-翻转条，16-线形凹痕，17-挡块，18-网眼板，19-公共平台，20-止位钉，21-顶板，22-底板，23-围板，24-充排气阀，25-排进水阀，26-风水斗，27-加固杆，28-浮台，29-机房，30-灯泡罩，31-立柱滑杆，32-锚，33-锚链，34-档环，35-外板，36-副轮毂，37-功能单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图7所示，本发明提供的一种实施例一中开闭式垂直轴流体轮发电装置，包括叶轮4、发电机2和支架座1，发电机2设置于支架座1上，叶轮4设置于发电机轴10上，轮毂3与发电机轴10连接，叶轮4带动发电机轴10转动；

叶轮4包括轮毂3和多个叶片12，多个叶片12沿周向均匀布置于轮毂3上，轮毂3套设于发电机轴10上并固定；发电机2是将叶轮4的机械能转化为电能的发电设备，支架座1的底部与外部基础固定，支架座1能承载所述的开闭式垂直轴流体轮发电装置的各种受力，叶轮4是捕获风能、水能并转化为机械能的动力装置，叶轮4的轮毂3固定在发电机轴10上，叶轮4将旋转的机械能传递给发电机2。

进一步地，叶片12包括叶片框架5和叶板8，叶板8通过叶片框架5与轮毂3连接；叶板8包括网眼板18和开闭条13，网眼板18设置于叶片框架5上，网眼板18上设置有开闭条13。开闭条13遮蔽网眼板18时，阻挡流体穿过，网眼板18传递力量给叶片12；开闭条13呈开放状态时，流体自由穿过，网眼板18无力量给叶片12，叶轮4各叶片受力的合力推动叶轮4旋转。

叶板8分为两种情况，一种为活动叶板，另一种为固定叶板。

当叶板8为活动叶板时，叶板8包括网眼板18、偏心轴6、扭力弹簧7和开闭条13，叶板8沿叶轮4径向排列布置于叶片框架5上，叶板8通过偏心轴6设置于叶片框架5上，可绕偏心轴6转动，扭力弹簧7套设于偏心轴6上，扭力弹簧7两端分别与叶板8和叶片框架5连接，每个叶板8上均设有多个开闭条13固定于网眼板18上；

当叶板8为固定叶板时，叶板8包括网眼板18和开闭条13，多个开闭条13固定于网眼板18上，叶板8固定在叶片框架5上。

叶片框架5是承载叶板8安装的载体，承接叶板8受力的部件。

进一步地，叶片框架5由多个横档，多个竖挡和多个斜挡相互连接构成的框架，适合叶板8安装和工作。

叶片框架5与轮毂3连接，叶片框架5内分隔成多个矩形或多边形边框，与活动叶板8或固定叶板8的形状和大小相适应，叶片框架5能承受叶板8给予的力量。

进一步地，偏心轴6与叶轮4的轴线平行设置，偏心轴6偏置于叶板8的竖直中间线一侧，将叶板8分隔出一大一小的两个矩形板面，偏心轴6活动安装在叶片框架5的上横档和下横档上，大矩形在挡块17方向一侧，小矩形靠近叶轮4外缘一侧。

网眼板18是有孔眼的板，或者是将网片固定在边框上形成的有网眼的板，网眼板18能让流体自由穿过，网眼板18沿叶轮4的径向方向依次排列在叶片框架5内。

扭力弹簧7套装在偏心轴6上，扭力弹簧7一端固定在叶板8上，另一端固定在叶片框架5上，依靠扭力弹簧7的扭力将叶板8紧靠在挡块17上，流体对大矩形和小矩形的压力差小于弹簧的扭力时，叶板8紧靠挡块17，流体对大矩形和小矩形的压力差大于弹簧的扭力时，扭力弹簧7发生形变，叶板8克服扭力弹簧力环绕偏心轴6旋转而离开挡块17，与此同时叶板8的旋转减弱了流体力量的作用，达到了对外力减弱的调节作用。

进一步地，叶片框架5的边框上设有挡块17和止位钉20，挡块17和止位钉20设置于叶片框架5横档上，叶板8在无外力作用时通过扭力弹簧7作用紧靠挡块17，与叶片框架5平齐，挡块17用于定位叶板8的初始位置，或者设定转速范围以内的工作位置，止位钉20用于控制叶板8旋转角度范围在90度以内，防止叶板8的扭力弹簧7失效影响相邻叶板8工作。

进一步地，开闭条13是一长方形的条状，开闭条13上设有一条直线形凹痕16，它将开闭条13分成固定条14与翻转条15两部分，线形凹痕16长度与开闭条13长度相等，从线形凹痕16分布线位置容易弯折；

开闭条13是纵向布置在网眼板18上，线形凹痕16长度方向也为纵向，固定条14靠近叶轮4外缘一侧，翻转条15靠近叶轮4中心一侧，固定条14沿着纵向固定在网眼板18上，翻转条15呈自由状态，各个开闭条13从叶轮4外缘向内依次横向排列，各开闭条13之间无隙衔接。

进一步地，开闭条13与网眼板18的位置关系是关于叶轮中心轴线为中心旋转对称，全体开闭条13在叶轮4的所有网眼板18上只能顺时针方向安装；或者全体开闭条13在叶轮4的所有网眼板18上只能逆时针方向安装。防止朝向混装造成受力相互抵消。开闭条13用于遮蔽或敞开网眼板18上的孔眼，达到流体的截止或通过的目的；从上向下俯视叶轮4时，叶轮4受力顺时针旋转叫顺时叶轮，叶轮4受力逆时针旋转叫逆时叶轮。如果顺时叶轮上下翻转，上端面转到下端面，就会变为逆时叶轮，如果逆时叶轮上下翻转，上端面转到下端面，就会变为顺时叶轮。

进一步地，开闭条13上的线形凹痕16替换为间隔布置的若干通孔，从通孔分布线位置容易弯折。

进一步地，开闭条13为塑料薄片、橡胶薄片、橡塑薄片中的任意一种或多种复合，开闭条13重量很轻，厚度很薄，不易折皱。

在本实施例二中，如图8所示，开闭式垂直轴流体轮发电装置，包括双轮毂叶轮4、发电机2和支架座1，发电机2设置于支架座1上，双轮毂叶轮4的叶片框架5的上部连接主轮毂3，下部连接副轮毂36。主轮毂3布置在发电机2上方，并与发电机轴10紧固连接，副轮毂36布置在发电机2下方，副轮毂36通过轴承套装在支架座1的立柱上。叶片框架5上安装叶板8，双轮毂叶轮4带动发电机轴10转动时，主轮毂3是向发电机传递受力，副轮毂36通过轴承在立柱上转动，此双轮毂叶轮4具有更好的力学性能，能适应更复杂的外力作用，更好的运行稳定性，叶轮4可以做得更宽大。本实施例除叶轮及相关附件不同以外，其余情况与实施例一相同。

在本实施例三中，如图9～图11所示，在叶片12的上方设有顶板21，顶板21的侧边与叶片框架的顶部固定连接，顶板21的里端边与围板23的顶部固定连接，顶板21的外端边与外板35的顶部固定连接，外板35是叶片12往外延伸弯曲的一部分，外板35包括网眼板18和开闭条13，外板35的网眼板18固设在叶片框架上，外板35的网眼板18内侧设有开闭条13；在叶片12的下方设有底板22，底板22的侧边与叶片框架的底部固定连接，底板22的里端边与围板23的底部固定连接，底板22的外端边与外板35的底部连接固定。上述的顶板21、底板22、围板23、外板35和叶片12围成一个风水斗26，风水斗26内侧的外板35和叶片12上均设有开闭条13。每个叶片12都与相应的顶板21、底板22和围板23、外板35做成相同的风水斗26。叶轮的四周各个叶片12被做成多个风水斗26。

在本实施例四中，如图12所示，本实施例包括叶轮4、发电机2、浮台28和支持架，叶轮4设置于浮台28下方，发电机2设置于浮台28上方，发电机轴10从上向下穿过浮台28，与叶轮4的轮毂3连接；浮台28漂浮在水面上，承载发电机2及叶轮4等。

支持架包括多个立柱滑杆31和多个加固杆27。多个立柱滑杆31沿浮台28周边布置，给叶轮4旋转留出足够的空间，浮台28与立柱滑杆31滑动连接，立柱滑杆31的下端与水底基础连接固定，浮台28根据水面涨落可沿立柱滑杆31上下移动，挡环34是让叶轮4与底部有一定距离，防止叶轮4触底损坏。

进一步地，浮台28上设有机房29，发电机2设置于机房29内。

在实施例五中，如图13所示，是本发明在水底层工作的结构示意图，机房替换为灯泡罩30，浮台28上增设充排气阀24、排进水阀25。灯泡罩30是防止水进入发电机2，增设充排气阀24、排进水阀25是为了本发明实施例的下沉和上浮，当本装置需要下沉时，打开充排气阀24、打开排进水阀25，浮台28内的气体从充排气阀24排出，水从排进水阀25进入，浮台28浮力变小会下沉。当本装置需要上浮时，打开排进水阀25，外部从充排气阀24给浮台28充气，浮台28内的水从排进水阀25流出，浮台28浮力变大会上浮，便于维修设备。其余部分与实施例四相同。

在实施例六中，如图14所示，本发明被锚链33悬浮水中工作的结构示意图，支持架替换为锚链33，可以方便地将本发明悬浮于流水动能比较大的位置，提高捕获能量的效率。其余部分与实施例五相同。

在实施例七中，如图15所示，双叶轮形式，叶轮的个数为两个，分别布置于浮台28的上方和下方，一个在空中捕获风能，一个在水中捕获水动能。如果上下两个叶轮为同一旋转方向，叶轮轴9可通过联轴器11与发电机轴10连接；如果上下两个叶轮是不同旋转方向，其中一个叶轮轴9需要先增加一对啮合齿轮改变旋转方向，再通过联轴器11与发电机轴10连接。不同旋转方向的上下两个叶轮，有好的力矩相抵的能力，改善对外受力情况。

在实施例八中，如图16所示，公开了一种发电组，发电组包括多个开闭式垂直轴流体轮发电装置和公共平台，多个开闭式垂直轴流体轮发电装置布置于公共平台四周，各开闭式垂直轴流体轮发电装置之间刚性连接，各开闭式垂直轴流体轮发电装置与公共平台之间刚性连接，发电组是本发明四个开闭式垂直轴流体轮发电装置实施例的组合；

四个开闭式垂直轴流体轮发电装置实施例在公共平台19周围分布，叶轮成对出现，旋转方向相反。同一发电机上面的风叶轮和下面的水叶轮旋转方向相反；相邻两个风叶轮旋转方向相反；相邻两个水叶轮旋转方向也相反。这样会尽量使各叶轮之间上下力矩平衡，整体力矩平衡，总扭矩最小。

另外：所有实施例中，1.每个叶轮有3个及以上叶片，每个叶片有1个及以上叶板；2.线形凹痕可以是紧密排列1条以上，线形间隔布置的若干通孔也可以是紧密排列1条以上，增强翻转的容易程度；3.叶轮轴可以与发电机轴为同一个轴，或叶轮轴与发电机轴用联轴器连接；4.发电机轴上安装有刹车制动装置，或者在轮毂上安装有刹车制动装置，便于叶轮超速旋转和设备维修时制动，5单叶轮单轮毂形式可以分解成单叶轮多轮毂形式；单叶轮主副轮毂形式的主轮毂可以分成多个轮毂，副轮毂也可以分成多个轮毂，以利于增加叶片的高度和改善力学性能。

本发明的工作原理：开闭式垂直轴流体轮发电装置可以用于风能发电，也可以用于水能发电。开闭式垂直轴流体轮发电装置工作时，气流或者水流流向叶轮，垂直轴将流过的流体分为右边和左边两部分，假设右边流体是先经过开闭条而后是网眼板流过来，流体就会推动开闭条紧贴网眼板，造成网眼板的孔眼遮蔽，流体无法通过开闭条和网眼板，流体给开闭条和网眼板大的推力；因为网眼板和开闭条的位置关系是关于叶轮中心轴线为中心旋转对称的，所以左边流体是先经过网眼板而后是开闭条流过来，流体流过网眼板的孔眼时不会被阻挡，穿过网眼板的流体继续前进就遇到开闭条，开闭条的后面无物体支撑受力，开闭条的翻转条很容易沿着线形凹痕分布线弯折翻转，敞开流体通道，开闭条呈开启状态，流体穿过网眼板和开闭条没有受到大的阻力，只有网片丝的很小阻力。叶轮右边受力大，左边受力很小，两边的力对叶轮轴的合力矩大，流体的合力矩会推动叶轮右边的网眼板旋转前进，网眼板将力量传给叶片框架，叶片框架将力量传递给轮毂，轮毂将旋转的力量传递给发电机发电，流体持续地流动会推动叶轮的叶片旋转进入到受推力的右边，同时又有完成做功的叶片进入很小阻力的左边，流体周而复始地推动发电机发电。另一假设是右边流体先经过的是网眼板而后是开闭条的情况，用同样的道理，我们可以分析得出这一假设与上一个假设的叶轮旋转方向相反，其余的情况相同。

我们从叶轮轴的上方俯视叶轮得到的俯视图，会有两种情况：一种是叶轮的右半部分的开闭条在上，网眼板在下，左半部分的开闭条在下，网眼板在上，靠近中线部分是过渡线，流体从不同方向对叶轮推动，叶轮只会顺时针方向旋转，称为顺旋叶轮；另一种是叶轮的右半部分开闭条在下，网眼板在上，左半部分开闭条在上，网眼板在下，靠近中线部分是过渡线，流体从不同方向对叶轮推动，叶轮只会逆时针方向旋转，称为逆旋叶轮；无论流体从叶轮的周围那个方向流向叶轮，顺旋叶轮只会顺时针方向旋转，逆旋叶轮只会逆时针方向旋转。将叶轮上下翻转，叶轮上端面转到下端面，下端面转到上端面时，顺旋叶轮就会成为逆旋叶轮，或者逆旋叶轮就会成为顺旋叶轮。

综上所述，河流水动能发电，节省了修筑大坝的建设成本，且有利于生态环境的保护，有利于水生物的生长繁殖；降低了水流动能利用的条件，开拓了河流中自然水流动能的利用范围，使原来很多不具备势能条件的水流能够发电；设备简单高效，降低了设备的制造要求，降低了设备成本；水动能转化效率高。目前潮汐能发电是利用涨潮和退潮时较大的潮差势能发电，需要修筑大坝，本专利无需修筑大坝，利用涨潮和退潮时自然水流的动能转化发电，节省了修筑大坝的建设成本。海流能水动能发电，在海底水道和海峡中有较为稳定的海水流动的动能，利用海流能的动能转化发电，扩大了海流发电的新形式，设备简单高效；风能发电，提高垂直轴叶轮能量捕获效率，提高单机能量，全方位捕获风能；在外力超出正常工作范围时，网眼板的旋转减弱了外力的作用，达到了对外力削峰的调节作用，提升适应工作环境的调节能力；更好地利用流体的自然动能，创造风能与水能联合协同工作，平稳电力输出，增长年发电时间等；开闭条重量很轻，厚度很薄，开闭条翻转很容易；开闭条与网眼板的配合使用及容易拓展性，使本专利各实施例捕获能量的能力强大；本专利与目前使用的水平轴风机相比，叶片边缘不尖锐，气流的压力产生突变小，产生涡流扰动小，从而引起噪声小。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (11)

1. 一种开闭式垂直轴流体轮发电装置，其特征在于，包括叶轮、发电机和支架座，发电机设置于支架座上，叶轮设置于发电机轴上，带动发电机轴转动；叶轮包括轮毂和多个叶片，多个叶片沿周向均匀布置于轮毂上，轮毂套设于发电机轴上；

   叶片包括叶片框架和叶板，叶板通过叶片框架与轮毂连接；叶板包括网眼板，网眼板设置于叶片框架上，网眼板上设置有开闭条。
2. 根据权利要求1所述的开闭式垂直轴流体轮发电装置，其特征在于，叶片以叶轮旋转中心轴线为中心旋转对称；

   叶板还包括转轴和扭力弹簧，叶板沿叶轮的径向排列布置于叶片框架上，叶板通过转轴设置于叶片框架上，可绕转轴转动，扭力弹簧套设于转轴上，扭力弹簧分别与叶板和叶片框架连接；

   转轴与叶轮轴平行设置，偏置于叶板的竖直中间线一侧，将叶板分隔出一大一小的两个板面，转轴作为叶板的偏心轴。
3. 根据权利要求2所述的开闭式垂直轴流体轮发电装置，其特征在于，叶片框架的边框上设有挡块和止位钉，叶板受流体外力作用在设定范围以内时，扭力弹簧将叶板压紧于挡块，使叶板与叶片框架平齐，挡块用于定位叶板的常态工作位置；叶板受流体的作用力超出设定范围时，叶板克服扭力弹簧的扭力而绕偏心轴转动离开挡块，叶板旋转至挡块和止位钉之间的调节工作位置，止位钉用于控制叶板旋转角度范围在90度以内。
4. 根据权利要求1所述的开闭式垂直轴流体轮发电装置，其特征在于，开闭条上布置有直线形凹痕，将开闭条分成固定条与翻转条两部分，从线形凹痕分布线位置容易弯折；

   开闭条是纵向布置在网眼板上，直线形凹痕的长度方向也为纵向，固定条靠近叶轮外缘一侧，翻转条靠近叶轮轴心一侧，固定条固定在网眼板上，翻转条呈自由状态，各个开闭条从外向内依次排列，各开闭条之间无隙衔接。
5. 根据权利要求4所述的开闭式垂直轴流体轮发电装置，其特征在于，开闭条上的直线形凹痕替换为沿直线间隔布置的若干通孔。
6. 根据权利要求1所述的开闭式垂直轴流体轮发电装置，其特征在于，1个开闭条与背后对应面积的部分网眼板构成独立的功能单元，功能单元是捕获能量的最小做功单位，多个功能单元集合为叶板，叶板在叶片框架上组成叶片，多个叶片上的功能单元关于叶轮中心轴线为中心旋转对称，功能单元中的开闭条是纵向布置在网眼板上，固定条靠近叶轮外缘一侧，翻转条靠近叶轮中心一侧，固定条固定在网眼板上，翻转条呈自由状态，功能单元在受到流体的作用力后，每个功能单元根据运动时所处的位置独立做出相应的敞开或遮蔽动作。
7. 根据权利要求1所述的开闭式垂直轴流体轮发电装置，其特征在于，叶片框架上部连接主轮毂，下部连接副轮毂，主轮毂布置在发电机上方，并与发电机轴紧固连接；副轮毂布置在发电机下方，副轮毂通过轴承套装在支架座的立柱上。
8. 根据权利要求1所述的开闭式垂直轴流体轮发电装置，其特征在于，在每个叶片的上方设有顶板，顶板的侧边与叶片框架的顶部固定连接，顶板的里端边与围板的顶部固定连接，顶板的外端边与外板的顶部固定连接，外板上固设有网眼板，外板的网眼板内侧设有开闭条；在每个叶片的下方设有底板，底板的侧边与叶片框架的底部固定连接，底板的里端边与围板的底部固定连接，底板的外端边与外板的底部固定连接；上述的顶板、底板、围板、外板和叶片围成一个风水斗，风水斗内侧的叶片上设有开闭条。
9. 根据权利要求1所述的开闭式垂直轴流体轮发电装置，其特征在于，支架座替换为浮台及设置于浮台上的支持架，叶轮设置于浮台下方，发电机设置于浮台上方，发电机轴从上向下穿过浮台，与叶轮的轮毂连接；浮台用于漂浮在水面上；

   支持架上设有多个立柱滑杆，多个立柱滑杆沿浮台周向布置，浮台与立柱滑杆滑动连接，立柱滑杆的下端与水底连接固定，浮台根据水面涨落，可沿立柱滑杆上下移动。
10. 根据权利要求9所述的开闭式垂直轴流体轮发电装置，其特征在于，叶轮的个数为两个，分别布置于浮台的上方和下方，两个叶轮均通过联轴器与发电机轴连接，两个叶轮分别位于发电机的上方和下方。
11. 一种发电组，其特征在于，它包含有如权利要求1-10中任意一个所述的多个开闭式垂直轴流体轮发电装置和公共平台，多个开闭式垂直轴流体轮发电装置布置于公共平台四周。