直叶片垂直轴摆动式潮流能转换装置的制作方法

文档序号:5186235阅读:274来源:国知局
专利名称:直叶片垂直轴摆动式潮流能转换装置的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种直叶片垂直轴摆动式潮流能转换装置,是在现有垂直轴直叶 片潮流能转换装置基础上进一步改进而成,属于海洋可再生能源利用技术领域。
背景技术
目前潮流能转换装置主要包括水平轴叶轮式和垂直轴叶轮式两种,从原理上,现 有潮流能转换装置都是通过水动力作用于叶片产生力矩,驱动转轴旋转,从而把潮流能转 换为轴的旋转运动机械能。显然,驱动转轴的力矩越大,则转轴输出机械能的功率越高,即 表明从潮流能到机械能的一级转换效率越高。水平轴叶轮装置的优点是能量转换效率相对 较高,垂直轴叶轮装置的优点是适应不同的潮流方向,结构简单易于制造。现有的水平轴叶轮装置的主要缺点是叶轮直径受水深限制,不能很大;为了使 叶片沿翼展方向各处都达到最优的水动力特性,叶片各截面的攻角要变化,这就使叶片形 状复杂,制造难度大、成本高。另外,从基本构造来看,其叶片根部与轮毂连接,叶片根部截 面到转轴中心的力臂最短,而叶尖截面到转轴中心的力臂最长。因此,总有一部分叶片到转 轴中心的力臂较小,产生的力矩也较小。现有的垂直轴叶轮装置的主要缺点是由于叶轮360度旋转,对于单个叶片来说, 总有超过一半时间叶片所处的位置和叶片方向不是最优状态,因此其潮流能转换效率低于 水平轴叶轮式。如何开发一种兼有垂直轴叶轮式和水平轴叶轮式的优点的高效率的潮流能转换 装置,是需要解决的问题。

实用新型内容本实用新型把垂直轴叶轮式潮流能转换装置中叶片和旋臂圆周运动的方式改进 为小角度摆动的运动方式,使潮流能转换装置的叶片始终保持在最优受力状态,提供尽可 能大的力矩以提高转轴的输出功率。采用垂直轴装置,旋臂在水平方向转动,在强度和刚度 允许时,旋臂长度可不受水深限制,在叶片受水动力相同的条件下,通过加长力臂得到高转 矩;采用直叶片,并利用平行四边形连杆机构,使叶片始终以最优攻角面向水流方向,使叶 片各处同时达到最大升力值;叶片带动旋臂在较小的角度范围内摆动,而不同于现有垂直 轴叶轮装置的圆周运动,可避免叶片长时间处于不利的受力位置,降低效率。本实用新型所采用的技术方案是一种直叶片垂直轴摆动式潮流能转换装置,该潮流能转换装置包括叶片A、叶片 B、叶片水平轴、内含叶片水平轴锁紧器的叶片支座、主轴、副轴、主旋臂、副旋臂、内含旋臂 角位移限制器的底座以及发电机;叶片A和叶片B能够带动主副旋臂绕主副轴往复摆动,摆 动角度限制在对称于水流方向正负90度范围内。主轴和副轴的中心连线、叶片支座、主旋臂、副旋臂构成平行四边形连杆机构,安 装在叶片支座上的叶片水平轴平行于潮流流向。[0010]旋臂转动时,叶片支座内的叶片水平轴锁紧器锁住叶片水平轴;叶片A和主副两 个旋臂向一端摆动到预设的最大角度处时,叶片水平轴锁紧器松开;叶片A和叶片水平轴 旋转180度,叶片水平轴锁紧器再次锁紧,作用于直叶片上的升力改变到相反方向,使叶片 A和主副两个旋臂向相反方向摆动,到达最大角度处重复以上动作,使旋臂不断往复摆动。叶片固定在叶片水平轴上;叶片水平轴安装在叶片支座上;叶片支座两端分别通 过可在水平面内转动的铰接装置与主旋臂和副旋臂连接;主旋臂和副旋臂分别与主轴和副 轴连接;叶片支座、主副旋臂、主副轴轴心的连线构成平行四边形连杆机构,叶片始终以最 优攻角面向水流方向;叶片带动旋臂,在对称于潮流流向的相对较小的角度(小于正负90 度)范围内摆动;当旋臂转动时,叶片支座内的叶片水平轴锁紧器锁住,叶片水平轴不能旋 转;当旋臂向一端摆动到预设的最大角位移处时,叶片水平轴锁紧器松开,叶片及叶片水平 轴旋转180度,作用于叶片上的升力改变方向,叶片水平轴锁紧器再次锁住;叶片带动旋臂 向相反方向摆动,到达摆动的预设最大角位移处时,重复以上动作。本实用新型的有益效果是,避免了水平轴叶轮装置力臂短的缺点,避免了垂直轴 叶轮装置转换效率差的缺点,使直叶片始终处于最大升力状态下,并结合长旋臂,产生最大 的转动力矩,极大增加了主轴的输出功率,结构简单,便于制造安装。

图Ia是直叶片垂直轴摆动式潮流能转换装置立体视图(旋臂顺时针摆动到极限 位置)。图Ib是直叶片垂直轴摆动式潮流能转换装置俯视图。图2a是旋臂摆动到极限位置时直叶片绕水平轴旋转立体视图。图2b是旋臂摆动到极限位置时直叶片绕水平轴旋转俯视图。图3a直叶片绕水平轴的转动180度后立体视图。图3b直叶片绕水平轴的转动180度后俯视图。图4a是旋臂逆时针摆动到极限位置立体视图。图4b是旋臂逆时针摆动到极限位置俯视图。图中1主轴,2主旋臂,3叶片A,4副轴,5副旋臂,6叶片支座,7叶片水平轴,8底 座,9叶片B。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。在图1中,主轴1和副轴4都垂直安装在底座8上;底座8中内含旋臂角位移限制 器,确保旋臂只能在预设的角度范围内转动;叶片3固定安装于叶片水平轴7上;叶片水平 轴7安装在叶片支座6上,并可绕自身的轴心转动;叶片支座6内含叶片水平轴锁紧器,锁 紧器在旋臂旋转时锁住叶片水平轴,在旋臂运动到预设的最大角位移处时松开,使叶片及 叶片水平轴旋转180度后再次锁住;叶片支座6后端与主旋臂2铰接,叶片支座6前端与副 旋臂5铰接,两个铰接点只能在水平面内转动;为了使整个装置的重心保持在主轴上,对称 于主轴布置后叶片9及其相应的主、副旋臂和副轴等构件;主轴1和副轴4连线、主旋臂2、 副旋臂5、叶片支座6,四部分构成了平行四边形机构,保证旋臂旋转时叶片水平轴7始终朝向来流方向(图中假设水流方向从左向右);主副旋臂高低错开布置,转动时互不干扰;主 轴1为动力输出轴,可通过齿轮传动带动发电机发电,或通过液压装置带动液压马达,再带 动发电机发电。图1中,叶片和旋臂系统受水动力产生的顺时针力矩的作用,已摆动到顺时针极 限位置。在图2中,当旋臂摆动到顺时针极限位置时,叶片支座6内的锁紧器松开,借助于 叶片在水平轴两侧受力不对称产生的力矩(叶片在水平轴两侧尺寸或攻角可不同),或使 用伺服电机提供力矩,使叶片3绕叶片水平轴7转动。图2为叶片转动到水平位置时的状 态。在图3中,当叶片3绕叶片水平轴7转动180度后,叶片支座内的锁紧器再次锁紧, 叶片停止转动,叶片所受的横向力与图1时正好相反,产生逆时针的力矩,使叶片和旋臂系 统开始向逆时针方向摆动。在图4中,叶片和旋臂系统已摆动到逆时针极限位置,叶片3将再次绕叶片水平轴 7转动180度。以上过程不断重复,使叶片和旋臂系统实现往复的摆动。主轴的双向转动可以通过齿轮系统转换为单向的转动,带动发电机发电。也可通 过液压系统,通过液压回路中单向阀门的控制,带动液压马达单向转动,再带动发电机发 H1^ ο
权利要求一种直叶片垂直轴摆动式潮流能转换装置,其特征是该潮流能转换装置包括叶片A(3)、叶片B(9)、叶片水平轴(7)、内含叶片水平轴锁紧器的叶片支座(6)、主轴(1)、副轴(4)、主旋臂(2)、副旋臂(5)、内含旋臂角位移限制器的底座(8)以及发电机;叶片A(3)和叶片B(9)能够带动主副旋臂绕主副轴往复摆动,摆动角度限制在对称于水流方向正负90度范围内;主轴(1)和副轴(4)的中心连线、叶片支座(6)、主旋臂(2)、副旋臂(5)构成平行四边形连杆机构,安装在叶片支座(6)上的叶片水平轴(7)平行于潮流流向。
专利摘要一种直叶片垂直轴摆动式潮流能转换装置,属于海洋可再生能源利用技术领域。其包括叶片A(3)、叶片B(9)、叶片水平轴(7)、叶片支座(6)、主轴(1)、副轴(4)、主旋臂(2)、副旋臂(5)、底座(8)以及发电机;叶片A和叶片B能够带动主副旋臂绕主副轴往复摆动;主轴和副轴中心连线、叶片支座、主旋臂、副旋臂构成平行四边形连杆机构;旋臂转动时,叶片支座内的叶片水平轴锁紧器锁住叶片水平轴,当叶片A和旋臂向一端摆动到预设的最大角度处时,叶片水平轴锁紧器松开,使叶片A及叶片水平轴旋转180度,叶片水平轴锁紧器再次锁紧,作用于直叶片上的升力改变到相反方向,使叶片A和旋臂向相反方向摆动,到达最大角度处重复以上动作,使旋臂不断往复摆动。
文档编号F03B13/22GK201730734SQ201020260260
公开日2011年2月2日 申请日期2010年7月15日 优先权日2010年7月15日
发明者周鹏飞, 康海贵, 陈兵 申请人:大连理工大学
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