流体能转换装置及系统的制作方法

本实用新型属于可再生能源领域，尤其涉及一种能量转换装置，特别是一种流体能的转换装置及系统。

背景技术：

由于人类社会的发展进步，有限的自然资源被过度开发，同时环境遭到污染。随着可持续发展的提出，可再生资源的利用和转换越来越受到人们的关注。其中，目前被广泛应用的有风力、水力、太阳能等。

现有技术中，针对风力、水力等流体能量向机械能的转换装置一般是水平轴旋桨、垂直轴叶片和各种阻力型装置，其结构复杂、单件大、安装困难、成本高、大功率困难。

技术实现要素：

本实用新型针对上述技术问题，提出一种流体能转换装置及系统。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种流体能转换装置，包括至少两个可自转的转动件，环绕于至少两个所述转动件上以带动所述转动件自转的传动件，其中，所述转动件在同一平面上间隔设置，至少一个帆翼偏心地设置于所述传动件上。

作为优选，所述帆翼包括相对于所述传动件对称设置的两个帆翼体，分别为第一帆翼体和第二帆翼体，所述第一帆翼体和所述第二帆翼体固定或可转动地设置于所述传动件上。

作为优选，所述第一帆翼体和所述第二帆翼体之间设置有帆翼架，所述帆翼架固定连接于所述传动件上，所述第一帆翼体和所述第二帆翼体固定或可转动地设置于所述帆翼架上。

作为优选，所述帆翼体与所述帆翼架之间设置有用以限制所述帆翼体转动角度的弹性元件，所述弹性元件的一端与所述帆翼体固定连接，所述弹性元件的另一端与所述帆翼架固定连接。

作为优选，所述弹性元件为扭簧、板弹簧或弹簧钢丝中的一种。

作为优选，所述帆翼架靠近所述帆翼体的一端固定设置有舵机，所述舵机上设置有舵机轴，所述舵机轴与所述帆翼体固定连接。

作为优选，所述帆翼体靠近所述帆翼架的一端固定设置有帆翼轴，所述帆翼轴上设置有凸轮，所述凸轮与所述帆翼轴周向固定设置，所述凸轮的一侧设置有顶杆，所述顶杆的一端抵在所述凸轮上，所述顶杆的另一端接触设置有弹簧，所述弹簧远离所述顶杆的一端固定设置于所述帆翼架上。

作为优选，所述帆翼架上对应所述弹簧的位置固定设置有容纳室，所述弹簧设置于所述容纳室内。

作为优选，所述帆翼具有一接受流体力作用的受力面，所述受力面沿所述传动件的长度方向设置。

一种流体能转换系统，包括上述任一项所述的流体能转换装置，所述流体能转换装置至少为两组，相邻两组所述流体能转换装置相对偏移设置，偏移方向与水平面的夹角为α，所述α≠180°×n，其中所述n为整数，每两个相邻的所述传动件之间通过所述帆翼连接以保持同步运动。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

1.此装置构造简单、容易安装和维修、寿命长，多构件结构相同，易于标准化和批量生产，从而节约大量材料降低制造成本；由于帆翼可以带动传动件高速移动，被传动件带动的转动件就可以高速转动。

2.此装置标准化程度高，结构简单，可以根据不同工况和环境设计不同的机型，并且可以根据实际情况多组装置随意搭配和组合，形成大功率系统，具有多组转动件，可以分散输出能量，适应大流速和低流速的环境下工作。由于单件体积小，可以克服山区和岛礁运输困难的问题，成本低。

3.此装置若用在水力发电，无需构建坝体，对自然环境无破坏。

4.此装置设计合适的帆翼偏转轴线和适当的偏转力，可以根据流体流速情况自动偏转，设计在大流速情况下帆翼大角度自动偏转，保证系统安全，也可以设计成在大流速情况下依然可以输出额定功率，不像目前发电系统在大流速情况下不能发电的现状。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述流体能转换装置的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例所述流体能转换装置的结构示意图二；

图3为本实用新型实施例所述流体能转换系统的结构示意图一；

图4为本实用新型实施例所述流体能转换系统的结构示意图二；

图5为本实用新型实施例中帆翼连接方式的结构示意图一；

图6为本实用新型实施例中帆翼连接方式的结构示意图二；

图7为本实用新型实施例中帆翼连接方式的结构示意图三；

图8为本实用新型实施例中帆翼连接方式的结构示意图四；

图9为本实用新型实施例中帆翼连接方式的结构示意图五；

图10为本实用新型实施例中帆翼连接方式的结构示意图六。

以上各图中：1、转动件；2、传动件；3、帆翼；301、帆翼轴；302、帆翼壳；303、帆翼底板；304、帆翼轴套筒；305、丝母；306、第二螺栓；311、帆翼轴定位筒；31、第一帆翼体；32、第二帆翼体；4、帆翼架；401、定夹板；402、动夹板；403、第一螺栓；404、止退垫；411、卡箍；412、支架；413、连接板；5、扭簧；6、板弹簧；601、板弹簧座；602、板弹簧限位座；7、弹簧钢丝；701、套管；8、舵机；801、舵机轴；901凸轮；902、顶杆；903、弹簧；904、容纳室；905、调节螺栓。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。本实用新型中所述的“固定连接”为两连接部件之间不产生相对运动的连接。所述“帆翼体”是指的第一帆翼体31或第二帆翼体32。

如图1、图2所示，本实用新型实施例提供了一种流体能转换装置，包括至少两个可自转的转动件1，环绕于至少两个所述转动件1上以带动所述转动件1自转的传动件2，其中，所述转动件1在同一平面上间隔设置，至少一个帆翼3偏心地设置于所述传动件2上。

在上述实施例中，所述传动件2可以为绳索、链条或传送带等，对应不同的所述传动件2，所述转动件1可以选用滑轮、链轮或带轮。所述帆翼3偏心地设置于所述传动件2上是指偏离帆翼3的中轴线设置在传动件2上，从而使得帆翼3在流体力的作用下可适应性地旋转一定角度。

本实施例所提供的流体能转换装置，当流体力，如风力或水力作用在帆翼3上时，在垂直于帆翼3受力面的分力作用下，帆翼3被推动，带动所述传送件2运动，转动件1在传动件2的作用下自转，从而实现将流体能转化为绕轴线旋转的机械能，进而可以转化为电能或其它能量。

在一优选实施例中，所述帆翼具有一接受流体力作用的受力面，所述受力面沿所述传动件2的长度方向设置。如图2所示，当所述转动件1数量为两个时，由于环绕于两个所述转动件1上的所述传动件2的长度方向平行，因此所述帆翼的受力面均为同一方向，此种情况适用于流体力较为定向的情况下，如河流等；当此流体能转换装置用于转换风能或其它不定向的流体力时，所述转动件1的数量优选为三个(如图1所示)或三个以上，以使不同方向的流体力均可作用于其中至少一个方向的帆翼上，使得该装置的适应性更强，转换效率更高。

在一优选实施例中，所述帆翼3包括相对于传动件2对称设置的两个帆翼体，分别为第一帆翼体31和第二帆翼体32，所述第一帆翼体31和所述第二帆翼体32固定或可转动地设置于所述传动件2上。在本实施例中，两帆翼体对称设置可避免由于受力不对称而造成的绕所述传动件2的扭转，提高装置的稳定性。

在一优选实施例中，所述第一帆翼体31和所述第二帆翼体32之间设置有帆翼架4，所述帆翼架4固定连接于所述传动件2上，所述第一帆翼体31和所述第二帆翼体32固定或可转动地设置于所述帆翼架4上。

在上述实施例中，帆翼架4可以为任一形状，只要可以实现帆翼体与传动件2的连接即可。如图5-图10所示，作为一种实施方式，帆翼架4可以为具有一凹部的“匚”形构件，所述“匚”形构件可以由两平行平面构件以及固定连接两平行平面构件的中间平面构件组成，或者由一个平面构件两端弯曲而形成。

作为所述帆翼架4与所述传动件2连接的一种实施方式，如图5所示，所述帆翼架4通过夹板组件与所述传动件2连接，所述夹板组件包括固定设置于凹部的定夹板401，与所述定夹板401配合夹紧的动夹板402，以及将所述动夹板402拧紧设置所述定夹板上的第一螺栓403，所述传动件2夹紧设置于所述定夹板401与所述动夹板402之间。

进一步地，作为优选，为了更稳定的夹持所述传动件2，所述定夹板401与所述动夹板402之间开设有与所述传动件2尺寸匹配以供所述传动件2穿过并夹紧的孔，该孔与所述传动件2过盈配合。这种方式可以增加夹板组件与传动件2的接触面积，使得夹持更紧固。

作为优选，所述第一螺栓403与动夹板402之间设置有止退垫404，以防止第一螺栓403松动。

作为所述帆翼架4与所述传动件2连接的另一种实施方式，如图10所示，所述帆翼架4通过卡箍411与所述传动件2连接。所述卡箍411固定设置于所述帆翼架4的凹部，所述卡箍411为圆环形，并且尺寸与所述传动件2的尺寸配合，以使所述传动件2夹紧于所述卡箍411中。

进一步地，可以设置一连接板413并配合第一螺栓403将所述卡箍411固定设置于帆翼架4上，便于卡箍411的安装与更换。同样，还可以在第一螺栓403与连接板413之间设置止退垫404。

作为优选，参见图10(c)、(e)，所述帆翼架4上沿传动件2的长度方向设置有用以支撑所述传动件2的支架412，所述支架412与所述卡箍411并排设置。所述支架412可以设置为半圆形或其它形状，只要可以支撑传动件2即可。

作为上述实施方式的变形，如图7(b)所示，当传动件2为由多股编织组成的绳索时，所述卡箍411还可以分股夹所述传动件2，更有利于传动件2的固定，防止传动件2与卡箍411的相对运动。

以上所列举的仅是两种具体实施方式，还可以采用其它任何可以实现帆翼架4与传动件2连接的方式。

图5(a)为帆翼体与帆翼架4以固定方式连接的结构示意图，图5(b)为图5(a)中a-a方向的截面图，此位置为帆翼3通过转动件1的位置。在本实施例中，所述第一帆翼体31和所述第二帆翼体32固定地设置于所述帆翼架4上，从而所述帆翼3可带动所述传动件2转动。具体地，可以直接采用焊接的方式将第一帆翼体31和第二帆翼体32分别焊接在所述帆翼架4的两端。

在以上这种固定连接的情况下，由于帆翼体固定设置于帆翼架4上并且帆翼架4固定设置于传动件2上，当帆翼体在流体力的作用下旋转一定角度时，则帆翼架4会跟随帆翼体旋转相同的角度，并使得传动件2在固定连接位置小幅度扭转。

为了避免固定连接对流体力向机械能的转换效果的影响，作为一种优选的实施方式，所述第一帆翼体31和所述第二帆翼体32可转动地设置于所述帆翼架4上。帆翼体可根据流体流速自动偏转，在大流速的情况下依然可以输出额定功率，解决了目前发电系统在大流速情况下不能发电的现状。

在上述实施例中，为了限制所述帆翼体的转动角度，可采用在所述帆翼架4与所述帆翼体之间设置弹性元件、舵机或顶杆凸轮结构的方式实现，还可以为可实现上述目的的其它任一方式。

作为一种实施方式，所述帆翼体与所述帆翼架4之间设置有用以限制所述帆翼体转动角度的弹性元件，所述弹性元件的一端与所述帆翼体固定连接，所述弹性元件的另一端与所述帆翼架4固定连接，以实现利用弹性元件的弹力和恢复力控制帆翼体的转动。具体地，所述弹性元件可以采用如图6所述的扭簧5、图7中所示的板弹簧6或者图8中所示的弹簧钢丝7。

(1)如图6所示，在所述帆翼架4与所述帆翼体之间设置有扭簧5，具体结构如下：

所述帆翼体靠近所述帆翼架的一端设置有帆翼轴301，所述帆翼轴301与所述帆翼架4可相对转动连接，所述扭簧5套接于所述帆翼轴301上，并且所述扭簧5一端与所述帆翼体固定连接，另一端与所述帆翼架4固定连接。固定连接方式可以采用任一方式，只要可以实现固定连接即可，例如，如图6所示，可在帆翼体底部以及帆翼架4上与扭簧5端部对应的部位开设有孔，扭簧5的两端分别插入对应的孔中以实现固定，为了避免相对运动可利用焊接或胶粘的方式进一步固定。本实施例利用扭簧5的弹性力和恢复力使得帆翼体既可以在流体力的作用下在一定角度范围内旋转，又可以在流体力解除的情况下复位。

(2)如图7所示，在所述帆翼架4与所述帆翼体之间设置有板弹簧6，具体结构如下：

所述帆翼体靠近所述帆翼架的一端设置有帆翼轴301，所述帆翼轴301与所述帆翼架4可相对转动连接，所述板弹簧6一端与所述帆翼体固定连接，另一端与所述帆翼架4固定连接。固定连接方式可以采用任一方式，只要可以实现固定连接即可，例如，如图7所示，可在帆翼架4上固定设置板弹簧座601，所述帆翼体底部设置有板弹簧限位座602，所述板弹簧6的一端固定设置于板弹簧座601上，另一端通过板弹簧限位座602设置于帆翼体上。本实施例利用板弹簧6的弹性力和恢复力使得帆翼体既可以在流体力的作用下在一定角度范围内旋转，又可以在流体力解除的情况下复位。

(3)如图8所示，在所述帆翼架4与所述帆翼体之间设置有弹簧钢丝7，具体结构如下：

所述帆翼体靠近所述帆翼架的一端设置有帆翼轴301，所述帆翼轴301与所述帆翼架4可相对转动连接，所述弹簧钢丝7为u形，所述弹簧钢丝7的一端与所述帆翼体固定连接，另一端与所述帆翼架4固定连接。固定连接方式可以采用任一方式，只要可以实现固定连接即可，例如，如图8所示，所述帆翼体的底部设置有与所述弹簧钢丝7尺寸配合的套管701，所述帆翼架4上对应所述弹簧钢丝7开设有孔，所述弹簧钢丝7一端插入到所述套管701内，所述弹簧钢丝7的另一端插入帆翼架4上的孔中。本实施例利用弹簧钢丝7的弹性力和恢复力使得帆翼体既可以在流体力的作用下在一定角度范围内旋转，又可以在流体力解除的情况下复位。

如图9所示，作为帆翼体在一定角度范围内可转动地设置于帆翼架4上的另一实施例，所述帆翼架4靠近所述帆翼体的一端固定设置有舵机8，所述舵机8上设置有舵机轴801，所述舵机轴801与所述帆翼体固定连接。通过舵机8驱动舵机轴801进而实现控制帆翼体的转动。

如图10所示，作为帆翼体在一定角度范围内可转动地设置于帆翼架4上的再一实施例，所述帆翼体靠近所述帆翼架的一端固定设置有帆翼轴301，所述帆翼轴301与所述帆翼架4可相对转动连接，所述帆翼轴301上设置有凸轮901，所述凸轮901与所述帆翼轴301周向固定设置，所述凸轮901的一侧设置有顶杆902，所述顶杆902的一端抵在所述凸轮901上，所述顶杆902的另一端接触设置有弹簧903，所述弹簧903远离所述顶杆902的一端固定设置于所述帆翼架4上。

在本实施例中，所述凸轮的表面相对于凸轮转轴距离最小的位置定义为低位，距离最大的位置定义为高位。作为优选，当没有流体力作用时，所述顶杆903抵于所述凸轮901的低位上，弹簧处于平衡状态，当流体力作用在帆翼体上时，帆翼体会带动帆翼轴301转动，进而带动凸轮901转动，在转动过程中与顶杆902接触的凸轮面逐渐向高位变化，压迫弹簧903收缩，当流体力解除时，在弹簧903的作用下，凸轮901回转，与顶杆902接触的凸轮面逐渐回复至低位。

作为优选，所述帆翼架4上对应所述弹簧903的位置固定设置有容纳室904，所述弹簧903设置于所述容纳室904内以实现对弹簧位置的固定。进一步地，在所述容纳室904远离所述弹簧903的一端设置有调节螺栓905，可通过调节螺栓905调节弹簧903的压力，以实现对凸轮901施加最佳的压紧力，此外还可以通过将调节螺栓905卸下从而更换不同弹性系数的弹簧903或更换磨损的顶杆902。

作为优选，所述帆翼轴301与帆翼架4通过螺纹连接配合，可限制帆翼体的转动角度，并可防止帆翼轴301从帆翼架4中脱出。此外，还可以为其它连接方式，如通过螺栓连接或铰接。

本实用新型实施例进一步提供了所述帆翼体的结构组成。

作为一种实施方式，所述帆翼体包括帆翼壳302、设置于所述帆翼壳302一端的帆翼底板303，所述帆翼轴301凸出于所述帆翼底板303。该帆翼结构内部中空，重量轻，有利于在流体力的推动下快速运动。

作为一种实施例，如图6(a)所示，在所述帆翼壳302内，所述帆翼轴301外部间隙设置有帆翼轴套筒304，所述帆翼轴301在帆翼轴套筒304内的一端通过丝母305和第二螺栓306紧固。作为优选，所述帆翼底板303内设置有密封圈。

作为另一种实施例，如图10(a)所示，在所述帆翼壳302内，所述帆翼轴301外设置有与帆翼轴301尺寸配合的帆翼轴定位筒311，所述帆翼轴定位筒311与所述帆翼轴301固定连接，如可以采用焊接的方式将两者焊为一体。

上述两实施例提供了所述帆翼轴301的固定方式，但可以理解的是，还可以为任一可以实现上述目的的固定方式。

如图3、图4所示，本实用新型进一步提供一种流体能转换系统，其特征在于，包括上述任一实施例所述的流体能转换装置，所述流体能转换装置至少为两组，相邻两组所述流体能转换装置相对偏移设置，偏移方向与水平面的夹角为α，所述α≠180°×n，其中所述n为整数，每两个相邻的所述传动件2之间通过所述帆翼3连接以保持同步运动。

作为一种实施方式，如图3所示，所述帆翼3包括一个帆翼体，所述帆翼体的两端分别连接相邻的两个所述传动件2，以带动两传动件2同步运动。

作为另一种实施方式，如图4所示，所述帆翼3包括相对于所述传动件对称设置的两个帆翼体，所述相邻两组流体能转换装置之间共用帆翼3中的一个帆翼体，即相邻的两个传动件2之间通过帆翼体连接，以实现同步运动。

将两组或多组流体能转换装置连接在一起，可以根据实际应用情况随意搭配和组合，形成大功率的流体能转换系统，多组转动件可同时运转，分散输出能量，提高流体能向机械能的转换效率。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。