一种新型高效流体动能捕获装置的制作方法

本实用新型涉及发电技术领域，特别涉及一种新型高效流体动能捕获装置。

背景技术：

目前通过捕获流体动能(例如风能、潮汐能等)来驱动发电机进行发电的装置通常采用水平转轴，而叶片在竖直方向上绕着水平转轴转动。为了能够更大程度地捕获流体动能，水平轴发电装置的叶片需要根据流体方向的变化变桨和偏航以尽可能地使叶片垂直于流体流动方向，因此水平轴发电结构相对复杂。现有技术中的发电机只能对叶片的50％产生推动力，而对叶片另外50％产生阻力，故严重影响着流体动能的利用效率。

技术实现要素：

为克服现有技术的一个或多个缺陷，本公开提供一种新型高效流体动能捕获装置，该装置用于风力发电或潮汐发电等，能够高效地捕获风、水等流体的动能并将其转化成装置转动动能。

本公开的新型高效流体动能捕获装置包括一主轴、至少两连杆、叶片、竖向限位件及水平限位件，主轴能够转动地设置，连杆围绕主轴均匀布置，连杆自主轴沿着垂直于主轴的方向延伸，每根连杆连接一叶片，叶片被配置为能够绕连杆翻转，叶片的重心位于叶片的翻转轴线下方，竖向限位件自连杆向下延伸，用于对顺着流体流向的叶片提供阻挡力，水平限位件与连杆连接并向连杆的一侧延伸，用于在逆着流体流向的叶片翻转至水平状态时限制其继续翻转。

在某些实施方式中，叶片与连杆之间通过轴承连接，轴承与连杆同轴设置。

在某些实施方式中，叶片为平板状。

在某些实施方式中，叶片为流线型。

在某些实施方式中，水平限位件呈板状，水平限位件的上表面与连杆的最高点齐平。

在某些实施方式中，竖向限位件呈框状。

在某些实施方式中，主轴的下端设有轴承。

在某些实施方式中，连杆的数量为2个、4个或6个。

本公开的新型高效流体动能捕获装置的优点在于：

(1)本装置无需变桨和偏航，结构相对简单；

(2)本装置在转动时减少逆向流体对叶片的阻力，提高了发电效率，当叶片转过一定角度后，叶片可以依靠重力自然复位、回正，实现装置的连续运转；

(3)通过水平限位件抵抗流体的脉动和随机扰动的扰动，防止本装置因这些扰动而失去工作能力。

附图说明

图1为本公开一实施例的结构示意图。

图2为本公开一实施例在无流体驱动时的俯视图。

图3为本公开另一实施例中的叶片结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

请参考图1，新型高效流体动能捕获装置包括一主轴1、至少两连杆2、叶片3、竖向限位件4和水平限位件5。该装置可用于风力发电或潮汐发电，能够捕获风、水等流体的动能并将其转化成装置转动动能，降低流体动能捕获过程中的阻力。

主轴1可转动地设置，通过主轴1转动驱动发电机发电。举例而言，主轴1的下端可连接轴承，便于主轴1绕其中轴线转动。主轴1上还设有与主轴1同轴的齿轮，该齿轮与发电机上的齿轮相啮合，从而将主轴1的转动动能传动给发电机。主轴1垂直于流体流向设置。

连杆2围绕主轴1均匀布置，连杆2自主轴1沿着垂直于主轴1的方向延伸。具体而言，连杆2的一端固定在主轴1的上端，并呈发散状向外延伸。在某些实施方式中，连杆2数量可以为2个、4个或6个。优选地，连杆2呈圆柱状。

每根连杆2连接一叶片3，叶片3被配置为能够绕连杆2翻转，叶片3的重心位于叶片3的翻转轴线下方。举例而言，叶片3与连杆2之间通过轴承6连接，轴承6与连杆2同轴设置。具体而言，可在叶片3上固定一个轴承座，轴承6设置在轴承座上，轴承6套在连杆2上。

竖向限位件4自连杆2向下延伸，用于对顺着流体流向的叶片3提供阻挡力。举例而言，图1所示的实施例具有两个叶片3，分别命名为叶片31和叶片32，箭头f的指向为流体流向，在本装置绕主轴1转动时，叶片31顺着流体流向转动，而叶片32逆着流体流向转动。叶片31为顺着流体流向的叶片，其一面受到流体的推动，另一面受到竖向限位件4的阻挡而被限制翻转，进而流体会推动叶片31绕主轴1顺着流体流向转动，此时叶片31处于竖直状态，保证了最大程度地吸收流体动能。与此同时，由于叶片32及对应的连杆2绕主轴1逆着流体流向转动，叶片32失去了竖向限位件4的约束，在流体的推动下，叶片32会绕连杆2朝着远离对应竖向限位件4的方向转动，进而被流体推至接近水平，叶片32的受流体作用面积大大减少，阻力极大降低，减少了内耗，有利于提高整体的流体动能利用效率。随着连杆2的转动，流体流向与叶片32的相对角度改变，由于叶片3的重心位于叶片3的翻转轴线下方，叶片32依靠其重力逐渐向下转动而复位。当叶片32绕主轴1转动至与流体流向平行并继续转动时，叶片32开始转变成顺着流体流向的叶片，而叶片31开始变成逆着流体流向的叶片。如此循环，通过叶片3的配合工作，本装置实现连续工作，最大程度的接收流体动能，减少阻力，提高流体动能利用效率。

水平限位件5与连杆2连接并向连杆2的一侧延伸，用于在逆着流体流向的叶片3翻转至水平状态时限制其继续翻转。请参考图2所示，俯视观察本公开的新型高效流体动能捕获装置，多个水平限位件5沿着顺时针延伸。在其他的实施方式中，俯视观察新型高效流体动能捕获装置，多个水平限位件5还可以沿逆时针延伸。本公开的竖直限位件4与水平限位件5共同限定了叶片3翻转的区域范围，例如在图1所示的实施例中，叶片3能够从竖直状态翻转至水平状态或从水平状态翻转至竖直状态，即叶片3可在90°的范围内翻转。在发电现场，有时流体的状态较为复杂，例如脉动流体或随机流体会使逆着流体流向的叶片3翻转超过90°，这种情况下该叶片3就会失去工作能力。水平限位件5的作用是将逆着流体流向的叶片3翻转角度限制在90°内。优选地，水平限位件5的上表面与连杆2的最高点齐平，当逆着流体流向的叶片3受到脉动流体或随机流体时，有利于将叶片3阻挡在水平状态，便于该叶片3的复位。

叶片3可以是质量均匀分布的平板状，例如图1所示的实施例，当然叶片3也可以是质量不均匀的流线型，例如图3所示的实施例，流线型的表面能够进一步减小逆着流体流向的叶片的阻力。在某些实施方式中，竖向限位件4呈框状，该形状有利于减小竖向限位件4的阻力。在某些实施方式中，水平限位件4可以呈板状，也可以呈框状。

本公开的新型高效流体动能捕获装置突出的优点体现在以下几个方面：

(1)本装置无需变桨和偏航，结构相对简单；

(2)本装置在转动时减少流体对叶片的阻力，提高了发电效率，当叶片转过一定角度后，叶片可以依靠重力自然复位、回正，实现装置的连续运转；

(3)通过水平限位件抵抗脉动流体和随机流体的扰动，防止本装置因这些扰动而失去工作能力。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种新型高效流体动能捕获装置，其特征在于，包括：

一主轴(1)，所述主轴(1)能够转动地设置；

至少两连杆(2)，所述连杆(2)围绕所述主轴(1)均匀布置，所述连杆(2)自主轴(1)沿着垂直于所述主轴(1)的方向延伸；

叶片(3)，每根连杆(2)连接一叶片(3)，所述叶片(3)被配置为能够绕所述连杆(2)翻转，所述叶片(3)的重心位于所述叶片(3)的翻转轴线下方；

竖向限位件(4)，所述竖向限位件(4)自所述连杆(2)向下延伸，用于对顺着流体流向向的叶片(3)提供阻挡力；

水平限位件(5)，所述水平限位件(5)与所述连杆(2)连接并向连杆(2)的一侧延伸，用于在逆着流体流向的叶片(3)翻转至水平状态时限制其继续翻转。

2.根据权利要求1所述的新型高效流体动能捕获装置，其特征在于，所述叶片(3)与所述连杆(2)之间通过轴承(6)连接，所述轴承(6)与所述连杆(2)同轴设置。

3.根据权利要求1所述的新型高效流体动能捕获装置，其特征在于，所述叶片(3)为平板状。

4.根据权利要求1所述的新型高效流体动能捕获装置，其特征在于，所述叶片(3)为流线型。

5.根据权利要求1所述的新型高效流体动能捕获装置，其特征在于，所述水平限位件(5)呈板状，所述水平限位件(5)的上表面与所述连杆(2)的最高点齐平。

6.根据权利要求1所述的新型高效流体动能捕获装置，其特征在于，所述竖向限位件(4)呈框状。

7.根据权利要求1-6任一项所述的新型高效流体动能捕获装置，其特征在于，所述主轴(1)的下端设有轴承。

8.根据权利要求1-6任一项所述的新型高效流体动能捕获装置，其特征在于，所述连杆(2)的数量为2个、4个或6个。

技术总结
本实用新型公开了一种新型高效流体动能捕获装置，其包括主轴、连杆、叶片、竖向限位件及水平限位件，主轴可转动地设置，连杆绕主轴均匀布置，连杆自主轴沿垂直于主轴的方向延伸，每根连杆连接一叶片，叶片被配置为能够绕连杆翻转，叶片的重心位于叶片的翻转轴线下方，竖向限位件自连杆向下延伸，用于对顺着流体流向的叶片提供阻挡力，水平限位件与连杆连接并向连杆的一侧延伸，用于在逆着流体流向的叶片翻转至水平状态时限制其继续翻转。本装置无需变桨和偏航，结构简单，在转动时减少叶片的阻力，提高了发电效率，叶片可依靠重力自然复位、回正，实现装置连续运转，通过水平限位件抵抗脉动流体和随机流体的扰动，防止装置因这些扰动而失去工作能力。

技术研发人员：王军;胡建军;娄楷明
受保护的技术使用者：王军
技术研发日：2019.11.14
技术公布日：2020.09.18