軌道控制攻角的振動(dòng)翼風(fēng)能、潮流能轉(zhuǎn)換裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供軌道控制攻角的振動(dòng)翼風(fēng)能、潮流能轉(zhuǎn)換裝置，包括支架、橢圓攻角控制軌道、直線導(dǎo)軌、葉片、攻角控制桿、連接桿、曲軸、輪盤。直線導(dǎo)軌固定安裝在支架上；葉片兩端通過(guò)軸承與滑塊嵌入導(dǎo)軌；連接桿兩端分別與葉片轉(zhuǎn)軸和曲軸的曲柄或輪盤邊緣支點(diǎn)鉸接。曲軸與傳動(dòng)主軸相連，通過(guò)軸承安裝在支架上。攻角控制桿一端與葉片轉(zhuǎn)軸的弦向垂直固定連接，另一端嵌于橢圓控制軌道盤的導(dǎo)軌內(nèi)并附有質(zhì)量塊；曲軸兩端安裝輪盤。葉片兩端安裝端部翼板。采用三個(gè)或三個(gè)以上的葉片，各個(gè)與葉片相連的曲軸在傳動(dòng)主軸盤面的投影為均勻分布，以達(dá)到裝置持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。本發(fā)明能效高，可用于陸地、近岸的風(fēng)力發(fā)電、潮流能發(fā)電等領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】軌道控制攻角的振動(dòng)翼風(fēng)能、潮流能轉(zhuǎn)換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種發(fā)電裝置，具體地說(shuō)是利用風(fēng)能、潮流能發(fā)電的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能、潮流能是清潔無(wú)污染的優(yōu)秀的可再生能源。風(fēng)能、潮流能的開(kāi)發(fā)利用是能源需求的重要補(bǔ)充，而高效穩(wěn)定的風(fēng)能、潮流能換能裝置是風(fēng)力、潮流能發(fā)電的核心關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]目前主流的風(fēng)能/潮流能發(fā)電裝置大致可分為水平軸式和垂直軸式。大多是通過(guò)布置葉片，利用葉片受到的升力來(lái)帶動(dòng)電機(jī)發(fā)電。但是目前這兩類發(fā)電裝置或多或少的還存在自身的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。如水平軸風(fēng)機(jī)或水輪機(jī)容易受到風(fēng)向或潮流流向偏差的影響；水平軸風(fēng)機(jī)的發(fā)電機(jī)組在立柱頂部，不利于安裝與維護(hù)。風(fēng)機(jī)出現(xiàn)過(guò)數(shù)起火災(zāi)事故。水平軸水輪機(jī)還需要面對(duì)電機(jī)的防水、防污等一系列問(wèn)題。垂直軸輪機(jī)雖具有啟動(dòng)性好、效率較高等優(yōu)點(diǎn)，但運(yùn)轉(zhuǎn)載荷穩(wěn)定性稍差。在大型化方面容易受到限制。已有的基于振動(dòng)翼的能量轉(zhuǎn)換裝置在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面過(guò)于復(fù)雜，存在運(yùn)行的穩(wěn)定性差，效率不高等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供性能較已有的往復(fù)式運(yùn)動(dòng)葉片的裝置有所提高的軌道控制攻角的振動(dòng)翼風(fēng)能、潮流能轉(zhuǎn)換裝置。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明軌道控制攻角的振動(dòng)翼風(fēng)能、潮流能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是:包括主軸、端部轉(zhuǎn)換單元、中部轉(zhuǎn)換單元，端部轉(zhuǎn)換單元包括轉(zhuǎn)盤、第一曲柄、第一-第二攻角控制軌道、第
一-第二支架、第一葉片、第一-第二連接桿、第一-第二攻角控制桿，中部轉(zhuǎn)換單元包括第
二-第三曲柄、第三-第四攻角控制軌道、第三-第四支架、第二葉片、第三-第四連接桿、第
三-第四攻角控制桿，第一-第四支架均與主軸相連，第一-第四支架上分別安裝第一-第四直線軌道，第一-第四攻角控制軌道分別安裝在第一-第四支架上，轉(zhuǎn)盤、第一-第三曲柄分別固定在主軸上，第一葉片的兩端通過(guò)第一葉片轉(zhuǎn)軸分別連接第一-第二直線導(dǎo)軌，第二葉片的兩端通過(guò)第二葉片轉(zhuǎn)軸分別連接第三-第四直線導(dǎo)軌，第一連接桿的兩端分別連接轉(zhuǎn)盤和第一直線導(dǎo)軌上的葉片，第二連接桿的兩端分別連接第一曲柄和第二直線導(dǎo)軌上的葉片，第三連接桿的兩端分別連接第二曲柄和第三直線導(dǎo)軌上的葉片，第四連接桿的兩端分別連接第三曲柄和第四直線導(dǎo)軌上的葉片，第一攻角控制桿的兩端分別連接第一攻角控制軌道和第一直線導(dǎo)軌上的葉片，第二攻角控制桿的兩端分別連接第二攻角控制軌道和第二直線導(dǎo)軌上的葉片，第三攻角控制桿的兩端分別連接第三攻角控制軌道和第三直線導(dǎo)軌上的葉片，第四攻角控制桿的兩端分別連接第一攻角控制軌道和第四直線導(dǎo)軌上的葉片，所述的端部轉(zhuǎn)換單元包括兩個(gè)，中部轉(zhuǎn)換單元至少有一個(gè)，所有中部轉(zhuǎn)換單元均位于兩個(gè)端部轉(zhuǎn)換單元之間，主軸連接發(fā)電機(jī)。
[0007]本發(fā)明還可以包括:[0008]1、第一-第四攻角控制桿的端部通過(guò)質(zhì)量塊連接攻角控制軌道里。
[0009]2、所述的葉片的兩端設(shè)置端部翼板，端部翼板的形狀為瓣形。
[0010]3、所述的攻角控制軌道為橢圓形，第一-第四攻角控制桿的端部與第一-第二葉片轉(zhuǎn)軸在葉片弦向垂直固定連接。
[0011]4、當(dāng)?shù)谝蝗~片位于最高或最低點(diǎn)時(shí)，第一-第二連接桿、第一-第二攻角控制桿均同時(shí)位于最高或最低點(diǎn)；當(dāng)?shù)诙~片位于最高或最低點(diǎn)時(shí)，第三-第四連接桿、第三-第四攻角控制桿均同時(shí)位于最高或最低點(diǎn)。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:本發(fā)明可優(yōu)化葉片與來(lái)流的有效攻角，較好的實(shí)現(xiàn)風(fēng)能、潮流能的高效率的轉(zhuǎn)換。理論計(jì)算顯示振動(dòng)翼在設(shè)定的優(yōu)化的軌跡運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能量轉(zhuǎn)換效率接近50%。本發(fā)明是在此優(yōu)化的運(yùn)動(dòng)軌跡的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，可以實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)與能量采集效率，這將在很大程度上提高能量利用率。從潮流能發(fā)電角度來(lái)講，此裝置可以大型化，不受限于發(fā)電船等結(jié)構(gòu)物的大開(kāi)口結(jié)構(gòu)。與水平軸發(fā)電裝置相比，受風(fēng)向偏離的影響較小。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的平面原理圖；
[0014]圖2a為本發(fā)明的工作流程不意圖a,圖2b為本發(fā)明的工作流程不意圖b,圖2c為本發(fā)明的工作流程示意圖C，圖2d為本發(fā)明的工作流程示意圖d，圖2e為本發(fā)明的工作流程示意圖e，圖2f為本發(fā)明的工作流程示意圖f，圖2g為本發(fā)明的工作流程示意圖g，圖2h為本發(fā)明的工作流程示意圖h，圖2i為本發(fā)明的工作流程示意圖1，圖2j為本發(fā)明的工作流程示意圖j，圖2k為本發(fā)明的工作流程示意圖k，圖21為本發(fā)明的工作流程示意圖1 ;
[0015]圖3為本發(fā)明的葉片兩端的端部翼板示意圖；
[0016]圖4為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖(三葉片結(jié)構(gòu)形式)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0018]結(jié)合圖1?4，此換能裝置，如圖1所示，包括支架1、直線導(dǎo)軌2、葉片3、連接桿4、攻角控制軌道5、攻角控制桿6、輪盤7、質(zhì)量塊8。直線導(dǎo)軌2固定安裝在支架I上，葉片3兩端通過(guò)軸承、滑塊與導(dǎo)軌2連接，可沿導(dǎo)軌2做往復(fù)運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。設(shè)置攻角控制桿6調(diào)整葉片3與來(lái)流的有效攻角。在片轉(zhuǎn)軸固定連接有與其弦向垂直的攻角控制桿6 ;攻角控制桿6的另一端嵌于橢圓控制軌道盤的軌道5內(nèi)并附有一定重量的質(zhì)量塊8。設(shè)置的連接桿4兩端分別與葉片3轉(zhuǎn)軸和曲軸的曲柄或輪盤7邊緣支點(diǎn)鉸接，可將葉片的往復(fù)式運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。與曲軸固定連接的主軸通過(guò)軸承安裝在支架I上，可連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，將帶動(dòng)電機(jī)發(fā)電。曲軸兩端安裝一定重量的輪盤，作為穩(wěn)定構(gòu)件。
[0019]本發(fā)明專利中，通過(guò)設(shè)定曲軸搖桿、連接桿4的長(zhǎng)度來(lái)控制葉片3的往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程，通過(guò)設(shè)置攻角控制軌道5的形狀與攻角控制桿6長(zhǎng)度來(lái)控制葉片3的轉(zhuǎn)角，如圖2所示。以葉片3的轉(zhuǎn)動(dòng)中心處的水平線為參考，在攻角控制軌道5與攻角控制桿6的約束下，葉片3與來(lái)流形成上行平面攻角，產(chǎn)生的升力將推動(dòng)葉片3沿導(dǎo)軌2向上運(yùn)動(dòng)。攻角控制桿6的一端沿控制軌道5順時(shí)針滑動(dòng)，葉片3、連接桿4的上端及攻角控制桿6的上端同時(shí)到達(dá)運(yùn)動(dòng)的頂點(diǎn)，此時(shí)可依靠質(zhì)量塊8與轉(zhuǎn)動(dòng)葉片3自身的慣性通過(guò)最高點(diǎn)；當(dāng)連接桿4上端轉(zhuǎn)過(guò)曲軸或輪盤7的最高點(diǎn)，在攻角控制軌道5及攻角控制桿6的約束下，葉片3與來(lái)流形成下行平面攻角，流體的作用力將推動(dòng)葉片3沿導(dǎo)軌2向下運(yùn)動(dòng)；繼而連接桿4轉(zhuǎn)過(guò)曲軸或者輪盤7的最低點(diǎn)，重新回到上平面攻角階段；如此往復(fù)，曲軸和輪盤7的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能或潮流能的高效能量采集。
[0020]本發(fā)明專利中的葉片3兩端接有對(duì)稱的端部翼板,如圖3所不。端部翼板能夠減小三維端部效應(yīng)，提高能量利用率。
[0021]本發(fā)明專利中，為保證裝置運(yùn)行的平穩(wěn)，裝置一般用到三個(gè)或三個(gè)以上的葉片3，與葉片相連的連接桿4與曲軸或輪盤7的連接點(diǎn)參考主軸軸向盤面為均勻分布。
[0022]本發(fā)明專利中，裝置可設(shè)計(jì)為立式(豎軸式)，也可設(shè)計(jì)為水平式(橫軸式)。應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電時(shí)，水平式布置的曲軸或輪盤可置于近地面，以便于安裝維護(hù)。應(yīng)用于潮流能發(fā)電時(shí)，可采用圖4所示的總體布置。
[0023]如圖2中的a-f所示，以葉片3的轉(zhuǎn)動(dòng)中心處的水平線為參考，在攻角控制軌道5與攻角控制桿6的約束下，葉片3與來(lái)流形成上行平面攻角，產(chǎn)生的升力將推動(dòng)葉片3沿直線導(dǎo)軌2向上運(yùn)動(dòng)。攻角控制桿6滑動(dòng)端滑塊沿攻角控制軌道5順時(shí)針滑動(dòng)，依靠質(zhì)量塊8與轉(zhuǎn)動(dòng)葉片3的慣性通過(guò)最高點(diǎn)；當(dāng)連接桿4上端轉(zhuǎn)過(guò)曲軸或輪盤7的最高點(diǎn)，在攻角控制軌道5的約束下，來(lái)流與葉片3將形成下行平面攻角，流體的作用力將推動(dòng)葉片沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)，如圖2中的g-Ι所示；繼而連接桿4轉(zhuǎn)過(guò)曲軸或者輪盤7的最低點(diǎn)，即重新回到上行平面攻角階段；如此往復(fù)，曲軸和輪盤7的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能或潮流能的高效能量采集。實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)設(shè)多個(gè)葉片3來(lái)帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式、合適重量的輪盤7及攻角控制桿5滑動(dòng)端滑塊重量達(dá)到裝置穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率、曲柄尺寸與控制軌道的形狀需配合適當(dāng)?shù)陌l(fā)電機(jī)所需載荷與轉(zhuǎn)速來(lái)確定。通過(guò)在葉片3兩端加裝對(duì)稱的側(cè)翼，減小三維端部效應(yīng)，提高了能量采集效率。
[0024]實(shí)際安裝過(guò)程中，可因地制宜選擇合適的安裝形式。裝置可設(shè)計(jì)為立式(豎軸式)，也可設(shè)計(jì)為水平式(橫軸式)。應(yīng)用于潮流能發(fā)電時(shí)，如圖4所示，潮流中作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的葉片置于水面以下，曲軸或輪盤7布置在水面以上，并安裝曲軸或輪盤罩，保護(hù)結(jié)構(gòu)、保障生命安全及減小對(duì)環(huán)境的影響。裝置應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電時(shí)，水平式布置的曲軸或輪盤7可置于近地面，即圖4的整體需要倒置；或設(shè)計(jì)為立式形式(豎軸式)，需將圖4逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度來(lái)看，發(fā)電機(jī)位于下輪盤下方的近地面處，以便于安裝維護(hù)。
[0025]本發(fā)明一種軌道控制葉片與來(lái)流的攻角的風(fēng)能潮流能轉(zhuǎn)換裝置，包括支架、橢圓攻角控制軌道、直線導(dǎo)軌、葉片、攻角控制桿、連接桿、曲軸、輪盤。直線導(dǎo)軌固定安裝在直立支架上；葉片兩端通過(guò)軸承與滑塊嵌入導(dǎo)軌，可沿軌道滑動(dòng)；連接桿兩端分別與葉片轉(zhuǎn)軸和曲軸的曲柄或輪盤邊緣支點(diǎn)鉸接,可繞鉸接點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。曲軸與傳動(dòng)主軸相連,通過(guò)軸承安裝在支架上，可連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。攻角控制桿一端與葉片轉(zhuǎn)軸的弦向垂直固定連接，另一端嵌于橢圓控制軌道盤的導(dǎo)軌內(nèi)并附有質(zhì)量塊；曲軸兩端安裝輪盤，作為穩(wěn)定構(gòu)件，其慣性有利于機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定運(yùn)行。葉片兩端安裝端部翼板，避免端部三維效應(yīng)，提高能量采集效率。采用三個(gè)或三個(gè)以上的葉片，各個(gè)與葉片相連的曲軸在傳動(dòng)主軸盤面的投影為均勻分布，以達(dá)到裝置持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。設(shè)置的攻角控制桿一端與葉片轉(zhuǎn)軸在葉片弦向垂直固定連接，另一端嵌于橢圓軌道盤的軌道內(nèi)。伴隨著葉片的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，攻角控制桿而沿橢圓的軌道控制盤上的軌道滑動(dòng)，進(jìn)而控制葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得葉片與來(lái)流保持合理的有效攻角。攻角控制桿端部附有質(zhì)量塊，保證攻角控制桿連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。
【權(quán)利要求】
1.軌道控制攻角的振動(dòng)翼風(fēng)能、潮流能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是:包括主軸、端部轉(zhuǎn)換單元、中部轉(zhuǎn)換單元，端部轉(zhuǎn)換單元包括轉(zhuǎn)盤、第一曲柄、第一-第二攻角控制軌道、第一-第二支架、第一葉片、第一-第二連接桿、第一-第二攻角控制桿，中部轉(zhuǎn)換單元包括第二 -第三曲柄、第三-第四攻角控制軌道、第三-第四支架、第二葉片、第三-第四連接桿、第三-第四攻角控制桿，第一-第四支架均與主軸相連，第一-第四支架上分別安裝第一-第四直線軌道，第一-第四攻角控制軌道分別安裝在第一-第四支架上，轉(zhuǎn)盤、第一-第三曲柄分別固定在主軸上，第一葉片的兩端通過(guò)第一葉片轉(zhuǎn)軸分別連接第一-第二直線導(dǎo)軌，第二葉片的兩端通過(guò)第二葉片轉(zhuǎn)軸分別連接第三-第四直線導(dǎo)軌，第一連接桿的兩端分別連接轉(zhuǎn)盤和第一直線導(dǎo)軌上的葉片，第二連接桿的兩端分別連接第一曲柄和第二直線導(dǎo)軌上的葉片，第三連接桿的兩端分別連接第二曲柄和第三直線導(dǎo)軌上的葉片，第四連接桿的兩端分別連接第三曲柄和第四直線導(dǎo)軌上的葉片，第一攻角控制桿的兩端分別連接第一攻角控制軌道和第一直線導(dǎo)軌上的葉片，第二攻角控制桿的兩端分別連接第二攻角控制軌道和第二直線導(dǎo)軌上的葉片，第三攻角控制桿的兩端分別連接第三攻角控制軌道和第三直線導(dǎo)軌上的葉片，第四攻角控制桿的兩端分別連接第一攻角控制軌道和第四直線導(dǎo)軌上的葉片，所述的端部轉(zhuǎn)換單元包括兩個(gè)，中部轉(zhuǎn)換單元至少有一個(gè)，所有中部轉(zhuǎn)換單元均位于兩個(gè)端部轉(zhuǎn)換單元之間，主軸連接發(fā)電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌道控制攻角的振動(dòng)翼風(fēng)能、潮流能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是:第一-第四攻角控制桿的端部通過(guò)質(zhì)量塊連接攻角控制軌道里。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軌道控制攻角的振動(dòng)翼風(fēng)能、潮流能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是:所述的葉片的兩端設(shè)置端部翼板，端部翼板的形狀為瓣形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軌道控制攻角的振動(dòng)翼風(fēng)能、潮流能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是:所述的攻角控制軌道為橢圓形，第一-第四攻角控制桿的端部與第一-第二葉片轉(zhuǎn)軸在葉片弦向垂直固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軌道控制攻角的振動(dòng)翼風(fēng)能、潮流能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是:所述的攻角控制軌道為橢圓形，第一-第四攻角控制桿的端部與第一-第二葉片轉(zhuǎn)軸在葉片弦向垂直固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軌道控制攻角的振動(dòng)翼風(fēng)能、潮流能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是:當(dāng)?shù)谝蝗~片位于最高或最低點(diǎn)時(shí)，第一-第二連接桿、第一-第二攻角控制桿均同時(shí)位于最高或最低點(diǎn)；當(dāng)?shù)诙~片位于最高或最低點(diǎn)時(shí)，第三-第四連接桿、第三-第四攻角控制桿均同時(shí)位于最高或最低點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軌道控制攻角的振動(dòng)翼風(fēng)能、潮流能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是:當(dāng)?shù)谝蝗~片位于最高或最低點(diǎn)時(shí)，第一-第二連接桿、第一-第二攻角控制桿均同時(shí)位于最高或最低點(diǎn)；當(dāng)?shù)诙~片位于最高或最低點(diǎn)時(shí)，第三-第四連接桿、第三-第四攻角控制桿均同時(shí)位于最高或最低點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軌道控制攻角的振動(dòng)翼風(fēng)能、潮流能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是:當(dāng)?shù)谝蝗~片位于最高或最低點(diǎn)時(shí)，第一-第二連接桿、第一-第二攻角控制桿均同時(shí)位于最高或最低點(diǎn)；當(dāng)?shù)诙~片位于最高或最低點(diǎn)時(shí)，第三-第四連接桿、第三-第四攻角控制桿均同時(shí)位于最高或最低點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的軌道控制攻角的振動(dòng)翼風(fēng)能、潮流能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是:當(dāng)?shù)谝蝗~片位于最高或最低點(diǎn)時(shí)，第一-第二連接桿、第一-第二攻角控制桿均同時(shí)位于最高或最低點(diǎn)；當(dāng)?shù)诙~片位于最高或最低點(diǎn)時(shí)，第三-第四連接桿、第三-第四攻角控制桿均同時(shí)位于最高或最低點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】F03B13/00GK103925161SQ201410177628
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】許國(guó)冬, 徐文華, 吳國(guó)雄, 段文洋, 楊衡 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)