漂浮式半主動(dòng)擺動(dòng)水翼潮流能捕能裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種捕能裝置，尤其涉及一種漂浮式半主動(dòng)擺動(dòng)水翼潮流能捕能裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著石油和煤炭等化石燃料的過度消耗，像潮流能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源的開發(fā)利用越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。潮流能作為海洋能的重要形式，與太陽(yáng)能、風(fēng)能相比，具有能量密度大、對(duì)環(huán)境污染小，變化有規(guī)律，可預(yù)測(cè)性好等優(yōu)點(diǎn)，也被稱為世界未來(lái)十大清潔能源之一。目前，對(duì)潮流能的利用形式多為旋轉(zhuǎn)葉片的水輪機(jī)配合相應(yīng)的發(fā)電機(jī)進(jìn)行能量捕獲，然而這種潮流能量捕獲方式存在一些問題，如:占地面積大，需要的潮流速度快，噪聲大，水輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)速度快時(shí)會(huì)對(duì)周圍的海洋生物產(chǎn)生影響等。
[0003]海洋中的生物，如金槍魚、海豚、鯊魚等，利用尾部/鰭的擺動(dòng)從周圍的水中獲得能量實(shí)現(xiàn)游動(dòng)，具有效率高、噪聲低以及良好的水動(dòng)力特性等特點(diǎn)。受此啟發(fā)，近年來(lái)，國(guó)外開展了一種新的基于擺動(dòng)式水翼的流體能量捕獲技術(shù)研究，與現(xiàn)有的基于旋轉(zhuǎn)葉片的水輪機(jī)技術(shù)相比，這種基于擺動(dòng)水翼的流體能量捕獲技術(shù)具有對(duì)環(huán)境影響小、噪聲小，捕能效率高以及可在淺水使用等優(yōu)點(diǎn)，在英國(guó)、愛爾蘭、美國(guó)、加拿大等國(guó)家較早的開展了這方面的基礎(chǔ)研究。我國(guó)擁有廣闊的潮流能海洋資源，目前對(duì)擺動(dòng)式潮流能捕能技術(shù)卻一直未曾開展，在這方面，國(guó)內(nèi)幾乎沒有公開的技術(shù)報(bào)道。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)涉及漂浮式擺動(dòng)水翼潮流能捕能裝置的發(fā)明專利，如專利申請(qǐng)?zhí)枮?01310473753.X、名稱為“升降式振蕩水翼捕獲潮流能發(fā)電裝置”，通過將翼片沿滑軌的上下移動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為與之相連的液壓系統(tǒng)的液壓能，再將轉(zhuǎn)化后的液壓能轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)的電能，上下兩個(gè)極限端通過壓縮彈簧改變翼片的擺角，和本發(fā)明專利的原理及工作過程均不同。如專利申請(qǐng)?zhí)枮?01410663950.2，名稱為“擺動(dòng)式水翼潮流能發(fā)電裝置”，通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)原理實(shí)現(xiàn)能量提取，通過另一套曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行攻角控制，水翼攻角控制原理和裝置結(jié)構(gòu)和本發(fā)明專利均不同。國(guó)內(nèi)關(guān)于漂浮式半主動(dòng)控制水翼攻角實(shí)現(xiàn)水翼周期循環(huán)的還未見相關(guān)發(fā)明專利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了針對(duì)現(xiàn)有潮流能捕能裝置存在的不足，而提供一種機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、可靠性強(qiáng)的漂浮式半主動(dòng)擺動(dòng)水翼潮流能捕能裝置。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:包括漂浮支撐部分、能量提取部分、翼型運(yùn)動(dòng)部分和能量轉(zhuǎn)化部分，所述漂浮支撐部分包括兩個(gè)浮筒、安裝在兩個(gè)浮筒上端的平板和設(shè)置在平板上的三個(gè)支撐板；所述能量提取部分包括兩套曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，每套曲柄搖桿機(jī)構(gòu)包括安裝在兩端的支撐板上的飛輪、設(shè)置在飛輪上的銷軸、安裝在銷軸上的升沉連桿和與升沉連桿鉸接的升沉擺桿，所述升沉擺桿的端部鉸接安裝在對(duì)應(yīng)支撐板的下端；所述翼型運(yùn)動(dòng)部分包括分別設(shè)置在兩個(gè)升降擺桿上的左翼型軸和右翼型軸、左翼片、右翼片和短軸，短軸的一端與左翼型軸之間安裝左翼片，短軸的另一端與右翼片之間安裝右翼片，且左翼片和右翼片的端部分別設(shè)置有與左翼片和右翼片形狀相同的翼型終端板；所述能量轉(zhuǎn)化部分包括安裝在平板上的發(fā)電機(jī)、與發(fā)電機(jī)連接的增速機(jī)構(gòu)和彈性聯(lián)軸器，所述增速機(jī)構(gòu)通過彈性聯(lián)軸器與其中一個(gè)飛輪的中心軸連接。
[0007]本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征:
[0008]1.還包括水翼擺角控制部分，所述水翼擺角控制部分包括安裝在平板上的控制電機(jī)、設(shè)置在中間的支撐板下端的中間軸、設(shè)置在中間軸與控制電機(jī)輸出軸之間的一級(jí)同步帶和設(shè)置在中間軸與短軸之間的二級(jí)同步帶。
[0009]2.所述增速機(jī)構(gòu)的增速比是1:4。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)機(jī)械本身的運(yùn)動(dòng)特性實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化，利用電機(jī)對(duì)水翼攻角進(jìn)行主動(dòng)控制，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、噪聲小、易于淺水應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，在未來(lái)的潮流能能量捕獲方面有很大的發(fā)展空間。本發(fā)明利用電機(jī)對(duì)水翼攻角進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)水翼攻角不同運(yùn)動(dòng)規(guī)律控制和不同攻角變化控制，裝置傳動(dòng)靈活，控制方便，采用浮筒漂浮式結(jié)構(gòu)，可以漂浮于海面上，不需要其他固定系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于研究。和以往的旋轉(zhuǎn)葉片的水輪機(jī)相比，本發(fā)明具有傳動(dòng)效率高、噪聲小、易于淺水應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)環(huán)境影響小，對(duì)水中生物影響小。這種裝置具有對(duì)環(huán)境影響小，針對(duì)我們廣泛的潮流能資源，適用于開展發(fā)展研究。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的整體的三維結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖2是本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)化部分結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖3是本發(fā)明的主視圖；
[0014]圖4是本發(fā)明的側(cè)視圖；
[0015]圖5是本發(fā)明的俯視圖；
[0016]圖6是本發(fā)明的中間軸的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0018]結(jié)合圖1至圖6，本發(fā)明包括的部件有:飛輪1、控制電機(jī)2、一級(jí)同步帶傳動(dòng)3、發(fā)電機(jī)4、增速機(jī)構(gòu)5、彈性聯(lián)軸器6、飛輪7、銷軸8、平板9、連接螺栓10、浮筒11、支撐板12、帶輪13、中間軸14、二級(jí)同步帶傳動(dòng)15、升沉連桿16、升沉擺桿17、翼型終端板18、翼型軸19、右翼片20、短軸21、左翼片22、升沉擺桿23、升沉連桿24。
[0019]本發(fā)明闡述了一種新型的漂浮式半主動(dòng)擺動(dòng)水翼潮流能捕能裝置，整體結(jié)構(gòu)如圖
1、圖3、圖4和圖5所示，主要包括裝置能量提取部分、水翼擺角控制部分、翼型運(yùn)動(dòng)部分、能量轉(zhuǎn)化部分及漂浮支撐部分等幾部分。能量提取部分將翼型運(yùn)動(dòng)部分的上下升沉擺動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，主要包括飛輪1、升沉擺桿23、升沉連桿24、飛輪7、銷軸8、升沉連桿16、升沉擺桿17。飛輪1、升沉擺桿23、升沉連桿24和飛輪7、銷軸8、升沉連桿16、升沉擺桿17為兩套同樣的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，這樣布置有利于右翼片20、短軸21和左翼片22運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。曲柄由飛輪7和銷軸8組成，這樣布置增加了曲柄的穩(wěn)定性，也利用飛輪I和飛輪7的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性來(lái)克服曲柄搖桿機(jī)構(gòu)存在的死點(diǎn)問題，銷軸8通過圓螺母和飛輪9實(shí)現(xiàn)固定連接，升沉連桿16、升沉擺桿17，升沉擺桿23、升沉連桿24各桿之間采用銷軸8方式進(jìn)行連接；升沉擺桿17，升沉擺桿23做了特殊的處理，采用三角形支架進(jìn)行連接，即利用三角形的穩(wěn)定性確保了運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，也通過三角形高度和位置方面的嚴(yán)格保證，確保了右翼片20、短軸21和左翼片22在對(duì)稱于水平面的豎直平面內(nèi)上下周期運(yùn)動(dòng)。
[0020]如圖1、圖3和圖6所示，水翼擺角控制部分實(shí)現(xiàn)對(duì)右翼片20和左翼片22擺角進(jìn)行實(shí)控制，主要包括控制電機(jī)2、一級(jí)同步帶傳動(dòng)3、帶輪13、中間軸14、二級(jí)同步帶傳動(dòng)15，根據(jù)右翼片20和左翼片22要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通過控制電機(jī)2對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，再通過一級(jí)同步帶傳動(dòng)3和二級(jí)同步帶傳動(dòng)15實(shí)現(xiàn)右翼片20和左翼片22擺角控制；電機(jī)2固定于平板9上，一級(jí)同步帶傳動(dòng)3和二級(jí)同步帶傳動(dòng)15兩套同步帶傳動(dòng)采用不同的傳動(dòng)比進(jìn)行配合，可有效的控制右翼片20和左翼片22實(shí)現(xiàn)不同的擺角，帶輪13通過軸肩和套筒定位于中間軸14上。
[0021]如圖1、圖3和圖5所示，翼型運(yùn)動(dòng)部分由翼型終端板18、翼型軸19、右翼片20、短軸21、左翼片22組成，通過翼型軸19連接于升沉擺桿17和升沉擺桿23之間，右翼片20和左翼片22通過短軸21和配合螺母連接在一起，右翼片20和左翼片22兩端配有和水翼同形狀的翼型終端板18，翼型軸19位于右翼片20和左翼片22距離水翼前緣點(diǎn)三分之一處。
[0022]如圖1、圖2、圖3和圖5所示，能量轉(zhuǎn)化部分實(shí)現(xiàn)能量最終利用，由增速機(jī)構(gòu)5、發(fā)電機(jī)4及彈性聯(lián)軸器6組成，增速機(jī)構(gòu)5由增速比為1:4的齒輪傳動(dòng)組成，通過增速機(jī)構(gòu)5增速后達(dá)到發(fā)電機(jī)4的額定范圍以內(nèi)，發(fā)電機(jī)4用于最終的能量轉(zhuǎn)化，各部件采用彈性聯(lián)軸器6進(jìn)行連接。如圖1、圖4、圖5所示，漂浮支撐部分主要起到平衡裝置重力和支撐整個(gè)裝置作用，由浮筒11、平板9、連接螺栓10和支撐板12組成，浮筒11布置于平板9兩端，大小根據(jù)裝置的重量來(lái)設(shè)計(jì)，通過四個(gè)均勻布置的連接螺栓10和平板9實(shí)現(xiàn)連接，支撐板12中間開有矩形空心結(jié)構(gòu)，減輕本身所受的重量。
[0023]這種實(shí)施方式的工作原理為:
[0024]漂浮式半主動(dòng)擺動(dòng)水翼潮流能捕能裝置原理是當(dāng)水流流過時(shí)，右翼片20和左翼片22在水流的升力作用下上下升沉運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)相連的升沉擺桿17和升沉擺桿23 —起繞著中間軸14上下擺動(dòng)，通過升沉連桿16和升沉連桿24的傳動(dòng)，帶動(dòng)飛輪I和飛輪7 —起發(fā)生旋轉(zhuǎn)，飛輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將能量傳遞給能量轉(zhuǎn)化部分，各部件通過彈性聯(lián)軸器6進(jìn)行連接，經(jīng)增速機(jī)構(gòu)5增速后，最終傳遞給發(fā)電機(jī)4進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化。為了實(shí)現(xiàn)裝置的周期循環(huán)，需要對(duì)右翼片20和左翼片22的擺角進(jìn)行控制，根據(jù)右翼片20和左翼片22要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，控制電機(jī)2對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，再通過一級(jí)同步帶傳動(dòng)3和二級(jí)同步帶傳動(dòng)15實(shí)現(xiàn)右翼片20和左翼片22擺角控制。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、噪聲小、易于淺水應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，在未來(lái)的潮流能能量捕獲方面有很大的發(fā)展空間。
[0025]本發(fā)明涉及一種漂浮式半主動(dòng)擺動(dòng)水