[发明专利]一种基于内错角原理的流水摆式能量转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及水力发电装置，具体说就是一种基于内错角原理的流水摆式能量转换装置。

背景技术

由于化石资源的过度开采、濒临枯竭以及由此带来的环境问题日益严重，清洁能源已得到全世界的关注。水流的动能是一种广泛存在于河流和海洋中的清洁能源，通过特定的能量转换装置可将水流的动能转换为机械能，再通过能量的二次转换形成电能。目前主流的高效水流能量转换装置常采用旋转叶轮进行能量的一次转换，如水平轴水轮机和竖直轴水轮机等，相关研究表明，当水流的流速低于0.8m/s时，旋转叶轮装置几乎不出力，只有当水流流速高于2.0m/s时旋转叶轮才有较高的能量利用率。然而，河流以及近岸潮流的流速往往在1.0m/s左右，旋转叶轮装置因结构复杂、成本高，不适合在水流缓慢的河流和近岸潮流中为小工厂和家庭使用。解决这一问题的途径之一是探索其它形式的新型能量转换装置，如英国EB公司研发的Stingray海底座式潮流能转换装置，国内哈尔滨工程大学船舶学院的邢宏岩等人在2005年研发成功的直轨道流水摆式能量转换装置。

在此背景下研制基于内错角原理的流水摆式能量转换装置，该装置起动流速低，叶片面积大、摆杆长，结构简单，巧妙运用内错角原理实现自适应变换偏角，有效降低系统复杂程度，简化了系统结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于内错角原理的流水摆式能量转换装置，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明的流水摆式能量转换装置包括：固定桩、联接筒、发电机、增速器、换向器、摆杆和叶片。固定桩连接联接筒，联接筒连接发电机，发电机连接增速器，增速器连接换向器，换向器连接摆杆，摆杆连接叶片。叶片受水流作用带动摆杆往复摆动，经过换向器获得单向旋转运动，通过增速器增速进而驱动发电机运转，输出电能。

所述的发电机包括：上盖、上轴承、发电机线圈、下轴承、轴承压盖、销钉、编码器、下盖、发电机转子和箱体。上盖内置上轴承，发电机线圈固联在箱体上，下轴承通过轴承压盖安装在箱体上，发电机转子通过上轴承和下轴承支承，发电机转子一端通过销钉连接编码器测量发电机转速，下盖与箱体、增速器、换向器和机械密封一起构成发电机的密闭工作空间，发电机输电线和编码器线缆通过下盖末端的线缆孔分线导出，发电机通过紧定螺钉连接在联接筒上。

所述的摆杆通过胀紧连接器、弹性垫片、平垫片和螺母定位，摆杆与机械密封依次安装在换向器的输入轴上。摆杆的叶片连接端开有弧形槽，该弧形槽沿摆杆中心线对称，弧形槽对应的圆弧圆心位置开有叶片安装孔。

所述的叶片由半叶片和通过两根连接轴连接而成。两个半叶片通过两根连接轴连接，安装在摆杆的弧形槽和安装孔上，叶片可以是板状或对称翼型，连接轴分居叶片中线的两侧，连接轴的轴距等于摆杆上弧形槽的圆弧半径。

所述的增速器由行星架、行星齿轮、太阳轮和内齿圈构成。增速器的输入轴连接行星架，行星架连接行星齿轮，行星轮分别与太阳轮和内齿圈啮合，太阳轮连接增速器的输出轴。

所述的换向器由单向离合器A、大圆锥齿轮A、小圆锥齿轮A、小圆锥齿轮B、单向离合器B和大圆锥齿轮B组成。单向离合器A的外圈连接大圆锥齿轮A，单向离合器A的内圈连接单向离合器B的内圈，大圆锥齿轮A分别与小圆锥齿轮A和小圆锥齿轮B相啮合，小圆锥齿轮A和小圆锥齿轮B分别与大圆锥齿轮B相啮合，单向离合器B的外圈连接大圆锥齿轮B。单向离合器A与单向离合器B反向安装，摆杆的往复摆动经换向器输出单向旋转运动，通过增速器增速，驱动发电机发电。

本发明与背景技术相比具有的有益效果是：

1.相对于旋转叶轮式能量转换装置，本发明具有低流速自启动性能，比较适合一般河流以及近岸潮流的水力开发；

2.相对于旋转叶轮式能量转换装置，本发明具有叶片面积大、摆杆长度长的优势，有效增加了输出转矩和能量采集范围；

3.相对于旋转叶轮式能量转换装置，本发明的单叶片设计避免了叶间干扰问题，其叶片支承结构相对简单，有助于开发大功率机型；

4.相对于现有的摆式能量转换装置，本发明巧妙利用内错角原理实现叶片自适应变偏角，不存在辅助驱动或装置，有效的降低了系统复杂程度；

5.针对潮流的双向性，本发明具有自适应对准来流的特性，简化了系统结构。

附图说明

图1为本发明一种基于内错角原理的流水摆式能量转换装置的正视图，显示其主要部件；