[实用新型]垂直轴水力发电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及利用水力能量发电装置，特别是一种垂直轴水力发电装置。

背景技术

能量是人类必不可少的需求，而海洋能是依附在海水中的可再生能源，由于受太阳、月亮对地球的引力影响，造成占地球表面积71%的海洋循环涌动，以潮汐、波浪、洋流能各种形式运动，这些蕴藏在海水里的巨大能因为单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小，要想获得大能量，就得从大量海水中获得，这是目前最大难点，其次海洋能的无规则运动，没有明确方向，无法掌控，目前的技术无法利用海洋中存在的巨大能量。

目前的技术只有筑起堤坝，提高水位差，增加单位水能量，才能达到使用效益，例如三峡电站，或利用潮汐发电的法国朗斯电站、我国的江厦电站。而目前停留在实验室的技术：萨沃纽斯型（Savonius rotor）、马达拉斯型（Madaras rotor）、达里厄型（Darrieus VAWT），经过加拿大国立研究委员会（NRC）、美国圣地亚国立实验室（SNL）、英国（VAWT型）、法国（CENGD型）、荷兰（Pionier1型）、罗马尼亚（TEV100型）、瑞士（Alpha Real型）等实验室研究改进，它们的叶片形状千差万别，主要有弧型、三角型、Y型、H型、S型、扇型、拱型、楔型等，这些技术都不能从流动速度小于2M/s的海水中提取微能量，进而获取有经济价值的电能。

发明内容

本实用新型的主要目的在于提供一种垂直轴水力发电装置，该水力发电装置采用一种新型的涡轮叶片结构，使其可以从大量的海水中收集无固定方向的流动微能量，在巨大的叶轮作用下，始终保持同一方向旋转，不受水流向以及涡流的影响与旋转的涡轮叶片始终保持垂直面或侧面不间断变换，不同角度的同步涡轮叶片都有良好方向一致的驱动合力导向，全方向作功，水流能从任何方向作用在涡轮叶片上的作用力工作状态一致，对从任意方向流向涡轮叶片的能量都会协同一致工作，同时为了获得更大的作用力，可以利用杠杆原理，可以任意延长臂杆，涡轮叶片的面积可从高度、宽度任意调整，增加涡轮叶片的面积，获得理想的工作效率。

依据瑞利勋爵的流体阻力方程式：

         F_D = ?ρv2C_DA

其中

F_D为阻力，是施力平行流场方向的分量

ρ为流体密度

v 是流体相对物体的速度

C_D 为阻力系数

A 为参考面积（物体在运动方向上的正交投影面积）

从上式看ρ v C_D为常数，要从海水中提取大量的微能量，只有扩大面积A，才可以提高阻力F_D。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种垂直轴水力发电装置，它主要包括与变速箱与发电机装置相连的垂直轴和一端与该垂直轴相连的臂杆，该臂杆的另一端通过所带限位轴与涡轮叶片相连；其中所述垂直轴是驱动中心，所有的臂杆都以它为中心连接，在同一平面，臂杆与臂杆之间互为直角，垂直轴方向，臂杆与臂杆等距离分布。由限位轴控制涡轮叶片的开启与关闭方向。

在同一平面主传动轴由四组臂杆向四周延伸，所以形成在360°圆周内，任一方向流动的能量都能形成以主传动轴为中心的，由臂杆、限位轴、涡轮叶片组成的臂杆叶片组合，形成一侧闭合，一侧开启的运动态势，关闭端为主旋转方向，而开启端由于涡轮叶片的作用力在限位轴上，限位轴在涡轮叶片作用力的推动下与流动方向作逆向运动，形成与闭合端方向一致的合力。

为了使涡轮叶片与臂杆能很好地闭合，在涡轮叶片相对臂杆一侧设有对应的弧形槽。

由垂直轴把转动力传动至变速箱与发电机装置，为了提高利用率，就需要扩大涡轮叶片，除延长臂杆长度外，还可以延长垂直轴与叶片的高度，随着高度的增加，在涡轮叶片旋转的作用下，会形成共振与摆幅，所以需要在上下两端设置附板连接板，由附板连接板把多个垂直轴水力发电装置连接在一起，形成一个整体，由于每个垂直轴水力发电装置的旋转方向可以设定，所以在同一整体内，机组旋转方向对称可以保证平稳运行。