[发明专利]一种波动装置及波动发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及流体机械领域，特别涉及一种将流体广义热能单向转化为机械能输出的波动装置。

背景技术

将流体广义内能转化为机械功的装置一般分为两种，其一是利用流体受热膨胀产生压力推动活塞往复运动的活塞式曲柄连杆动力装置，其二是热流体经喷管膨胀将焓转化为动能从而推动叶轮旋转的叶轮机械动力装置。

活塞式曲柄连杆动力装置的形状和特点适于用大压缩比的密闭气室的热动转换场合中，其效率高，体积小而重量轻，稳定工作范围大。叶轮机械动力装置相对活塞式曲柄连杆动力装置结构复杂，适用于对开放空间流动工质的能量转换场合，其轴向距离长，重量体积都较大，并且能在较宽的运行范围内保持较高的效率。前者为汽车内燃机重要能量转换装置，后者在船、工业燃气轮机、蒸汽轮机和航空压气机等领域有广泛应用。

现有内燃动力的效率因热力学第二定律及压气损失的普遍存在而使得其效率普遍不高，但其系统内的曲柄连杆则是高效简单的传动构件。总体来说，内燃动力效率主要因热动转换效率受限，而非其传动系统效率低下。故无论何种能量转换装置，曲柄连杆作为动力传动始终是优先考虑的。

对于风能、水流能的利用，传统方法是利用具有来流速度的流体对叶片绕流产生的环量进而产生升力对叶片做功，这一方法需要有较大的初载荷施加于叶片方能持续能量转换，而且目前利用升力做功转换效率不高。

鱼类作为一种从上古一直进化演变至今的水中动物，能高效得利用自身对水做功获能前进。顺流而下，逆流而上已经进化为一种生存本能，其自身的波动前进方法被认为是比较高效的，具有潜在可探究的一种能量转换方法。

如何将鱼类的波动运动高效的优势同曲柄连杆机构结合来设计一种高效的利用流体动能来转化为机械能的装置一直是相关领域科研人员的设计难题。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种利用风能、水流能等流体流动动能结合曲柄连杆进行机械传动的仿生鱼类波动装置及利用该装置发电的波动发电装置。

一种波动装置，用于将气体或液体的做功工质流动的动能转化为机械能，其特征在于包括：

壳体单元，包括呈长方体形的壳体、承重支撑件和平行设置于壳体四个侧壁上的四个流道，

壳体的四个侧壁上设置有多个连杆孔，

承重支撑柱用于支撑，设置在壳体外壁上，

流道为两端开放式的筒状结构，用于供做功工质的流入和流出，

流道横截面为矩形，流道的两个相对的内壁作为流道工作面，另两个相对的内壁作为流道滑动面，流道工作面上设置有与多个连杆孔对应的工作孔；

四个波动板单元，对应设置在四个流道内，波动板单元包括多个波动板以及对应活动连接的多个等长连杆，

波动板设置于流道内部，每两个波动板之间由铰链连接而可以上下沿着流道滑动面滑动，

波动板的上下面作为波动板工作面，左右面作为波动板滑动面，波动板滑动面与流道滑动面相互接触滑动，

等长连杆，一端活动连接在波动板工作面上，另一端穿过连杆孔而进入壳体内；

曲轴单元，设置在壳体内，包括曲轴机构和连接在曲轴结构一端且伸出壳体的输出轴，

曲轴机构具有曲轴和多个曲柄，曲轴由多个曲拐和用于连接曲拐的连接段相互连接而成，曲拐上套接有四个曲柄，曲轴上相邻曲拐间具有夹角，该夹角作为相位角，曲柄分别对应与等长连杆的另一端连接，

做功工质流过四个流动带动波动板单元波动，随着波动板的波动而通过等长连杆将上下的波动运动传递给曲轴单元，曲轴单元将上下的波动运动转化为旋转运动并通过输出轴输出。

本发明提供的波动装置，还可以具有这样的特征：其中，四个与壳体的侧壁连接的流道工作面上的工作孔数目彼此相同。

本发明提供的波动装置，还可以具有这样的特征：其中，四个波动单元各自的等长连杆的数目彼此相同。

本发明提供的波动装置，还可以具有这样的特征：其中，曲轴上的曲拐数量与每组流道的等长连杆数量彼此相同。

本发明提供的波动装置，还可以具有这样的特征：其中，当流体为可压缩流体时，流道横截面沿着做功工质流动方向而逐渐变大。

本发明提供的波动装置，还可以具有这样的特征：其中，四个曲柄的长度彼此相同。

本发明提供的波动装置，还可以具有这样的特征：其中，处于同一个壳体的侧壁上的相邻两个连杆孔之间的距离相等。

本发明提供的波动装置，还可以具有这样的特征：其中，每一个曲拐上的四个曲柄均按相同顺序依次套接在曲拐上。