專利名稱：直葉片垂直軸擺動式潮流能轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種直葉片垂直軸擺動式潮流能轉(zhuǎn)換裝置，是在現(xiàn)有垂直軸直葉 片潮流能轉(zhuǎn)換裝置基礎(chǔ)上進一步改進而成，屬于海洋可再生能源利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前潮流能轉(zhuǎn)換裝置主要包括水平軸葉輪式和垂直軸葉輪式兩種，從原理上，現(xiàn) 有潮流能轉(zhuǎn)換裝置都是通過水動力作用于葉片產(chǎn)生力矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，從而把潮流能轉(zhuǎn) 換為軸的旋轉(zhuǎn)運動機械能。顯然，驅(qū)動轉(zhuǎn)軸的力矩越大，則轉(zhuǎn)軸輸出機械能的功率越高，即 表明從潮流能到機械能的一級轉(zhuǎn)換效率越高。水平軸葉輪裝置的優(yōu)點是能量轉(zhuǎn)換效率相對 較高，垂直軸葉輪裝置的優(yōu)點是適應(yīng)不同的潮流方向，結(jié)構(gòu)簡單易于制造?，F(xiàn)有的水平軸葉輪裝置的主要缺點是葉輪直徑受水深限制，不能很大；為了使 葉片沿翼展方向各處都達到最優(yōu)的水動力特性，葉片各截面的攻角要變化，這就使葉片形 狀復(fù)雜，制造難度大、成本高。另外，從基本構(gòu)造來看，其葉片根部與輪轂連接，葉片根部截 面到轉(zhuǎn)軸中心的力臂最短，而葉尖截面到轉(zhuǎn)軸中心的力臂最長。因此，總有一部分葉片到轉(zhuǎn) 軸中心的力臂較小，產(chǎn)生的力矩也較小。現(xiàn)有的垂直軸葉輪裝置的主要缺點是由于葉輪360度旋轉(zhuǎn)，對于單個葉片來說， 總有超過一半時間葉片所處的位置和葉片方向不是最優(yōu)狀態(tài)，因此其潮流能轉(zhuǎn)換效率低于 水平軸葉輪式。如何開發(fā)一種兼有垂直軸葉輪式和水平軸葉輪式的優(yōu)點的高效率的潮流能轉(zhuǎn)換 裝置，是需要解決的問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型把垂直軸葉輪式潮流能轉(zhuǎn)換裝置中葉片和旋臂圓周運動的方式改進 為小角度擺動的運動方式，使潮流能轉(zhuǎn)換裝置的葉片始終保持在最優(yōu)受力狀態(tài)，提供盡可 能大的力矩以提高轉(zhuǎn)軸的輸出功率。采用垂直軸裝置，旋臂在水平方向轉(zhuǎn)動，在強度和剛度 允許時，旋臂長度可不受水深限制，在葉片受水動力相同的條件下，通過加長力臂得到高轉(zhuǎn) 矩；采用直葉片，并利用平行四邊形連桿機構(gòu)，使葉片始終以最優(yōu)攻角面向水流方向，使葉 片各處同時達到最大升力值；葉片帶動旋臂在較小的角度范圍內(nèi)擺動，而不同于現(xiàn)有垂直 軸葉輪裝置的圓周運動，可避免葉片長時間處于不利的受力位置，降低效率。本實用新型所采用的技術(shù)方案是一種直葉片垂直軸擺動式潮流能轉(zhuǎn)換裝置，該潮流能轉(zhuǎn)換裝置包括葉片A、葉片 B、葉片水平軸、內(nèi)含葉片水平軸鎖緊器的葉片支座、主軸、副軸、主旋臂、副旋臂、內(nèi)含旋臂 角位移限制器的底座以及發(fā)電機；葉片A和葉片B能夠帶動主副旋臂繞主副軸往復(fù)擺動，擺 動角度限制在對稱于水流方向正負90度范圍內(nèi)。主軸和副軸的中心連線、葉片支座、主旋臂、副旋臂構(gòu)成平行四邊形連桿機構(gòu)，安 裝在葉片支座上的葉片水平軸平行于潮流流向。[0010]旋臂轉(zhuǎn)動時，葉片支座內(nèi)的葉片水平軸鎖緊器鎖住葉片水平軸；葉片A和主副兩 個旋臂向一端擺動到預(yù)設(shè)的最大角度處時，葉片水平軸鎖緊器松開；葉片A和葉片水平軸 旋轉(zhuǎn)180度，葉片水平軸鎖緊器再次鎖緊，作用于直葉片上的升力改變到相反方向，使葉片 A和主副兩個旋臂向相反方向擺動，到達最大角度處重復(fù)以上動作，使旋臂不斷往復(fù)擺動。葉片固定在葉片水平軸上；葉片水平軸安裝在葉片支座上；葉片支座兩端分別通 過可在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的鉸接裝置與主旋臂和副旋臂連接；主旋臂和副旋臂分別與主軸和副 軸連接；葉片支座、主副旋臂、主副軸軸心的連線構(gòu)成平行四邊形連桿機構(gòu)，葉片始終以最 優(yōu)攻角面向水流方向；葉片帶動旋臂，在對稱于潮流流向的相對較小的角度(小于正負90 度)范圍內(nèi)擺動；當旋臂轉(zhuǎn)動時，葉片支座內(nèi)的葉片水平軸鎖緊器鎖住，葉片水平軸不能旋 轉(zhuǎn)；當旋臂向一端擺動到預(yù)設(shè)的最大角位移處時，葉片水平軸鎖緊器松開，葉片及葉片水平 軸旋轉(zhuǎn)180度，作用于葉片上的升力改變方向，葉片水平軸鎖緊器再次鎖住；葉片帶動旋臂 向相反方向擺動，到達擺動的預(yù)設(shè)最大角位移處時，重復(fù)以上動作。本實用新型的有益效果是，避免了水平軸葉輪裝置力臂短的缺點，避免了垂直軸 葉輪裝置轉(zhuǎn)換效率差的缺點，使直葉片始終處于最大升力狀態(tài)下，并結(jié)合長旋臂，產(chǎn)生最大 的轉(zhuǎn)動力矩，極大增加了主軸的輸出功率，結(jié)構(gòu)簡單，便于制造安裝。

圖Ia是直葉片垂直軸擺動式潮流能轉(zhuǎn)換裝置立體視圖(旋臂順時針擺動到極限 位置)。圖Ib是直葉片垂直軸擺動式潮流能轉(zhuǎn)換裝置俯視圖。圖2a是旋臂擺動到極限位置時直葉片繞水平軸旋轉(zhuǎn)立體視圖。圖2b是旋臂擺動到極限位置時直葉片繞水平軸旋轉(zhuǎn)俯視圖。圖3a直葉片繞水平軸的轉(zhuǎn)動180度后立體視圖。圖3b直葉片繞水平軸的轉(zhuǎn)動180度后俯視圖。圖4a是旋臂逆時針擺動到極限位置立體視圖。圖4b是旋臂逆時針擺動到極限位置俯視圖。圖中1主軸，2主旋臂，3葉片A，4副軸，5副旋臂，6葉片支座，7葉片水平軸，8底 座，9葉片B。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。在圖1中，主軸1和副軸4都垂直安裝在底座8上；底座8中內(nèi)含旋臂角位移限制 器，確保旋臂只能在預(yù)設(shè)的角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動；葉片3固定安裝于葉片水平軸7上；葉片水平 軸7安裝在葉片支座6上，并可繞自身的軸心轉(zhuǎn)動；葉片支座6內(nèi)含葉片水平軸鎖緊器，鎖 緊器在旋臂旋轉(zhuǎn)時鎖住葉片水平軸，在旋臂運動到預(yù)設(shè)的最大角位移處時松開，使葉片及 葉片水平軸旋轉(zhuǎn)180度后再次鎖??；葉片支座6后端與主旋臂2鉸接，葉片支座6前端與副 旋臂5鉸接，兩個鉸接點只能在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動；為了使整個裝置的重心保持在主軸上，對稱 于主軸布置后葉片9及其相應(yīng)的主、副旋臂和副軸等構(gòu)件；主軸1和副軸4連線、主旋臂2、 副旋臂5、葉片支座6，四部分構(gòu)成了平行四邊形機構(gòu)，保證旋臂旋轉(zhuǎn)時葉片水平軸7始終朝向來流方向(圖中假設(shè)水流方向從左向右)；主副旋臂高低錯開布置，轉(zhuǎn)動時互不干擾；主 軸1為動力輸出軸，可通過齒輪傳動帶動發(fā)電機發(fā)電，或通過液壓裝置帶動液壓馬達，再帶 動發(fā)電機發(fā)電。圖1中，葉片和旋臂系統(tǒng)受水動力產(chǎn)生的順時針力矩的作用，已擺動到順時針極 限位置。在圖2中，當旋臂擺動到順時針極限位置時，葉片支座6內(nèi)的鎖緊器松開，借助于 葉片在水平軸兩側(cè)受力不對稱產(chǎn)生的力矩(葉片在水平軸兩側(cè)尺寸或攻角可不同)，或使 用伺服電機提供力矩，使葉片3繞葉片水平軸7轉(zhuǎn)動。圖2為葉片轉(zhuǎn)動到水平位置時的狀 態(tài)。在圖3中，當葉片3繞葉片水平軸7轉(zhuǎn)動180度后，葉片支座內(nèi)的鎖緊器再次鎖緊， 葉片停止轉(zhuǎn)動，葉片所受的橫向力與圖1時正好相反，產(chǎn)生逆時針的力矩，使葉片和旋臂系 統(tǒng)開始向逆時針方向擺動。在圖4中，葉片和旋臂系統(tǒng)已擺動到逆時針極限位置，葉片3將再次繞葉片水平軸 7轉(zhuǎn)動180度。以上過程不斷重復(fù)，使葉片和旋臂系統(tǒng)實現(xiàn)往復(fù)的擺動。主軸的雙向轉(zhuǎn)動可以通過齒輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為單向的轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機發(fā)電。也可通 過液壓系統(tǒng)，通過液壓回路中單向閥門的控制，帶動液壓馬達單向轉(zhuǎn)動，再帶動發(fā)電機發(fā) H1^ ο
權(quán)利要求一種直葉片垂直軸擺動式潮流能轉(zhuǎn)換裝置，其特征是該潮流能轉(zhuǎn)換裝置包括葉片A(3)、葉片B(9)、葉片水平軸(7)、內(nèi)含葉片水平軸鎖緊器的葉片支座(6)、主軸(1)、副軸(4)、主旋臂(2)、副旋臂(5)、內(nèi)含旋臂角位移限制器的底座(8)以及發(fā)電機；葉片A(3)和葉片B(9)能夠帶動主副旋臂繞主副軸往復(fù)擺動，擺動角度限制在對稱于水流方向正負90度范圍內(nèi)；主軸(1)和副軸(4)的中心連線、葉片支座(6)、主旋臂(2)、副旋臂(5)構(gòu)成平行四邊形連桿機構(gòu)，安裝在葉片支座(6)上的葉片水平軸(7)平行于潮流流向。
專利摘要一種直葉片垂直軸擺動式潮流能轉(zhuǎn)換裝置，屬于海洋可再生能源利用技術(shù)領(lǐng)域。其包括葉片A(3)、葉片B(9)、葉片水平軸(7)、葉片支座(6)、主軸(1)、副軸(4)、主旋臂(2)、副旋臂(5)、底座(8)以及發(fā)電機；葉片A和葉片B能夠帶動主副旋臂繞主副軸往復(fù)擺動；主軸和副軸中心連線、葉片支座、主旋臂、副旋臂構(gòu)成平行四邊形連桿機構(gòu)；旋臂轉(zhuǎn)動時，葉片支座內(nèi)的葉片水平軸鎖緊器鎖住葉片水平軸，當葉片A和旋臂向一端擺動到預(yù)設(shè)的最大角度處時，葉片水平軸鎖緊器松開，使葉片A及葉片水平軸旋轉(zhuǎn)180度，葉片水平軸鎖緊器再次鎖緊，作用于直葉片上的升力改變到相反方向，使葉片A和旋臂向相反方向擺動，到達最大角度處重復(fù)以上動作，使旋臂不斷往復(fù)擺動。
文檔編號F03B13/22GK201730734SQ201020260260
公開日2011年2月2日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者周鵬飛, 康海貴, 陳兵 申請人:大連理工大學(xué)