[發(fā)明專利]一種雙軸薄膜擺動(dòng)式水輪機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110078617.5
• 申請(qǐng)日: 2021-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN112855407B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張大禹;郭朋華;袁熙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): F03B9/00
• 分類號(hào): F03B9/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發(fā)明公開了一種雙軸薄膜擺動(dòng)式水輪機(jī)，利用固定的矩形葉片支架安裝薄膜葉片結(jié)構(gòu)，能夠增加單位水輪機(jī)結(jié)構(gòu)可以附加的葉片數(shù)，同時(shí)利用薄膜葉片使其在三個(gè)水面均能夠受力推動(dòng)傳動(dòng)軸向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，迎著水流方向的矩形葉片支架后側(cè)有薄膜葉片會(huì)形成一定導(dǎo)流現(xiàn)象，減少在逆水面產(chǎn)生的反向的力矩，使水輪機(jī)整體有較高的能量利用系數(shù)，同時(shí)在傳動(dòng)軸上安裝有S型阻力葉片，進(jìn)一步提升了整體的性能和自啟動(dòng)性能，也避免了水輪機(jī)死點(diǎn)的存在，矩形框架配合薄膜材料的使用，可以減少剛性擺動(dòng)式葉片設(shè)計(jì)由于葉片自身慣性產(chǎn)生的遲滯效應(yīng)，同時(shí)在葉片的尾部也避免了由于壓力突變產(chǎn)生的葉片空化效應(yīng)，延長了葉片的壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙軸薄膜擺動(dòng)式水輪機(jī)。

背景技術(shù)

隨著城市現(xiàn)代化以及工業(yè)化的飛速發(fā)展，能源早已成為影響經(jīng)濟(jì)和社會(huì)快速發(fā)展的重要因素。常用的傳統(tǒng)能源如煤炭、石油、天然氣等礦物燃料均無法短時(shí)間內(nèi)再生，而且在消耗的同時(shí)還會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成破壞。為了環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，研發(fā)新能源進(jìn)行替代已迫在眉睫。

海洋能作為一種新型綠色可再生能源，主要包括潮汐能、潮流能和波浪能。我國擁有較長的海岸線以及遼闊的海域，海洋能儲(chǔ)備豐厚，是世界上潮流能功率密度最大的地區(qū)之一，部分地區(qū)的平均功率密度在20kW/m2以上，開發(fā)環(huán)境和條件很好。雖然潮流能具有能量分布不均勻，穩(wěn)定性差等問題，但經(jīng)過不斷努力和探索，部分潮流能設(shè)備已實(shí)現(xiàn)全比例尺寸海試。潮流能發(fā)電機(jī)根據(jù)捕能原理主要分為：水平軸式、垂直軸式以及振蕩水翼式。其中垂直軸裝置雖然相比于水平軸裝置應(yīng)用較少，但研發(fā)起步較早，而且垂直軸水輪機(jī)還具有不區(qū)分流向捕能，葉片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低易加工等優(yōu)點(diǎn)。此外，垂直軸水輪機(jī)的發(fā)電和增速裝置可置于水面上，可以降低密封要求，易于維修護(hù)理，發(fā)展?jié)摿薮蟆４怪陛S水輪機(jī)按照利用力的形式不同可分為升力型垂直軸水輪機(jī)和阻力型垂直軸水輪機(jī)，阻力型水輪機(jī)啟動(dòng)力矩大，啟動(dòng)流速小；升力型水輪機(jī)效率較高。然而現(xiàn)有的垂直軸水輪機(jī)大多是以葉片的圓形旋轉(zhuǎn)，將海流能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，以現(xiàn)有的研究結(jié)果來看，功率主要的產(chǎn)生區(qū)域在于迎風(fēng)面，但是圓形旋轉(zhuǎn)的話迎風(fēng)面占比較低，加之存在大量的截流面積產(chǎn)生阻力或不產(chǎn)生動(dòng)力，導(dǎo)致了整體的低效率。

現(xiàn)有技術(shù)有些采用可擺動(dòng)式葉片增加葉片在阻力區(qū)或是無功功率區(qū)產(chǎn)生的動(dòng)力，而現(xiàn)有技術(shù)采用的可擺動(dòng)葉片會(huì)有由于慣性帶來的遲滯性，或是需要額外的增加機(jī)械結(jié)構(gòu)或者自動(dòng)控制裝置控制葉片的擺動(dòng)，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，降低了整體的效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種雙軸薄膜擺動(dòng)式水輪機(jī)，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種雙軸薄膜擺動(dòng)式水輪機(jī)，包括兩個(gè)平行設(shè)置的傳動(dòng)軸，每個(gè)傳動(dòng)軸上均設(shè)有兩個(gè)平行設(shè)置的傳動(dòng)輪，其中兩個(gè)傳動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)平面在同一平面內(nèi)，另外兩個(gè)傳動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)平面在另一個(gè)平面內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)平面共面的兩個(gè)傳動(dòng)輪之間通過傳動(dòng)帶傳動(dòng)連接，兩個(gè)傳動(dòng)帶之間陣列固定有若干矩形葉片支架，矩形葉片支架的一側(cè)通過固定軸固定于兩個(gè)傳動(dòng)帶之間，矩形葉片支架上安裝有薄膜葉片，薄膜葉片的三邊與矩形葉片支架的邊框固定連接，其中與矩形葉片支架固定連接的兩個(gè)邊與連接固定軸一側(cè)的矩形葉片支架所在邊相鄰。

進(jìn)一步的，矩形葉片支架運(yùn)行至傳動(dòng)帶兩側(cè)平行面時(shí)，矩形葉片支架所在平面與兩個(gè)傳動(dòng)軸軸線的共面之間夾角不大于15°。

進(jìn)一步的，矩形葉片支架運(yùn)行至傳動(dòng)帶兩側(cè)平行面時(shí)，矩形葉片支架所在平面與兩個(gè)傳動(dòng)軸軸線的共面平行。

進(jìn)一步的，傳動(dòng)帶采用帶齒皮帶，矩形葉片支架的一側(cè)邊框的兩端安裝有連接軸，分別與兩天帶齒皮帶的側(cè)壁固定連接。

進(jìn)一步的，傳動(dòng)帶采用鏈條，傳動(dòng)輪采用鏈輪，矩形葉片支架的一側(cè)邊框的兩端分別與兩條鏈條上的鏈節(jié)固定連接。

進(jìn)一步的，矩形葉片支架包括葉片軸和矩形葉片框架，葉片軸固定于矩形葉片框架一側(cè)，通過葉片軸將矩形葉片框架與傳動(dòng)帶固定連接。