一種水流動力發電裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種水流動力發電裝置，包括：主軸，主軸能夠垂直可轉動安裝在水面下的安裝基體上，且主軸的輸出端能夠通過傳動裝置與發電機連接；均勻環繞安裝在主軸上的多個葉片架，葉片架的個數大于等于5個；可轉動安裝在葉片架內側上的葉片，葉片的轉動軸線和主軸的軸線平行，葉片架上還設置有限制葉片的第一側轉到葉片架外側的限位桿。在水流作用下，內側面向水流方向的葉片架上的葉片旋轉，在限位桿作用下，形成阻礙水流運動的迎水葉片，使得水流帶動葉片架轉動，葉片架帶動主軸轉動，主軸轉動給發電機提供機械能。由于葉片架的個數大于等于5個，因此，無論水流從哪個方向流過，都至少有2個葉片能夠做功。即本發明有效的提高了水能利用率。
【專利說明】
一種水流動力發電裝置
技術領域
[0001]本發明涉及發電裝置領域，尤其涉及一種水流動力發電裝置。
【背景技術】
[0002]伴隨著世界經濟的快速發展，人們對能源需求越來越大。加快新能源開發，推動低碳經濟，已經成為全球共識。目前，在可再生的能源中，風能、太陽能已被廣泛開發，但其投資大，轉換效率低，因此，發展新的環境友好型的水流發電成為一直必然趨勢。
[0003]現有技術中，出現了一些利用水流發電的水流動力發電裝置，主要為水平軸葉輪式，類似于風電葉片以及輪船推進系統的葉輪。該水平軸葉輪式的水流動力發電裝置要求葉輪必須安裝復雜的偏航變漿系統，即葉輪必須對準水流方向才能有效吸收水能，這造成系統復雜、成本高。
[0004]為了解決上述問題，中國專利201310219774.9，公開了一種垂直軸水力發電裝置，采用垂直安裝的形式，不必采用偏航變槳系統。但是其葉片瞬時做功僅僅為一片，水能利用率低。另外，當一個葉片做功時，另外三個葉片不能完全處于自由狀態，這必然導致阻力，降低了水能利用效率。
[0005]因此，如何提高水流動力發電裝置的水能利用率是本領域技術人員亟待解決的技術問題。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種水流動力發電裝置，該水流發電獲能裝置可以提高水能利用率。
[0007]為了實現上述目的，本發明提供了如下方案:
[0008]一種水流動力發電裝置，包括:
[0009]主軸，所述主軸能夠垂直可轉動安裝在水面下的安裝基體上，且主軸的輸出端能夠通過傳動裝置與發電機連接；
[0010]均勻環繞安裝在所述主軸上的多個葉片架，所述葉片架的個數大于等于5個；
[0011]可轉動安裝在所述葉片架內側上的葉片，所述葉片的轉動軸線和所述主軸的軸線平行，所述葉片架上還設置有限制所述葉片的第一側轉到所述葉片架外側的限位桿。
[0012]優選地，在上述水流動力發電裝置中，所述主軸包括主軸本體和安裝在所述主軸本體上的架體；
[0013]所述架體上繞著所述主軸本體均勻的設置有多個能夠與所述葉片架連接的安裝裝置；
[0014]所述主軸本體垂直可轉動安裝在水面下的安裝基體上，且所述主軸本體的輸出端能夠通過傳動裝置與發電機連接。
[0015]優選地，在上述水流動力發電裝置中，所述主軸還包括環套；
[0016]所述環套安裝在所述主軸本體上，所述架體安裝在所述環套上。
[0017]優選地，在上述水流動力發電裝置中，所述主軸還包括焊接在所述主軸本體的頂部的上法蘭和焊接在所述主軸本體的底部的下法蘭；
[0018]所述上法蘭能夠與所述傳動裝置連接，所述下法蘭能夠與所述安裝基體可轉動連接。
[0019]優選地，在上述水流動力發電裝置中，所述葉片架包括:
[0020]與所述架體連接的第一框架；
[0021]與所述第一框架呈預設角度連接的第二框架，所述限位桿安裝在所述第二框架上。
[0022]優選地，在上述水流動力發電裝置中，所述葉片架還包括安裝在所述第二框架上的葉片主軸；
[0023]所述葉片主軸上安裝有軸承；
[0024]所述葉片安裝在所述軸承上。
[0025]優選地，在上述水流動力發電裝置中，所述軸承為水導軸承。
[0026]優選地，在上述水流動力發電裝置中，還包括可伸縮的拉桿；
[0027]所述拉桿的兩端分別連接相鄰所述葉片架的第二框架。
[0028]優選地，在上述水流動力發電裝置中，所述葉片的第一側到所述葉片主軸的距離為所述葉片寬度的四分之三。
[0029]優選地，在上述水流動力發電裝置中，環繞所述主軸均布安裝的所述葉片架的層數大于等于2層。
[0030]從上述的技術方案可以看出，本發明提供的水流動力發電裝置，使用時，將主軸垂直可轉動安裝在水面下的安裝基體上，且將主軸的輸出端通過傳動裝置與發電機連接。水流從任意方向流向水流動力發電裝置時，在水流的作用下，內側背向水流方向的葉片架上的葉片在水流作用下旋轉，葉片旋轉后的最終角度與水流方向相同，處于完全自由的狀態。而內側面向水流方向的葉片架上的葉片旋轉，在限位桿的限位作用下，葉片形成阻礙水流運動的迎水葉片，進而使得水流推動迎水葉片轉動，帶動葉片架轉動，葉片架帶動主軸轉動，主軸轉動給發電機提供機械能。均勻環繞安裝在主軸上的葉片架的個數大于等于5個，因此，無論水流從哪個方向流過，都至少有2個葉片能夠做功。因此，本本發明提供的水流動力發電裝置有效的提高了水能利用率。
【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1為本發明提供的水流動力發電裝置的結構示意圖；
[0033]圖2為本發明提供的水流動力發電裝置未安裝葉片架的結構示意圖；
[0034]圖3為本發明提供的水流動力發電裝置的葉片架的結構示意圖；
[0035]圖4為本發明提供的水流動力發電裝置的葉片主軸的結構示意圖；
[0036]圖5為本發明提供的水流動力發電裝置的俯視結構示意圖；
[0037]圖6為本發明提供的水流動力發電裝置的葉片工作的結構示意圖；
[0038]圖7為本發明提供的水流動力發電裝置的葉片極限受力的結構示意圖。
[0039]其中，圖1-7中:
[0040]主軸1、主軸本體11、架體12、環套13、上法蘭14、下法蘭15、葉片架2、第一框架21、第二框架22、葉片主軸23、葉片3、限位桿4、安裝裝置5、軸承6、拉桿7。
【具體實施方式】
[0041]為了使本領域的技術人員更好的理解本發明的技術方案，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細說明。
[0042]實施例一
[0043]請參閱圖1-7，本發明公開了一種水流動力發電裝置，包括主軸1、葉片架2和葉片
3。其中，主軸I能夠垂直可轉動安裝在水面下的安裝基體上，且主軸I的輸出端能夠通過傳動裝置與發電機連接;葉片架2均勻環繞安裝在主軸I上，且葉片架2的個數為多個，具體地，葉片架2的個數大于等于5個;葉片3可轉動安裝在葉片架2內側上，葉片3的轉動軸線和主軸I的軸線平行，葉片架2上還設置有限制葉片3的第一側轉到葉片架2外側的限位桿4。在水處于靜止或水流速度小到無法沖擊單個葉片3轉動時，葉片3處于自由狀態，圍繞葉片3軸4旋轉，由于葉片架22檔桿的限制，旋轉空間處于整個裝置內側，接近180°。
[0044]為了便于拆卸維修葉片架2，本發明還公開了葉片架2可拆卸安裝在主軸I上，本實施例中，以葉片架2和主軸I通過螺栓和螺釘配合實現連接。
[0045]為了減小主軸I的重量，避免主軸I對安裝基體的壓力損傷，本發明公開了主軸I為中空的管體。
[0046]需要說明的是，葉片架2的內側是指面對主軸I的那側，葉片架2的外側是指背離主軸I的那一側。
[0047]本發明提供的水流動力發電裝置，使用時，將主軸I垂直可轉動安裝在水面下的安裝基體上，且將主軸I的輸出端通過傳動裝置與發電機連接。水流從任意方向流向水流動力發電裝置時，在水流的作用下，內側背向水流方向的葉片架2上的葉片3在水流作用下旋轉，葉片3旋轉后的最終角度與水流方向相同，處于完全自由的狀態。而內側面向水流方向的葉片架2上的葉片3旋轉，在限位桿4的限位作用下，葉片3形成阻礙水流運動的迎水葉片3，進而使得水流推動迎水葉片3轉動，帶動葉片架2轉動，葉片架2帶動主軸I轉動，主軸I轉動給發電機提供機械能。均勻環繞安裝在主軸I上的葉片架2的個數大于等于5個，因此，無論水流從哪個方向流過，都至少有2個葉片3能夠做功。因此，本本發明提供的水流動力發電裝置有效的提尚了水能利用率。
[0048]實施例二
[0049]在本發明提供又一實施例中，本實施例中的水流動力發電裝置和實施例一中的水流動力發電裝置的結構類似，對相同之處就不再贅述了，僅介紹不同之處。
[0050]在實施例中，具體公開了主軸I包括主軸本體11和安裝在主軸本體11上的架體12;架體12上繞著主軸本體11均勻的設置有多個能夠與葉片架2連接的安裝裝置5，其中，在本實施例中，以安裝裝置5為法蘭為例進行說明，安裝裝置5也可以是開有安裝孔的安裝板;主軸本體11垂直可轉動安裝在水面下的安裝基體上，且主軸本體11的輸出端能夠通過傳動裝置與發電機連接。當使用時，可以根據需要選擇需要安裝的葉片3數，即葉片架2的數量，然后對應安裝裝置5(法蘭)進行安裝，安裝時，注意保證葉片架2分布的均勻性。
[0051 ]無縫鋼管具有高的抗彎抗扭強度，且重量較輕，提高材料利用率，簡化制造工序，節約材料和加工工時，因此，優選架體12為無縫鋼管架。需要說明的是，也可以根據需要選擇其他的材料作為架體12。
[0052]為了避免主軸本體11與架體12連接對主軸本體11的垂直度造成影響，進而影響主軸本體11與發電機及安裝基體安裝，本發明公開了主軸I還包括環套13;環套13安裝在主軸本體11上，架體12安裝在環套13上。本發明中，將環套13套設在主軸本體11上，將架體12與主軸本體11連接，避免了架體12與主軸本體11直接連接造成的主軸本體11垂直度影響。為了增加環套13與架體12的連接牢固度，本發明公開了環套13與架體12焊接。為了增加架體12與固定裝置(法蘭)的連接，本發明公開了架體12與固定裝置(法蘭)焊接。
[0053]為了便于主軸I和發電機及安裝基體的連接，本發明公開了主軸I還包括焊接在主軸本體11的頂部的上法蘭14和焊接在主軸本體11的底部的下法蘭15;上法蘭14能夠與傳動裝置連接，下法蘭15能夠與安裝基體可轉動連接。通過上法蘭14和下法蘭15實現主軸I和發電機及安裝基體的安裝連接，且便于拆裝。
[0054]本發明還公開了葉片架2包括:與架體12連接的第一框架21;與第一框架21呈預設角度連接的第二框架22，限位桿4安裝在第二框架22上。其中，預設角度是指根據需要設置的葉片3的數量進行設定的角度，一般將預設的角度設置為鈍角，這樣可以實現增大葉片3旋轉的空間。限位桿4設置在第二框架22上，使葉片3轉動到要繞出第二框架22時，擋住葉片3，避免葉片3繞出第二框架22，使得葉片3在限位桿4的作用下，隨著水流做功，使得主軸I實現旋轉。本實施例中，以限位桿4的軸線與主軸I的軸線平行為例。
[0055]進一步地，本發明公開了葉片架2還包括安裝在第二框架22上的葉片主軸23;葉片主軸23上安裝有軸承6;葉片3安裝在軸承6上。即葉片3在水流作用下可繞著葉片主軸23轉動。
[0056]由于軸承6常年浸沒在具有一定壓力的水下，優選軸承6為采用透平油或清水潤滑的水導軸承。水導軸承不但具有較好的承載耐磨能力，而且還能避免含有泥沙的水體水導軸承。
[0057]為了提升水流動力發電裝置的整體穩定性，本發明公開了水流動力發電裝置中還包括可伸縮的拉桿7;拉桿7的兩端分別連接相鄰葉片架2的第二框架22。拉桿7將彼此相鄰的葉片架2連接起來，使得葉片架2形成環形圍繞主軸I，分散了單個葉片架2的受力狀態，提升了裝置整體穩定性。
[0058]此外，拉桿7可伸縮，使得調整葉片架2的個數后，僅需調整拉桿7的長度即可，無需更換拉桿7。
[0059]為了增大葉片3的受力面積，避免葉片3被擋在葉片架2外側的限位桿4上時，不至于被損壞，本發明公開了水流動力發電裝置中，葉片3的第一側到葉片主軸23的距離為葉片3寬度的四分之三。也可以根據實際情況，更改葉片3的安裝位置。葉片3的最大轉角為Θ，如圖6所示。如圖7所示，葉片的寬度為rl和r2之和，葉片3旋轉的中心點為O點，M和N點是葉片3旋轉的兩個極限位置點。葉片3出現的在最大轉角卡滯時，即葉片3被擋在葉片架2外側檔桿上N上處于極限受力狀態時，也不至于損壞。
[0060]本發明還公開了環繞主軸I均布安裝的葉片架2的層數可以為多層，本實施例中，葉片架2的層數大于等于2層，以葉片架2的層數為2層為例，且每層的葉片架2的個數為9個。無論水流流向如何，在水流作用下，同一層4塊葉片3旋轉貼合在葉片架2上，形成擋水，并產生轉矩做功，使裝置旋轉。而同一層的5塊葉片3由于受到水流作用開始反向旋轉，由于沒有葉片架2的約束阻擋，從而處于與水流同向的自由狀態，擋水面積為零，未形成阻力。在每層4個相鄰葉片3的受力作用下，裝置開始旋轉。由于葉片3均布安裝，從而實現了裝置的連續旋轉。另外，由于拉桿7的作用，分散了單個葉片架2的受力狀態，提升了裝置的受力穩定性。
[0061]本發明公開的水流動力發電裝置，具有以下優點:
[0062](I)本發明將葉片3分成兩層設置，且設置有葉片架2及架體12與主軸I組合安裝，便于制造和運輸，同時安裝維修裝配；
[0063](2)本發明中利用水導軸承與葉片主軸23實現對葉片3的安裝，避免了采用傳統的合頁旋轉安裝的形式，提高了旋轉精度，減小了旋轉阻力，同時，本申請的水導軸承也能實現自潤滑；
[0064](3)葉片主軸23并未安裝在葉片3端部，而安裝在葉片3寬度的1/4處，一是能有效加大葉片3面積，二是防止葉片3出現故障，即葉片3處于被擋在葉片架2外側限位桿4上時，也不至于損壞；
[0065](4)相比水平軸葉片3結構，本發明中的迎水葉片3的面積更大，展開外徑更小。
[0066]本發明的推廣應用，能夠使自然能源的充分利用具有可能，使得新能源規模開發具有市場價值和社會價值。
[0067]在本發明中的“第一”、“第二”等均為描述上進行區別，沒有其他的特殊含義。
[0068]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和創造性特點相一致的最寬的范圍。
【主權項】
1.一種水流動力發電裝置，其特征在于，包括: 主軸(I)，所述主軸(I)能夠垂直可轉動安裝在水面下的安裝基體上，且主軸(I)的輸出端能夠通過傳動裝置與發電機連接； 均勻環繞安裝在所述主軸(I)上的多個葉片架(2)，所述葉片架(2)的個數大于等于5個； 可轉動安裝在所述葉片架內側上的葉片(3)，所述葉片(3)的轉動軸線和所述主軸(I)的軸線平行，所述葉片架(2)上還設置有限制所述葉片(3)的第一側轉到所述葉片架(2)夕卜側的限位桿(4)。2.根據權利要求1所述的水流動力發電裝置，其特征在于，所述主軸(I)包括主軸本體(11)和安裝在所述主軸本體(11)上的架體(12); 所述架體(12)上繞著所述主軸本體(11)均勻的設置有多個能夠與所述葉片架(2)連接的安裝裝置(5); 所述主軸本體(11)垂直可轉動安裝在水面下的所述安裝基體上，且所述主軸本體(11)的輸出端能夠通過所述傳動裝置與所述發電機連接。3.根據權利要求2所述的水流動力發電裝置，其特征在于，所述主軸(I)還包括環套(13)； 所述環套(13)安裝在所述主軸本體(11)上，所述架體(12)安裝在所述環套(13)上。4.根據權利要求3所述的水流動力發電裝置，其特征在于，所述主軸(I)還包括焊接在所述主軸本體(11)的頂部的上法蘭(14)和焊接在所述主軸本體(11)的底部的下法蘭(15); 所述上法蘭(14)能夠與所述傳動裝置連接，所述下法蘭(15)能夠與所述安裝基體可轉動連接。5.根據權利要求2-4中任意一項所述的水流動力發電裝置，其特征在于，所述葉片架(2)包括: 與所述架體(12)連接的第一框架(21); 與所述第一框架(21)呈預設角度連接的第二框架(22)，所述限位桿(4)安裝在所述第二框架(22)上。6.根據權利要求5所述的水流動力發電裝置，其特征在于，所述葉片架(2)還包括安裝在所述第二框架上的葉片主軸(23); 所述葉片主軸(23)上安裝有軸承(6); 所述葉片(3)安裝在所述軸承(6)上。7.根據權利要求6所述的水流動力發電裝置，其特征在于，所述軸承(6)為水導軸承。8.根據權利要求6所述的水流動力發電裝置，其特征在于，還包括可伸縮的拉桿(7); 所述拉桿(7)的兩端分別連接相鄰所述葉片架(2)的第二框架(22)。9.根據權利要求6所述的水流動力發電裝置，其特征在于，所述葉片(3)的第一側到所述葉片主軸(23)的距離為所述葉片(3)寬度的四分之三。10.根據權利要求6-9中任意一項所述的水流動力發電裝置，其特征在于，環繞所述主軸(I)均布安裝的所述葉片架(2)的層數大于等于2層。
【文檔編號】F03B3/12GK106089551SQ201610683134
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月17日 公開號201610683134.7, CN 106089551 A, CN 106089551A, CN 201610683134, CN-A-106089551, CN106089551 A, CN106089551A, CN201610683134, CN201610683134.7
【發明人】楊超, 高德芳, 闕洪軍, 侯仁鵬, 譚俊, 王猛
【申請人】重慶齒輪箱有限責任公司