漂浮式半主動擺動水翼潮流能捕能裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種捕能裝置，尤其涉及一種漂浮式半主動擺動水翼潮流能捕能裝置。
【背景技術】
[0002]伴隨著石油和煤炭等化石燃料的過度消耗，像潮流能、風能、太陽能等可再生能源的開發利用越來越受到世界各國的重視。潮流能作為海洋能的重要形式，與太陽能、風能相比，具有能量密度大、對環境污染小，變化有規律，可預測性好等優點，也被稱為世界未來十大清潔能源之一。目前，對潮流能的利用形式多為旋轉葉片的水輪機配合相應的發電機進行能量捕獲，然而這種潮流能量捕獲方式存在一些問題，如:占地面積大，需要的潮流速度快，噪聲大，水輪機葉片旋轉速度快時會對周圍的海洋生物產生影響等。
[0003]海洋中的生物，如金槍魚、海豚、鯊魚等，利用尾部/鰭的擺動從周圍的水中獲得能量實現游動，具有效率高、噪聲低以及良好的水動力特性等特點。受此啟發，近年來，國外開展了一種新的基于擺動式水翼的流體能量捕獲技術研究，與現有的基于旋轉葉片的水輪機技術相比，這種基于擺動水翼的流體能量捕獲技術具有對環境影響小、噪聲小，捕能效率高以及可在淺水使用等優點，在英國、愛爾蘭、美國、加拿大等國家較早的開展了這方面的基礎研究。我國擁有廣闊的潮流能海洋資源，目前對擺動式潮流能捕能技術卻一直未曾開展，在這方面，國內幾乎沒有公開的技術報道。
[0004]目前，國內涉及漂浮式擺動水翼潮流能捕能裝置的發明專利，如專利申請號為201310473753.X、名稱為“升降式振蕩水翼捕獲潮流能發電裝置”，通過將翼片沿滑軌的上下移動的動能轉化為與之相連的液壓系統的液壓能，再將轉化后的液壓能轉化為發電機的電能，上下兩個極限端通過壓縮彈簧改變翼片的擺角，和本發明專利的原理及工作過程均不同。如專利申請號為201410663950.2，名稱為“擺動式水翼潮流能發電裝置”，通過曲柄搖桿機構原理實現能量提取，通過另一套曲柄搖桿機構進行攻角控制，水翼攻角控制原理和裝置結構和本發明專利均不同。國內關于漂浮式半主動控制水翼攻角實現水翼周期循環的還未見相關發明專利。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為了針對現有潮流能捕能裝置存在的不足，而提供一種機械結構簡單、安裝方便、可靠性強的漂浮式半主動擺動水翼潮流能捕能裝置。
[0006]本發明的目的是這樣實現的:包括漂浮支撐部分、能量提取部分、翼型運動部分和能量轉化部分，所述漂浮支撐部分包括兩個浮筒、安裝在兩個浮筒上端的平板和設置在平板上的三個支撐板；所述能量提取部分包括兩套曲柄搖桿機構，每套曲柄搖桿機構包括安裝在兩端的支撐板上的飛輪、設置在飛輪上的銷軸、安裝在銷軸上的升沉連桿和與升沉連桿鉸接的升沉擺桿，所述升沉擺桿的端部鉸接安裝在對應支撐板的下端；所述翼型運動部分包括分別設置在兩個升降擺桿上的左翼型軸和右翼型軸、左翼片、右翼片和短軸，短軸的一端與左翼型軸之間安裝左翼片，短軸的另一端與右翼片之間安裝右翼片，且左翼片和右翼片的端部分別設置有與左翼片和右翼片形狀相同的翼型終端板；所述能量轉化部分包括安裝在平板上的發電機、與發電機連接的增速機構和彈性聯軸器，所述增速機構通過彈性聯軸器與其中一個飛輪的中心軸連接。
[0007]本發明還包括這樣一些結構特征:
[0008]1.還包括水翼擺角控制部分，所述水翼擺角控制部分包括安裝在平板上的控制電機、設置在中間的支撐板下端的中間軸、設置在中間軸與控制電機輸出軸之間的一級同步帶和設置在中間軸與短軸之間的二級同步帶。
[0009]2.所述增速機構的增速比是1:4。
[0010]與現有技術相比，本發明的有益效果是:本發明利用曲柄搖桿機構機械本身的運動特性實現能量轉化，利用電機對水翼攻角進行主動控制，具有結構簡單、安裝方便、噪聲小、易于淺水應用等優點，在未來的潮流能能量捕獲方面有很大的發展空間。本發明利用電機對水翼攻角進行控制，可以實現水翼攻角不同運動規律控制和不同攻角變化控制，裝置傳動靈活，控制方便，采用浮筒漂浮式結構，可以漂浮于海面上，不需要其他固定系統，結構簡單，便于研究。和以往的旋轉葉片的水輪機相比，本發明具有傳動效率高、噪聲小、易于淺水應用等優點，對環境影響小，對水中生物影響小。這種裝置具有對環境影響小，針對我們廣泛的潮流能資源，適用于開展發展研究。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明的整體的三維結構圖；
[0012]圖2是本發明的能量轉化部分結構圖；
[0013]圖3是本發明的主視圖；
[0014]圖4是本發明的側視圖；
[0015]圖5是本發明的俯視圖；
[0016]圖6是本發明的中間軸的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述。
[0018]結合圖1至圖6，本發明包括的部件有:飛輪1、控制電機2、一級同步帶傳動3、發電機4、增速機構5、彈性聯軸器6、飛輪7、銷軸8、平板9、連接螺栓10、浮筒11、支撐板12、帶輪13、中間軸14、二級同步帶傳動15、升沉連桿16、升沉擺桿17、翼型終端板18、翼型軸19、右翼片20、短軸21、左翼片22、升沉擺桿23、升沉連桿24。
[0019]本發明闡述了一種新型的漂浮式半主動擺動水翼潮流能捕能裝置，整體結構如圖
1、圖3、圖4和圖5所示，主要包括裝置能量提取部分、水翼擺角控制部分、翼型運動部分、能量轉化部分及漂浮支撐部分等幾部分。能量提取部分將翼型運動部分的上下升沉擺動機械能轉換為旋轉機械能，主要包括飛輪1、升沉擺桿23、升沉連桿24、飛輪7、銷軸8、升沉連桿16、升沉擺桿17。飛輪1、升沉擺桿23、升沉連桿24和飛輪7、銷軸8、升沉連桿16、升沉擺桿17為兩套同樣的曲柄搖桿機構，這樣布置有利于右翼片20、短軸21和左翼片22運動的平穩性。曲柄由飛輪7和銷軸8組成，這樣布置增加了曲柄的穩定性，也利用飛輪I和飛輪7的轉動慣性來克服曲柄搖桿機構存在的死點問題，銷軸8通過圓螺母和飛輪9實現固定連接，升沉連桿16、升沉擺桿17，升沉擺桿23、升沉連桿24各桿之間采用銷軸8方式進行連接；升沉擺桿17，升沉擺桿23做了特殊的處理，采用三角形支架進行連接，即利用三角形的穩定性確保了運轉的平穩性，也通過三角形高度和位置方面的嚴格保證，確保了右翼片20、短軸21和左翼片22在對稱于水平面的豎直平面內上下周期運動。
[0020]如圖1、圖3和圖6所示，水翼擺角控制部分實現對右翼片20和左翼片22擺角進行實控制，主要包括控制電機2、一級同步帶傳動3、帶輪13、中間軸14、二級同步帶傳動15，根據右翼片20和左翼片22要求的運動規律，通過控制電機2對轉速進行控制，再通過一級同步帶傳動3和二級同步帶傳動15實現右翼片20和左翼片22擺角控制；電機2固定于平板9上，一級同步帶傳動3和二級同步帶傳動15兩套同步帶傳動采用不同的傳動比進行配合，可有效的控制右翼片20和左翼片22實現不同的擺角，帶輪13通過軸肩和套筒定位于中間軸14上。
[0021]如圖1、圖3和圖5所示，翼型運動部分由翼型終端板18、翼型軸19、右翼片20、短軸21、左翼片22組成，通過翼型軸19連接于升沉擺桿17和升沉擺桿23之間，右翼片20和左翼片22通過短軸21和配合螺母連接在一起，右翼片20和左翼片22兩端配有和水翼同形狀的翼型終端板18，翼型軸19位于右翼片20和左翼片22距離水翼前緣點三分之一處。
[0022]如圖1、圖2、圖3和圖5所示，能量轉化部分實現能量最終利用，由增速機構5、發電機4及彈性聯軸器6組成，增速機構5由增速比為1:4的齒輪傳動組成，通過增速機構5增速后達到發電機4的額定范圍以內，發電機4用于最終的能量轉化，各部件采用彈性聯軸器6進行連接。如圖1、圖4、圖5所示，漂浮支撐部分主要起到平衡裝置重力和支撐整個裝置作用，由浮筒11、平板9、連接螺栓10和支撐板12組成，浮筒11布置于平板9兩端，大小根據裝置的重量來設計，通過四個均勻布置的連接螺栓10和平板9實現連接，支撐板12中間開有矩形空心結構，減輕本身所受的重量。
[0023]這種實施方式的工作原理為:
[0024]漂浮式半主動擺動水翼潮流能捕能裝置原理是當水流流過時，右翼片20和左翼片22在水流的升力作用下上下升沉運動，帶動相連的升沉擺桿17和升沉擺桿23 —起繞著中間軸14上下擺動，通過升沉連桿16和升沉連桿24的傳動，帶動飛輪I和飛輪7 —起發生旋轉，飛輪旋轉的同時將能量傳遞給能量轉化部分，各部件通過彈性聯軸器6進行連接，經增速機構5增速后，最終傳遞給發電機4進行能量轉化。為了實現裝置的周期循環，需要對右翼片20和左翼片22的擺角進行控制，根據右翼片20和左翼片22要求的運動規律，控制電機2對轉速進行控制，再通過一級同步帶傳動3和二級同步帶傳動15實現右翼片20和左翼片22擺角控制。本發明結構簡單、安裝方便、噪聲小、易于淺水應用等優點，在未來的潮流能能量捕獲方面有很大的發展空間。
[0025]本發明涉及一種漂浮式半主動擺動水