本發(fā)明涉及一種能量收集裝置，尤其涉及一種半主動液壓式串聯(lián)擺動水翼潮流能捕能裝置。

背景技術(shù)：

石油的發(fā)現(xiàn)和利用促進(jìn)了工業(yè)的快速發(fā)展，石油也因此成為“工業(yè)的血液”。石油的開采成本低，但石油不可再生的，預(yù)計(jì)在未來幾十年內(nèi)，石油儲量將急劇減少。尋找可再生能源替代石油將成當(dāng)務(wù)之急。

近年，多種類型可再生能源不斷開發(fā)利用，如核能、太陽能、風(fēng)能等。其中潮流能作為新能源重要組成部分，其在全世界的儲量有10×10⁸W以上，我國潮流能資源儲量豐富，開發(fā)和利用潮流能資源對能源結(jié)構(gòu)改善以及能源的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。液壓式擺動水輪機(jī)是從來流中捕獲能量，把來流動能轉(zhuǎn)化為電能。這種無壩型的水輪機(jī)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)相似，并且，水流的動能在許多方面優(yōu)于風(fēng)的動能，其中最為重要的就是更大的能量密度和更好的可預(yù)測性。

目前，對潮流能的利用形式多為旋轉(zhuǎn)葉片的水輪機(jī)配合相應(yīng)的發(fā)電機(jī)進(jìn)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，要求潮流速度快，噪聲大，較快旋轉(zhuǎn)的水輪機(jī)葉片的運(yùn)動會對周圍的海洋生物產(chǎn)生影響等缺點(diǎn)。

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(shí)現(xiàn)游動，具有效率高、噪聲低以及良好的水動力特性等特點(diǎn)。受此啟發(fā)，近年來，出現(xiàn)了一種新的基于擺動式水翼的流體能量捕獲技術(shù)研究，與現(xiàn)有的基于旋轉(zhuǎn)葉片的水輪機(jī)技術(shù)相比，這種基于擺動水翼的流體能量捕獲技術(shù)具有對環(huán)境影響小、噪聲小，捕能效率高以及可在淺水使用等優(yōu)點(diǎn)，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(chǔ)研究。我國擁有廣闊的潮流能海洋資源，目前國內(nèi)對擺動式潮流能捕能裝置以及相關(guān)技術(shù)研究方面，國內(nèi)相對國外公開的技術(shù)報(bào)道較少。

目前，國內(nèi)涉及半主動液壓式串聯(lián)擺動水翼潮流能捕能裝置，如專利申請?zhí)枮?01310473753.X、名稱為“升降式振蕩水翼捕獲潮流能發(fā)電裝置”，通過將翼片沿滑軌的上下移動的動能轉(zhuǎn)化為與之相連的液壓系統(tǒng)的液壓能，再將轉(zhuǎn)化后的液壓能轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)的電能，上下兩個(gè)極限端通過壓縮彈簧改變翼片的擺角，和本發(fā)明專利的原理及工作過程均不同。如專利申請?zhí)枮?01410663950.2，名稱為“擺動式水翼潮流能發(fā)電裝置”，通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)原理實(shí)現(xiàn)能量提取，通過另一套曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行攻角控制，水翼攻角控制原理和裝置結(jié)構(gòu)和本發(fā)明專利均不同。國內(nèi)關(guān)于液壓控制擺動實(shí)現(xiàn)水翼周期循環(huán)的潮流能捕能裝置還未見相關(guān)發(fā)明專利。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提供一種機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、可靠性強(qiáng)、高效率的半主動液壓式串聯(lián)擺動水翼潮流能捕能裝置，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)潮流能或者河流能能量捕獲的裝置。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括支撐部分、能量提取部分、水翼擺角控制部分和翼型運(yùn)動部分，所述支撐部分包括底座和設(shè)置在底座上的立柱，所述能量提取部分包括擺動臂、兩個(gè)能量獲取液壓缸，所述擺動臂的中心位置與立柱的上端通過水翼擺動臂轉(zhuǎn)軸鉸接，兩個(gè)能量獲取液壓缸對稱設(shè)置在立柱的兩側(cè)，且每個(gè)能量獲取液壓缸的缸體與立柱鉸接、活塞桿與擺動臂鉸接，所述水翼擺角控制部分包括對稱設(shè)置在擺動臂兩端的兩個(gè)驅(qū)動液壓缸、兩個(gè)驅(qū)動軸，所述擺動臂上對稱設(shè)置有兩個(gè)驅(qū)動液壓缸轉(zhuǎn)軸，每個(gè)驅(qū)動液壓缸的缸體與對應(yīng)的驅(qū)動液壓缸轉(zhuǎn)軸鉸接、活塞桿的端部通過耳環(huán)與對應(yīng)的驅(qū)動軸連接，所述翼型運(yùn)動部分包括對稱設(shè)置在每個(gè)驅(qū)動軸兩端的水翼，且每個(gè)水翼還通過水翼轉(zhuǎn)軸與擺動臂連接。

本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1.每個(gè)水翼包括水翼葉片、設(shè)置在水翼葉片兩端的水翼內(nèi)擋板和水翼外擋板、分別設(shè)置在水翼內(nèi)擋板和水翼外擋板上的擋板端蓋、貫穿水翼葉片和水翼內(nèi)擋板以及水翼外擋板的水翼轉(zhuǎn)軸、與擋板端蓋固連的軸套，軸套與水翼驅(qū)動軸的端部連接。

2.水翼葉片是中空的玻璃鋼結(jié)構(gòu)。

3.所述底座上設(shè)置有滑動導(dǎo)軌，立柱底部插入至所述滑動導(dǎo)軌中并用螺栓固定。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：1.半主動液壓式串聯(lián)擺動水翼潮流能捕能裝置，利用能量獲取缸，擺動大臂以及立柱等部件構(gòu)成以擺動大臂為主動件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)擺動機(jī)械能與液壓能的轉(zhuǎn)化。利用液壓驅(qū)動水翼實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動，以液壓缸活塞為原動件，與水翼以及擺動大臂構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)水翼有規(guī)律的擺動；具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、噪聲小、易于淺水應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，在未來的潮流能能量捕獲方面有很大的發(fā)展空間。2.控制液壓油量的大小便可實(shí)現(xiàn)水翼任意規(guī)律的擺動，被動式潮流能捕能裝置大臂擺動規(guī)律以及水翼俯仰運(yùn)動規(guī)律已經(jīng)固定于單一運(yùn)動形式，相對于被動式潮流能捕能裝置而言，本裝置在液壓驅(qū)動下可實(shí)現(xiàn)任意規(guī)律運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)水翼攻角不同運(yùn)動規(guī)律控制和不同攻角變化控制，裝置傳動靈活，控制方便。3.裝置立柱與底座采用滑軌設(shè)計(jì)，克服了水翼來回?cái)[動導(dǎo)致立柱與底座之間的連接疲勞缺點(diǎn)，具體結(jié)構(gòu)見圖6所示；具有結(jié)構(gòu)簡單，連接可靠的優(yōu)點(diǎn)。4.底座采用焊接板件構(gòu)成，底座與地面接觸面積較大，大大減小了由于河床或者海底泥沙較多而底座下沉或者安裝不便的缺點(diǎn)。5.與以往的旋轉(zhuǎn)葉片的水輪機(jī)相比，具有傳動效率高、噪聲小、易于淺水應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，對環(huán)境影響小，對水中生物影響小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體三維結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)化部分結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明的水翼擺角規(guī)律控制部分的剖視圖；

圖4為本發(fā)明的水翼擺角規(guī)律控制部分的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明的翼型部分結(jié)構(gòu)的剖視圖；

圖6為本發(fā)明的支撐部分結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明包括的部件有：水翼驅(qū)動軸1，水翼驅(qū)動軸軸套2，水翼擋板端蓋3，水翼轉(zhuǎn)軸端蓋4，水翼轉(zhuǎn)軸5，前水翼內(nèi)擋板6，水翼葉片7，前水翼外擋板8，水翼擺動大臂9，水翼驅(qū)動缸轉(zhuǎn)軸耳座端蓋10，水翼驅(qū)動缸轉(zhuǎn)軸耳座11，水翼驅(qū)動缸轉(zhuǎn)軸12，水翼驅(qū)動缸13，水翼驅(qū)動缸活塞桿14，后水翼內(nèi)擋板15，后水翼外擋板16，能量獲取缸活塞桿耳座17，能量獲取缸活塞桿軸18，水翼擺動臂轉(zhuǎn)軸19，能量獲取缸活塞桿20，立柱21，能量獲取缸缸體22，能量獲取缸缸體耳座轉(zhuǎn)軸23，能量獲取缸耳座24，底座25，水翼端板拉緊螺桿26，后水翼外擋板端蓋27，前水翼外擋板端蓋28。

本發(fā)明闡述了一種新型的半主動液壓式串聯(lián)擺動水翼潮流能捕能裝置，整體結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、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(yùn)動部分及支撐部分等幾部分，所述的能量提取部分的擺動臂前后端部布置在前水翼總成以及后水翼總成的中間，將翼型運(yùn)動部分在來流作用下的上下升沉運(yùn)動轉(zhuǎn)化為擺動大臂的往復(fù)擺動，傳遞給能量轉(zhuǎn)化部分獲得高壓液壓油，高壓液壓油驅(qū)動液壓馬達(dá)發(fā)電；水翼擺角控制部分通過控制連接于翼型運(yùn)動部分上驅(qū)動液壓缸，實(shí)現(xiàn)翼型運(yùn)動部分的攻角控制，支撐部分主要起支撐整個(gè)裝置連接各部分結(jié)構(gòu)的作用，能量轉(zhuǎn)化部分最終實(shí)現(xiàn)將擺動臂的往復(fù)擺動的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為高壓油，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于首先水翼串聯(lián)布置，實(shí)現(xiàn)在掃略面積不變情況下對能量的充分提取，以及整體結(jié)構(gòu)的緊湊高效；其次巧妙的利用液壓缸主動控制水翼攻角，實(shí)現(xiàn)水翼攻角不同運(yùn)動規(guī)律的實(shí)時(shí)控制，可開放式控制水翼掃略面積以實(shí)現(xiàn)適應(yīng)不同來流情對能量提取。

能量提取部分如圖1，圖2，圖6將翼型運(yùn)動部分的上下升沉擺動機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能，主要包括能量獲取缸活塞桿耳座17，能量獲取缸活塞桿軸18，水翼擺動臂轉(zhuǎn)軸19，能量獲取缸活塞桿20，水翼大臂支撐軸21，能量獲取缸缸體22，能量獲取缸缸體耳座轉(zhuǎn)軸23，能量獲取缸耳座24；能量獲取液壓缸22分為前后對稱兩套，能量獲取液壓缸22用于轉(zhuǎn)化擺動臂的機(jī)械能為液壓能。一個(gè)前后結(jié)構(gòu)對稱的擺動臂9，擺動臂9用于連接翼型運(yùn)動部分以及驅(qū)動液壓缸22的運(yùn)動。擺動臂9通過滑動軸承以及銷軸19連接于立柱21上，擺動臂9由鋁合金材料加工而成，擺動臂9下方距離擺動臂轉(zhuǎn)軸軸心250mm處，設(shè)有連接耳座17，其中有軸承，耳座用于連接能量獲取液壓缸活塞軸耳環(huán)。立柱下方距離軸心330mm處設(shè)有連接耳座24，內(nèi)有軸承，耳座用于連接能量獲取缸缸體耳環(huán)。擺動臂9，能量獲取缸22以及立柱21組成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)擺動機(jī)械能轉(zhuǎn)化為高壓油形式的液壓能。

水翼擺角控制部分如圖1，圖2，圖3，圖4，水翼驅(qū)動軸1，水翼驅(qū)動軸軸套2，水翼轉(zhuǎn)軸端蓋4，水翼轉(zhuǎn)軸5，水翼擺動大臂9，水翼驅(qū)動缸轉(zhuǎn)軸耳座端蓋10，水翼驅(qū)動缸轉(zhuǎn)軸耳座11，水翼驅(qū)動缸轉(zhuǎn)軸12，水翼驅(qū)動缸13，水翼驅(qū)動缸活塞桿14；根據(jù)水翼攻角所要求的運(yùn)動規(guī)律，通過外置液壓基站對液壓流量進(jìn)行控制，液壓缸活塞桿14位置以及速度按預(yù)定規(guī)律運(yùn)行，再通過以滑塊為驅(qū)動件的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)傳動，實(shí)現(xiàn)翼型部分?jǐn)[角的實(shí)時(shí)控制；驅(qū)動液壓缸13固定于能量提取部分的擺動大臂9上，水翼大臂9設(shè)有耳座11，內(nèi)有軸承，液壓驅(qū)動缸缸體耳環(huán)連接于耳座上，實(shí)現(xiàn)缸體13繞耳座11的轉(zhuǎn)動。液壓缸活塞桿耳環(huán)14連接于水翼運(yùn)動部分的驅(qū)動軸1上，實(shí)現(xiàn)耳環(huán)繞驅(qū)動軸軸線的轉(zhuǎn)動，水翼的擺角控制要求根據(jù)液壓泵站驅(qū)動壓缸活塞位置確定?？捎行У目刂扑韺?shí)現(xiàn)不同的擺角(也即不同的攻角運(yùn)動規(guī)律)。

水翼攻角運(yùn)動控制部分由前后水翼組成，前水翼運(yùn)動部分由水翼7NACA0012葉片，前水翼內(nèi)擋板6，前水翼外擋板8，前水翼內(nèi)擋板端蓋3，前水翼外擋板端蓋28，水翼轉(zhuǎn)軸4，水翼驅(qū)動軸1，水翼驅(qū)動軸軸套2等零部件連接組成。共選用四片完全相同的水翼葉片，每兩片水翼構(gòu)成一個(gè)水翼單元，兩片水翼之間由攻有螺紋的驅(qū)動軸連接而構(gòu)成單個(gè)水翼單元；單水翼以水翼葉片7為主體，水翼兩端穿插入前水翼內(nèi)擋板6以及前水翼外擋板8內(nèi)，內(nèi)外擋板開有槽孔前水翼內(nèi)擋板端蓋3，前水翼外擋板端蓋28嵌入其中，兩根長螺栓26將水翼驅(qū)動軸軸套2，內(nèi)水翼擋板6，水翼葉片7，外水翼擋板8，外水翼端蓋28穿插在一起，水翼旋轉(zhuǎn)軸將內(nèi)水翼擋板6，水翼葉片7，外水翼擋板8，外水翼端蓋28穿插在一起；水翼旋轉(zhuǎn)軸連接于能量獲取部分的擺動臂9上，水翼驅(qū)動軸軸套連接于水翼驅(qū)動軸1上。水翼共有四片水翼組成，前后各兩片串聯(lián)于能量獲取部分的擺動大臂上；水翼采用玻璃鋼進(jìn)行制作，中空結(jié)構(gòu)。擋板采用鋁合金板材焊接以及銑削而成，由于前后水翼驅(qū)動軸擺動范圍影響，前后水翼端蓋結(jié)構(gòu)有區(qū)別，如圖5所示，前水翼驅(qū)動軸軸線位于水翼前緣。后水翼驅(qū)動軸軸線位于水翼后緣，如采用相同水翼結(jié)構(gòu)則必有一端水翼驅(qū)動軸與擺動大臂干擾。

水翼支撐部分如圖1，圖2，圖6所示；由立柱21，底座25組成。立柱以及底座由Q235板材焊接而成表面發(fā)藍(lán)處理。底座25上部有滑動導(dǎo)軌，立柱21底部穿插入導(dǎo)軌內(nèi)，采用四個(gè)均勻布置的螺栓連接，由于立柱21受擺動臂擺動，容易導(dǎo)致立柱與底座連接松動，導(dǎo)軌保證立柱完全固定于底座上。能量獲取部分由耳座連接于立柱之上，以保證能量獲取部分?jǐn)[動臂的固定轉(zhuǎn)動，支撐部分作用是固定整體機(jī)構(gòu)，連接能量獲取部分，水翼運(yùn)動部分等零部件以及各部件的固定運(yùn)動，保證能量獲取部分?jǐn)[動臂的固定轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明的工作原理為：半主動液壓式串聯(lián)擺動水翼潮流能捕能裝置原理：驅(qū)動液壓缸控制前后水翼攻角不同運(yùn)動規(guī)律和不同攻角變化，當(dāng)水流流過時(shí)，前后翼片在水流作用下產(chǎn)生升力，實(shí)現(xiàn)水翼擺動大臂9的上下連續(xù)升沉運(yùn)動。擺動大臂9的耳環(huán)17連接能量獲取液壓缸，擺動大臂的上下升沉運(yùn)動帶動能量獲取液壓缸活塞桿運(yùn)動，驅(qū)動液壓油產(chǎn)生高壓驅(qū)動地面液壓站發(fā)電。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、噪聲小、易于淺水應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，在未來的潮流能能量捕獲方面有很大的發(fā)展空間。