一种高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机的制作方法

本发明属于海洋能和风能发电技术领域，具体涉及到一种风力和水力驱动的动力装置，尤其是一种把风力和水力转化为机械能的装置。

背景技术：

在海洋能发电和风能发电设备中，动力装置的拾能效率和运转阻力是一对此消彼长的技术矛盾。平板式的动力叶片具有最高的拾能效率，但同时也具有最高的运转阻力。刀片式的动力叶片具有最小的运转阻力，但同时拾能效率也最低。因而，最大可能的增加动力机的能量俘获率，降低动力机的运转阻力，一直是本行业技术人员努力攻克的技术难题。以海洋能发电为例，请参阅图3，在现有各种比如花环式或降落伞式海洋能动力机中，均是采用了类似于风力发电机的动力结构，这种动力结构存在有效能量俘获面积小、运转阻力大以及效率低下等技术问题，其发电效率最低时仅有3.25％。并且，在目前各种用于海洋能发电的动力机中，均是采用了水下作业的工作模式，由于水的密度约为空气1000倍，水的阻力会进一步增加动力机的运转能耗，因此，采用传统风桨作为动力机构的海洋能动力机的能量收集效率还会进一步降低。另外，现有用于海洋能发电的动力机，还存在工作环境局限、适应性差等技术问题，例如由于无法解决运转阻力的问题，不能适用于在大风大浪的恶劣环境中使用，极大限制了项目的回报率，而大风大浪的应用环境，恰恰是海洋能比较集中的区域或时刻。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明公开了一种可以最大限度地获取风能或海洋能动力，运转阻力最小，并且还可以适应极端恶劣环境发电的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机。

本发明为解决其技术问题而提供的解决方案是：

一种高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机，其包括框架、动力轴和若干片组合叶板；动力轴安装在框架的中心部位，框架旋转时，可以带动动力轴一起旋转；组合叶板安装在框架上，用于接收风能和/或海洋能，以推动框架旋转；组合叶板包括格栅板体和活门叶板，格栅板体可以允许风和/或海水通过，活门叶板可以在组合叶板分别处于拾能状态和受阻状态时自动封闭和自动导通格栅板体，以提高拾能效率和降低阻力。

优选地，在本发明提供的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机中，框架包括平行设置的第一框架组和第二框架组，第一框架组包括第一外框架和第一内框架，第一外框架和第一内框架之间固定连接；第二框架组包括第二外框架和第二内框架，第二外框架和第二内框架之间固定连接；第一外框架和第二外框架之间设置有若干个外支架，第一内框架和第二内框架的对应位置处设置有若干个内支架；组合叶板安装在外支架和内支架上。

优选地，在本发明提供的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机中，框架还包括第一框架连接组件和第二框架连接组件；第一框架连接组件包括第一三轴连接器和若干根第一框架连接杆，第一框架连接杆同时固定在第一外框架和第一内框架上，并通过第一三轴连接器和动力轴建立固定连接；第二框架连接组件包括第二三轴连接器和若干根第二框架连接杆，第二框架连接杆同时固定在第二外框架和第二内框架上，并通过第二三轴连接器和动力轴建立固定连接。

优选地，在本发明提供的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机中，第一框架组上还设置有第一端盖板，第二框架组上还设置有第二端盖板；第一端盖板和第二端盖板均为不透风和不透水结构；第一端盖板和第二端盖板之间围合成用于汇聚风能和/或海洋能的增效通道。进一步优选地，第一端盖板和/或第一外框架上还设置有第一集流板；第二端盖板和/或第二外框架上还设置有第二集流板。

优选地，在本发明提供的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机中，组合叶板水平轴动力机还包括防滑落部件，防滑落部件设置在内支架之间，用于防止活门叶板滑落。

优选地，在本发明提供的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机中，活门叶板上还设置有用于增加活门叶板重量的增重部件，以防止活门叶板在风浪中出现飘扬或漂浮现象。

优选地，在本发明提供的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机中，组合叶板的数量为24片。

优选地，在本发明提供的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机中，框架的材质为钢结构、碳纤维结构、塑胶结构或竹复合材料结构中的其中一种或其任意组合。

优选地，在本发明提供的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机中，格栅板体为格栅板或多孔板，活门叶板为柔性板体；活门叶板固定在框架和/或格栅板体上，可以在格栅板体处于拾能状态时封闭格栅板体，还可以在格栅板体处于受阻状态时导通格栅板体。进一步优选地，格栅板体的材质为钢结构或碳纤维结构或硬塑胶结构，活门叶板的材质为柔性材料。

有益的技术效果：

1、当动力机置于符合工作条件的水流中时，水流冲击处于下端的组合叶板，组合叶板处于拾能状态，透水孔或透风孔被活门叶板关闭，格栅板体处于封闭的位置上，推动框架转动，产生机械能。当组合叶板做功完毕，则处于上升阶段或受阻状态，此时活门叶板将透水孔或透风孔打开，格栅板体处于导通状态，从而卸掉了大部分的上升阻力，动力机因此获得了更强的推动力，如此周而复始可以源源不断的俘获来自风力或海洋的能量。由以上描述可知，在有效能量俘获面积方面，本发明采用了平板式的动力叶片结构，具有较高的拾能效率，在克服运转阻力方面，本发明采用了自导通自封闭组合叶板，减少了动力叶片的运转阻力；相比现有技术，本发明具有突出的实质性特点和显著的进步性，对于推动社会技术经济进步具有重要的意义。

2、现有海洋能动力机均是采用类似于风力发电机风叶或风刀或桨叶的动力结构，本发明突破技术常规，提供了一种全新的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机结构。

3、本发明提供的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机，通过在第一框架组和第二框架组之间形成可以汇聚风能和/或海洋能的增效通道，可以将能量俘获效率提高到现有海洋能动力机的三倍以上。

以下结合说明书附图和具体实施方式，对本发明的技术方案和技术效果进行详细介绍。

附图说明

图1：优选实施例一立体结构图。

图2：优选实施例二立体结构图。

图3：现有海洋能动力机海底运转示意图。

标识说明：

10-框架，20-动力轴，30-组合叶片；

110-第一框架组，120-第二框架组，130-外支架，140-内支架，150-第一框架连接组件，160-第二框架连接组件，170-防滑落部件，180-增效通道；

310-格栅板体，320-活门叶板；

1110-第一外框架，1120-第一内框架，1130-第一端盖板，1140-第一集流板；

1210-第二外框架，1220-第二内框架，1230-第二端盖板，1240-第二集流板；

1510-第一三轴连接器，1520-第一框架连接杆；

1610-第二三轴连接器，1620-第二框架连接杆。

具体实施方式

优选实施例一

请参阅图1，本优选实施例公开的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机，包括框架10、动力轴20和24片组合叶片30。

框架10包括平行设置的第一框架组110和第二框架组120(或者叫左框架组和右框架组)，第一框架组110和第二框架组120结构类似，各包括一个外框架、一个内框架和若干个框架连接组件。框架连接组件用于将外框架和内框架紧固成一体。外框架和内框架的对应部位分别设置有用于安装组合叶片30的外支架130和内支架140。具体而言，第一框架组110包括第一外框架1110和第一内框架1120，第一外框架1110和第一内框架1120之间固定连接；第二框架组120包括第二外框架1210和第二内框架1220，第二外框架1210和第二内框架1220之间固定连接；第一外框架1110和第二外框架1210之间设置有若干个外支架130，第一内框架1120和第二内框架1220的对应位置处设置有若干个内支架140；组合叶板30安装在外支架130和内支架140上。

框架10还包括第一框架连接组件150和第二框架连接组件160；第一框架连接组件150包括第一三轴连接器1510和若干根第一框架连接杆1520，第一框架连接杆1520同时固定在第一外框架1110和第一内框架1120上，并通过第一三轴连接器1510和动力轴20建立固定连接；第二框架连接组件160包括第二三轴连接器1610和若干根第二框架连接杆1620，第二框架连接杆1620同时固定在第二外框架1210和第二内框架1220上，并通过第二三轴连接器1610和动力轴20建立固定连接。

动力轴20，通过两个三轴连接器固定安装在框架10的中心部位，框架10旋转时，可以带动动力轴20一起旋转。

组合叶板30，24片组合叶板30均匀安装在框架10上或者说安装在框架10的外支架130和内支架140上，环绕在动力轴20的周围，用于接收风能和/或海洋能，以推动框架10旋转。每一片组合叶板30均包括格栅板体310和活门叶板320，格栅板体310可以允许风和/或海水通过，活门叶板320可以在组合叶板30分别处于拾能状态和受阻状态时自动封闭和自动导通格栅板体310，以提高拾能效率和降低阻力。具体而言，格栅板体310为不锈钢材质的格栅板或多孔板，活门叶板320为软塑胶材质的可弯曲折叠变形的柔性板体；活门叶板320固定安装在格栅板体310上，固定点设置于接近内支架140的部位。

当水流冲击处于框架10下端的组合叶板30时，组合叶板30处于拾能状态，活门叶板320在重力的作用下贴附在格栅板体310的表面，格栅板体310上的透水孔或透风孔被关闭，格栅板体310处于封闭的状态，组合叶板30推动框架10旋转，进而带动动力轴20旋转，实现了海洋能的收集。随着框架10的继续旋转，当前收集能量的组合叶板30做功完毕，逐渐处于上升阶段，此时组合叶片30的工作状态转变为受阻状态；活门叶板320在重力的作用下，逐渐离开格栅板体310，将透水孔或透风孔打开，使格栅板体310处于导通状态，从而卸掉了大部分的上升阻力，赋予动力机更强的推动力。如此循环，可以源源不断的将来自风力或海洋的能量收集起来，进而再通过动力轴20将能量输送至发电设备。

与其他各类动力机相比，用于海洋能发电时，组合叶板的每单位面积上，所获得的动力是最大的，又由于本发明中的组合叶板结构可以消除大部分的阻力，再由于水的密度约相当于空气密度的1000倍，本机是绝大部分置于水上的，故又相比置于水面以下的其他动力机，避开了高密度水的阻力，故此，本发明提供的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机所产生的推动力是最大的。

综上可知，在能量收集方面，本发明采用了类似于平板式的动力叶片结构，具有较大的有效能量俘获面积和较高的拾能效率；在克服运转阻力方面，本发明采用了自导通自封闭式组合叶板结构，减少了动力叶片的运转阻力，改善了动力机的动力性能；相比现有技术，具有突出的实质性特点和显著的进步性，对于推动社会技术经济进步具有重要的意义。另外，由于可以降低大部分的运转阻力，本发明提供的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机，不但可以在空气环境中工作，还能适用于海浪、海流、海风、潮汐等各种恶劣海洋环境中发电，并且还能利用风浪发电，因而还具有较强的适应性能力。

在本发明另一个改进的实施例中，本发明提供的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机还包括一个防滑落部件170，防滑落部件170设置在内支架140之间，用于防止活门叶板320滑落。

在本发明又一个改进的实施例中，本发明提供的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机还包括一个增重部件，增重部件设置于活门叶板上，用于增加活门叶板的重量，以防止活门叶板在风浪中出现飘扬或漂浮现象。具体而言，增重部件可以是金属条或金属螺丝螺母等。

优选实施例二

请参阅图2，本发明优选实施例二中公开了一种具有增效功能的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机。该具有增效功能的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机与优选实施例一中公开的动力机具有相同或近似的框架10、动力轴20和组合叶板30。不同之处在于，本优选实施例中公开的具有增效功能的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机的第一框架组110上还设置有第一端盖板1130，第二框架组120上还设置有第二端盖板1230；第一端盖板1130固定安装在第一外框架1110和第一内框架1120上，第二端盖板1230固定安装在第二外框架1210和第二内框架1220上；第一端盖板1130和第二端盖板1230均为不透风和不透水结构；第一端盖板1130和第二端盖板1230之间或者说第一框架组110和第二框架组120之间围合成用于汇聚风能和/或海洋能的增效通道180。

本优选实施例中公开的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机除具有优选实施例一中描述的技术效果外，还对动力机的能量收集具有增效功能，增效通道180可以汇聚动力机附近的风能和/或海洋能，增加风能和/或海洋能的收集效率。据发明人在长江中的现场实测，该具有增效功能的高效低阻活门格栅组合叶板水平轴动力机可以将能量收集效率提到三倍以上。

在本优选实施例一个变化的实施例中，第一端盖板1130上还设置有第一集流板1140或第一集流部，第二端盖板1230上还设置有第二集流板1240或第二集流部。或者，第一集流板1140也可以为独立的部件，固定安装在第一端盖板1130和/或第一外框架1110上；第二集流板1240也可以为独立的部件，固定安装在第二端盖板1230和/或第二外框架1210上。增加集流板的实施例可以进一步提高风能和/或海洋能的收集效率。

需要特别说明的是，本发明中采用第一、第二的命名方式，比如第一框架组和第二框架组等等，仅是为了区分结构或功能相同的组件或部件，并非暗示相关组件或部件具有特殊的结构或功能或先后次序，现有技术中的相关组件或部件，只要可以完成相应的功能，均可以实现本发明的技术方案，取得预期的技术效果。

以上结合说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案和技术效果进行了详细阐述，应该说明的是，说明书中公开的具体实施方式仅是本发明较佳的实施例而已，所述领域的技术人员还可以在此基础上开发出其他的实施例；任何不脱离本发明创新理念的简单变形和等同替换均涵盖于本发明，属于本专利的保护范围。