一种多组水平轴水流发电装置

本发明属于机械设计及制造领域，具体涉及一种多组水平轴水流发电装置。

背景技术：

1、当今社会面临着能源紧缺、环境污染等问题，如何高效的从自然界获取能源和利用能源一直是广大科技工作者追求的目标。其中河流中蕴含着大量的能量，在河水流动过程中，将大量的势能转化为动能，由此，人们根据应用的场合以及水流不同的流动特点，发明了多样的水利发电装置。本发明中针对如何利用水体流动的能量转化为电能问题，提出了一种全新的水流发电装置，该装置结构设计简单，通过由多组叶片和多组优化的棘轮组件组成的多组水平轴结构，可使转轴在水流的推动作用下实现连续的运转，带动发电机组运转，实现水流能向电能的转化。同时，该装置可以根据使用工况实现多组、阵列式安装摆放，实现对水流能的最大利用。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题为：提出一种多组水平轴水流发电装置，可以将该装置安装在具有相对稳定流动的水域内，可以将水流能高效的转化为电能。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种多组水平轴水流发电装置，所述的水流发电装置包括：基座1、滑道、带齿板、棘轮连接柱6、滑块7、外棘轮8、内棘轮9、棘爪10、横柱11、叶片、传动轴支座16、传动轴17、曲轴18、连杆19、传动齿轮20、紧固螺母21、叶片轴22。

4、所述的基座1用于安装所述的水流发电装置的所有零部件，起到支撑作用，可固定安装在河床上。

5、所述的滑道包括结构相同的后滑道2和前滑道3，二者延长度方向设置有燕尾槽，用于滑块7在槽内滑动，二者相对放置，下端均通过焊接等形式固定连接在基座1上；所述的带齿板包括结构相同的后带齿板4和前带齿板5，为沿长度方向设齿形结构条形部件，后带齿板4和前带齿板5分别固定连接在后滑道2和前滑道3上，并使齿形结构露出在滑道的侧面；带齿板长度为滑道的一半，每个滑道上下安装两个带齿板形成上下两层齿形结构，且两个带齿板位于滑道不同侧，两个滑道上同高度的两个带齿板对角安装组成一对带齿轨道；后滑道2、前滑道3及其上固定的两对带齿轨道组成滑道结构，滑道结构共设四个，并排固定在基座1上，且每两个滑道结构为一组，每组滑道结构上包括上下两层带齿轨道。

6、所述的传动轴支座16共四个，分别固定在各滑道结构中两个滑道之间，四个传动轴支座16同轴并位于滑道结构的中部，传动轴支座16内设轴承座，传动轴17穿过四个轴承座并可在传动轴支座16内自由转动，用于传递转矩；传动轴17上共设有四个曲轴18，两两一组，每组的两个曲轴18分别位于两组滑道结构的两侧，每个曲轴18均包括两个叉形件，两个叉形件沿传动轴17周向对称布置，且二者之间留有间距，两个叉形件远端铰接点间距为h2；同组的两个曲轴18安装角度一致，两组曲轴18间呈一定夹角，且该夹角不等于90°；传动轴17与曲轴18为一体结构，且传动轴17设置叉形件的位置留有与叉形件同宽的间隙，使传动轴17在转动过程中与连接在曲轴18上的连杆19不发生干涉。

7、所述的传动齿轮20固定安装在传动轴17中间位置，且位于两组曲轴18之间，用于将传动轴17产生的转矩力传递给与其连接的发电机组，进而带动发电机组转动发电。

8、所述的外棘轮8、内棘轮9、棘爪10构成单棘轮组件；所述的外棘轮8为环形棘轮，其内外环面均设置有齿，外齿用于在带齿板的齿形结构上实现啮合滚动，外棘轮8啮合直径为d，外棘轮8的内齿形用于与内棘轮9、棘爪10构成单向运动机构；所述的内棘轮9呈环形，设置在外棘轮8内圆内，内棘轮9外圆处设棘爪10，棘爪10与外棘轮8内齿形配合，实现内棘轮9的单向运动；具体的：当外棘轮8沿棘爪10的倾斜方向转动时，棘爪10不能卡在外棘轮8的内齿形上，此时，内棘轮9不跟随外棘轮8同步转动；当外棘轮8逆棘爪10倾斜方向转动时，棘爪10卡在外棘轮8的内齿形上，此时，内棘轮9能够跟随外棘轮8同步转动。

9、所述的棘轮连接柱6为矩形构件，两端设有同轴的圆形连接柱，分别固定连接在两个单棘轮组件的内棘轮9内孔中，实现棘轮连接柱6与两侧的内棘轮9联动，且两个单棘轮组件上的棘爪10倾斜方向保持一致；所述的滑块7为燕尾形构件，棘轮连接柱6的两侧分别固定连接一个滑块7，两个单棘轮组件、棘轮连接柱6以及两个滑块7组成双棘轮组件，两个滑块7分别与滑道结构中的两个燕尾槽配合，同时，两个外棘轮8分别与滑道结构上的一对带齿轨道啮合，使双棘轮组件上下移动的同时内、外棘轮转动。

10、所述的双棘轮组件共设8个，两两一组分别对应每组滑道结构上同层的两对带齿轨道，上层或下层内所有双棘轮组件中棘爪10倾斜方向相同，不同层双棘轮组件中棘爪10倾斜方向相反。

11、所述的横柱11共设8个，其一端分别固定安装在每组双棘轮组件外侧的内棘轮9上，另一端分别通过紧固螺母21与连杆19的一端铰接；所述的连杆19亦设8个，其一端与横柱11一一对应并铰接，另一端铰接在同侧曲轴18叉形件的远端铰接点处，连杆19长度为h1，则有h1＞h2；双棘轮组件沿带齿轨道上下移动的同时，通过连杆19和曲轴18带动传动轴17转动。

12、所述的叶片轴22为圆柱形构件，用于叶片的固定安装，其共设4个，分别固定安装于四组双棘轮组件中相对的两个内棘轮9之间，且与内棘轮9同步转动；所述的叶片为矩形板状结构，亦设4个，分别安装在叶片轴22上，同一组滑道结构上的两个叶片为一组，同组的叶片对称布置且同步相向或向背运动，其中，同组两叶片运动至间距最近的极限位置时均处于水平状态，运动至间距最远的极限位置时均处于竖直状态，间距最近与间距最远的两极限位置之间的距离，即叶片轴22单向移动距离为h3，则有h3＝1/2πd，且h3＝h2；此外，因两组曲轴18间呈一定夹角，且该夹角不等于90°，因此不同组的叶片在工作过程中不同步运动且不会同时位于极限位置，以避免叶片运行至极限位置时水流发电装置出现死点。

13、所述的水流发电装置工作过程为：当叶片不处于极限位置时，叶片为倾斜状态，同组的两叶片因水流水平方向的推力而受到竖直方向的作用力，且因同组叶片为对称设置，因此二者受到的作用力相对或相背，叶片在作用力下竖直运动，通过叶片轴22带动两端的双棘轮组件一同做竖直运动，外棘轮8随之在带齿轨道上转动，因每对带齿轨道中的两个齿形结构对角布置，因此双棘轮组件中的两个外棘轮8转动方向相反，其中，逆棘爪10倾斜方向转动的外棘轮8带动内棘轮9同步转动，另一个外棘轮8不干涉内棘轮9转动，内棘轮9通过叶片轴22带动叶片转动，直至到达极限位置，此时，同组两叶片同时处于水平或竖直状态，因此叶片不再受到竖直方向的作用力，到达极限位置前，叶片始终受到方向不变的作用力，在此过程中，上下两层双棘轮组件相对或相背的竖直运动，通过连杆19带动传动轴17旋转，进而通过传动齿轮20带动发电机组发电；因不同组叶片不会同时位于极限位置，因此当某组叶片到达极限位置时，另一组叶片依然受力并带动传动轴17旋转，传动轴17通过连杆19带动双棘轮组件产生竖直方向上反向的运动，使得外棘轮8反向旋转，在棘爪10的作用下，内棘轮9转动方向不变，进而带动位于极限位置的叶片沿原方向继续旋转，使其脱离极限位置而叶面倾斜，叶片在水流推动下受到反向的作用力持续进行反向竖直运动，进而继续带动传动轴17维持相同方向的旋转；如此往复，使传动轴17持续同向旋转，进而达到持续发电的效果。

14、进一步的，所述的水流发电装置可根据需要设置多组，采用串联组装或阵列式安装，串联组装时，各组中传动轴17首尾相接同步转动。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、1、本发明采用的叶片运动形式为单向转动及沿着滑道做上下往复运动，这样叶片的迎流的面积较大，能够提高水流能的利用效率，提高发电效率。

17、2、由于不同组叶片不同步运动，故在叶片往复运动过程中，通过传动轴17，在两组叶片的协调配合下，使一组叶片在另一组叶片的带动下通过平衡点(死点)位置，即使水体流速较小，该发电装置依然能够保持连续运行。

18、3、该装置在安装使用时，在水域中可以多组并列安装，大幅度提高水流能的利用率，提高发电效率。

19、4、该装置零部件结构简单，制造成本和安装成本低，维护方便。