[发明专利]流体动力装置和流体发电设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种流体动力装置，具体地涉及通过叶片将流体的能量转化成动力的流体动力装置。本发明还涉及一种包含有这种流体动力装置的流体发电设备。

背景技术

能源短缺已经成为世界各国最关注的问题之一。据预测，作为最主要使用的能源，世界范围内的可供开采和利用的石油储量仅够继续使用四十年左右。同时，剩余石油储量的开发难度也越来越大，到一定限度就会失去继续开采的价值。因此，大力发展可再生能源是世界经济可持续发展的重要基础。

流体能量如风能和潮汐能是一种潜力很大的替代能源。由于资源丰富且相对便宜，风力发电已经引起了人们广泛的兴趣。风力发电机是一种将风的动能转化为电能的设备，其原理是利用风力带动叶片旋转，再利用传动机构将该旋转的动力输出给发电机，从而促使发电机发电。风力发电既不存在燃料问题，也不会产生辐射危害或空气污染，因此对环境也十分安全。

现有的风力发电机通常采用两个以上的叶片以提高效率。然而，各个叶片在转动时将分别处于不同的位置和方位，这容易在彼此之间产生相互干扰。例如，在设计风力发电机的叶片布置时如果将多个普通的平板式叶片与传动轴直接相连，那么会产生这样一种情况，即顺风运动的叶片以最大的面积承受风力，而径向上与之相对(或者大致相对)的逆风运动的叶片同样也以最大的面积承受风力，从而导致这两个叶片产生相同大小但方向相反的力矩。显然，这两个力矩会互相冲突，这不仅将严重影响叶片转动的稳定性和持续性，还会显著降低风能的利用率。即使仅采用一个叶片，这种转动失稳的情况也同样会存在。

为此，现有技术中的叶片大多采用特定的翼型设计，例如具有流线形的叶片前缘和后缘。这种流线形的叶片能够实现空气动力学上的优化，使得叶片在顺风运动时尽可能利用风的动能，同时在逆风运动时不会显著阻碍风的流动。然而，这种特定的翼型结构设计复杂，对叶片制造工艺的要求很高，因此相应地提高了生产成本。同时，仍然存在一定程度上的不同叶片之间的干扰。这些因素都不利于风力发电机的普及。

因此，需要这样一种风力发电设备，其中不需要对叶片的形状进行特别设计，甚至当采用普通平板形式的叶片时也能使得顺风运动的叶片保持以最大的面积面对风向，同时逆风运动的叶片不会阻碍风的流动，使得叶片的转动平稳，实现对风能的充分利用并提高发电装置的性能。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于转化并输出流体能量的流体动力装置，其包括：第一和第二齿轮机构，它们均包括位于中心的固定的太阳齿轮以及设置在所述太阳齿轮周围并与之形成啮合关系的行星齿轮，所述第一和第二齿轮机构的太阳齿轮分别安装在一用来输出能量的输出轴上的不同位置处；与所述第一和第二齿轮机构中的行星齿轮均刚性连接的行星齿轮轴；与所述行星齿轮轴刚性连接的叶片，所述叶片布置在第一和第二齿轮机构之间，并用来承受流体能量以带动所述行星齿轮轴转动；以及第一和第二连接件，其相互平行地固定设置在所述输出轴上的不同位置处且分别位于所述叶片的两侧，并且均与所述行星齿轮轴刚性地相连，从而将所述行星齿轮轴的转动传递给所述输出轴。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于转化并输出流体能量的流体动力装置，其包括：第一和第二行星齿轮机构，它们均包括位于中心的可转动的太阳齿轮、设置在所述太阳齿轮周围并与之形成啮合关系的行星齿轮，以及固定不动的齿圈，其中，所述第一和第二行星齿轮机构的太阳齿轮分别固定地安装在一用来输出动能的输出轴上的不同位置处；与所述第一和第二行星齿轮机构中的行星齿轮刚性连接的行星齿轮轴；与所述行星齿轮轴刚性连接并且布置在第一和第二行星齿轮机构之间的叶片；以及第一和第二连接件，其相互平行地可转动地设置在所述输出轴上的不同位置处且分别位于所述叶片的两侧，并且均与所述行星齿轮轴刚性地相连，其中，所述叶片承受流体的能量，带动所述行星齿轮轴转动，并通过所述行星齿轮和太阳齿轮将该转动传递给所述输出轴。

在一个实施例中，设置了四个与太阳齿轮直接形成啮合的行星齿轮。相应地，采用四个行星齿轮轴来将第一和第二齿轮机构中的对应行星齿轮相连，同时，第一和第二连接件在不同的位置处分别与这四个行星齿轮轴均连接。容易理解，在这种情况下该流体动力装置包括四个叶片。在一个优选示例中，任意两个的相邻叶片成135度角。此时，当行星齿轮轴围绕输出轴旋转一周即360度时，叶片旋转了一周半，即540度。

在上述实施例的一种变型中，四个行星齿轮分别通过四个中间齿轮与太阳齿轮形成啮合。在这种情况下，任意两个的相邻叶片成45度角。此时，当行星齿轮轴围绕输出轴旋转一周即360度时，叶片仅旋转了半周，即180度。