[发明专利]开闭式垂直轴流体轮发电装置

说明书

本发明公开了一种开闭式垂直轴流体轮发电装置，包括叶轮、发电机和支架座，发电机设置于支架座上，叶轮设置于发电机轴上，带动发电机轴转动；叶轮包括轮毂和多个叶片，多个叶片旋转对称且均匀分布于轮毂的周向上，轮毂套设于发电机轴上；叶片包括叶片框架和叶板，叶板设置于叶片框架上，叶板通过叶片框架与轮毂连接；叶板包括网眼板和开闭条，开闭条设置于网眼板上。本装置适应风能或水能环境，适用空气流动能，河流水流动能，海洋潮汐动能，海洋流动能的转化；提高垂直轴叶轮捕获流体能量利用率；提高单机容量；更好地利用流体的自然动能；改善制造、运输、安装和运营维护工作；平稳电力输出，增长年发电时间。

技术领域

本发明涉及流体动能发电技术领域，具体涉及一种开闭式垂直轴流体轮发电装置。

背景技术

目前，风能发电方面。人们使用的现有风能发电的风机主要有水平轴风机和垂直轴风机。水平轴风机技术成熟，占据了市场的大部分份额，但是风能转化效率再提升有困难，风机在大的基础上再增大也困难，工艺制造要求高，运输、安装有难度，噪声大。垂直轴发电的叶轮，主要有升力型垂直轴叶轮和阻力型垂直轴叶轮，升力型垂直轴叶轮启动性能较差，效率低，单机容量小。阻力型垂直轴叶轮，当一边叶片在做功时，另一边叶片将遇到风阻，抵消了部分风能，降低了风能的充分利用，效率低，单机容量小。垂直轴风机实际应用少，但以能够捕获全方向的风能，无需辅助导向机构而受到人们的关注。

河流水动能发电方面。水能发电是把水流的能量转换为叶轮旋转机械能，机械能再转化为电能。主要实现形式是通过将水的势能转化为电能，要有好的势能就要提高水头而修筑大坝，大坝建设成本很高，且不利于生态环境的保护，不利于水生物的游动生长。目前，河流中自然水流的动能转化使用垂直轴叶轮发电为空白。

潮汐水动能发电方面。潮汐能是海洋能源主要的可再生自然能源之一，潮汐现象是海水在月球和太阳引力作用下所产生的周期性运动。在涨潮的过程中，汹涌而来的海水具有很大的动能，随着海水水位的升高，就把大量海水的动能转化为势能；在退潮过程中，海水又奔腾而去，水位逐渐降低，大量的势能又转化为动能。海水在涨潮、退潮的运动中所包含的大量动能和势能，称统为潮汐能。目前潮汐能的利用主要是势能，在富含潮汐能处修筑大坝后形成水库，利用涨潮和退潮时较大的潮差势能发电。目前，利用涨潮和退潮时自然水流的动能转化使用垂直轴叶轮发电无实际使用。

海流水动能发电方面。海流也称为洋流，海水不是固定的，它受地球转动、太阳月亮运动使海水流动；固定风向持续吹过海面使海水流动；另外海水温度、盐度及所含悬浮物的差异也会形成海水流动。海水总是在流动着，携带着巨大的能量。在海底水道和海峡中有较为稳定的海水流动，海流能主要是指海水流动的动能。目前，海流能的动能转化使用垂直轴叶轮发电无实际使用。

现有技术的垂直轴叶轮叶片大致可分为三类：1、固定型：叶轮转动过程中叶片是固定的，如升力型和阻力型的叶片形状是固定的，它们在流体中获得动能是因为叶片外形曲面的差异而产生的，当要想获得更大能量而将叶片做大时，获得的动力和阻力都在增大；叶片外形曲面放大后，叶片质量会增大，运动的机械摩擦力增大，获得动能的效率降低；转动惯量增大，启动困难；这种类型的单机容量小、效率低。2、活动型：叶轮转动过程中叶片是活动的，如一叶片带动另一叶片翻转一定角度；叶片被转动一定角度；叶片之间柔性串接转动一定角度等活动型叶片。活动叶片在承受风能或水能的作用下自转，有一定质量的活动叶片在转动过程中要消耗能量才能转动，叶片较大时消耗的能量更大，活动叶片做功的能量与消耗能量之差较小，总效率低；活动型的叶片稳定性较差，维护成本高，实用性不大。3固定型+外部增加遮挡物，叶片转动到动力做功区域时外露，在转动到阻力消耗能量区域时，叶轮外围有遮挡物遮挡。高空中的风向不固定，遮挡的位置就无法确定，所以在高空中做一个遮挡物是不现实的。在水中做一个遮挡物，叶片运动在遮挡物后面的静水中也有运动阻力，降低水动能转化效率低。另外，泥沙会在遮挡物内的静水区堆积的，影响叶片工作。

目前垂直轴发电机处于单机容量小，能量转化效率低，甚至难启动，技术缺陷明显，大多处于探索实践阶段，目前实际发电应用的很少。

发明内容