基于Weis--Fogh效应的复合翼叶栅型波浪能发电装置

IPRDB

API 数据接口

专利申请

使用指引 chat嘟嘟

会员体验

联系我们

交流群

现在联系顾问~

基于Weis--Fogh效应的复合翼叶栅型波浪能发电装置
申请号	CN201520089764.2	申请日	2015-02-09	公开(公告)号	CN204493068U	公开(公告)日	2015-07-22
申请人	武汉理工大学;			发明人	杨琨; 旷权; 李阳; 王彦超; 陈新; 王松波; 叶云凌;
摘要	本实用新型公开了一种基于Weis--Fogh效应的复合翼叶栅型波浪能发电装置，其特征在于，它包括箱体，在箱体的上部设置有发电模块，在箱体的下部设置有复合翼，在复合翼上设置有连接轴与发电模块相连。本实用新型结构简单，利用Weis--Fogh效应可以瞬态产生高升力的特点来进行波浪能发电，避免了因为升力产生滞后而带来的能量损耗，而且本实用新型仅含有两级能量转换环节，中间不依赖机械或液压转换装置，提高了波浪能的一次转换效率。
权利要求	1.基于Weis--Fogh效应的复合翼叶栅型波浪能发电装置，其特征在于，它包括箱体，在箱体的上部设置有发电模块，在箱体的下部设置有复合翼，在复合翼上设置有连接轴与发电模块相连。 2.根据权利要求1所述的基于Weis--Fogh效应的复合翼叶栅型波浪能发电装置，其特征在于，所述复合翼由两个以上的叶片依次相连而成。 3.根据权利要求2所述的基于Weis--Fogh效应的复合翼叶栅型波浪能发电装置，其特征在于，沿箱体长度方向布置有多个并排设置的复合翼，多个并排设置的复合翼构成叶栅结构。 4.根据权利要求3所述的基于Weis--Fogh效应的复合翼叶栅型波浪能发电装置，其特征在于，在每个复合翼中的第一叶片和最后一个叶片上均设置有连接轴与发电模块连接。 5.根据权利要求1或2所述的基于Weis--Fogh效应的复合翼叶栅型波浪能发电装置，其特征在于，发电模块包括直线发电机、蓄电池或者电网，发电机一端与连接轴相连，另一端与蓄电池相连或经过电能转换并入电网。 6.根据权利要求1或2所述的基于Weis--Fogh效应的复合翼叶栅型波浪能发电装置，其特征在于，所述发电模块密封设置在箱体的上部，箱体的下部为前后侧面镂空的中通状。
说明书全文	基于Weis--Fogh效应的复合翼叶栅型波浪能发电装置技术领域 [0001] 本实用新型涉及海洋能源开发利用技术领域，尤其是一种基于Weis--Fogh效[0002] 应的复合翼叶栅型波浪能发电装置。背景技术 [0003] 作为一种清洁的可再生能源，波浪能具有分布广阔、能量密度大的优点。但现有波浪能发电装置的发电效率普遍较低，尤其体现在能量一次转换效率低；大多数装置采用能量多级转换的方式进行发电，但中间转换损耗较大，影响整个系统的转换效率；同时，对于波浪能量为实现充分利用，大都为小型功率输出。部分大功率输出装置结构复杂，体积庞大，对于地形、波浪等要求较高。 [0004] Weis--Fogh效应是由一位英国生物学家Weis--Fogh发现台湾小黄蜂在飞行过程中采用了一种特殊的振翅方式“振翅拍击和挥摆急动”，认为这种特别的振翅方式与瞬时产生高升力有关。学术界将这种产生升力的机制命名为Weis--Fogh效应。Weis--Fogh机构起源于上个世纪七十年代，是一种模拟黄蜂飞行的升力装置，这种机构不仅能产生更大的升力，而且能瞬时产生升力，不像普通翼那样产生升力时存在Wagner效应（即升力产生的滞后现象），且不违反开尔文定理，具有极好的机动性和启动性。 [0005] 如图1所示，Weis--Fogh机构简化成图示结构，两翼板拍击闭合时(图1(a))翼弦处于垂直方向；然后绕共同的根部以角速度Ω旋转张开(图1(b))，两翼间形成空隙，迫使周围流体充填该空隙，由于流体不可压缩，当张开角很小时，流体充填空隙的速度非常高，造成机翼上下表面巨大压力差。当半张开角度约为60°时(图1(c))，两翼以速度v分开(图1(d))。当两翼旋转张开时，流体进入两翼之间的空隙，同时产生大小相等，方向相反的速度环量Γ，并不违背总环量保持为零的开尔文定理"因此，当两板分开时，每一翼板将立即获得流体升力L=pΓv的作用力。其中p为流体密度，故不存在由下泄涡引起的升力滞后现象。当Weis--Fogh机构闭合时，两翼对空隙间的流体产生压力，迫使流体流出空隙。与张开时类似，当张开角很小时，流体流出空隙的速度非常高，造成机翼上下表面巨大压力差，进而产生瞬态较高升力。 [0006] 如图2所示，为单翼叶栅型Weis--Fogh机构简化模型。图（a）张开运动开始状态，每个Weis--Fogh机构由两个平板组成，且平行于来流速度u(来流方向自右向左)，翼端点以Bn表示，翼根点以An表示，n=1，2，3…。翼端点张开，任何相邻两端点都作相反方向运动，直到相遇为止。图（b）为张开运动结束和闭合运动开始状态，该状态翼端点Bn不动，相邻两翼根点作相反方向运动，直到相遇为止。图（c）为闭合运动结束和张开运动开始状态，此状态相邻两翼端点作张开运动，直至相遇为止。图（d）为张开运动结束，闭合运动开始状态。经过这4个阶段的运动，机翼恢复到初始运动位置，然后重复上面4个阶段的张开和闭合运动。 [0007] 如图3所示为复合翼叶栅型Weis--Fogh机构简化模型示意图。图中A、B、C三个复合翼并行排列构成叶栅，同一时刻每个复合翼的运动状态相同。每个复合翼由三个叶片组成，叶片之间能进行相对运动，当叶片不在一条直线时，复合翼具有拱度，当复合翼张开时，叶片是一个接一个张开的。 [0008] 图3中（A）为第一个叶片张开状态，此时第一个叶片绕第二个叶片旋转张开，其他叶片不转动；图（B）为第二个叶片张开状态，此时第二个叶片绕第三个叶片旋转张开，第三个叶片不转动，第一个叶片与第二个叶片作相对运动；图（C）为第三个叶片张开状态，此时第二个叶片与第三个叶片作相对运动，同时，第一个叶片与第二个叶片也继续作相对运动。每一个叶片张开，就形成一次Weis--Fogh效应。 [0009] Weis--Fogh效应目前主要在新型船舶推进装置与船舶零航速减摇上有一定研究，国内哈尔滨工程大学的金鸿章，在中国国家科学基金项目（50575048）的资助下设计出零航速减摇鳍，一项法国专利No.1418806，Oct.18，1965和一项美国专利No.3307358，Mar.7，1967提出了一种用于泵水或用于船舶推进的新装置，其工作原理与Weis--Fogh效应类似。同时Weis--Fogh效应在飞行器用推进装置（中国专利：CN101249889）、容积式泵（中国专利：CN201090437）也有一定研究。但Weis--Fogh效应在波浪能发电领域的研究与应用仍为空白。实用新型内容 [0010] 本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能提高波浪能的转换效率的基于Weis--Fogh效应的复合翼叶栅型波浪能发电装置。 [0011] 本实用新型所采用的技术方案为：基于Weis--Fogh效应的复合翼叶栅型波浪能发电装置，其特征在于，它包括箱体，在箱体的上部设置有发电模块，在箱体的下部设置有复合翼，在复合翼上设置有连接轴与发电模块相连。 [0012] 按上述技术方案，所述复合翼为两个以上的叶片依次相连而成。 [0013] 按上述技术方案，沿箱体长度方向布置有多个并排设置的复合翼，多个并排设置的复合翼构成叶栅结构。 [0014] 按上述技术方案，所述发电模块密封设置在箱体的上部，箱体的下部为前后侧面镂空的中通状。 [0015] 本实用新型所取得的有益效果为： [0016] 1、本实用新型结构简单，利用Weis--Fogh效应可以瞬态产生高升力的特点来进行波浪能发电，避免了因为升力产生滞后而带来的能量损耗，而且本实用新型仅含有两级能量转换环节，中间不依赖机械或液压转换装置，提高了波浪能的一次转换效率；2、利用复合翼在一个波浪周期内产生多次Weis--Fogh效应实现对波浪能的高效收集；3、并排设置多个复合翼组成叶栅结构进而产生叶栅效应，能充分利用波浪能量，从而实现大功率的输出。附图说明 [0017] 图1为Weis--Fogh机构简化模型图。 [0018] 图2为单翼叶栅型Weis--Fogh机构简化模型示意图。 [0019] 图3为复合翼叶栅型Weis--Fogh机构简化模型示意图。 [0020] 图4为本实用新型的侧视图。 [0021] 图5为本实用新型的立体结构图。具体实施方式 [0022] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明。 [0023] 如图1所示，本实施例提供了一种基于Weis--Fogh效应的复合翼叶栅型波浪能发电装置，它包括基座3、固定在基座3上的方形箱体1，在箱体1的上部密封设置有发电模块，箱体的下部为前后两侧面镂空的中通状，在箱体的下部设置有复合翼，所述复合翼为两个以上的叶片2依次铰接而成。在每个复合翼中的第一叶片和最后一个叶片上均设置有连接轴4与发电模块连接。 [0024] 其中，发电模块包括直线发电机5、蓄电池或者电网，发电机5一端与连接轴4相连，另一端与蓄电池相连，发电模块所发出的来的电能可以直接存储在蓄电池中或者经过电能转换并入电网中。 [0025] 本实施例中，为了获得更多的电能，达到大功率的输出，沿箱体长度方向布置有多个并排设置的复合翼，多个并排设置的复合翼构成叶栅结构。 [0026] 本实用新型的工作过程为：流体沿箱体下部敞开的侧面进入和流出，盒体内多个复合翼作为受波体，使得复合翼中每一个叶片依次完成张开——上行——闭合；张开——下行——闭合的运动，进而形成Weis--Fogh效应，产生升力直接作用于整个复合翼上；整个复合翼进一步推动与前、后两叶片相连的连接轴4上下往复运动，这样上下往复运动的连接轴4就带动直线发电机5的动子上下往复运动，在磁场中切割磁感线，最终产生电能输出。而采用多个复合翼并排布置，可以组成叶栅结构进而产生叶栅效应，实现对波浪能更大程度的收集利用，从而获得更多电能，达到大功率的输出。