CN103470440B - 升降式振荡水翼捕获潮流能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明具体公开了一种升降式振荡水翼捕获潮流能发电装置，包括一个工作平台和水冀，所述的工作平台顶部设有一个与其连接的支架，所述的水翼的两端安装在能沿着支架在垂直方向来回滑动水翼支撑架上，且水翼支撑架的侧面安装有浮箱，在所述的水箱与水翼支撑架之间安装有水翼位姿调整系统，所述的水翼与液压式能量转化系统连接，所述的液压式能量转化系统将转化后的能量发送给发电机。本潮流能发电装置可以在相对较浅的水域布置机组，可根据水深度调整水翼数量，在高流速、低流速工况下，都可以获得较高的能量捕获效率，结构简单可靠稳定，可以在流体作用下实现自启动、自维持振荡，因此预期的应用前景广阔。

Description

升降式振荡水翼捕获潮流能发电装置
技术领域
本发明涉及一种适用于捕获潮(海)流能用于发电的装置，属于机械制造领域。
背景技术
能源是人类生存和从事一切活动的基本要素，纵观当今社会的发展，人类的发展对能源的依赖越来越大，伴随着化石能源的大量使用，环境污染越来越严重，为了降低国民经济发展对化石燃料的依赖，在各国政府的政策引导下，可再生能源利用装备的开发和应用得到了快速的增长。潮(海)流能已经受到国家及省级规划部门的重视。
世界各国的水流动能发电技术研究起步都较晚，但是近十年来发展迅速。与其他已经成型的可再生能源发电技术相比，潮(海)流能发电装置尚处于原型机研制阶段及小规模商业化应用阶段，潮(海)流能发电设备只有具备设备寿命期内工作可靠、能量捕获效率高、输出功率稳定便于并网、安装区域水流动能储量大且能量密度高才可大规模商用。
升降式振荡水翼捕获潮流能发电技术浅海优势明显，特别适合安装在河床、沿海岸等浅水海域。一般情况下，相同深度海况下，振荡翼的扫略面积是水平轴叶轮扫略面积的3倍左右，我国拥有广阔丰富的浅海潮(海)流能资源，但升降式振荡水翼捕获潮流能发电技术尚未进展。
发明(申请号：201180050115.6)提出的设计方案为双水翼耦合摆动传输能量系统，该方案中的水翼必须做完整的准正弦沉浮—俯仰耦合运动，系统才能输出旋转动能。当来流流速较低、来流瞬时不稳定时、水翼沉浮系统的重力大于等于浮力和升力时，系统可能出现无法完成完整的准正弦沉浮—俯仰耦合运动，并卡死在一个位置的情况；此外，该方案要求两水翼俯仰相位差为90度，实际上由于摆动油缸内泄露严重，长期运行，必然俯仰振幅偏离90度，从而导致系统失效。本发明中水翼的升降运动和俯仰运动相互独立，系统不需要完整的升降—俯仰运动即可获得稳定的旋转动能输出；系统内设有浮箱，可以消除水翼沉浮系统的重力与浮力不等的不良影响；系统结构简单可靠，长期运行稳定，不易失效。
发明内容
本发明针对现有潮流能发电技术存在的不足，提供了结构简单、可靠性好、稳定性好的捕获潮流能的发电装置。该发电装置可以在相对较浅的水域布置机组，单机发电功率不受水深限制，设备寿命期内工作可靠、能量捕获效率高、输出功率稳定便于并网，便于大规模商业化运营。
本发明的升降式振荡水翼捕获潮流能发电装置采用以下技术方案：
升降式振荡水翼捕获潮流能发电装置，包括一个工作平台和水冀，所述的工作平台顶部设有一个与其连接的支架，所述的水翼的两端安装在能沿着支架在垂直方向来回滑动水翼支撑架上，且水翼支撑架的侧面安装有浮箱，在所述的水箱与水翼支撑架之间安装有水翼位姿调整系统，所述的水翼与液压式能量转化系统连接，所述的液压式能量转化系统将转化后的能量发送给发电机。
所述的水翼支撑架上安装有滑轮，所述的滑轮能沿着安装在支架上的导轨I上下滑动，所述的水翼支撑架通过液压式能量转化系统中的液压缸与支架相连。
所述的水翼支撑架包括水翼支撑轴，所述的支撑轴的两端固定有轴承，轴承用于定位水翼。
所述水翼位姿调整系统为曲柄滑块弹簧系统，其包括曲柄、连杆、滑块、弹簧、导轨II，所述的曲柄一端与水翼支撑轴固定在一起，曲柄的另一端与连杆连接，连杆又与能在导轨II上上下滑动的滑块连接，所述的导轨II竖直方向上位于滑块两端的位置装有弹簧，且导轨安装在支架上。该曲柄滑块弹簧系统可将水翼的摆动转化为滑块的移动，并将力传递到弹簧上，装置可以在流体诱导下实现自启动、自维持振荡。
所述的水翼为中空结构的对称翼，水翼的支撑轴安装在距离水翼前缘为0.5—0.7倍的平均弦长处。
所述的液压式能量转化系统，包括液压缸、单向阀I、单向阀II、单向阀III、单向阀IV,高压蓄能器、低压蓄能器、液压马达，所述的液压缸的两个口分别与两个串联在一起且不同流向的单向阀连接，其中单向阀I、单向阀IV的流向相同，且与高压蓄能器和液压马达入口连接；向阀II、单向阀III流向相同且与低压蓄能器和液压马达出口连接；且单向阀I、单向阀IV与单向阀II、单向阀III流向相反，所述的单向阀II、单向阀III的输出端连接一个低压蓄能器后与液压马达相连，所述的单向阀I、单向阀IV的输出端连接一个高压蓄能器后与液压马达相连，液压马达与发电机相连。液压缸的伸缩不影响液压马达的转向，回路中装有蓄能器，可吸收部分脉动量，使液压马达转动平稳，减少对电网的冲击。
本发明的有益效果是：
本发明中水翼的升降运动和俯仰运动相互独立，系统不需要完整的升降—俯仰运动即可获得稳定的旋转动能输出，系统内设有浮箱，可以消除水翼沉浮系统的重力与浮力不等的不良影响。
本潮流能发电装置可以在相对较浅的水域布置机组，可根据水深度调整水翼数量，在高流速、低流速工况下，都可以获得较高的能量捕获效率，结构简单可靠稳定，可以在流体作用下实现自启动、自维持振荡，因此预期的应用前景广阔。
附图说明
图1是本发明的结构原理示意图；
图2是本发明的部分结构示意图(隐去一侧浮箱后的结构)；
图3是本发明的液压能量转化系统原理示意图(简化)；
图中，1、水翼，2、浮箱，3、水翼支撑架，4.1、曲柄，4.2、连杆，4.3、滑块，4.4、弹簧，4.5、导轨II，5、滑轮，6、导轨I，7、支架，8、液压式能量转化系统，8.1、液压缸，8.2、单向阀I，8.3、单向阀II，8.4、单向阀III，8.5、单向阀IV，8.6、高压蓄能器，8.7、低压蓄能器，8.8、液压马达，9、发电机，10、工作平台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的升降式振荡水翼捕获潮流能发电装置具体实施方式作以下详细说明：
如附图1、图2、图3所示，本发明的升降式振荡水翼捕获潮流能发电装置，它包括水翼1、浮箱2、水翼支撑架3、水翼位姿调整系统、滑轮5、导轨I6、支架7、液压式能量转化系统8、发电机9、工作平台10等。水翼1、浮箱2安装在水翼支撑架3上，水翼位姿调整系统安装在浮箱2内部，水翼支撑架3上安装有滑轮5，滑轮5可以沿导轨I6运动，导轨6安装在支架7上，水翼支撑架3通过液压式能量转化系统8中的液压缸8.1与支架7相连，液压式能量转化系统8包括液压缸8.1、单向阀I8.2、单向阀II8.3、单向阀III8.4、单向阀IV 8.5、高压蓄能器8.6、低压蓄能器8.7、液压马达8.8等主要元件，液压马达8.8与发电机9相连，支架7安装在工作平台10上。水翼位姿调整系统由曲柄4.1、连杆4.2、滑块4.3、弹簧4.4、导轨4.5等主要元件组成，水翼1支撑轴与曲柄4.1固定在一起，且曲柄4.1与水翼1始终位于同一面内，曲柄4.1的一端与连杆4.2连接，连杆4.2的另一端与滑块4.3连接，滑块4-3可在导轨4.5上滑动，导轨4.5上位于滑块4.3两端装有弹簧4.4，导轨4.5安装在水翼支撑架上。水翼1为中空结构的对称翼，水翼1的支撑轴安装在距离水翼前缘为0.5—0.7倍的平均弦长处。液压式能量转化系统8中，液压缸8.1的两个口分别与两个不同流向的单向阀连接，其中，单向阀I8.2、单向阀IV8.5流向相同且与高压蓄能器8.6和液压马达8.8入口连接，单向阀II8.3、单向阀III8.4流向相同且与低压蓄能器8.7和液压马达8.8出口连接,单向阀I8.2、单向阀IV8.5与单向阀II8.3、单向阀III8.4流向相反，液压缸8.1的伸缩不影响液压马达8.8的转向。液压马达8.8的进口和出口的两端并联有安全阀组，安全阀组可保证系统安全稳定运行。
本实施方式下的装置可以在来流作用下实现自启动、自维持振荡，结构简单，可维护性好，输出稳定，对电网冲击小。
本发明利用水翼在来流中的俯仰—升降振荡捕获潮流能，并通过液压式能量转化系统将升降动能转化为液压马达的旋转动能，再转化为电能，实现利用潮流能发电。水翼位姿调整系统为曲柄滑块弹簧系统，水翼支撑轴与曲柄固定在一起，曲柄的一端与连杆连接，连杆的另一端与滑块连接，滑块可在导轨上滑动，导轨上位于滑块两端装有弹簧，导轨安装在水翼支撑架上，该曲柄滑块弹簧系统可将水翼的摆动转化为滑块的移动，并将力传递到弹簧上，装置可以在流体作用下实现自启动、自维持振荡。本发明适合安装在河流、水道、浅海水域，易于维护、安装和回收，成本低，预期的应用领域广。

Claims (3)

1. 升降式振荡水翼捕获潮流能发电装置，其特征在于：包括一个工作平台和水翼，所述的工作平台顶部设有一个与其连接的支架，所述的水翼的两端安装在能沿着支架在垂直方向来回滑动的水翼支撑架上，且水翼支撑架的侧面安装有浮箱，在所述的浮箱与水翼支撑架之间安装有水翼位姿调整系统，所述的水翼与液压式能量转化系统连接，所述的液压式能量转化系统将转化后的能量发送给发电机； 
所述水翼位姿调整系统为曲柄滑块弹簧系统，其包括曲柄、连杆、滑块、弹簧、导轨II，所述的曲柄一端与水翼支撑轴固定在一起，曲柄的另一端与连杆连接，连杆又与能在导轨II上上下滑动的滑块连接，所述的导轨II竖直方向上位于滑块两端的位置装有弹簧，且导轨II安装在水翼支撑架上；
所述的水翼为中空结构的对称翼，水翼的支撑轴安装在距离水翼前缘为0.5—0.7倍的平均弦长处。
2. 如权利要求1所述的发电装置，其特征在于：所述的液压式能量转化系统，包括液压缸、单向阀I、单向阀II、单向阀III、单向阀IV,高压蓄能器、低压蓄能器、液压马达，所述的液压缸的有杆腔与串联的单向阀I、单向阀II相连；所述的液压缸的无杆腔与串联的单向阀III、单向阀IV相连，其中单向阀I、单向阀IV的流向相同，且单向阀I、单向阀IV的输出端连接一个高压蓄能器后和液压马达入口连接；单向阀II、单向阀III流向相同，且单向阀II、单向阀III的输入端连接一个低压蓄能器后与液压马达相连；且单向阀I、单向阀IV与单向阀II、单向阀III流向相反，所述的液压马达与发电机相连。
3. 如权利要求2所述的发电装置，其特征在于：所述的水翼支撑架上安装有滑轮，所述的滑轮能沿着安装在支架上的导轨I上下滑动，所述的水翼支撑架通过液压式能量转化系统中的液压缸与支架相连。
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