CN104454298A - 伞形扇叶旋转柱水流发电装置 - Google Patents

Abstract

一种伞形扇叶旋转柱水流发电装置，属于海洋能源开发领域。该发电装置的连接柱贯穿连接下浮体和上浮体，下浮体的顶部设有传动舱，旋转柱套在连接柱上并伸入传动舱中，套装在旋转柱上的旋转轴套外伸出支撑架，支撑架的悬臂端设有伞形扇叶，旋转柱经传动舱内的传动机构驱动下浮体内的发电机，旋转轴套采用升降机构改变在旋转柱上的位置后并与旋转柱固定在一起，由水流能展开的伞形扇叶驱动支撑架、旋转轴套和旋转柱一起转动，经传动机构驱动发电机发电。下浮体中的控制装置可以控制升降机构使伞面的高度位于水流最大速度高度，达到最大利用水流能的目的。该装置利用伞的张合来转动，并控制伞面的高度让转动速度最大，从而提高电能转化效率。

Description

伞形扇叶旋转柱水流发电装置

技术领域

本发明涉及一种伞形扇叶旋转柱水流发电装置，属于海洋能源开发领域，具体地说是一种水流发电装置。

背景技术

海洋蕴藏着巨大的能量，目前以水的能量为动力生产电能的设备已经很多，有利用波浪能，海流能，盐差能等水的各类能量来产生电能，每一方面的新技术都层出不穷。在海流能利用方面，大部分装置以螺旋桨式的叶轮为驱动装置，而很少采用其他方式，基于伞形扇叶的伞面迎流而开，背流则合的特点，伞形扇叶可以作为一种将水流的动能转化为机械能并最终转化为电能的装置。另外，海流在不同深度不同时间的流速是变化着的，充分利用最大流速的海流来产生电能可以最大限度地利用海流的能量。

发明内容

本发明提供一种伞形扇叶旋转柱水流发电装置，利用伞面对来流时打开，阻力很大，背对来流时闭合，阻力很小的原理，持续转动以产生动能，再通过能量转换装置转化成电能，是一种清洁能源产生的装置。

    本发明采用的技术方案是：一种伞形扇叶旋转柱水流发电装置，它包括下浮体，下浮体的底部采用张力腿与海底直接固定连接，张力腿在下浮体的正中位置密集布置，在外周均匀布置，其特征是：它还包括上浮体、旋转柱、传动舱、连接柱、传动机构、升降机构和旋转机构，所述连接柱从下浮体的内底部贯穿到上浮体的内顶部成固定连接，在上浮体的顶部设有入口水密门，在上浮体内的连接柱上设有上开口，在下浮体内的连接柱上设有下开口，上开口与下开口之间的连接柱内设有直梯；所述下浮体的顶部设有传动舱，旋转柱套在连接柱上并伸入传动舱中，旋转柱的上端由设置在上浮体内的第一轴承支承，旋转柱的下端由设置在传动舱内的第二轴承支承；所述旋转机构采用套装在旋转柱上的旋转轴套，旋转轴套外伸出支撑架，支撑架的悬臂端设有伞形扇叶，支撑架上设有速度传感器；所述旋转柱与位于传动舱内的传动机构连接，传动机构与下浮体内的发电机连接，发电机经整流装置与蓄电池组进行电连接，在下浮体中设有控制装置；所述旋转轴套采用升降机构改变在旋转柱上的位置后并与旋转柱固定在一起，由水流能展开的伞形扇叶驱动支撑架、旋转轴套和旋转柱一起转动，旋转柱经所述传动机构驱动发电机发电。

所述传动机构的旋转柱齿轮与伸入传动舱内的旋转柱固定连接，旋转柱齿轮与两个传动齿轮啮合，每个传动齿轮与下浮体内的发电机同轴连接。

所述伞形扇叶包括伞面、伞柄和伞绳，伞柄的一端与支撑架的端部成垂直连接，伞柄的另一端与伞面中部连接，伞面的周边由伞绳连到支撑架的端部。

所述升降机构采用液压缸升降支撑平台和旋转轴套的结构，支撑平台位于旋转轴套的下方，液压缸的上端与支撑平台的下表面连接，液压缸的下端连接在传动舱上；所述旋转轴套的下平面和支撑平台的上平面设有相互配合的圆形滚珠槽，圆形滚珠槽内布满滚珠，在旋转柱与旋转轴套之间采用滑动式键连接。

所述升降机构采用旋转柱上的外螺纹与旋转轴套上的内螺纹相配合，旋转柱的外表螺纹面上设有一个纵向的滑槽；所述旋转轴套上部内侧有一端面凹台，端面凹台上设有由二个支撑座支撑的与滑槽配合的定位键，定位键的旋转轴与定位电机连接；所述伞形扇叶包括伞面、伞柄和伞绳，伞柄的一端与支撑架内的方向电机的输出轴成垂直连接，伞柄的另一端与伞面中部连接，伞面的周边由伞绳连到支撑架的端部。

    本发明的有益效果是：这种伞形扇叶旋转柱水流发电装置包括下浮体、上浮体、旋转柱、传动舱、连接柱、传动机构、升降机构和旋转机构，连接柱贯穿连接下浮体和上浮体，下浮体的顶部设有传动舱，旋转柱套在连接柱上并伸入下浮体顶部的传动舱中，套装在旋转柱上的旋转轴套外伸出支撑架，支撑架的悬臂端设有伞形扇叶，旋转柱经传动舱内的传动机构驱动下浮体内的发电机，旋转轴套采用升降机构改变在旋转柱上的位置后并与旋转柱固定在一起，由水流能展开的伞形扇叶驱动支撑架、旋转轴套和旋转柱一起转动，经传动机构驱动发电机发电。下浮体中的控制装置可以控制升降机构使伞面的高度位于水流最大速度高度，达到最大利用水流能的目的。该装置利用伞的张合来转动，并控制伞面的高度让转动速度最大，从而提高电能转化效率。

附图说明

图1是伞形扇叶旋转柱水流发电装置的第一方案结构图。

图2是图1中的A-A视图。

图3是图1中的B-B视图。

图4是图1中的C-C视图。

图5是图2中的D-D视图。

图6是图2中的E-E视图。

图7是图2中的F-F视图。

图8是图2中的G-G视图。

图9是图3中的A向视图。

图10是伞形扇叶旋转柱水流发电装置的第二方案结构图。

图11是图10中的H-H视图。

图12是图11中的I-I视图。

图13是图11中的J局部放大图。

图14是图11中的K局部放大图。

图中：1、下浮体，2、上浮体，3、旋转柱，4、传动舱，5、连接柱，6、旋转轴套，6a、端面凹台，7、支撑架，8、伞面，9、伞柄，10、支撑平台，11、伞绳，12、张力腿，13、第一轴承，14、旋转柱齿轮，15、传动齿轮，16、发电机，17、蓄电池组，18、控制装置，19、第二轴承，20、滚珠，21、液压缸，22、定位键，23、定位电机，24、支撑座，25、方向电机，26、直梯，27、入口水密门，28、上开口，29、下开口，30、速度传感器，31、圆形滚珠槽，32、滑槽。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的结构做进一步描述。

图1、2、3、4、5、6、7、8、9主要示出了伞形扇叶旋转柱水流发电装置的第一方案结构图。图10、11、12、13、14主要示出了伞形扇叶旋转柱水流发电装置的第二方案结构图。

这两种技术方案的共同之处在于：伞形扇叶旋转柱水流发电装置包括下浮体1、上浮体2、旋转柱3、传动舱4、连接柱5、传动机构、升降机构和旋转机构，下浮体1的底部采用张力腿12与海底直接固定连接，张力腿12在下浮体1的正中位置密集布置，在外周均匀布置。连接柱5从下浮体1的内底部贯穿到上浮体2的内顶部成固定连接，在上浮体2的顶部设有入口水密门27，在上浮体2内的连接柱5上设有上开口28，在下浮体1内的连接柱5上设有下开口29，上开口28与下开口29之间的连接柱5内设有直梯26。下浮体1的顶部设有传动舱4，旋转柱3套在连接柱5上并伸入传动舱4中，旋转柱3的上端由设置在上浮体2内的第一轴承13支承，旋转柱3的下端由设置在传动舱4内的第二轴承19支承。旋转机构采用套装在旋转柱3上的旋转轴套6，旋转轴套6外伸出支撑架7，支撑架7的悬臂端设有伞形扇叶，支撑架7上设有速度传感器30。旋转柱3与位于传动舱4内的传动机构连接，传动机构与下浮体1内的发电机16连接，发电机16经整流装置与蓄电池组17进行电连接，在下浮体1中设有控制装置18。旋转轴套6采用升降机构改变在旋转柱3上的位置后并与旋转柱3固定在一起，由水流能展开的伞形扇叶驱动支撑架7、旋转轴套6和旋转柱3一起转动，旋转柱3经传动机构驱动发电机16发电。

第一技术方案的不同之处在于：伞形扇叶包括伞面8、伞柄9和伞绳11，伞柄9的一端与支撑架7的端部成垂直连接，伞柄9的另一端与伞面8中部连接，伞面8的周边由伞绳11连到支撑架7的端部。升降机构采用液压缸21升降支撑平台10和旋转轴套6的结构，支撑平台10位于旋转轴套6的下方，液压缸21的上端与支撑平台10的下表面连接，液压缸21的下端连接在传动舱4上。旋转轴套6的下平面和支撑平台10的上平面设有相互配合的圆形滚珠槽31，圆形滚珠槽31内布满滚珠20，在旋转柱3与旋转轴套6之间采用滑动式键连接。

第二技术方案的不同之处在于：升降机构采用旋转柱3上的外螺纹与旋转轴套6上的内螺纹相配合，旋转柱3的外表螺纹面上设有一个纵向的滑槽32。旋转轴套6上部内侧设有一端面凹台6a，端面凹台6a上固定由二个支撑座24支撑的与滑槽32配合的定位键22，定位键22的旋转轴与定位电机23连接。伞形扇叶包括伞面8、伞柄9和伞绳11，伞柄9的一端与支撑架7内的方向电机25的输出轴成垂直连接，伞柄9的另一端与伞面8中部连接，伞面8的周边由伞绳11连到支撑架7的端部。

上述的伞形扇叶旋转柱水流发电装置在使用时，先把装置运到水（海）流能丰富的水域，利用张力腿12将装置固定于水中合适的位置。

首先，调节旋转机构在水中的高度，这一调节可以通过上述的两种技术方案实现：

第一技术方案，控制装置18控制液压缸21伸缩，使旋转机构上下运动，控制装置18读取支撑架7上的速度传感器30的数据，比较得到旋转机构转动速度最大的位置，即为流速最大的位置，然后控制装置18控制液压缸21伸缩，将旋转机构移动到水流流速最大的高度。

第二种技术方案，将旋转机构上下运动，控制装置18读取支撑架7上的速度传感器30的数据，通过比较得到旋转速度最大的位置，然后将旋转机构移动到该位置。移动时，若需要上升，则控制装置18控制方向电机25转动180度角，使伞面8的方向都转动180度角，此时在水流的作用下，旋转机构逆时针转动，旋转轴套6与旋转柱3为螺纹啮合，旋转轴套6绕旋转柱3转动并上升，当上升的目标高度，控制装置18读取到旋转机构上位移传感器的信号，控制定位电机23转动90度角，带动定位键22转动90度角，定位键22卡在旋转柱3的滑槽32内，旋转柱3和旋转机构同角速度一起转动，若需要下降，则旋转机构顺时针转动，到目标高度后定位键22卡住，旋转柱3和旋转机构同角速度一起转动。

然后，旋转机构带动旋转柱3转动后，旋转柱3上位于传动舱4内的旋转柱齿轮14带动二个传动齿轮15转动，位于下浮体1内且与传动齿轮15同轴的发电机16转动，产生电能，电能经整流装置存入蓄电池组17内。控制装置18的电能来源也来自与蓄电池组17。

另外，当水流流速最大位置发生改变时，升降机构调整旋转机构到最大水流流速位置转动，以保持较高的发电效率。当装置须要维修时，维修人员从上浮体2的入口水密门27进入上浮体，从开口28进入连接柱5，顺着连接柱5内的直梯26往下走，从下开口29出来，进入下浮体1内维修。

Claims (5)

1.一种伞形扇叶旋转柱水流发电装置，它包括下浮体（1），下浮体（1）的底部采用张力腿（12）与海底直接固定连接，张力腿（12）在下浮体（1）的正中位置密集布置，在外周均匀布置，其特征是：它还包括上浮体（2）、旋转柱（3）、传动舱（4）、连接柱（5）、传动机构、升降机构和旋转机构，所述连接柱（5）从下浮体（1）的内底部贯穿到上浮体（2）的内顶部成固定连接，在上浮体（2）的顶部设有入口水密门（27），在上浮体（2）内的连接柱（5）上设有上开口（28），在下浮体（1）内的连接柱（5）上设有下开口（29），上开口（28）与下开口（29）之间的连接柱（5）内设有直梯（26）；所述下浮体（1）的顶部设有传动舱（4），旋转柱（3）套在连接柱（5）上并伸入传动舱（4）中，旋转柱（3）的上端由设置在上浮体（2）内的第一轴承（13）支承，旋转柱（3）的下端由设置在传动舱（4）内的第二轴承（19）支承；所述旋转机构采用套装在旋转柱（3）上的旋转轴套（6），旋转轴套（6）外伸出支撑架（7），支撑架（7）的悬臂端设有伞形扇叶，支撑架（7）上设有速度传感器（30）；所述旋转柱（3）与位于传动舱（4）内的传动机构连接，传动机构与下浮体（1）内的发电机（16）连接，发电机（16）经整流装置与蓄电池组（17）进行电连接，在下浮体（1）中设有控制装置（18）；所述旋转轴套（6）采用升降机构改变在旋转柱（3）上的位置后并与旋转柱（3）固定在一起，由水流能展开的伞形扇叶驱动支撑架（7）、旋转轴套（6）和旋转柱（3）一起转动，旋转柱（3）经所述传动机构驱动发电机（16）发电。

2.根据权利要求1所述的伞形扇叶旋转柱水流发电装置，其特征是：所述传动机构的旋转柱齿轮（14）与伸入传动舱（4）内的旋转柱（3）固定连接，旋转柱齿轮（14）与两个传动齿轮（15）啮合，每个传动齿轮（15）与下浮体（1）内的发电机（16）同轴连接。

3.根据权利要求1所述的伞形扇叶旋转柱水流发电装置，其特征是：所述伞形扇叶包括伞面（8）、伞柄（9）和伞绳（11），伞柄（9）的一端与支撑架（7）的端部成垂直连接，伞柄（9）的另一端与伞面（8）中部连接，伞面（8）的周边由伞绳（11）连到支撑架（7）的端部。

4.根据权利要求1所述的伞形扇叶旋转柱水流发电装置，其特征是：所述升降机构采用液压缸（21）升降支撑平台（10）和旋转轴套（6）的结构，支撑平台（10）位于旋转轴套（6）的下方，液压缸（21）的上端与支撑平台（10）的下表面连接，液压缸（21）的下端连接在传动舱（4）上；所述旋转轴套（6）的下平面和支撑平台（10）的上平面设有相互配合的圆形滚珠槽（31），圆形滚珠槽（31）内布满滚珠（20），在旋转柱（3）与旋转轴套（6）之间采用滑动式键连接。

5.根据权利要求1所述的伞形扇叶旋转柱水流发电装置，其特征是：所述升降机构采用旋转柱（3）上的外螺纹与旋转轴套（6）上的内螺纹相配合，旋转柱（3）的外表螺纹面上设有一个纵向的滑槽（32）；所述旋转轴套（6）上部内侧设有一端面凹台（6a），端面凹台（6a）上固定由二个支撑座（24）支撑的与滑槽（32）配合的定位键（22），定位键（22）的旋转轴与定位电机（23）连接；所述伞形扇叶包括伞面（8）、伞柄（9）和伞绳（11），伞柄（9）的一端与支撑架（7）内的方向电机（25）的输出轴成垂直连接，伞柄（9）的另一端与伞面（8）中部连接，伞面（8）的周边由伞绳（11）连到支撑架（7）的端部。