CN104763582A - 卷帘门式负荷调节装置及其应用的海洋能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种卷帘门式负荷调节装置及其应用的海洋能发电装置。卷帘门式负荷调节装置包括导水单元、滚筒轴和驱动器。导水单元包括至少两个并排连接的导水板。滚筒轴固定连接导水单元的一端。驱动器连接滚筒轴，驱动器驱动滚筒轴转动以展开或收起导水单元。本发明提供的卷帘门式负荷调节装置能调节水轮机承受的负荷，因此，海洋能发电装置的发电可平稳输出以及直接使用，解决了传统的海洋能发电装置发电输出功率波动大，稳定性差的问题。

Description

卷帘门式负荷调节装置及其应用的海洋能发电装置
技术领域
本发明涉及一种调节装置，尤其涉及一种卷帘门式负荷调节装置及其应用的海洋能发电装置。
背景技术
海洋能（包含海洋能、海浪能、洋流能）是指海水流动的机械能，作为可再生能源，储量丰富，分布广泛，具有极好的开发前景和价值。海洋能的利用方式主要是发电，其工作原理与风力发电和常规水力发电类似，即通过能量转换装置，将海水的机械能转换成电能。具体而言，首先海水冲击水轮机，水轮机将水流的能量转换为旋转的机械能，然后水轮机经过机械传动系统带动发电机发电，最终转换成电能。
现今能源日益短缺，温室效应日益严重，能源需要低碳化，所以风能，海洋能（包含潮汐能、海洋能、海浪能、洋流能）等清洁能源是未来能源的发展方向。但现在这些清洁能源的发电设备，除了风能利用比较成熟外，海洋能的利用还都是在起步阶段。
由于海洋能不稳定（尤其是海流的流速变化较大），现有的海洋能发电设备都存在发电功率不稳定，波动大，导致投资过大而无法商业化等问题。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种用于调节冲向水轮机水流大小的卷帘门式负荷调节装置及其应用的海洋能发电装置。
为了实现本发明的一目的，本发明提供一种卷帘门式负荷调节装置，包括导水单元、滚筒轴和驱动器。导水单元包括至少两个并排连接的导水板。滚筒轴固定连接导水单元的一端。驱动器连接滚筒轴，驱动器驱动滚筒轴转动以展开或收起导水单元。
于本发明的一实施例中，卷帘门式负荷调节装置还包括至少两条导轨，两条导轨位于滚筒轴的同一侧且平行设置，当滚筒轴展开导水单元，导水单元的另一端的两侧分别进入两条导轨中。
于本发明的一实施例中，卷帘门式负荷调节装置还包括至少一根连接轴和至少两个滚轮，至少两个导水板通过连接轴连接，滚轮套设于连接轴的两端，当滚筒轴展开导水单元，导水单元的另一端的两侧分别进入两条导轨，两个滚轮分别在两条导轨内滑动。
于本发明的一实施例中，导水板与水流方向之间的夹角大于0度且小于等于90度。
于本发明的一实施例中，导水板的截面形状为弧形。
为了实现本发明的另一目的，本发明还提供一种海洋能发电装置，包括框架、至少一个水轮机、至少一个发电机和卷帘门式负荷调节装置。至少一个水轮机设置在框架内。至少一个发电机连接水轮机。卷帘门式负荷调节装置包括导水单元、滚筒轴和驱动器。导水单元包括至少两个并排连接的导水板。滚筒轴固定连接导水单元的一端。驱动器连接滚筒轴，驱动器驱动滚筒轴转动以展开或收起导水单元。
于本发明的一实施例中，卷帘门式负荷调节装置还包括至少两条导轨，两条导轨位于滚筒轴的同一侧且平行设置于框架上，当滚筒轴展开导水单元，导水单元的另一端的两侧分别进入两条导轨中。
于本发明的一实施例中，卷帘门式负荷调节装置还包括至少一根连接轴和至少两个滚轮，至少两个导水板通过连接轴连接，滚轮套设于连接轴的两端，当滚筒轴展开导水单元，导水单元的另一端的两侧分别进入两条导轨，两个滚轮分别在两条导轨内滑动。
于本发明的一实施例中，导水板与水流方向之间的夹角大于0度且小于等于90度。
于本发明的一实施例中，导水板的截面形状为弧形。
综上所述，本发明提供的卷帘门式负荷调节装置能调节水轮机承受的负荷，因此，海洋能发电装置的发电可平稳输出以及直接使用，解决了传统的海洋能发电装置发电输出功率波动大，稳定性差的问题。
另外，通过设置导水板与水流方向的角度，本发明提供的卷帘门式负荷调节装置不仅可以在水流较大时收起上游导水板，并展开下游部分导水板阻挡水流来调低水轮机的输出荷载，还可以在水流较小时展开上游全部导水板以有效地引导水流流向垂直于水轮机的叶片的内凹处的方向，增大水流对水轮机的冲击力，加大了水轮机的转动，提高了发电功率。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1所示为本发明提供的卷帘门式负荷调节装置的主视图。
图2为图1的局部放大示意图。
图3为图1的侧视图。
图4为图3的局部放大示意图。
图5为图1的仰视图。
图6为图5的局部放大示意图。
图7所示为根据本发明第一实施例提供的海洋能发电装置的附视图。
图8所示为根据本发明第一实施例提供的海洋能发电装置的主视图。
图9所示为根据本发明第二实施例提供的海洋能发电装置的附视图。
图10所示为根据本发明第二实施例提供的海洋能发电装置的主视图。
具体实施方式
图1所示为本发明提供的卷帘门式负荷调节装置的主视图。图2为图1的局部放大示意图。图3为图1的侧视图。图4为图3的局部放大示意图。图5为图1的仰视图。图6为图5的局部放大示意图。请一并参考图1至图6。
本发明提供一种卷帘门式负荷调节装置1，包括导水单元11、滚筒轴12和驱动器13。导水单元11包括至少两个并排连接的导水板111。于本实施例中，导水板111的数量为多个。然而，本发明对此不作任何限定。导水板111的数量设置为至少两个，有效地减小每个导水板111沿垂直于水平面的方向的长度，增加导水板111对水流冲击的抵御力。若导水板111沿垂直方向的长度太长，由于水流冲击力巨大，导水板111容易变形甚至从中断裂。
滚筒轴12固定连接导水单元11的一端A。驱动器13连接滚筒轴12，驱动器13驱动滚筒轴12转动以展开或收起导水单元11。于本实施例中，导水板111的截面形状为弧形，即导水板111为弧形板。因此，当滚筒轴12收起导水单元11时，导水板111更加贴合滚筒轴12以减小所占空间。然而，本发明对此不作任何限定。
于本实施例中，滚筒轴12的轴线方向平行于水平面。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，滚筒轴12的轴线方向可垂直于水平面。本发明对滚筒轴12的设置位置亦不作任何限定。
于本实施例中，卷帘门式负荷调节装置1还包括至少两条导轨14，两条导轨14位于滚筒轴12的同一侧且平行设置，当滚筒轴12展开导水单元11，导水单元11的另一端B的两侧分别进入两条导轨14中。于本实施例中，一个导水单元11对应三条导轨14，其中两条设置于导水单元11的两侧，另一条导轨14设置于导水单元11的中间。然而，本发明对导轨14的数量不作任何限定。导水单元11的一端A通过连接滚筒轴12得以固定，导水单元11的另一端B通过导轨14进行限位。通过将导水单元11的两端分别进行限位，使得展开后的导水单元11能充分展开形成“屏障”以阻挡或引导水流。
于本实施例中，卷帘门式负荷调节装置1还包括至少一根连接轴15和至少两个滚轮16，至少两个导水板111通过连接轴15连接，滚轮16套设于连接轴15的两端，当滚筒轴12展开导水单元11，导水单元11的另一端B的两侧分别进入两条导轨14，两个滚轮16分别在两条导轨14内滑动。于本实施例中，连接轴15的数量比导水板111的数量少一个，每个连接轴15对应三个滚轮16，滚轮16的数量对应于导轨14的数量。然而，本发明对此不作任何限定。
于本实施例中，每个导水板111的两边缘分别具有穿孔且为“凹凸”状，相邻的两个导水板111的边缘可相互配合。连接轴15穿过穿孔以连接导水板111。通过连接轴15连接导水板111，使得每个导水板111可以旋转改变方向。因此，当导水单元11在收起时，导水板111能绕着滚筒轴12叠在一起，而当导水单元11展开时，多个导水板111可从整体上来说位于一条直线上，从而形成“屏障”以有效阻挡或引导迎面来的水流。随着滚筒轴12不断展开导水单元11，滚轮16沿导轨14从图1中的上方不断往下滚动，从而实现导水单元11的展开。滚轮16能有效引导导水单元11的另一端B的两侧进入两条导轨14，从而实现另一端B的有效固定。
图7所示为根据本发明第一实施例提供的海洋能发电装置的附视图。图8所示为根据本发明第一实施例提供的海洋能发电装置的主视图（为了图形更加清楚，其中位于下游的卷帘门式负荷调节装置未画出）。请一并参考图7和图8。
于第一实施例中，海洋能发电装置包括框架2、至少一个水轮机3、至少一个发电机4和卷帘门式负荷调节装置1。至少一个水轮机3设置在框架2内。至少一个发电机4连接水轮机3。卷帘门式负荷调节装置1包括导水单元11、滚筒轴12和驱动器13。导水单元11包括至少两个并排连接的导水板111。滚筒轴12固定连接导水单元11的一端。驱动器13连接滚筒轴12，驱动器13驱动滚筒轴12转动以展开或收起导水单元11。于本实施例中，卷帘门式负荷调节装置1分别设置于水轮机3沿水流方向D的上游侧和下游侧。
于本实施例中，卷帘门式负荷调节装置1还包括至少两条导轨14，两条导轨14位于滚筒轴12的同一侧且平行设置于框架2上，当滚筒轴12展开导水单元11，导水单元11的另一端B的两侧分别进入两条导轨14中。于本实施例中，卷帘门式负荷调节装置1还包括至少一根连接轴15和至少两个滚轮16（如图1所示），至少两个导水板111通过连接轴15连接，滚轮16套设于连接轴15的两端，当滚筒轴12展开导水单元11，导水单元11的另一端的两侧分别进入两条导轨14，两个滚轮16分别在两条导轨14内滑动。
于本实施例中，水轮机3的数量为偶数个，且相邻两个水轮机3呈轴对称设置以使相邻两个水轮机3的转动方向相反。具体而言，相邻两个水轮机3的叶片的弯曲方向呈轴对称。如图7所示，每两个水轮机3为一组且平行设置，左侧水轮机3的转动方向为逆时针，右侧水轮机3的转动方向为顺时针。通过将相邻水轮机3的转动方向设置为相反，有效地提高水流的聚集和疏散，提升水流速度，从而加快水轮机3的转动以提高发电效率。
于本实施例中，水轮机3为阻力型水轮机。以图7中最左侧的一个水轮机3为例。流向水轮机3的动力侧（图7中的右侧）的水流由于能冲向叶轮内凹处，可以驱动水轮机3逆时针旋转，而流向水轮机3的阻力侧（图7中的左侧）的水流，反而会带动叶轮向相反方向旋转。换言之，流向水轮机3左侧的水流会对水轮机3的旋转造成阻力。
于本实施例中，导水板111与水流方向D之间的夹角大于0度且小于90度。通过这种设置，本发明的卷帘门式负荷调节装置1不仅可以起到阻挡水流的作用，还可以起到引导水流的作用。
具体而言，当水流较小时，驱动器13驱动滚筒轴12将下游的导水板111全部收起，而上游的导水板111全部展开形成屏障，从而有效阻挡水流流向水轮机3的阻力侧，将上游的水流全部引导入水轮机的动力侧，即将水流导向垂直于水轮机3的叶片的内凹处，增大水流对水轮机3的冲击力，加大了水轮机3的转动，提高了发电机4的发电功率。当水流速度过大会导致发电功率出现大幅度波动时，驱动器13将驱动滚筒轴12将上游导水板111收起和下游导水板111部分展开，水流得以流入水轮机3的阻力侧，从而有效减缓水轮机3的过快转动，稳定发电功率。
图9所示为根据本发明第二实施例提供的海洋能发电装置的附视图。图10所示为根据本发明第一实施例提供的海洋能发电装置的主视图。请一并参考图9和图10。
于第二实施例中，海洋能发电装置包括框架2、至少一个水轮机3’、至少一个发电机4和卷帘门式负荷调节装置1。相同元件采用相同标号。第二实施例与第一实施例主要的不同之处在于，第二实施例中的导水板111与水流方向D之间的夹角等于90度，且水轮机3’可为水平轴水轮机，也可为垂直轴水轮机。
第二实施例中的水轮机3’由于所有叶片均受力。当水流速度过大时，驱动器13可驱动滚筒轴12收起下游的导水板111和展开上游的导水板111，从而形成屏障以有效阻挡水流流向水轮机3’，避免发电功率的急剧增大，导致发电功率不稳定，不能直接输出使用的问题。当水流速度较小时，则滚筒轴12可收起导水板111从而使得所有水流均可流向水轮机3’。
综上所述，本发明提供的卷帘门式负荷调节装置能调节水轮机承受的负荷，因此，海洋能发电装置的发电可平稳输出以及直接使用，解决了传统的海洋能发电装置发电输出功率波动大，稳定性差的问题。
另外，通过设置导水板与水流方向的角度，本发明提供的卷帘门式负荷调节装置不仅可以在水流较大时收起上游导水板，并展开下游部分导水板阻挡水流来调低水轮机的输出荷载，还可以在水流较小时展开上游全部导水板以有效地引导水流流向垂直于水轮机的叶片的内凹处的方向，增大水流对水轮机的冲击力，加大了水轮机的转动，提高了发电功率。
虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。

Claims (10)

1.一种卷帘门式负荷调节装置，其特征在于，包括：
导水单元，包括至少两个并排连接的导水板；
滚筒轴，固定连接所述导水单元的一端；以及
驱动器，连接所述滚筒轴，所述驱动器驱动所述滚筒轴转动以展开或收起所述导水单元。
2.根据权利要求1所述的卷帘门式负荷调节装置，其特征在于，所述卷帘门式负荷调节装置还包括至少两条导轨，所述两条导轨位于所述滚筒轴的同一侧且平行设置，当所述滚筒轴展开所述导水单元，所述导水单元的另一端的两侧分别进入两条导轨中。
3.根据权利要求2所述的卷帘门式负荷调节装置，其特征在于，所述卷帘门式负荷调节装置还包括至少一根连接轴和至少两个滚轮，至少两个导水板通过连接轴连接，滚轮套设于连接轴的两端，当所述滚筒轴展开所述导水单元，所述导水单元的另一端的两侧分别进入两条导轨，两个滚轮分别在两条导轨内滑动。
4.根据权利要求1所述的卷帘门式负荷调节装置，其特征在于，所述导水板与水流方向之间的夹角大于0度且小于等于90度。
5.根据权利要求1所述的卷帘门式负荷调节装置，其特征在于，所述导水板的截面形状为弧形。
6.一种海洋能发电装置，其特征在于，包括：
框架，
至少一个水轮机，设置在框架内；
至少一个发电机，连接水轮机；以及
卷帘门式负荷调节装置，设置于框架，所述卷帘门式负荷调节装置包括：
导水单元，包括至少两个并排连接的导水板；
滚筒轴，固定连接所述导水单元的一端；以及
驱动器，连接所述滚筒轴，所述驱动器驱动所述滚筒轴转动以展开或收起所述导水单元。
7.根据权利要求6所述的海洋能发电装置，其特征在于，所述卷帘门式负荷调节装置还包括至少两条导轨，所述两条导轨位于所述滚筒轴的同一侧且平行设置于框架上，当所述滚筒轴展开所述导水单元，所述导水单元的另一端的两侧分别进入两条导轨中。
8.根据权利要求7所述的海洋能发电装置，其特征在于，所述卷帘门式负荷调节装置还包括至少一根连接轴和至少两个滚轮，至少两个导水板通过连接轴连接，滚轮套设于连接轴的两端，当所述滚筒轴展开所述导水单元，所述导水单元的另一端的两侧分别进入两条导轨，两个滚轮分别在两条导轨内滑动。
9.根据权利要求6所述的海洋能发电装置，其特征在于，所述导水板与水流方向之间的夹角大于0度且小于等于90度。
10.根据权利要求6所述的海洋能发电装置，其特征在于，所述导水板的截面形状为弧形。
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