CN106150838B - 一种海流能高效捕获与利用装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海流能高效捕获与利用装置，包括一个箱体，在所述的箱体顶部安装有两个导流罩，实现海流的收集加速及导向；在两个导流罩设有多个活动叶片，每个活动叶片的底部一个叶片支架相连，每个叶片支架与一个轴套相连，每个轴套套装在两个导向轮轴上，每个导向轮轴的两端各安装一个导向轮，所述的导向轮轮可以沿着环状的导向轨道循环运动，所有的轴套与同一个皮带固定连接，通过活动叶片的移动带动皮带转动，所述的皮带驱动皮带轮旋转，所述的皮带轮再通过增速机构与发电机相连，实现海流能的收集转化。

Description

一种海流能高效捕获与利用装置

技术领域

本发明公开了一种海流能高效捕获与利用装置。

背景技术

在海流能获能装置主要可以分为四种结构形式：水平轴海流能水轮机、竖轴海流能水轮机、升力—阻力型海流能装置和振荡式水翼海流能装置等。水平轴海流能水轮机转换效率不高，当海流流速较小时，发电效率比较低；竖轴海流能水轮机起动性能通常都较差，效率较低，会受到周期性载荷；升力—阻力型海流能装置增加导流罩同时也增加了海下安装以及回收的工程量；振荡式海流能发电装置振荡式水翼所受力由多个参数决定，其控制过程复杂，研发和生产成本高，不利于推广应用。

发明内容

针对现有海流能获能装置的不足，本发明专利提供一种“带轮-活动叶片”式新型低海流发电装置，通过理论计算和试验相结合的方式研究其海流能采集和转换原理，以提高海流能采集转换效率、降低发电流速为目标优化其结构进行，为该型海流能发电装置的工程化打下基础。

本发明采用的技术方案如下：

一种海流能高效捕获与利用装置，包括一个箱体，在所述的箱体顶部安装有两个导流罩，实现海流的收集加速及导向；在两个导流罩之间设有多个活动叶片，每个活动叶片与一个叶片支架相连，且所述的活动叶片相对于叶片支架可以摆动；每个叶片支架与一个轴套相连，每个轴套套装在一个导向轮轴上，每个导向轮轴的两端各安装一个导向轮，所述的导向轮可以沿着安装在导流罩侧面的环状导向轨道循环运动，所有的轴套与同一个皮带固定连接，通过活动叶片的移动带动皮带转动，所述的皮带驱动皮带轮旋转，所述的皮带轮再通过增速机构与发电机相连，实现海流能的收集转化。

进一步的，所述的叶片安装在叶片支架上，且通过叶片角度限位器限制其角度。低海流冲击叶片，在叶片角度限位器的限制下活动叶片受力偏转至一定角度，并对叶片支架产生一个沿皮带方向的力；导向轮卡装在中间箱体内侧的导向轨道内，并通过滚动轴承与导向轮轴连接，实现了叶片支架的支撑与运动定向，最终在海流冲击力下，通过连接螺钉叶片轴套带动皮带转动，最终成为皮带轮的转动。

进一步的，在所述的箱体内还设有电动机，所述的电动机与一个潜水泵相连，在导流罩的顶部设有注水孔，在导流罩的底部设有排水孔，注水孔和潜水泵分别有管子与海面上大气相连。

开始时，通过注水孔将导流罩内腔注满水后将装置安放到指定位置，待蓄电池电满后，箱体内电动机启动，潜水泵开始运转，导流罩内腔内海水通过排水孔直接排出，注水孔和潜水泵分别有管子与海面上大气相连。装置浮力变大，然后在牵引锁链作用下自动浮出海面，实现自动沉浮。

进一步的，在所述的箱体内还设有蓄电池放置抽屉，蓄电池在电池放置抽屉内分隔放置，实现海流能的储存。

进一步的，所述的导流罩为喇叭状结构。

进一步的，所述的增速机构通过皮带与发电机进行连接，皮带带动转子轴转动，发电机工作并发电，电能经整流器储存在蓄电池中，完成海流能收集转化储存过程。

进一步的，所述的导流罩为一个环状结构，且其上窄下宽，两个导流罩之间形成一个喇叭状结构。

进一步的，每个导流罩内还设有导向板，所述的导向板通过连接杆与导流罩相连接。

进一步的，所述的导向板由两个流线型的上下弧面组成，海流冲击导向板后被分成两部分分别沿上下两面流动，实现了对中间海流的分流。

本发明的工作原理是：

首先喇叭状导流罩能最大限度的扩大低海流收集范围，同时实现低海流的加速，海流导向板对中间海流进行分流，并使海流水平冲击叶片，避免了海流分流后能量的浪费，二者结合不仅降低了起动流速，而且提高了海流能发电效率。

收集加速后的海流冲击叶片，在“带轮—活动叶片”传动机构作用下实现皮带轮转动，皮带轮与增速机构连接，增速机构是一系列大小不等齿轮组合而成的

增速机构通过皮带与发电机进行连接，套筒将皮带与外界隔开，皮带带动转子轴转动，发电机工作并发电，电能经整流器储存在蓄电池中，完成海流能收集转化储存过程，

电池放置抽屉极大方便了电池的取用，电池相互之间用隔板隔开，形成7个电池放置室，保证蓄电池的稳定。

此外装置还配有自动沉浮系统，起初通过注水孔将导流罩内腔注满水后将装置安放到指定位置，待蓄电池电满后，箱体内电动机启动，潜水泵开始运转，导流罩内腔内海水通过排水孔直接排出，注水孔和潜水泵分别有管子与海面上大气相连。装置浮力变大，然后在牵引锁链作用下自动浮出海面，实现自动沉浮。

本发明采用“带轮—活动叶片”传动机构作为核心机构，可以实现启动发电流速低、转换效率高、发电功率大、环境适应性强、易于安装回收等功效，将具有可观的经济价值及实用价值。该装置用多种蓄电池储存电能，可供海上出海的船只使用，也可供电动公交车使用，并且产品易于安装回收，效率高、实用性强。此外，装置还具有以下特点：

1.装置的叶片可随海流方向自动调整，具有双向海流单向转动的特点，不需换向机构，装置采用箱体结构，可对海流进行加速。增加设备的横向长度可以增加叶片的数量，进而增加设备的发电功率，故与水平轴等其他海洋发电装置相比，更适合浅海大功率发电。

2.装置采用沉浮式，海上运输方便，无需大型吊装设备。安装时通过向箱体内注入海水，装置会自动沉入海底，会收时排除一定的海水，装置会自动上浮，因此便于安装、维修和回收。

3.箱体内的蓄电池对发出来的电进行收集，避免向海面输电，方便收集，节约成本，实现收集转化储存一体化，达到节能减排的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1-1、1-2是本装置整体结构图；

图中1.导流罩；2.皮带轮；3.海流导向板；4.增速机构；5.潜水泵；6.排水孔；7.海流能利用箱；8.注水孔；9.叶片角度限位器；10.皮带；11.皮带轮轴；12.活动叶片；13.叶片支架；26.连接杆；

图2-1、2-2是海流能收集传导的“活动叶片-带轮”传动结构图；

图中9.叶片角度限位器；10.皮带；11.皮带轮轴；12.叶片；13.叶片支架；14.导向轮；15.导向轮轴；16.导向轨道；17.轴套；

图3-1、3-2是叶片结构图；

图中9.叶片角度限位器；12.叶片；13.叶片支架。

图4是海流能收集传导的“带轮-活动叶片”传动结构轴测图

图5是下部发电装置轴测图；

图中18.翻盖；19.发电机；20.固定螺钉；21.箱体；

图6是电池存放抽屉轴测图；

图中22.把手；23.电池隔板；24.橡胶条；25.挡板。

具体实施方式

下面结合图对本发明进行详细说明：

如图1-1、1-2、2-1、2-2所示，海流能高效捕获与利用装置，包括导流罩1；皮带轮2；海流导向板3；增速机构4；潜水泵5；排水孔6；海流能利用箱7；注水孔8；叶片角度限位器9；皮带10；皮带轮轴11；活动叶片12；叶片支架13；导向轮14；导向轮轴15；导向轨道16；轴套17；翻盖18；发电机19；固定螺钉20；箱体21；

具体连接关系如下：

在海流能利用箱7顶部对称的安装有两个导流罩1，实现海流的收集加速及导向；导流罩中间，海流导向板3通过8根对称的连接杆26与导流罩相连接，实现其固定和安装。在两个导流罩1设有多个活动叶片12，每个活动叶片12的底部一个叶片支架13相连，每个叶片支架13与一个轴套17相连，每个轴套17套装在两个导向轮轴15上，每个导向轮轴15的两端各安装一个导向轮14，所述的导向轮14可以沿着环状的导向轨道16循环运动，所有的轴套17与同一个皮带10固定连接，通过活动叶片的移动带动皮带转动，所述的皮带驱动皮带轮2旋转，皮带轮2安装在皮带轮轴11上，所述的皮带轮2再通过增速机构4与发电机19相连，实现海流能的收集转化。

进一步的，所述的活动叶片安装在叶片支架上，且通过叶片角度限位器9限制其角度。低海流冲击活动叶片，在叶片角度限位器9的限制下活动叶片受力偏转至一定角度，并对叶片支架产生一个沿皮带方向的力；导向轮卡装在中间箱体内侧的导向轨道内，并通过滚动轴承与导向轮轴连接，实现了叶片支架的支撑与运动定向，最终在海流冲击力下，通过连接螺钉叶片轴套带动皮带转动，最终成为皮带轮的转动。

叶片角度限位器9为一个挡板，可以限制活动叶片的摆动角度。

进一步的，在海流能利用箱7内还设有电动机，电动机与一个潜水泵5相连，在导流罩的顶部设有注水孔8，在导流罩的底部设有排水孔6，注水孔8和潜水泵分别有管子与海面上大气相连。

开始时，通过注水孔8将导流罩内腔注满水后将装置安放到指定位置，待蓄电池电满后，箱体内电动机启动，潜水泵5开始运转，导流罩内腔内海水通过排水孔6直接排出，注水孔和潜水泵分别有管子与海面上大气相连。装置浮力变大，然后在牵引锁链作用下自动浮出海面，实现自动沉浮。

进一步的，如图6所示，在所述的流能利用箱7内还设有蓄电池放置抽屉，蓄电池在电池放置抽屉内分隔放置，实现海流能的储存。电池存放抽屉包括一个挡板25和电池隔板23；在挡板25上安装有把手22，抽屉中的电池通过电池隔板23隔开；且整个抽屉通过橡胶条24密封。

进一步的，增速机构通过皮带与发电机进行连接，皮带带动转子轴转动，发电机工作并发电，电能经整流器储存在蓄电池中，完成海流能收集转化储存过程。

进一步的，增速机构放置在一个箱体内，箱体通过支撑杆固定在导流罩形成的空间内。

进一步的，导流罩1为一个环状结构，且其上窄下宽，两个导流罩之间形成一个喇叭状结构。

进一步的，如图5所示，所述的海流能利用箱7包括一个箱体21，在箱体21上设有翻盖18，在箱体21内放置有发电机19；发电机19通过固定螺钉20固定。

本发明的工作原理是：

首先喇叭状导流罩能最大限度的扩大低海流收集范围，同时实现低海流的加速，海流导向板3通过8根对称的连接杆与导流罩相连接，实现其固定和安装，导向板主要由两个流线型的上下弧面组成，海流冲击导向板后被分成两部分分别沿上下两面流动，实现了对中间海流的分流，并使海流最后水平冲击活动叶片，避免了海流分流后能量的浪费，二者结合不仅降低了起动流速，而且提高了海流能发电效率。

收集加速后的海流冲击活动叶片，在“带轮—活动叶片”传动机构作用下实现皮带轮转动，皮带轮与增速机构连接，增速机构是一系列大小不等齿轮组合而成的。

活动叶片可在与叶片支架的轴上进行一定角度转动，当转动到最大转动角度时会由叶片角度限位器进行限制。叶片支架的轴套套装在一个导向轮轴上，叶片支架上的轴套与导向轮支架上的轴可以实现相对转动，方便叶片进行转动，导向轮轴和导向轮相连接，导向轮会使整个叶片机构沿着指定的导轨方向进行运动，并且轴套与皮带轮连接，当叶片带动皮带转动时，皮带便会带动皮带轮转动，皮带轮从而会带动导向轮轴进行旋转，从而使力传递到其他机构。

增速机构通过皮带与发电机进行连接，套筒将皮带与外界隔开，皮带带动转子轴转动，发电机工作并发电，电能经整流器储存在蓄电池中，完成海流能收集转化储存过程，

电池放置抽屉极大方便了电池的取用，电池相互之间用隔板隔开，形成7个电池放置室，保证蓄电池的稳定。

此外装置还配有自动沉浮系统，起初通过注水孔将导流罩内腔注满水后将装置安放到指定位置，待蓄电池电满后，箱体内电动机启动，潜水泵开始运转，导流罩内腔内海水通过排水孔直接排出，注水孔和潜水泵分别有管子与海面上大气相连。装置浮力变大，然后在牵引锁链作用下自动浮出海面，实现自动沉浮。

本发明采用“带轮—活动叶片”传动机构作为核心机构，可以实现启动发电流速低、转换效率高、发电功率大、环境适应性强、易于安装回收等功效，将具有可观的经济价值及实用价值。该装置用多种蓄电池储存电能，可供海上出海的船只使用，也可供电动公交车使用，并且产品易于安装回收，效率高、实用性强。此外，装置还具有以下特点：

1.装置的活动叶片可随海流方向自动调整，具有双向海流单向转动的特点，不需换向机构，装置采用箱体结构，可对海流进行加速。增加设备的横向长度可以增加活动叶片的数量，进而增加设备的发电功率，故与水平轴等其他海洋发电装置相比，更适合浅海大功率发电。

2.装置采用沉浮式，海上运输方便，无需大型吊装设备。安装时通过向箱体内注入海水，装置会自动沉入海底，会收时排除一定的海水，装置会自动上浮，因此便于安装、维修和回收。

3.箱体内的蓄电池对发出来的电进行收集，避免向海面输电，方便收集，节约成本，实现收集转化储存一体化，达到节能减排的目的。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种海流能高效捕获与利用装置，其特征在于，包括一个箱体，在所述的箱体顶部安装有两个导流罩，实现海流的收集加速及导向；在两个导流罩之间设有多个活动叶片，每个活动叶片与一个叶片支架相连，且所述的活动叶片相对于叶片支架可以摆动；每个叶片支架与一个轴套相连，每个轴套套装在一个导向轮轴上，每个导向轮轴的两端各安装一个导向轮，所述的导向轮可以沿着安装在导流罩侧面的环状导向轨道循环运动，所有的轴套与同一个皮带固定连接，通过活动叶片的移动带动皮带转动，所述的皮带驱动皮带轮旋转，所述的皮带轮再通过增速机构与发电机相连，实现海流能的收集转化；

在所述的箱体内设有电动机，所述的电动机与一个潜水泵相连，在所述的导流罩的顶部设有注水孔，在导流罩的底部设有排水孔，注水孔和潜水泵分别与海面上大气相连；

在所述的箱体内还设有蓄电池放置抽屉，蓄电池在电池放置抽屉内分隔放置，实现海流能的储存；

所述的增速机构是一系列大小不等齿轮组合而成，通过皮带与发电机进行连接，皮带带动发电机的转子轴转动，发电机工作并发电，电能经整流器储存在蓄电池中，完成海流能收集转化储存过程。

2.如权利要求1所述的海流能高效捕获与利用装置，其特征在于，所述的活动叶片安装在叶片支架上，且通过叶片角度限位器限制其摆动角度。

3.如权利要求1所述的海流能高效捕获与利用装置，其特征在于，所述的导流罩为一个环状结构，且其上窄下宽，两个导流罩之间形成一个喇叭状结构。

4.如权利要求1所述的海流能高效捕获与利用装置，其特征在于，每个导流罩内还设有导向板，所述的导向板通过连接杆与导流罩相连接。

5.如权利要求4所述的海流能高效捕获与利用装置，其特征在于，所述的导向板由两个流线型的上下弧面组成，海流冲击导向板后被分成两部分分别沿上下两面流动，实现了对中间海流的分流。