CN109595118A - 一种漂浮式惯性水轮发电装置 - Google Patents

一种漂浮式惯性水轮发电装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种漂浮式惯性水轮发电装置，包括惯性水轮及其支撑装置、漂浮平台、导水装置、传动装置和设置在密封箱内的发电机，其中，惯性水轮的支撑装置、导水装置和密封箱均通过紧固件固定安装在漂浮平台上；惯性水轮通过传动装置与发电机的输入轴连接；惯性水轮上均匀设置有多个向导水装置方向倾斜的叶片，或惯性水轮上均匀设置有多个开口方向与导水装置相对的水槽。本申请通过上述手段，可解决现有水轮发电装置不能将海浪能转换为电能为孤岛供电的问题。

Description

一种漂浮式惯性水轮发电装置
技术领域
本申请涉及海上发电技术领域，特别地，涉及一种漂浮式惯性水轮发电装置。
背景技术
随着能源的不断枯竭和气候变化逐渐加剧，世界对于能源的需求正逐步朝着清洁、可再生的方向转变，其中水能资源作为一种比较理想的选择，符合当前的绿色发展理念，有利于应对气候变化。另一方面人类在孤岛上的生存和开发活动通常需要有持续的电力供应，以保证其在孤岛上的正常生活。
海洋中蕴藏着巨大的水能资源，但由于缺少成本低收益高的水能转换设备，目前还无法得到有效的开发。
现有水轮发电装置（如申请号为201310599316.2、名称为“漂浮水车发电装置”的中国专利申请），一般由水车轮、水流推板、轴承、齿轮变速器、发电机、水车漂浮罐、漂浮罐支架、水车固定扣、合流板、固定柱等部件组成，可以设置在水流较大的地方，根据水位高低调整水车轮位置，通过齿轮变速器增加齿轮摩擦速度，实现利用水流动力推动水车发电的目的。
但现有技术需要利用水流推动水车旋转产生的机械能发电，因此只能应用于江河等具有一定流速或水位差的内陆水资源发电，使用范围受地域条件限制较大，无法应用于海洋水电资源的开发。
发明内容
本申请提供一种漂浮式惯性水轮发电装置，可解决现有水轮发电装置不能将海浪能转换为电能为孤岛供电的问题。
本申请提供的一种漂浮式惯性水轮发电装置，包括惯性水轮及其支撑装置、漂浮平台、导水装置、传动装置和设置在密封箱内的发电机，其中：惯性水轮的支撑装置、导水装置和密封箱均通过紧固件固定安装在漂浮平台上；惯性水轮通过传动装置与发电机的输入轴连接；惯性水轮上均匀设置有多个向导水装置方向倾斜的叶片，或惯性水轮上均匀设置有多个开口方向与导水装置相对的水槽。
优选地，所述导水装置包括通过紧固件固定在漂浮平台上的抛水箱，和/或，通过支撑杆固定在漂浮平台上的导水板；所述抛水箱设置在惯性水轮的叶片向上倾斜或水槽开口朝上的一侧，固定在漂浮平台工作面的下方；抛水箱远离惯性水轮的一侧设置有多个单向入水孔，漂浮平台在对应抛水箱的上端抛水口的位置设置有第一开口；所述导水板靠近惯性水轮的一端设置在与惯性水轮的叶片倾斜方向或水槽开口方向相对的位置。
优选地，所述导水板包括第一导水板和/或第二导水板和/或第三导水板；所述第一导水板设置在惯性水轮的叶片向上倾斜或水槽开口朝上的一侧，通过第一支撑杆和第二支撑杆固定在漂浮平台工作面上，远离惯性水轮的第一支撑杆的高度大于邻近惯性水轮的第二支撑杆的高度；所述第二导水板设置在惯性水轮的叶片向下倾斜或水槽开口朝下的一侧，第二导水板靠近惯性水轮的一端通过第三支撑杆固定在漂浮平台工作面上，另一端固定在漂浮平台工作面上；所述第三导水板一端固定在漂浮平台的第二开口位置，另一端通过第四支撑杆固定在漂浮平台工作面下方的浮箱上；所述第二开口位于惯性水轮的叶片向下倾斜或水槽开口朝下部位的下方。
优选地，所述第一导水板通过铰链与第一支撑杆连接，通过第一滑块与第二支撑杆连接；所述第二导水板靠近惯性水轮的一端通过第二滑块与第三支撑杆连接，另一端通过铰链与漂浮平台工作面连接；所述第三导水板的上端通过铰链与漂浮平台工作面下方连接，下端通过第三滑块与第四支撑杆连接。
优选地，所述惯性水轮的支撑装置包括支架、轮轴和轴承；所述支架固定在漂浮平台工作面上，轮轴通过轴承安装在支架上，惯性水轮安装在轮轴上，传动装置安装在惯性水轮或轮轴上。
优选地，所述传动装置包括通过皮带连接的第一带轮和第二带轮；所述第一带轮的尺寸大于第二带轮的尺寸；所述第一带轮安装在惯性水轮或轮轴上，第二带轮安装在发电机的输入轴上。
优选地，在所述传动装置和发电机之间还设置有1个或多个通过联轴器串接的增速器；所述传动装置通过联轴器与第一个增速器的输入轴连接；最后一个增速器的输出轴通过联轴器与发电机的输入轴连接；所述增速器设置在密封箱内。
优选地，所述发电装置还设置有锚索和锚，所述锚通过锚索与漂浮平台连接，将所述发电装置固定在海面上。
优选地，所述传动装置的传动增速比为1：5。
优选地，所述增速器的增速比为1：5。
与现有技术相比，本申请具有以下优点：
本申请实施例通过设置在浮动平台上的导水装置，产生驱动惯性水轮转动的转矩，使惯性水轮转动，然后经过机械传动装置带动发电机发电，结构简单，设备成本低，安装方便，可广泛应用于海洋水电资源的开发。
在进一步的优选实施例中，通过设置在浮动平台下方的抛水箱，可以利用海水波浪使漂浮平台在海浪中的摆动，将抛水箱中的水泼向惯性水轮，产生驱动惯性水轮转动的转矩，使惯性水轮绕轴心转动，进而通过传动装置带动发电机发电。设置在漂浮平台工作面上的第一导水板、第二导水板，以及设置在漂浮平台工作面下的第三导水板可以根据其各自的设置位置和倾斜方向，引导海浪水冲向惯性水轮，产生驱动大惯性水轮转动的转矩，使惯性水轮绕轴心转动，进而通过传动装置带动发电机发电。
附图说明
附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请一种漂浮式惯性水轮发电装置实施例的俯视示意图；
图2为图1所示的漂浮式惯性水轮发电装置的密封箱内部结构示意图；
其中，1-第一支撑杆，2-第一导水板，3-第一滑块，4-第二支撑杆，5-惯性水轮，6-大带轮，7-轴承，8-轮轴，9-支架，10-皮带，11-第三支撑杆，12-第二滑块，13-第二导水板，14-小带轮，15-浮箱，16-密封箱，161-联轴器，162-第一增速器，163-第二增速器，164-发电机，165-密封箱体，17-第四支撑杆，18-第三滑块，19-第三导水板，20-抛水箱，21—锚索，22—锚，23-电缆。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。术语“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
参照图1~2，示出了本申请一种漂浮式惯性水轮发电装置实施例的结构示意图，包括惯性水轮5及其支撑装置、漂浮平台、导水装置、传动装置和设置在密封箱16内的发电机164，其中：
惯性水轮5的支撑装置、导水装置和密封箱均通过紧固件固定安装在漂浮平台上；
惯性水轮5通过传动装置与发电机164连接；
惯性水轮5上均匀设置有多个向导水装置方向倾斜的叶片，或惯性水轮上均匀设置有多个开口方向与导水装置相对的水槽。
本申请实施例的发电装置通过漂浮平台下面设置的浮箱15的浮力作用漂浮在海面上。为将所述发电装置固定在某一固定海域范围内，使其不能随意飘走，可通过锚固装置系泊到岸基或海中的某一个位置，其中，锚固装置由锚索21和锚22等部件组成，锚索21将锚22与漂浮平台连接，锚22埋入岸基或海底的相应位置。
具体实施时，惯性水轮5可以通过由支架9、轮轴8、轴承7以及相关连接件等部件组成的支撑装置固定安装在漂浮平台安装面上；其中，支架9固定在漂浮平台工作面上，轮轴8通过轴承7安装在支架9上，惯性水轮5安装在轮轴8上，传动装置可以根据不同的传动方式（如皮带传动、齿轮传动、轴传动等）直接安装在惯性水轮5上，也可以安装在轮轴8上。
图1所示的传动方式为皮带传动，该传动装置具体包括通过皮带10连接的大带轮6和小带轮14；其中的大带轮6直接安装在惯性水轮5上，小带轮14与发电机164的输入轴连接。惯性水轮5可以轮轴8为中心转动，带动大带轮6转动，进而通过皮带10的传动带动小带轮14转动。
具体实施时，可以根据需要选用大小带轮传动增速比为1：5的传动装置。假设大带轮6的转速为n，则小带轮14的输出转速即为5n，因此经过皮带轮传动，转速会被放大到原来惯性水轮5转速的5倍。
本优选实施例发电装置在海浪作用下，通过导水装置的作用，使惯性水轮5发生转动，进而带动大带轮6转动，大带轮6通过皮带10带动小带轮14转动，并将转速进行初次放大，带动发电机164发电，并通过电缆23将电能输送给用户使用，具有结构简单，设备成本低，安装方便，易于对海洋波浪能资源进行开发利用的优点。
在进一步的优选实施例中，可以选用如下4种导水装置中的一种或多种组合（图1为四种导水装置组合使用的情况），以确保惯性水轮5产生的机械能能够满足发电机164的需要。
其中，导水装置1为漂浮平台在海浪作用下发生摆动时利用水的惯性将抛水箱中的水抛向惯性水轮驱动惯性水轮转动的方式，导水装置2、导水装置3和导水装置4为海浪冲向漂浮平台时通过导水板引导海水冲向惯性水轮驱动惯性水轮转动的方式。
为方便描述，以下说明各种导水装置时，以图1所示的惯性水轮设置方向（即左侧水槽开口向上，右侧水槽开口向下，在导水装置驱动下，惯性水轮保持逆时针旋转）及其与导水装置的相对位置关系为例进行说明。
导水装置1：
导水装置1包括通过紧固件固定在漂浮平台工作面下方的抛水箱20，该抛水箱20安装在惯性水轮5的左侧（即惯性水轮5的叶片向上倾斜或水槽开口朝上的一侧），抛水箱20的左侧面（即远离惯性水轮的一侧）设置有多个单向入水孔201（海水可以通过单向入水孔201进入抛水箱20，但不会通过单向入水孔201从抛水箱20中漏出来），漂浮平台在对应抛水箱20的上端抛水口的位置设置有第一开口。
导水装置1的工作原理是：当漂浮平台在海浪的作用下发生摆动，且左高右低时，进入上述抛水箱20的水由于惯性作用从左侧抛向惯性水轮5（参见图1中箭头244所示的抛水方向），产生一个使惯性水轮5逆时针转动的转矩，进而驱动惯性水轮5沿逆时针方向旋转。
导水装置2：
导水装置2设置在惯性水轮5的左侧（即叶片向上倾斜或水槽开口朝上的一侧），包括第一导水板2和第一支撑杆1、第二支撑杆4。其中第一导水板2的左端（远离惯性水轮的一端）通过第一支撑杆1撑起，右端（靠近惯性水轮5的一端）通过第二支撑杆2撑起；第一支撑杆1的高度大于第二支撑杆4的高度，以保证第一导水板2的右端向下倾斜。
具体实施时，第一支撑杆1的下端可以直接焊接在浮动平台工作面上，顶部与第一导水板2的左端通过铰链连接，使第一导水板2可绕第一支撑杆1顶部转动；第二支撑杆4的下端可以通过铰链安装在浮动平台安装面上，并可绕铰链转动；第一导水板2的右端与设置在第二支撑杆4上端的第一滑块3通过铰链连接，可绕第一滑块3转动；第一滑块3可根据需要调整其自身在第二支撑杆4上位置，进而实现对第一导水板2右端高度的调整。
导水装置2的工作原理是：当海水由左向右涌向漂浮平台时，海水冲击右端向下倾斜的第一导水板2，并沿着第一导水板2冲向惯性水轮5（参见图1中的箭头241所示的波浪运动方向），产生一个大惯性水轮5逆时针转动的转矩，进而驱动惯性水轮5沿逆时针方向旋转。
导水装置3：
导水装置3设置在惯性水轮5的右侧（即叶片向下倾斜或水槽开口朝下的一侧），包括第二导水板13和第三支撑杆11。其中第二导水板13的左端（靠近惯性水轮的一端）通过第三支撑杆11撑起，右端（远离惯性水轮5的一端）直接安装在浮动平台工作面上，以保证第二导水板13的左端向上倾斜。
具体实施时，第三支撑杆11下端可以通过铰链安装在浮动平台工作面上，并可绕铰链转动；第二导水板13的右端可以通过铰链安装在浮动平台工作面上，并可绕铰链转动；第二导水板13的左端与设置在第三支撑杆11上端的第二滑块12通过铰链连接，可绕第二滑块12转动；第二滑块12可根据需要调整其自身在第三支撑杆11上位置，进而实现对第二导水板13左端高度的调整。
导水装置3的工作原理是：当海水由右向左涌向浮动平台时，海水冲击左端向上倾斜的第二导水板13，并沿着第二导水板13冲向惯性水轮5（参见图1中箭头242所示的波浪运动方向），产生一个使惯性水轮5逆时针转动的转矩，进而驱动惯性水轮5沿逆时针方向旋转。
导水装置4：
导水装置4设置在漂浮平台的第二开口位置，该第二开口位于惯性水轮5的叶片向下倾斜或水槽开口朝下部位的下方。
导水装置4包括第三导水板19和第四支撑杆17。其中第三导水板19的上端直接安装在漂浮平台工作面的下方，下端通过第四支撑杆17撑起，以保证第三导水板19的右端向上倾斜。
具体实施时，第四支撑杆17的右端可以通过铰链安装在其右侧的浮箱15上，并可绕铰链转动；第三导水板19的上端可以通过铰链安装在浮动平台工作面的下方，并可绕铰链转动；第三导水板19的下端与设置在第四支撑杆17左端的第三滑块18通过铰链连接，可绕第三滑块18转动；第三滑块18可根据需要调整其自身在第四支撑杆17上位置，进而实现对第三导水板19下端高度的调整。
导水装置4的工作原理是：当海水由左向右涌向上述浮动平台时，海水冲击左端向下倾斜的第三导水板19，并沿着第三导水板19冲向惯性水轮5（参见图1中箭头243所示的水流方向），产生一个使惯性水轮5逆时针转动的转矩，进而驱动惯性水轮5沿逆时针方向旋转。
在另一进一步的优选实施例中，为增加发电机的转速，可以在传动装置和发电机之间设置1个或多个通过联轴器串接的增速器，其中，传动装置通过联轴器161与第一个增速器的输入轴连接，最后一个增速器的输出轴通过联轴器与发电机164的输入轴连接（图2所示的实施例中设置了二个增速器，分别为第一增速器162和第二增速器163）。
当传动装置采用图1所示的皮带传动时，图2所示的第一增速器162的输入轴通过联轴器161与小带轮14连接，第一增速器162的输出轴通过联轴器161与第二增速器163的输入轴连接，第二增速器163的输出轴通过联轴器161与发电机164的输入轴连接。
为保护增速器不被海水侵蚀，可以将增速器设置在由密封箱体165围成的密封箱16内。
具体实施时，可以根据需要选用增速比为1：5的增速器，假设增速器的输入转速为m，则增速器的输出转速为5m，因此每经过一个增速器，增速器的输出转速会是增速器输入转速的5倍。
以图2所示的设置方式为例，小带轮14的输出轴通过联轴器161依次与两个相同的增速比为1：5的第一增速器162和第二增速器163连接，可将小带轮14的输入转速放大为其原转速的5×5=25倍。如果同时选用大小带轮传动增速比为1：5的传动装置，可将原惯性水轮5输出的转速放大125倍，然后带动发电机164发电，实现将海水波浪能转化为电能，最终通过电缆23将电能输送给孤岛上的用户使用。
需要说明的是，上述实施例均为优选实施例，一方面，相关功能部件可以用其他部件代替，另一方面，所涉及的单元和模块并不一定是本申请所必须的。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上对本申请所提供的一种漂浮式惯性水轮发电装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种漂浮式惯性水轮发电装置，其特征在于，包括惯性水轮及其支撑装置、漂浮平台、导水装置、传动装置和设置在密封箱内的发电机，其中：
惯性水轮的支撑装置、导水装置和密封箱均通过紧固件固定安装在漂浮平台上；
惯性水轮通过传动装置与发电机的输入轴连接；
惯性水轮上均匀设置有多个向导水装置方向倾斜的叶片，或惯性水轮上均匀设置有多个开口方向与导水装置相对的水槽。
2.根据权利要求1所述的一种漂浮式惯性水轮发电装置，其特征在于，所述导水装置包括通过紧固件固定在漂浮平台上的抛水箱，和/或，通过支撑杆固定在漂浮平台上的导水板；
所述抛水箱设置在惯性水轮的叶片向上倾斜或水槽开口朝上的一侧，固定在漂浮平台工作面的下方；抛水箱远离惯性水轮的一侧设置有多个单向入水孔，漂浮平台在对应抛水箱的上端抛水口的位置设置有第一开口；
所述导水板靠近惯性水轮的一端设置在与惯性水轮的叶片倾斜方向或水槽开口方向相对的位置。
3.根据权利要求2所述的一种漂浮式惯性水轮发电装置，其特征在于，所述导水板包括第一导水板和/或第二导水板和/或第三导水板；
所述第一导水板设置在惯性水轮的叶片向上倾斜或水槽开口朝上的一侧，通过第一支撑杆和第二支撑杆固定在漂浮平台工作面上，远离惯性水轮的第一支撑杆的高度大于邻近惯性水轮的第二支撑杆的高度；
所述第二导水板设置在惯性水轮的叶片向下倾斜或水槽开口朝下的一侧，第二导水板靠近惯性水轮的一端通过第三支撑杆固定在漂浮平台工作面上，另一端固定在漂浮平台工作面上；
所述第三导水板一端固定在漂浮平台的第二开口位置，另一端通过第四支撑杆固定在漂浮平台工作面下方的浮箱上；所述第二开口位于惯性水轮的叶片向下倾斜或水槽开口朝下部位的下方。
4.根据权利要求3所述的一种漂浮式惯性水轮发电装置，其特征在于，
所述第一导水板通过铰链与第一支撑杆连接，通过第一滑块与第二支撑杆连接；
所述第二导水板靠近惯性水轮的一端通过第二滑块与第三支撑杆连接，另一端通过铰链与漂浮平台工作面连接；
所述第三导水板的上端通过铰链与漂浮平台工作面下方连接，下端通过第三滑块与第四支撑杆连接。
5.根据权利要求1~4任一所述的一种漂浮式惯性水轮发电装置，其特征在于，所述惯性水轮的支撑装置包括支架、轮轴和轴承；
所述支架固定在漂浮平台工作面上，轮轴通过轴承安装在支架上，惯性水轮安装在轮轴上，传动装置安装在惯性水轮或轮轴上。
6.根据权利要求5所述的一种漂浮式惯性水轮发电装置，其特征在于，所述传动装置包括通过皮带连接的第一带轮和第二带轮；
所述第一带轮的尺寸大于第二带轮的尺寸；
所述第一带轮安装在惯性水轮或轮轴上，第二带轮安装在发电机的输入轴上。
7.根据权利要求1所述的一种漂浮式惯性水轮发电装置，其特征在于，在所述传动装置和发电机之间还设置有1个或多个通过联轴器串接的增速器；
所述传动装置通过联轴器与第一个增速器的输入轴连接；
最后一个增速器的输出轴通过联轴器与发电机的输入轴连接；
所述增速器设置在密封箱内。
8.根据权利要求1所述的一种漂浮式惯性水轮发电装置，其特征在于，所述发电装置还设置有锚索和锚，所述锚通过锚索与漂浮平台连接，将所述发电装置固定在海面上。
9.根据权利要求1所述的一种漂浮式惯性水轮发电装置，其特征在于，所述传动装置的传动增速比为1：5。
10.根据权利要求7所述的一种漂浮式惯性水轮发电装置，其特征在于，所述增速器的增速比为1：5。
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