CN110318934B - 一种低流速水体发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低流速水体发电装置，包括伺服电机和蜗轮蜗杆减速机，本发明所达到的有益效果是：本发明一种低流速水体发电装置结构简单，使用方便；本发明一种低流速水体发电装置在水体流速30厘米/秒以上，深度于海面15米以下时，即可长期稳定发电，配套发电机功率100‑2000瓦，能量转化效率高达60%；本发明一种低流速水体发电装置可以串联在海洋观测浮标、潜标锚系上，为温盐深流观测仪器供电；竖直安装在深远海海底声学监听阵列和海底观测网输电干线上，为水听器和声通讯供电；安装在水下充电站要预留足够安全距离，为水下机器人和战略潜航器供电；本发明一种低流速水体发电装置体积小、重量轻、成本低、应用安装快捷。

Description

一种低流速水体发电装置
技术领域
本发明涉及一种发电装置，特别涉及一种低流速水体发电装置，属于水流发电装置技术领域。
背景技术
水力发电是利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，将其中所含势能转换成水轮机之动能，再借水轮机为原动力，推动发电机产生电能。利用水力(具有水头)推动水力机械(水轮机)转动，将水能转变为机械能，如果在水轮机上接上另一种机械(发电机)随着水轮机转动便可发出电来，这时机械能又转变为电能。水力发电在某种意义上讲是水的位能转变成机械能，再转变成电能的过程。水体发电装置在进行使用时，需要解决海洋观测浮标、潜标长期高频采样实时传输供电的问题、深远海海底声学监听阵列和海底观测网输电难的问题和深远海海底充电站电能来源的问题，现有的水利发电装置包括包括桨叶式潮流发电机、导管涡轮式潮流发电机和浮管式水力发电机，桨叶式潮流发电机，形似倒置的风车，由一对涡轮组成，每个涡轮直径20米，容量1200千瓦。涡轮安装在柱桩上，柱桩固定在海底；导管涡轮式潮流发电机是把叶轮安装在水平扩张导流管内，扩张导流管在风力机中称为扩散器，利用导流管对水流进行加速，提高叶轮的输出功率。叶轮由多个叶片组成；浮管式水力发电机水体流速≥100厘米/秒时，可实现发电。其它潮流发电装置需要流速在200厘米/秒以上才可正常发电。现有的发电装置体积庞大、水体流速需要在200厘米/秒以上才可正常发电、能量转化效率约30%左右。若按照比例体积缩小到2立方米时，便不会产生电能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种低流速水体发电装置，解决了现有技术中存在的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种低流速水体发电装置，包括伺服电机和蜗轮蜗杆减速机，所述蜗轮蜗杆减速机的输入端与伺服电机的输出端固定连接，所述蜗轮蜗杆减速机输出轴的轴壁上固定连接有摇臂，所述摇臂的两端分别铰接有动力传输臂和倾角控制臂，所述动力传输臂远离摇臂的一端和倾角控制臂远离摇臂的一端均与水翼两侧的侧壁铰接，所述动力传输臂靠近摇臂的一端设置有第二磁铁，所述第二磁铁固定连接在动力传输臂靠近蜗轮蜗杆减速机一侧的侧壁上，所述倾角控制臂靠近摇臂的一端设置有第一磁铁，所述第一磁铁固定连接在倾角控制臂靠近蜗轮蜗杆减速机一侧的侧壁上，所述蜗轮蜗杆减速机靠近摇臂一侧的外壁上对应第一磁铁和第二磁铁固定连接有第一磁性接近开关和第二磁性接近开关，所述第一磁性接近开关设置在第二磁性接近开关的上方，所述动力传输臂远离蜗轮蜗杆减速机的一侧设置有行星变速器，所述行星变速器的输入轴与动力传输臂同轴设置且与摇臂的轴套相匹配固定连接，所述行星变速器远离摇臂的一侧设置有永磁交流发电机，所述行星变速器的输出轴与永磁交流发电机的转动轴固定连接，所述永磁交流发电机远离行星变速器的一端通过电源输出水密插头连接有桥式整流器，所述桥式整流器固定连接在永磁交流发电机远离行星变速器一侧的侧壁上。
作为本发明的一种优选技术方案，所述水翼的长度和宽度分别为七十厘米和四十厘米，所述水翼由TC4钛合金构架且由固体浮力材料加工制成呈流水型结构。
作为本发明的一种优选技术方案，所述动力传输臂的长度和倾角控制臂的长度均为七十厘米，且所述动力传输臂和倾角控制臂均由TC4钛合金材料制成。
作为本发明的一种优选技术方案，所述行星变速器采用动力输入轴与动力输出轴的传动比为1：90。
作为本发明的一种优选技术方案，所述永磁交流发电机的具体电压为12V，所述永磁交流发电机的具体功率为100W，所述永磁交流发电机的具体转速为每分钟500转。
作为本发明的一种优选技术方案，所述电源输出水密插头采用氯丁橡胶材质制成，且所述电源输出水密插头的插头端子采用海军铜镀金端子。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第一磁铁和第二磁铁均由钕铁硼强磁铁制成。
作为本发明的一种优选技术方案，所述蜗轮蜗杆减速机的顶部和底部均固定连接有配套安装杆。
本发明所达到的有益效果是：本发明一种低流速水体发电装置结构简单，使用方便；本发明一种低流速水体发电装置在水体流速30厘米/秒以上，深度于海面15米以下时，即可长期稳定发电，配套发电机功率100-2000瓦，能量转化效率高达60% ；本发明一种低流速水体发电装置可以串联在海洋观测浮标、潜标锚系上，为温盐深流观测仪器供电；竖直安装在深远海海底声学监听阵列和海底观测网输电干线上，为水听器和声通讯供电；安装在水下充电站要预留足够安全距离，为水下机器人和战略潜航器供电；本发明一种低流速水体发电装置体积小、重量轻、成本低、应用安装快捷。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的正视图；
图3是本发明使用时水翼位于上止点的结构示意图；
图4是本发明使用时水翼位于上止点下行的结构示意图；
图5是本发明使用时水翼位于下止点上行的结构示意图；
图6是本发明使用时水翼位于下止点的结构示意图。
图中：1、水翼；2、动力传输臂；3、倾角控制臂；4、伺服电机；5、蜗轮蜗杆减速机；6、摇臂；7、行星变速器；8、永磁交流发电机；9、电源输出水密插头；10、桥式整流器；11、配套安装杆；12、第一磁铁；13、第一磁性接近开关；14、第二磁性接近开关；15、第二磁铁。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
如图1-6所示，本发明提供一种低流速水体发电装置，包括伺服电机4和蜗轮蜗杆减速机5，所述蜗轮蜗杆减速机5的输入端与伺服电机4的输出端固定连接，所述蜗轮蜗杆减速机5输出轴的轴壁上固定连接有摇臂6，所述摇臂6的两端分别铰接有动力传输臂2和倾角控制臂3，所述动力传输臂2远离摇臂6的一端和倾角控制臂3远离摇臂6的一端均与水翼1两侧的侧壁铰接，所述动力传输臂2靠近摇臂6的一端设置有第二磁铁15，所述第二磁铁15固定连接在动力传输臂2靠近蜗轮蜗杆减速机5一侧的侧壁上，所述倾角控制臂3靠近摇臂6的一端设置有第一磁铁12，所述第一磁铁12固定连接在倾角控制臂3靠近蜗轮蜗杆减速机5一侧的侧壁上，所述蜗轮蜗杆减速机5靠近摇臂6一侧的外壁上对应第一磁铁12和第二磁铁15固定连接有第一磁性接近开关13和第二磁性接近开关14，所述第一磁性接近开关13设置在第二磁性接近开关14的上方，所述动力传输臂2远离蜗轮蜗杆减速机5的一侧设置有行星变速器7，所述行星变速器7的输入轴与动力传输臂2同轴设置且与摇臂6的轴套相匹配固定连接，所述行星变速器7远离摇臂6的一侧设置有永磁交流发电机8，所述行星变速器7的输出轴与永磁交流发电机8的转动轴固定连接，所述永磁交流发电机8远离行星变速器7的一端通过电源输出水密插头9连接有桥式整流器10，所述桥式整流器10固定连接在永磁交流发电机8远离行星变速器7一侧的侧壁上。
所述水翼1的长度和宽度分别为七十厘米和四十厘米，所述水翼1由TC4钛合金构架且由固体浮力材料加工制成呈流水型结构。
所述动力传输臂2的长度和倾角控制臂3的长度均为七十厘米，且所述动力传输臂2和倾角控制臂3均由TC4钛合金材料制成。
所述行星变速器7采用动力输入轴与动力输出轴的传动比为1：90。
所述永磁交流发电机8的具体电压为12V，所述永磁交流发电机8的具体功率为100W，所述永磁交流发电机8的具体转速为每分钟500转。
所述电源输出水密插头9采用氯丁橡胶材质制成，且所述电源输出水密插头9的插头端子采用海军铜镀金端子。
所述第一磁铁12和第二磁铁15均由钕铁硼强磁铁制成。
所述蜗轮蜗杆减速机5的顶部和底部均固定连接有配套安装杆11，应用在不同设施上安装结构不同。
具体的，使用本发明时，当装置位于水体流速30厘米/秒以上，深度于海面15米以下时即可长期稳定发电，配套发电机功率100-2000瓦，能量转化效率高达60%，体积小、重量轻、成本低、应用安装快捷。所有机电结构腔内注满HL-22号液压油，处于任何水深都能达到内外压力平衡，外表面喷涂聚脲弹性体防腐蚀，水翼1在海流的推动下，自动处于下游。水翼1、动力传输臂2、倾角控制臂3总计侧面积348平方厘米，因转流产生的扭力不会对安装设施造成损坏。当水翼1上行到上止点如附图三所示，第一磁铁12与第一磁性接近开关13重合，第一磁性接近开关13向伺服电机4发出脉冲信号，驱动蜗轮蜗杆减速机5带动摇臂6顺时针旋转70°，水翼1转变为下行姿态如附图四所示，在海流的推动下开始向下运动。倾角控制臂3使得水翼1向下运动过程中保持固有角度，动力传输臂2带动行星变速器7转动，永磁交流发电机8做功发电，当水翼1下行到下止点如附图六所示，第二磁铁15与第二磁性接近开关14重合，第二磁性接近开关14向伺服电机4发出脉冲信号，驱动蜗轮蜗杆减速机5带动摇臂6逆时针旋转70°，水翼1转变为上行姿态如附图五所示，在海流的推动下开始向上运动，倾角控制臂3使得水翼1向上运动过程中保持固有角度，动力传输臂2带动行星变速器7转动，永磁交流发电机8做功发电，串联在海洋观测浮标、潜标锚系上，为温盐深流观测仪器供电；竖直安装在深远海海底声学监听阵列和海底观测网输电干线上，为水听器和声通讯供电；安装在水下充电站要预留足够安全距离，为水下机器人和战略潜航器供电。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低流速水体发电装置，其特征在于，包括伺服电机（4）和蜗轮蜗杆减速机（5），所述蜗轮蜗杆减速机（5）的输入端与伺服电机（4）的输出端固定连接，所述蜗轮蜗杆减速机（5）输出轴的轴壁上固定连接有摇臂（6），所述摇臂（6）的两端分别铰接有动力传输臂（2）和倾角控制臂（3），所述动力传输臂（2）远离摇臂（6）的一端和倾角控制臂（3）远离摇臂（6）的一端均与水翼（1）两侧的侧壁铰接，所述动力传输臂（2）靠近摇臂（6）的一端设置有第二磁铁（15），所述第二磁铁（15）固定连接在动力传输臂（2）靠近蜗轮蜗杆减速机（5）一侧的侧壁上，所述倾角控制臂（3）靠近摇臂（6）的一端设置有第一磁铁（12），所述第一磁铁（12）固定连接在倾角控制臂（3）靠近蜗轮蜗杆减速机（5）一侧的侧壁上，所述蜗轮蜗杆减速机（5）靠近摇臂（6）一侧的外壁上对应第一磁铁（12）和第二磁铁（15）固定连接有第一磁性接近开关（13）和第二磁性接近开关（14），所述第一磁性接近开关（13）设置在第二磁性接近开关（14）的上方，所述动力传输臂（2）远离蜗轮蜗杆减速机（5）的一侧设置有行星变速器（7），所述行星变速器（7）的输入轴与动力传输臂（2）同轴设置且与摇臂（6）的轴套相匹配固定连接，所述行星变速器（7）远离摇臂（6）的一侧设置有永磁交流发电机（8），所述行星变速器（7）的输出轴与永磁交流发电机（8）的转动轴固定连接，所述永磁交流发电机（8）远离行星变速器（7）的一端通过电源输出水密插头（9）连接有桥式整流器（10），所述桥式整流器（10）固定连接在永磁交流发电机（8）远离行星变速器（7）一侧的侧壁上。
2.根据权利要求1所述的一种低流速水体发电装置，其特征在于，所述水翼（1）的长度和宽度分别为七十厘米和四十厘米，所述水翼（1）由TC4钛合金构架且由固体浮力材料加工制成呈流水型结构。
3.根据权利要求1所述的一种低流速水体发电装置，其特征在于，所述动力传输臂（2）的长度和倾角控制臂（3）的长度均为七十厘米，且所述动力传输臂（2）和倾角控制臂（3）均由TC4钛合金材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种低流速水体发电装置，其特征在于，所述行星变速器（7）采用动力输入轴与动力输出轴的传动比为1：90。
5.根据权利要求1所述的一种低流速水体发电装置，其特征在于，所述永磁交流发电机（8）的具体电压为12V，所述永磁交流发电机（8）的具体功率为100W，所述永磁交流发电机（8）的具体转速为每分钟500转。
6.根据权利要求1所述的一种低流速水体发电装置，其特征在于，所述电源输出水密插头（9）采用氯丁橡胶材质制成，且所述电源输出水密插头（9）的插头端子采用海军铜镀金端子。
7.根据权利要求1所述的一种低流速水体发电装置，其特征在于，所述第一磁铁（12）和第二磁铁（15）均由钕铁硼强磁铁制成。
8.根据权利要求1所述的一种低流速水体发电装置，其特征在于，所述蜗轮蜗杆减速机（5）的顶部和底部均固定连接有配套安装杆（11）。
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