CN111878291A - 一种海流能发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种海流能发电装置,主要由获能圆柱、振动体、支撑弹簧组、外框架、柔性支撑体、发电机组、齿轮传动装置及底板组成，其中四根获能圆柱螺纹连接在振动框架上面，整个振动体内嵌在外框架内部，内框架两侧各连接两组弹簧支撑，振动框架上侧也连接两组弹性支撑，同时内框架上板连接柔性支撑体，柔性支撑体连接驱动轴，驱动轴连接两组发电齿轮。该装置主要利用低流速高密度的海流能对流过的获能圆柱产生的机械能转化为电能。该装置的原理是圆柱在海流中会产生上下振动的涡激振动。该装置简单，对海流能这种可再生能源能够起到较高的利用效率。

Description

一种海流能发电装置
技术领域
本发明涉及海流发电技术领域，尤其涉及一种海流能发电装置。
背景技术
目前，我国海洋能的开发利用除了潮汐能利用形成了较小的规模外，波浪能研究已进入示范试验并取得了一定的成果；潮流能开发利用技术研究已有多个部门正在进行关键技术研究，并取得了一定的突破。而海流能目前在国内研究开发还较少，海流能是海洋能中的一种，其能量与流速的立方成正比，随时间变化较小。因此在海流流速稳定的区域，可获得稳定的海流能。据估计，世界大洋中所有海流的总功率达50亿kw左右，是海洋能中蕴藏量较大的一种。我国海域辽阔，既有海流，又有密度流；有沿岸海流，也有深海流。世界上海流流速最大值约为2.5m/s，但大部分海域海流流速集中在化4-1.5m/s，流量变化不大，且流向比较稳定。若按平均流量每秒100立方米计算，我国近海和沿岸的海流能量可达1亿kw以上。
针对海流能的利用方面，目前都采用水下涡轮机进行发电，水下涡轮机主要利用低速海流推动水轮机的叶轮带动发电机发电，其原理与风力发电机类似。由于水下涡轮发电机对于海流速度要求较高，普遍达到2.5m/s—3.6m/s，而海流的流速相对较低，所以造成水下涡轮发电机的限制。而目前来看，全球大量的海流其流速都低于1.5m/s，因此，在这些海流流速较低的地方，无法利用水下涡轮机开发利用海流能。
针对以上问题，如何利用流速较低且蕴藏量较大的海流能，是我们需要解决的问题，针对这个问题本文结合涡激振动原理，利用圆柱在低速海流中的涡激振动效应，将较低流速的海流能转化为机械能。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种海流能发电装置，主要由获能圆柱、振动体、第一支撑弹簧组、外框架、发电机组、分层隔板、驱动轴、齿轮传动装置、第二支撑弹簧组组成，所述获能圆柱为实心长圆柱或实心方圆柱或实心三角形圆柱，并且获能圆柱与振动体通过螺栓固定连接；所述振动体为轻质塑料板；所述发电机组为两台小型发电机，固定安装在底板，固定方式为螺栓固定；
优选的，所述振动体两侧安装有第二支撑弹簧组，所述第二支撑弹簧组为振动体两侧各有三组弹簧支撑，其中弹簧方位为水平，弹簧一端与装置外框架固连，另一端连接振动体侧面上的凸起，每组有两根弹簧，左右固定；设置位置取侧面的合中位置，左右侧面设置方式一致；在振动体上表面同样设置了第一弹簧支撑组，设置方式与两侧的设置方式相同，左右两侧的弹簧主要为了控制前后的振动，上侧面的弹簧主要为了控制上下振动。
优选的，所述驱动轴一段连接柔性支撑另一端呈齿状，齿状一端与发电机组齿轮啮合。
优选的，所述分层隔板中间开有圆孔，孔径大小与驱动轴一致，同时圆孔分别向两端延伸超过10cm圆筒。
优选的，所述海能发电装置安装在深海河床，或者河流流道底部，安装方式为四角螺栓固定。
优选的，所述外框架内侧开有与获能圆柱对应的圆孔，孔径大小为获能圆柱两倍。
优选的，所述外框架内部有限位体，限位体安装在外框架内部，安装位置为中间位置。
优选的，所述获能圆柱的安装根数在3-6根之间，且材料为PVC。
优选的，所述外框架有个发电空间，发电空间被分层隔板分为上下两层，分层隔板开有传动孔，驱动轴通过该传动孔，与柔性驱动轴连接；即柔性杆使驱动轴上下位移，同时驱动轴与传动孔之间形成密封防止海水进入；驱动轴一侧呈圆形一侧层齿轮形，齿轮形一侧连接两个圆齿轮，两个圆齿轮分别带动发电机组。
有益效果：该装置采用多组圆柱的方式增大了获能的效率，同时振动体采用横向和纵向的弹性支撑，即可实现双自由度振动，这样可以增强在纵向上的振幅，对获能的效率更高。同时该装置振动体与驱动轴连接部分采用柔性材料，减缓非竖直方向上的冲击，将各方向上的力只取竖直方向的有用功。该装置利用圆柱的涡激振动获能，能够在流速的海域实现能量的转换。
附图说明
图1是一种海流能发电装置的平面示意图；
图2是一种海流能发电装置的三维结构示意图；
图3是一种海流能发电装置的侧面第二支撑弹簧组安装示意图；
图4是一种海流能发电装置的振动部分的三维结构连接示意图；
图5是一种海流能发电装置的振动部分局部放大图；
图中：底板1、发电机组2、齿轮传动装置3、第一支撑弹簧组4、获能圆柱5、外框架6、驱动轴7、振动体8、分成隔板9、第二支撑弹簧组10。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图所示的一种海流能发电装置，主要由获能圆柱5、振动体8、第一支撑弹簧组4、外框架6、发电机组2、分层隔板9、驱动轴7、齿轮传动装置3、第二支撑弹簧组10组成，所述获能圆柱5为实心长圆柱或实心方圆柱或实心三角形圆柱，并且获能圆柱5与振动体8通过螺栓固定连接；所述振动体8为轻质塑料板；所述发电机组2为两台小型发电机，固定安装在底板，固定方式为螺栓固定；其中振动体8两侧安装有第二支撑弹簧组10，其中第二支撑弹簧组10为振动体8两侧各有三组弹簧支撑，其中弹簧方位为水平，弹簧一端与装置外框架6固连，另一端连接振动体8侧面上的凸起，每组有两根弹簧，左右固定；设置位置取侧面的合中位置，左右侧面设置方式一致；在振动体8上表面同样设置了第一弹簧支撑组4，设置方式与两侧的设置方式相同，左右两侧的弹簧主要为了控制前后的振动，上侧面的弹簧主要为了控制上下振动；其中驱动轴7一段连接柔性支撑另一端呈齿状，齿状一端与发电机组2齿轮啮合；其中分层隔板9中间开有圆孔，孔径大小与驱动轴7一致，同时圆孔分别向两端延伸超过10cm圆筒；其中海能发电装置安装在深海河床，或者河流流道底部，安装方式为四角螺栓固定；所述外框架6内侧开有与获能圆柱5对应的圆孔，孔径大小为获能圆柱5两倍；所述外框架6内部有限位体，限位体安装在外框架6内部，安装位置为中间位置；所述获能圆柱5的安装根数在3-6根之间，且材料为PVC；所述外框架6有个发电空间，发电空间被分层隔板9分为上下两层，分层隔板9开有传动孔，驱动轴7通过该传动孔，与柔性驱动轴连接；即柔性杆使驱动轴7上下位移，同时驱动轴7与传动孔之间形成密封防止海水进入；驱动轴7一侧呈圆形一侧层齿轮形，齿轮形一侧连接两个圆齿轮，两个圆齿轮分别带动发电机组2。
工作原理：结合图1-图5对本发明的工作原理进行进一步的说明；低速海流在经过获能圆柱5这种圆柱性断面结构物时，会在获能圆柱5两侧交替的产生脱离结构表面的旋涡，此时便会产生“卡门涡街”效应，这种交替发放的泻涡又会在获能圆柱5上生成顺流向及横流向周期性变化的脉动压力，这种脉动压力会使获能圆柱5产生周期性的振动，获能圆柱5的周期性振动带动振动体8产生周期性的多方向的振动，同时利用振动体8上的第一支撑弹簧组4控制振动体8在竖直方形的振动，利用竖直方形的振动，带动驱动轴7驱动齿轮传动装置2，齿轮传动装置3从而通过驱动发电机组2达到发电的效果，同时为使竖直方形的振动位移更大，通过设置第二弹簧支撑组10来控制振动体8的水平方形的振动位移，使该振动体8拥有双自由度的振动，使振动位移更大。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种海流能发电装置，其特征在于：由获能圆柱(5)、振动体(8)、第一支撑弹簧组(4)、外框架(6)、发电机组(2)、分层隔板(9)、驱动轴(7)、齿轮传动装置(3)、第二支撑弹簧组(10)组成，所述获能圆柱(5)为实心长圆柱或实心方圆柱或实心三角形圆柱，并且获能圆柱(5)与振动体(8)通过螺栓固定连接；所述振动体(8)为轻质塑料板；所述发电机组(2)为两台小型发电机，固定安装在底板，固定方式为螺栓固定。
2.根据权利要求1所述的一种海流能发电装置，其特征在于：所述振动体(8)两侧安装有第二支撑弹簧组(10)，所述第二支撑弹簧组(10)为振动体(8)两侧各有三组弹簧支撑，其中弹簧方位为水平，弹簧一端与装置外框架(6)固连，另一端连接振动体(8)侧面上的凸起，每组有两根弹簧，左右固定；设置位置取侧面的合中位置，左右侧面设置方式一致；在振动体(8)上表面同样设置了第一弹簧支撑组(4)，设置方式与两侧的设置方式相同，左右两侧的弹簧主要为了控制前后的振动，上侧面的弹簧主要为了控制上下振动。
3.根据权利要求1所述的一种海流能发电装置，其特征在于：所述驱动轴(7)一段连接柔性支撑另一端呈齿状，齿状一端与发电机组(2)齿轮啮合。
4.根据权利要求1所述的一种海流能发电装置，其特征在于：所述分层隔板(9)中间开有圆孔，孔径大小与驱动轴(7)一致，同时圆孔分别向两端延伸超过10cm圆筒。
5.根据权利要求1所述的一种海流能发电装置其特征在于：所述海能发电装置安装在深海河床，或者河流流道底部，安装方式为四角螺栓固定。
6.根据权利要求1所述的一种海流能发电装置，其特征在于：所述外框架(6)内侧开有与获能圆柱(5)对应的圆孔，孔径大小为获能圆柱(5) 两倍。
7.根据权利要求1所述的一种海流能发电装置，其特征在于：所述外框架(6)内部有限位体，限位体安装在外框架(6)内部，安装位置为中间位置。
8.根据权利要求1所述的一种海流能发电装置，其特征在于：所述获能圆柱(5)的安装根数在3-6根之间，且材料为PVC。
9.根据权利要求1所述的一种海流能发电装置，其特征在于：所述外框架(6)有个发电空间，发电空间被分层隔板(9)分为上下两层，分层隔板(9)开有传动孔，驱动轴(7)通过该传动孔，与柔性驱动轴连接；即柔性杆使驱动轴(7)上下位移，同时驱动轴(7)与传动孔之间形成密封防止海水进入；驱动轴(7)一侧呈圆形一侧层齿轮形，齿轮形一侧连接两个圆齿轮，两个圆齿轮分别带动发电机组(2)。
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