CN112727675A - 一种海上风浪一体化发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海上风浪一体化发电装置，包括风力发电机组、海浪浮动发电机组、支撑架、升降浮台和系泊装置，支撑架与风力发电机组、海浪浮动发电机组、升降浮台、系泊装置均相连，升降浮台与风力发电机组相连，系泊装置用于将支撑架与海底固连，海浪浮动发电机组包括发电机组件箱、浮板连接杆和海浪浮板，浮板连接杆分别与发电机组件箱、海浪浮板相连。风力发电机组包括风力支撑杆、风力连接杆和风力发电单元，风力支撑杆的一端间隔设置风力连接杆，风力连接杆的一端与风力发电单元相连。本发明风力发电机组将风能转化为电能，海浪发电机将海浪能转化为电能，对称布置，具有较高的稳性和浮性，结构设计合理，具有较高的能量转换效率。

Description

一种海上风浪一体化发电装置
技术领域
本发明属于发电装置，具体为一种海上风浪一体化发电装置。
背景技术
海洋占据地球表面的百分之七十左右，蕴含有丰富的资源和各种能源。除了海洋底下的各种资源能源以外，海平面的风能和海浪能也是丰富而易于获取的能源。而地球表面陆地资源在不久的将来面临枯竭，海上的各种资源将会受到人们的高度重视从而进行开采。现阶段的海上资源采集设备，特别是对风能和海浪能的拾取和应用，不够完善和先进。风能是气流运动而产生的能量，海浪能是海流运动而产生的能二者在海洋中极为常见，资源丰富。
申请号为201110264961X的中国专利公开了一种风叶可升降的立式风力发电机，自然风吹动二片风叶，风叶带动风叶架旋转，旋转的风叶架带动与其固定连接的转子轴旋转，随着转子轴的旋转，带动发电机转子旋转，发电机转子与发电机定子作相对运动，进入正常发电状态。但是，仅仅利用风能发电，转换效率不高。
申请号为2017207486096的中国专利公开了一种风叶可缩式海洋发电机，风叶可收缩式的海洋发电机可以打包配置在各个海洋开发的功能性船舶以及海洋平台上，当船舶或者平台到达作业区域后，可以吊装组合成小型发电站，为船舶或者平台的生产和生活提供电力支撑。但是，主要还是将风能转化为电能，利用率有待进一步提高。
总的来说，目前的发电装置和发电设备比较单一，能源转化率和利用率有待进一步提高，具有很大的提升空间。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种同事将风能和海水能转化为电能、大大提高风浪能转化效率的海上风浪一体化发电装置。
技术方案：本发明所述的一种海上风浪一体化发电装置，包括风力发电机组、海浪浮动发电机组、支撑架、升降浮台和系泊装置，支撑架与风力发电机组、海浪浮动发电机组、升降浮台、系泊装置均相连，升降浮台与风力发电机组相连，系泊装置用于将支撑架与海底固连，海浪浮动发电机组包括发电机组件箱、浮板连接杆和海浪浮板，浮板连接杆分别与发电机组件箱、海浪浮板相连，两两连接件之间都可以相互以任意角度旋转。海浪浮动发电机组是通过海浪浮板，从而使浮板连接杆上下运动，带动发电机组件箱内的发电机进行工作，从而转化为电能。
进一步地，风力发电机组包括风力支撑杆、风力连接杆和风力发电单元，风力支撑杆的一端间隔设置风力连接杆，风力连接杆远离风力支撑杆的一端与风力发电单元相连。风力发电单元与风力支撑杆的数量之比为7～13:1。
进一步地，风力发电单元包括风叶、第一旋转圆环、第二旋转圆环、圆环滑杆、轮毂、圆环基座和风力发电机，圆环基座分别与风力连接杆、第二旋转圆环相连，第二旋转圆环与第一旋转圆环转动连接，第一旋转圆环与圆环滑杆相连，圆环滑杆上设置轮毂、风力发电机，风叶与风力发电机的动子相连，圆环滑杆与风力发电机的定子相连。风叶迎风旋转，第一旋转圆环、第二旋转圆环根据不同的风向进行方向调整，360°全方位旋转。风叶迎风旋转的同时，带动安装于风力发电机中的动子旋转，动子与风力发电机的定子发生相对转动，从而形成切割磁感线运动，进行发电，实现风能与电能的能量转化。
进一步地，风叶包括依次相连的尾部风叶、中部风叶和头部风叶，尾部风叶与轮毂的夹角为50～60°。中部风叶为螺旋曲面，有利于吸收外来风力。风叶的数量为6～8个，相邻夹角为45～60°。风力发电单元的风叶、第一旋转圆环、第二旋转圆环均用高强度的特殊金属钢材加工制造。
进一步地，风力发电机组、海浪浮动发电机组在支撑架上依次均匀间隔设置，实现全方位的发电。
进一步地，四边形的升降浮台包括上平板、下平板、升降装置、压载水箱、肋条和浮钢架，上平板、下平板之间通过浮钢架相连，上平板、下平板上均设置肋条，下平板通过升降装置与压载水箱相连。升降浮台可根据环境要求和所在位置的海水深度进行调节。
进一步地，升降浮台为双壳层板，由钢材制成，内部填充泡沫材料，有利于提高整个发电平台的浮性。
工作原理：风叶迎风旋转，第一旋转圆环、第二旋转圆环根据不同的风向进行方向调整，360°全方位旋转。风叶迎风旋转的同时，带动安装于风力发电机中的动子旋转，动子与发电机的定子发生相对转动，从而形成切割磁感线运动，进行发电，实现风能与电能的能量转化。
海水波浪浮动带动海浪浮板的上下浮动、左右摇摆，使得浮板连接杆也相应的做机械运动，浮板连接杆与发电机组件箱用轴承连接，内部装有相互啮合的齿轮。其中一个齿轮与轴承相连，另一个齿轮与发电机组件箱中发电机动子相连，轴承的上下移动带动齿轮转动，从而将机械能传递到发电机动子使其转动，与发电机组件箱中的定子做切割磁感线的相对运动，通过连接件使得内部的发电机工作，从而使海浪能转化为电能。
有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：
1、风力发电机组将风能转化为电能，海浪发电机将海浪能转化为电能，对称布置，具有较高的稳性和浮性，结构设计合理，具有较高的能量转换效率；
2、升降浮台可以根据深远海进行调节；
3、风力发电机组所用的单个风力发电机体积较小，便于在到达使用寿命时或者出现故障进行更换，检修后可继续使用，二次利用，节约材料，降低成本；
4、各发电机组成对称布置，各个方向聚集能量，高效利用风能和海浪能；
5、该风浪发电平台利用大自然的清洁能源进行能量转换，节能环保。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的主视图；
图3是本发明风力发电机组1的结构示意图；
图4是本发明风力发电单元13的结构示意图；
图5是本发明风叶131的结构示意图；
图6是本发明海浪浮动发电机组2的结构示意图；
图7是本发明升降浮台4的结构示意图。
具体实施方式
以说明书附图所示的方向为上、下、左、右。
实施例1
如图1～2，海上风浪一体化发电装置包括中空六边形的支撑架3，在支撑架3的六个角上、下分别固连六组系泊装置5和六组风力发电机组1。在实际应用过程中，可根据所需环境进行风力发电机组1的数量增加或减少，各风力发电机组1之间的工作互不干扰，互不干扰，单独工作支撑架3通过支撑连接杆与升降浮台4固连。在支撑架3中间增设一台风力发电机组1，底部装有升降浮台4，用以汇聚各个方向转换的电能并以此输出。在支撑架3的六个边顶面中部有六个均布的海浪浮动发电机组2，将海浪能转化为电能。用于将支撑架3与海底固连的系泊装置5对称布置，提高了整个平台的稳性，在海床底部安装相应的系泊装置5进行系泊。
如图3，每台风力发电机组1包括一个风力支撑杆11、七个风力连接杆12和七个风力发电单元13。风力支撑杆12的一端与支撑架3的外边框固连，另一端与七个风力连接杆12固连，其中一个风力连接杆12与风力支撑杆11平行，另外六个风力连接杆 12沿风力支撑杆11的周向间隔60°设置。风力支撑杆11周向的风力连接杆12可以设置为2层或者更多。每个风力连接杆12远离风力支撑杆11的一端与风力发电单元13 固连。风力发电机组1实现360°全方位布置，可以吸收任何方向吹来的海风。七个风力发电风机组1转动时，会带动风力支撑杆11顶部的风力发电机137转动，更高效率的利用风能。
如图4，每个风力发电单元13包括八个风叶131、第一旋转圆环132、第二旋转圆环133、圆环滑杆134、轮毂135、圆环基座136和置于风叶131中部的风力发电机137。圆环基座136与风力连接杆12固连，且与第二旋转圆环133铰接，第二旋转圆环133 与第一旋转圆环132铰接。第一旋转圆环132上均匀间隔有若干孔，用于固定圆环滑杆 134。圆环滑杆134上设置轮毂135、风力发电机137，风叶131与风力发电机137的动子相连，圆环滑杆134与风力发电机137的定子相连。不同的风向使得风叶131迎风旋转，第一旋转圆环132、第二旋转圆环133朝着不同的方向进行360°全方位旋转，从而带动安装于风力发电机137中的动子旋转，动子与风力发电机137的定子发生相对转动，从而形成切割磁感线运动，进行发电，实现风能与电能的能量转化。
如图5，八个风叶131沿轮毂135呈圆环形排列，相邻风叶131之间的夹角为45°。各个风叶131都采用弧形结构，使它尽可能多的吸收风能，具有良好的聚集风力的性能。风叶131包括依次固连的尾部风叶1311、中部风叶1312和头部风叶1313，尾部风叶1311 与轮毂135的夹角为50～60°。风力发电单元13的风叶131、第一旋转圆环132、第二旋转圆环133均用高强度的特殊金属钢材加工制造，高强度的特殊金属刚钢材为环氧树脂、不饱和树脂等塑料渗入长度不同的玻璃纤维或碳纤维而做成的增强塑料玻璃钢材料。
如图6，每个海浪浮动发电机组2包括发电机组件箱21、浮板连接杆22和海浪浮板23。浮板连接杆22与发电机组件箱21、海浪浮板23均铰接，两两连接件之间都可以相互以任意角度旋转。海浪浮动发电机组2是通过海浪浮板23，从而使浮板连接杆 22上下运动，轴承连接部分带动发电机组件箱21内的发电机进行工作，从而转化为电能。海浪浮板23为圆形。随着海浪方向的不同和海浪力量的大小，海浪浮板23会任意方向转动和浮动。
如图7，升降浮台4包括上平板41、下平板42、升降装置43、压载水箱44、肋条 45和浮钢架46。上平板41、下平板42之间固连浮钢架46，上平板41、下平板42上均设置45肋条，增强其结构强度。下平板42通过升降装置43与压载水箱44相连。升降浮台4可根据环境要求和所在位置的海水深度进行调节。压载水箱44与上平板41、下平板42之间采用滑动连接方式。升降浮台4为双壳层板，由钢材制成，内部填充泡沫材料。
实施例2
本实施例的其余结构均与实施例1相同，区别仅仅在于：支撑架3为中空正八边形，八组风力发电机组1、八组系泊装置5分别在固连在支撑架3的角上，互不干扰，单独工作。八组海浪浮动发电机组2固连在支撑架3的边中点。支撑架3的中心(升降浮台 4的中心)处有一组风力发电机组1。风叶131的数量为6个，相邻夹角为60°。尾部风叶1311与轮毂135的夹角为50°。

Claims (10)

1.一种海上风浪一体化发电装置，其特征在于：包括风力发电机组(1)、海浪浮动发电机组(2)、支撑架(3)、升降浮台(4)和系泊装置(5)，所述支撑架(3)与风力发电机组(1)、海浪浮动发电机组(2)、升降浮台(4)、系泊装置(5)均相连，所述升降浮台(4)与风力发电机组(1)相连，所述系泊装置(5)用于将支撑架(3)与海底固连，所述海浪浮动发电机(2)组包括发电机组件箱(21)、浮板连接杆(22)和海浪浮板(23)，所述浮板连接杆(22)分别与发电机组件箱(21)、海浪浮板(23)相连。
2.根据权利要求1所述的一种海上风浪一体化发电装置，其特征在于：所述风力发电机组(1)包括风力支撑杆(11)、风力连接杆(12)和风力发电单元(13)，所述风力支撑杆(11)的一端间隔设置风力连接杆(12)，所述风力连接杆(12)远离风力支撑杆(11)的一端与风力发电单元(13)相连。
3.根据权利要求2所述的一种海上风浪一体化发电装置，其特征在于：所述风力发电单元(13)与风力支撑杆(11)的数量之比为7～13:1。
4.根据权利要求2所述的一种海上风浪一体化发电装置，其特征在于：所述风力发电单元(13)包括风叶(131)、第一旋转圆环(132)、第二旋转圆环(133)、圆环滑杆(134)、轮毂(135)、圆环基座(136)和风力发电机(137)，所述圆环基座(136)分别与风力连接杆(12)、第二旋转圆环(133)相连，所述第二旋转圆环(133)与第一旋转圆环(132)转动连接，所述第一旋转圆环(132)与圆环滑杆(134)相连，所述圆环滑杆(134)上设置轮毂(135)、风力发电机(137)，所述风叶(131)与风力发电机(137)的动子相连，所述圆环滑杆(134)与风力发电机(137)的定子相连。
5.根据权利要求4所述的一种海上风浪一体化发电装置，其特征在于：所述风叶(131)包括依次相连的尾部风叶(1311)、中部风叶(1312)和头部风叶(1313)，所述尾部风叶(1311)与轮毂(135)的夹角为50～60°。
6.根据权利要求5所述的一种海上风浪一体化发电装置，其特征在于：所述中部风叶(1312)为螺旋曲面。
7.根据权利要求4所述的一种海上风浪一体化发电装置，其特征在于：所述风叶(131)的数量为6～8个，相邻夹角为45～60°。
8.根据权利要求1所述的一种海上风浪一体化发电装置，其特征在于：所述风力发电机组(1)、海浪浮动发电机组(2)在支撑架(3)上依次均匀间隔设置。
9.根据权利要求1所述的一种海上风浪一体化发电装置，其特征在于：所述升降浮台(4)包括上平板(41)、下平板(42)、升降装置(43)、压载水箱(44)、肋条(45)和浮钢架(46)，所述上平板(41)、下平板(42)之间通过浮钢架(46)相连，所述上平板(41)、下平板(42)上均设置肋条(45)，所述下平板(42)通过升降装置(43)与压载水箱(44)相连。
10.根据权利要求1所述的一种海上风浪一体化发电装置，其特征在于：所述升降浮台(4)由钢材制成，内部填充泡沫材料。
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