CN112855423B - 一种波浪能潮流能联合发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种波浪能潮流能联合发电装置，属于发电机技术领域。它解决了现有海洋发电装置成本高、效率低等技术问题。本波浪能潮流能联合发电装置包括若干个立柱，立柱的上端设有海洋平台，每个立柱上均设有至少一组潮流发电机构，潮流发电机构包括垂直轴水轮机和发电机，垂直轴水轮机套设在立柱上；海洋平台上侧面上靠近边沿固设有若干个安装座，每个安装座上均设有一个永磁发电机，永磁发电机的转子上连接有转轴，转轴上连接有弯折的传动连接杆，传动连接杆的一端弯折后伸向海洋平台的下方且该端设有浮体。本技术方案整体采用潮流能、波浪能二者结合的集成发电模式，适用范围更广，适用条件更加复杂，能够最大化提高海洋能发电效率。

Description

一种波浪能潮流能联合发电装置
技术领域
本发明属于发电装置技术领域，涉及一种波浪能潮流能联合发电装置。
背景技术
海洋中蕴藏着的大量可再生能源，主要包括潮流能、波浪能、海流能等，海洋能蕴藏丰富，分布广，清洁无污染，具有取之不尽用之不竭的优点。但由于海洋能能量密度低，地域性强，因而开发困难并有一定的局限。海洋能开发利用的方式主要是发电，如何将海水动能高效地转化为可直接利用的电能成为关键。潮汐发电和小型波浪发电技术已经实用化，波浪能发电利用的是海面波浪上下运动的动能和势能。
如申请号为CN105003389A的专利申请文献中公开了一种海上风电和海洋潮流能联合发电装置，主要包括海上风力发电子系统、潮流能发电子系统、支撑基础系统等，但由于受波浪切应力、波浪冲击力的影响，零件维修次数频繁，工作地域受到限制。
又如申请号为CN102797617A的专利申请文献中公开了一种海上风电与海洋波浪能联合发电装置，原理为将点浮式波浪能发电装置和海上发电风机发出的电经变压器调节后通过海底电缆接入陆上电网；但需对工程量要求较大，投资成本高。
上述专利文献中公开的发电装置成本高、能量转化效率低，自我保护能力低，难以适应复杂的海况环境，容易损坏。
发明内容
本发明针对现有的技术存在的上述问题，提供一种波浪能潮流能联合发电装置，本发明所要解决的技术问题是：如何提供已一种成本低、能量转化效率高且使用寿命长的波浪能潮流能联合发电装置。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种波浪能潮流能联合发电装置，包括若干个立柱，所述立柱的上端设有海洋平台，其特征在于，每个立柱上均设有至少一组潮流发电机构，所述潮流发电机构位于所述海洋平台的下方，所述潮流发电机构包括垂直轴水轮机和发电机，所述垂直轴水轮机套设在所述立柱上且所述垂直轴水轮机能够带动所述发电机的转子转动；所述海洋平台上侧面上靠近边沿固设有若干个安装座，每个所述安装座上均设有一个永磁发电机，所述永磁发电机的转子上连接有转轴，所述转轴上连接有弯折的传动连接杆，所述传动连接杆的一端弯折后伸向所述海洋平台的下方且该端设有浮体。
其工作原理如下：本技术方案是响应国家节能减排的倡导，将海水动能高效地转化为电能，解决海洋结构物和居民生活用电问题，减少不可再生能源和污染环境能源的消耗。具体来说，本联合发电装置在使用时，将立柱的下端固定在近海海底，海洋平台位于海平面上，一方面由于潮流每两天改变其大小和方向，我们利用涨落潮水的水流冲击垂直轴水轮机进行发电；另一方面利用海面上波浪的垂直波动，连接带动上方永磁发电机，将该波浪能转换为电能。本技术方案整体采用潮流能、波浪能二者结合的集成发电模式，制造成本低，适用范围更广，适用条件更加复杂，能够最大化提高海洋能发电效率。
本技术方案中利用垂直轴水轮机的工作原理来进行潮流发电，其对潮流方向的适应能力较强，结构采用了特殊空气动力学原理、三角形向量法的连接方式以及直驱式结构的原理，使得垂直轴水轮机的受力主要集中于轮毂上，因此抗波浪能力较强；此种设计的特性还体现在对周围环境的影响上，运转时无噪音以及电磁干扰小等特点，使得新型垂直轴水轮机优越性非常明显。另外，本发明中基于潮流能、波浪能联合发电的思想，将垂直轴水轮机放在轴的一端，使永磁发电机处于水面之上，大大降低水下密封成本；另一方面波浪能发电装置可以同时利用与塔架结构相对垂向和相对水平两向运动驱动液压传动系统进行发电，有效提高了波浪能的利用效率并降低了单位波浪能发电成本。
在上述的波浪能潮流能联合发电装置中，所述传动连接杆呈长条杆状，所述传动连接杆的中部呈60°～150°的弯折角度，所述转轴转动连接在所述安装座上且所述转轴的中轴线呈水平方向设置，所述传动连接杆的一端固连在所述转轴上；所述浮体设置在所述传动连接杆的另一端。
在上述的波浪能潮流能联合发电装置中，所述传动连接杆的端部与所述浮体的连接处具有万向轴。通过万向轴可及时进行空间内浮体各个方向的变换来适应波向，海平面上波浪垂直波动带动浮体在竖直平面内振动，再通过传动连接杆连接永磁发电机发电，即将波浪动能转化为电能以持续提供海洋发电，设置该结构可以有效降低浮体对海洋平台结构的载荷，降低建造成本；同时能够根据波浪起伏高度及方向自适应调节姿态，最大化提高波浪能捕能效率。
在上述的波浪能潮流能联合发电装置中，另一种方案，所述传动连接杆的端部通过能够收放的绳索与所述浮体相连接，所述浮体为空心结构，所述浮体内设有能够抽进及排出海水的抽水泵一。传动连接杆的端部采用电动绞轮安装绳索，这样当海平面波浪不适合进行波浪能发电时，通过抽水泵一向浮体内抽进海水，同时电动绞轮松开绳索，浮体可以没入海水中，起到保护作用，防止损坏，延长其使用寿命。
在上述的波浪能潮流能联合发电装置中，所述立柱的数量为四个且呈矩形阵列分布，每个所述立柱的下端均固设有底盘座；所述海洋平台呈矩形板状，所述海洋平台的四角分别安装在四个所述立柱的上端。
在上述的波浪能潮流能联合发电装置中，所述立柱为圆柱，所述垂直轴水轮机包括转动套设在所述立柱上的轴套，所述轴套上具有三组沿其径向向外延伸的连杆，三组所述连杆沿所述轴套周向均匀间隔分布，每个所述连杆的外端均固设有叶片。
在上述的波浪能潮流能联合发电装置中，所述海洋平台的中部还固设有浮块，所述浮块为空心结构，所述浮块内设置能够向浮块内部抽进以及抽出海水的抽水泵二，所述海洋平台的四角滑动套设在所述立柱上，所述立柱上端还固设有限位块。这样使得本海洋平台具有自升降功能，可根据潮汐波高自动调节海洋平台高度，可适应一定范围内作业海域深度。
在上述的波浪能潮流能联合发电装置中，所述安装座和永磁发电机的数量均为八个且均分在所述海洋平台的四个转角处。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本技术方案整体采用潮流能、波浪能二者结合的集成发电模式，适用范围更广，适用条件更加复杂，能够最大化提高海洋能发电效率。
2、本技术方案中的海洋平台具有自升降功能，可根据潮汐波高自动调节海洋平台高度，可适应一定范围内作业海域深度。
3、本技术方案中的浮体可以自适应升降，浮体可以在不利于波浪能发电的海况下没入海水中，起到保护作用，防止损坏，延长其使用寿命。
附图说明
图1是本联合发电装置的立体结构示意图。
图2是本联合发电装置的俯视结构示意图。
图3是实施例一中本联合发电装置的局部结构示意图。
图4是实施例二中本联合发电装置的局部结构示意图。
图中，1、立柱；2、海洋平台；3、潮流发电机构；31、垂直轴水轮机；31a、轴套；31b、连杆；31c、叶片；4、安装座；5、永磁发电机；6、转轴；7、传动连接杆；8、浮体；9、万向轴；10、绳索；11、底盘座；12、浮块；13、限位块。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
如图1、图2和图3所示，本波浪能潮流能联合发电装置包括若干个立柱1，立柱1的上端设有海洋平台2，每个立柱1上均设有至少一组潮流发电机构3，潮流发电机构3位于海洋平台2的下方，潮流发电机构3包括垂直轴水轮机31和发电机，垂直轴水轮机31套设在立柱1上且垂直轴水轮机31能够带动发电机的转子转动；海洋平台2上侧面上靠近边沿固设有若干个安装座4，每个安装座4上均设有一个永磁发电机5，永磁发电机5的转子上连接有转轴6，转轴6上连接有弯折的传动连接杆7，传动连接杆7的一端弯折后伸向海洋平台2的下方且该端设有浮体8。本联合发电装置在使用时，将立柱1的下端固定在近海海底，海洋平台2位于海平面上，一方面由于潮流每两天改变其大小和方向，我们利用涨落潮水的水流冲击垂直轴水轮机31进行发电；另一方面利用海面上波浪的垂直波动，连接带动上方永磁发电机5，将该波浪能转换为电能。本技术方案整体采用潮流能、波浪能二者结合的集成发电模式，适用范围更广，适用条件更加复杂，能够最大化提高海洋能发电效率。
本实施例中利用垂直轴水轮机31的工作原理来进行潮流发电，其对潮流方向的适应能力较强，结构采用了特殊空气动力学原理、三角形向量法的连接方式以及直驱式结构的原理，使得垂直轴水轮机31的受力主要集中于轮毂上，因此抗波浪能力较强；此种设计的特性还体现在对周围环境的影响上，运转时无噪音以及电磁干扰小等特点，使得新型垂直轴水轮机31优越性非常明显。另外，本实施例中基于潮流能、波浪能联合发电的思想，将垂直轴水轮机31放在轴的一端，使永磁发电机5处于水面之上，大大降低水下密封成本；另一方面波浪能发电装置可以同时利用与塔架结构相对垂向和相对水平两向运动驱动液压传动系统进行发电，有效提高了波浪能的利用效率并降低了单位波浪能发电成本。
进一步的，如图1和图3所示，传动连接杆7呈长条杆状，传动连接杆7的中部呈60°～150°的弯折角度，优选为120°，转轴6转动连接在安装座4上且转轴6的中轴线呈水平方向设置，传动连接杆7的一端固连在转轴6上；浮体8设置在传动连接杆7的另一端；传动连接杆7的端部与浮体8的连接处具有万向轴9；通过万向轴9可及时进行空间内浮体8各个方向的变换来适应波向，海平面上波浪垂直波动带动浮体8在竖直平面内振动，再通过传动连接杆7连接永磁发电机5发电，即将波浪动能转化为电能以持续提供海洋发电，设置该结构可以有效降低浮体8对海洋平台2结构的载荷，降低建造成本；同时能够根据波浪起伏高度及方向自适应调节姿态，最大化提高波浪能捕能效率。
进一步的，立柱1的数量为四个且呈矩形阵列分布，每个立柱1的下端均固设有底盘座11；海洋平台2呈矩形板状，海洋平台2的四角分别安装在四个立柱1的上端；立柱1为圆柱，垂直轴水轮机31包括转动套设在立柱1上的轴套31a，轴套31a上具有三组沿其径向向外延伸的连杆31b，三组连杆31b沿轴套31a周向均匀间隔分布，每个连杆31b的外端均固设有叶片31c。
如图1所示，海洋平台2的中部还固设有浮块12，浮块12为空心结构，浮块12内设置能够向浮块12内部抽进以及抽出海水的抽水泵二，海洋平台2的四角滑动套设在立柱1上，立柱1上端还固设有限位块13。这样使得本海洋平台2具有自升降功能，可根据潮汐波高自动调节海洋平台2高度，可适应一定范围内作业海域深度。
本实施例中安装座4和永磁发电机5的数量均为八个且均分在海洋平台2的四个转角处。
实施例二
如图4所示，本实施例与实施例一大致相同，不同之处在于，本实施例中传动连接杆7的端部通过能够收放的绳索10与浮体8相连接，浮体8为空心结构，浮体8内设有能够抽进及排出海水的抽水泵一。传动连接杆7的端部采用电动绞轮安装绳索10，这样当海平面波浪不适合进行波浪能发电时，通过抽水泵一向浮体8内抽进海水，同时电动绞轮松开绳索10，浮体8可以没入海水中，起到保护作用，防止损坏，延长其使用寿命。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多的使用了1、立柱；2、海洋平台；3、潮流发电机构；31、垂直轴水轮机；31a、轴套；31b、连杆；31c、叶片；4、安装座；5、永磁发电机；6、转轴；7、传动连接杆；8、浮体；9、万向轴；10、绳索；11、底盘座；12、浮块；13、限位块等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明的精神相违背的。

Claims (5)

1.一种波浪能潮流能联合发电装置，包括若干个立柱（1），所述立柱（1）的上端设有海洋平台（2），其特征在于，每个立柱（1）上均设有至少一组潮流发电机构（3），所述潮流发电机构（3）位于所述海洋平台（2）的下方，所述潮流发电机构（3）包括垂直轴水轮机（31）和发电机，所述垂直轴水轮机（31）套设在所述立柱（1）上且所述垂直轴水轮机（31）能够带动所述发电机的转子转动；所述海洋平台（2）上侧面上靠近边沿固设有若干个安装座（4），每个所述安装座（4）上均设有一个永磁发电机（5），所述永磁发电机（5）的转子上连接有转轴（6），所述转轴（6）上连接有弯折的传动连接杆（7），所述传动连接杆（7）的一端弯折后伸向所述海洋平台（2）的下方且该端设有浮体（8）；
所述传动连接杆（7）呈长条杆状，所述传动连接杆（7）的中部呈60°～150°的弯折角度，所述转轴（6）转动连接在所述安装座（4）上且所述转轴（6）的中轴线呈水平方向设置，所述传动连接杆（7）的一端固连在所述转轴（6）上；所述浮体（8）设置在所述传动连接杆（7）的另一端；
所述传动连接杆（7）的端部通过能够收放的绳索（10）与所述浮体（8）相连接，所述浮体（8）为空心结构，所述浮体（8）内设有能够抽进及排出海水的抽水泵一；
所述海洋平台（2）的中部还固设有浮块（12），所述浮块（12）为空心结构，所述浮块（12）内设置能够向浮块（12）内部抽进以及抽出海水的抽水泵二，所述海洋平台（2）的四角滑动套设在所述立柱（1）上，所述立柱（1）上端还固设有限位块（13）。
2.根据权利要求1所述的波浪能潮流能联合发电装置，其特征在于，所述传动连接杆（7）的端部与所述浮体（8）的连接处具有万向轴（9）。
3.根据权利要求2所述的波浪能潮流能联合发电装置，其特征在于，所述立柱（1）的数量为四个且呈矩形阵列分布，每个所述立柱（1）的下端均固设有底盘座（11）；所述海洋平台（2）呈矩形板状，所述海洋平台（2）的四角分别安装在四个所述立柱（1）的上端。
4.根据权利要求3所述的波浪能潮流能联合发电装置，其特征在于，所述立柱（1）为圆柱，所述垂直轴水轮机（31）包括转动套设在所述立柱（1）上的轴套（31a），所述轴套（31a）上具有三组沿其径向向外延伸的连杆（31b），三组所述连杆（31b）沿所述轴套（31a）周向均匀间隔分布，每个所述连杆（31b）的外端均固设有叶片（31c）。
5.根据权利要求4所述的波浪能潮流能联合发电装置，其特征在于，所述安装座（4）和永磁发电机（5）的数量均为八个且均分在所述海洋平台（2）的四个转角处。
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