CN112855450A - 一种近海单桩风能波浪能集成发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种近海单桩风能波浪能集成发电装置，属于发转机技术领域。它解决了现有海洋发电装置仅能利用单一能源发电等技术问题。本近海单桩风能波浪能集成发电装置包括基座，基座上固设单桩支柱，单桩支柱的上端转动连接有转轴，转轴的上端套设有风能发电机构，风能发电机构包括若干个风叶，转轴上设有能够带动所有风叶的外侧边朝向转轴外表面方向摆动的驱动结构，风能发电机构还包括发电机；单桩支柱上套设有波浪能发电机构且波浪能发电机构能够在转轴上升降移动，波浪能发电机构的内部设置有水泵；转轴上位于波浪能发电机构的下侧位置设有系泊机构。本发明能够利用海面上的多种能源发电，发电效率高，并且安全性也比较好。

Description

一种近海单桩风能波浪能集成发电装置

技术领域

本发明属于发电装置技术领域，涉及一种风能波浪能集成发电装置，特别是一种近海单桩风能波浪能集成发电装置。

背景技术

目前，全球陷入能源危机，而解决这一问题的关键途径就是利用可再生能源，而海上波浪能与风能都是非常具有发展前途和开发价值的可再生能源，所以海上能源发电技术就成为关键，但是现有的技术与设备对于这些能源的开发存在诸多困难，比如设备成本高，回报周期长，稳定性差，能量转化效率低，最重要的是在海上作业难度大，风险高，一座近海型的发电设备往往需要消耗巨大的人力财力，而且还不一定能满足近海岛屿的用电需求，所以一种创新式的便捷的海洋发电装置就显得尤为关键和重要。

中国专利(公告号：CN1034233091A；公告日：2013-12-04)公开了一种海上风能发电机构，该发电机构包括缆绳、挂钩、浮载体、下支柱、上立柱、风叶、转轴、发转机舱、内部加强板、外部加强板和连接螺栓，浮载体为船体结构，浮载体四周设有挂钩，缆绳拴在挂钩上，浮载体通过缆绳固定在海底并浮在工作海域，浮载体上面浇注有下支柱，下支柱上面通过连接螺栓装有上立柱，发转机舱装在上立柱顶部，转轴和发转机舱内的发转机相连，转轴上装有风叶，风叶通过转轴将动能传递给发转机。

上述专利文献公开的海上风能发电机构仅能利用海面上的风能进行发电，对于海面上的波浪能、太阳能等丰富的能源却不能利用，因此发电量较小、发电效率较低。

发明内容

本发明针对现有的技术存在的上述问题，提供一种近海单桩风能波浪能集成发电装置，本发明所要解决的技术问题是：如何使海面上的发电装置能够利用多种能源发电。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种近海单桩风能波浪能集成发电装置，包括固设在近海海底的基座，所述基座上固设有竖向的单桩支柱，所述单桩支柱的上端转动连接有竖向的转轴，其特征在于，所述转轴的上端套设有风能发电机构，所述风能发电机构包括若干个绕所述转轴周向均匀间隔分布的风叶，所述风叶呈圆弧形镂空式结构，所述风叶均竖向设置，所述转轴上设有能够带动所有所述风叶的外侧边朝向所述转轴外表面方向摆动的驱动结构，所述风能发电机构还包括与所述转轴相连接的发电机；所述单桩支柱上套设有波浪能发电机构且所述波浪能发电机构能够在所述转轴上升降移动，所述波浪能发电机构的内部设置有用于控制波浪能发电机构上下移动的水泵；所述转轴上位于所述波浪能发电机构的下侧位置设有系泊机构。

其工作原理如下：在使用本近海单桩风能波浪能集成发电装置时，将其放置在近海的海面上，其上的基座设置在海床上；其上的系泊机构固定本集成发电装置；其上的风能发电机构位于水面以上，风叶接收风能，发电机将风能转化为电能；其上的波浪能发电机构位于水面以下，将波浪的势能转化为电能。初始状态下，风能发电机构上的四个风叶呈十字排列。当海面上风速发生变化时，操作者控制驱动结构工作，驱动结构带动风叶旋转合适角度，便于风叶更有效的接收风能。当本集成发电装置遇到极端天气情况时，操作者控制驱动结构带动风叶旋转90°，风叶收缩在一起，能够防止风叶受损；波浪能发电机构内部的水泵也开始抽水，波浪能发电机构所受到的重力增大，因而波浪能发电机构开始下潜，也能够避免受损。当极端天气过去后，波浪能发电机构内部的水泵开始放水，波浪能发电机构所受到的重力减小，因而开始浮起；操作者控制驱动结构带动风叶再次旋转，直至旋转合适角度，便于风叶再次接收风能。本近海单桩风能波浪能集成发电装置实现了同时利用海面上的风能和波浪能来发电，发电效率较高，发电量大。本集成发电装置中的风能发电机构能够通过调整风叶的旋转角度来提高发电效率或者保护风叶免受极端天气损害。在极端天气情况下，本集成发电装置中的波浪能发电机构能够由其内部设置的水泵带动下潜，避免受损。

在上述的近海单桩风能波浪能集成发电装置中，所述风叶呈竖向的长条状且其纵切面为矩形，所述风叶的外侧面为弧形凸面，内侧面为弧形凹槽，所述风叶的上下两端均具有端盖。

在上述的近海单桩风能波浪能集成发电装置中，所述风叶的数量为四个，所述转轴上上下平行间隔固设有两个十字轴套，所述十字轴套的外端与所述风叶的端盖活动连接；所述驱动结构包括驱动电机和若干个传动连杆，所述传动连杆与所述风叶的数量相同且两者一一对应设置，所述传动连杆的一端与对应的所述风叶的端盖活动连接，另一端与所述驱动电机相连接且能够在所述驱动电机的带动下摆动。十字轴套将驱动风叶和转轴连接起来，因而风叶能够带动转轴旋转，转轴带动发电机发电。操作者控制驱动结构工作时，驱动电机通过传动连杆带动风叶旋转，从而改变风叶的朝向。

在上述的近海单桩风能波浪能集成发电装置中，所述转轴上套设有十字连接板，所述驱动电机位于所述十字连接板的上侧且能够带动所述十字连接板在所述转轴上转动，所述传动连杆有四个，所述十字连接板的四端分别与四个所述传动连杆的一端活动连接，四个所述传动连杆的另一端与对应的所述风叶活动连接。驱动电机带动十字连接板在转轴上转动，十字连接板带动传动连杆转动。

在上述的近海单桩风能波浪能集成发电装置中，所述单桩支柱的上端固设有圆形平台，所述转轴的下端通过连接套转动连接在所述圆形平台上。

在上述的近海单桩风能波浪能集成发电装置中，所述系泊机构包括绳舱和三个绳索，所述绳舱套设在所述转轴上，所述绳舱上沿其周向均匀间隔设置有三个出绳孔，三个绳索与三个出绳孔一一对应设置，所述绳索的一端缠绕在所述绳舱内，所述绳索的另一端穿过所述出绳孔伸入近海海底。绳索用来固定本集成发电壮汉子。

在上述的近海单桩风能波浪能集成发电装置中，所述基座的上侧固连有环形桩靴，所述单桩支柱的下端插设在所述环形桩靴上，所述转轴的顶端固连有警示器。警示器用来提醒操作者本集成发电结构的位置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本集成发电装置能够同时利用海面上的风能和波浪能来发电，发电效率高，发电量大。

2、本集成发电装置中风能发电机构上风叶的朝向能够随着风速的变化而变化，从而使风能发电机构保持最高发电效率。

3、本集成发电装置在遇到极端天气时，其上风能发电机构中的风叶能够旋转90°并收缩在一起，能够保护风叶免受损害；其上的波浪能发电机构能够通过内部设置的水泵带动下潜，防止遭受损害。

附图说明

图1是本集成发电装置正常工作时的立体结构示意图。

图2是本集成发电装置正常工作时的主视图。

图3是本集成发电装置正常工作时的俯视图。

图4是本集成发电装置触发自我保护状态时的立体结构示意图。

图5是本集成发电装置触发自我保护状态时的主视图。

图6是本集成发电装置触发自我保护状态时的俯视图。

图7是本集成发电装置逐渐开始解除或者开启自我保护状态时的立体结构示意图。

图8是本集成发电装置逐渐开始解除或者开启自我保护状态时的主视图。

图9是本集成发电装置逐渐开始解除或者开启自我保护状态时的俯视图。

图中，1、基座；2、单桩支柱；3、转轴；4、风能发电机构；41、风叶；411、端盖；42、驱动结构；421、驱动电机；422、传动连杆；43、十字轴套；5、波浪能发电机构；6、系泊机构；61、绳舱；611、出绳孔；62、绳索；7、十字连接板；8、圆形平台；9、连接套；10、环形桩靴；11、警示器。

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。

如图1至图9所示，本近海单桩风能波浪能集成发电装置包括固设在近海海底的基座1，基座1的上固设有环形桩靴10，环形桩靴10上插设有竖向的单桩支柱2，单桩支柱2的上端固设有圆形平台8，圆形平台8上转动连接有竖向的转轴3，转轴3的顶端固连警示器11。转轴3的上端套设有风能发电机构4，风能发电机构4包括若干个绕转轴3周向均匀间隔分布的风叶41，风叶41呈圆弧形镂空式结构，风叶41均竖向设置，转轴3上设有能够带动所有风叶41的外侧边朝向转轴3外表面方向摆动的驱动结构42，风能发电机构4还包括与转轴3相连接的发电机；单桩支柱2上套设有波浪能发电机构5且波浪能发电机构5能够在转轴3上升降移动，波浪能发电机构5的内部设置有用于控制波浪能发电机构5上下移动的水泵；转轴3上位于波浪能发电机构5的下侧位置设有系泊机构6。

将本集成发电装置放置在近海海面上，基座1设置在河床上；系泊机构6将本集成发电装置固定起来，风能发电机构4位于水面以上，波浪能发电机构5位于水面以下，转轴3顶端的警示器11提醒使用者本集成发电装置的位置。初始状态下，四个风叶41呈十字状排列，风叶41在海风的作用下旋转，风叶41带动转轴3旋转，转轴3与发电机的转子相连，发电机开始发电；波浪能发电机构5在波浪的作用下，将波浪的势能转化为电能。当海面上的风速发生变化时，操作者控制驱动结构42工作，驱动结构42带动风叶41旋转合适角度。当本集成发电装置遭遇极端天气时，操作者控制驱动结构42带动风叶41旋转90°并收缩在一起；波浪能发电机构5中的水泵开始抽水，水泵带动波浪能发电机构5下潜。当极端天气过后，波浪能发电机构5中的水泵开始排水，波浪能发电机构5上浮；操作者再次控制驱动结构42工作，驱动结构42带动风叶41再次旋转合适角度。本集成发电装置发电效率高，发电量大，安全性也比较好。

本实施例中的波浪能发电机构5可以为中国专利(公告号：CN：208310950U；公告日：2019-01-01)所公开的仿鸟翼型震荡波浪能发电装置。

进一步的，风叶41呈竖向的长条状且其纵切面为矩形，风叶41的外侧面为弧形凸面，内侧面为弧形凹槽，风叶41的上下两端均具有端盖411。风叶41的数量为四个，转轴3上上下平行间隔固设有两个十字轴套43，十字轴套43的外端与风叶41的端盖411活动连接；驱动结构42包括驱动电机421和若干个传动连杆422，传动连杆422与风叶41的数量相同且两者一一对应设置，传动连杆422的一端与对应的风叶41的端盖411活动连接，另一端与驱动电机421相连接且能够在驱动电机421的带动下摆动。转轴3上套设有十字连接板7，驱动电机421位于十字连接板7的上侧且能够带动十字连接板7在转轴3上转动，传动连杆422有四个，十字连接板7的四端分别与四个传动连杆422的一端活动连接，四个传动连杆422的另一端与对应的风叶41活动连接。风能发电机构工作时，风叶41通过与其上端盖411活动连接的十字轴套43带动转轴3旋转。驱动结构42工作时，其上的驱动电机421带动十字连接板7绕着转轴3转动，十字连接板7带动与其连接的四个传动连杆422转动，传动连杆422有和风叶42上的端盖411活动连接，所以传动连杆422带动风叶转动。本集成发电装置中的风叶41转动灵活，有利于提高风能发电机构的发电效率。

进一步的，系泊机构6包括绳舱61和三个绳索62，绳舱61套设在转轴3上，绳舱61上沿其周向均匀间隔设置有三个出绳孔611，三个绳索62与三个出绳孔611一一对应设置，绳索62的一端缠绕在绳舱61内，绳索62的另一端穿过出绳孔611伸入近海海底。系泊机构6中的绳索固连在海底，能够使本集成发电装置保持稳定工作。

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、基座；2、单桩支柱；3、转轴；4、风能发电机构；41、风叶；411、端盖；42、驱动结构；421、驱动电机；422、传动连杆；43、十字轴套；5、波浪能发电机构；6、系泊机构；61、绳舱；611、出绳孔；62、绳索；7、十字连接板；8、圆形平台；9、连接套；10、环形桩靴；11、警示器等术语，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 (7)

1.一种近海单桩风能波浪能集成发电装置，包括固设在近海海底的基座(1)，所述基座(1)上固设有竖向的单桩支柱(2)，所述单桩支柱(2)的上端转动连接有竖向的转轴(3)，其特征在于，所述转轴(3)的上端套设有风能发电机构(4)，所述风能发电机构(4)包括若干个绕所述转轴(3)周向均匀间隔分布的风叶(41)，所述风叶(41)呈圆弧形镂空式结构，所述风叶(41)均竖向设置，所述转轴(3)上设有能够带动所有所述风叶(41)的外侧边朝向所述转轴(3)外表面方向摆动的驱动结构(42)，所述风能发电机构(4)还包括与所述转轴(3)相连接的发电机；所述单桩支柱(2)上套设有波浪能发电机构(5)且所述波浪能发电机构(5)能够在所述转轴(3)上升降移动，所述波浪能发电机构(5)的内部设置有用于控制波浪能发电机构(5)上下移动的水泵；所述转轴(3)上位于所述波浪能发电机构(5)的下侧位置设有系泊机构(6)。

2.根据权利要求1所述的近海单桩风能波浪能集成发电装置，其特征在于，所述风叶(41)呈竖向的长条状且其纵切面为矩形，所述风叶(41)的外侧面为弧形凸面，内侧面为弧形凹槽，所述风叶(41)的上下两端均具有端盖(411)。

3.根据权利要求2所述的近海单桩风能波浪能集成发电装置，其特征在于，所述风叶(41)的数量为四个，所述转轴(3)上上下平行间隔固设有两个十字轴套(43)，所述十字轴套(43)的外端与所述风叶(41)的端盖(411)活动连接；所述驱动结构(42)包括驱动电机(421)和若干个传动连杆(422)，所述传动连杆(422)与所述风叶(41)的数量相同且两者一一对应设置，所述传动连杆(422)的一端与对应的所述风叶(41)的端盖(411)活动连接，另一端与所述驱动电机(421)相连接且能够在所述驱动电机(421)的带动下摆动。

4.根据权利要求3所述的近海单桩风能波浪能集成发电装置，其特征在于，所述转轴(3)上套设有十字连接板(7)，所述驱动电机(421)位于所述十字连接板(7)的上侧且能够带动所述十字连接板(7)在所述转轴(3)上转动，所述传动连杆(422)有四个，所述十字连接板(7)的四端分别与四个所述传动连杆(422)的一端活动连接，四个所述传动连杆(422)的另一端与对应的所述风叶(41)活动连接。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的近海单桩风能波浪能集成发电装置，其特征在于，所述单桩支柱(2)的上端固设有圆形平台(8)，所述转轴(3)的下端通过连接套(9)转动连接在所述圆形平台(8)上。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的近海单桩风能波浪能集成发电装置，其特征在于，所述系泊机构(6)包括绳舱(61)和三个绳索(62)，所述绳舱(61)套设在所述转轴(3)上，所述绳舱(61)上沿其周向均匀间隔设置有三个出绳孔(611)，三个绳索(62)与三个出绳孔(611)一一对应设置，所述绳索(62)的一端缠绕在所述绳舱(61)内，所述绳索(62)的另一端穿过所述出绳孔(611)伸入近海海底。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的近海单桩风能波浪能集成发电装置，其特征在于，所述基座(1)的上侧固连有环形桩靴(10)，所述单桩支柱(2)的下端插设在所述环形桩靴(10)上，所述转轴(3)的顶端固连有警示器(11)。

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