CN113135271B - 一种半潜式海流能发电装置的自稳定系统 - Google Patents

一种半潜式海流能发电装置的自稳定系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半潜式海流能发电装置的自稳定系统，包括浮体，浮体上安装有叶轮和控制箱，浮体的一端安装有抽排水机构，抽排水机构包括储水箱，储水箱的一侧分别管道连接有排水管和抽水管，排水管和抽水管内分别安装有第一活塞和第二活塞，排水管与储水箱之间安装有第一电控阀，抽水管与储水箱之间安装有第二电控阀，排水管连接有出水管，抽水管连接有进水管，排水管和抽水管的顶部分别安装有第一电控排气阀和第二电控排气阀，浮体上对应叶轮安装有液位传感器，通过液位传感器对水位进行检测，再配合控制器与阀门可对储水箱内海水进行抽水或排水，从而控制整个浮体的浮力，确保叶轮的浸没深度不受海水运动影响，维持发电效率稳定，且抽排水仅靠海水运动驱动，无需额外附加能量。

Description

一种半潜式海流能发电装置的自稳定系统
技术领域
本发明涉及一种海上发电设备，特别是一种半潜式海流能发电装置的自稳定系统。
背景技术
半潜式海流能发电装置，即叶轮叶片一部分浸入水下，一部分暴露于空气中工作，海流冲击叶轮旋转，进而带动与其连接的发电机轴转动进行发电。叶轮潜水深度为其直径的35％-65％，叶轮叶片为弯曲叶片。单位时间内海水对叶轮做的功W＝(ρAv^3)/2，其中ρ为海水密度，A为叶轮浸没水中垂直于海水流向的横截面积，v为海水流速，横截面积与叶轮的宽度和浸没水中的深度有关。当海水流速不变时，海水对叶轮做的功与叶轮浸没深度有关。当叶轮浸没水中的比例在50％以下时，水中的叶轮叶片完全受海水的推力作用，海水对叶轮做的功随浸没深度的减小而减小；当叶轮浸没水中的比例在50％以上时，虽浸没深度增大，但浸没水中的叶片不完全受海水推力作用，随着浸没深度的增大，水中部分叶片所受阻力也增大。因此，叶轮浸没水中的比例为50％时，海水对叶轮做的功最大，此时发电效率最大。由于浮体的海上运动是一个复杂的非线性且随时间变化的系统，会受到风，浪和水流等环境干扰，使的浮体随海水上涨的过程存在一定的滞后，导致叶轮的浸没深度随着海水的周期性运动而发生周期性波动，从而导致发电效率不稳定，然而，现有的半潜式海流能发电装置并不能跟随海水的周期性运动而自动调节叶轮的浸没深度，因此，如何自动调节叶轮的浸没深度是本发明亟待解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种半潜式海流能发电装置的自稳定系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种半潜式海流能发电装置的自稳定系统，包括浮体，所述浮体上安装有叶轮和控制箱，所述浮体的一端安装有抽排水机构，所述抽排水机构包括储水箱，所述储水箱的一侧分别管道连接有均为上下闭口的排水管和抽水管，所述排水管和所述抽水管内分别安装有可随水位变化上下滑动的第一活塞和第二活塞，所述排水管与所述储水箱之间安装有第一电控阀，所述抽水管与所述储水箱之间安装有第二电控阀，所述排水管连接有出水管，所述抽水管连接有进水管，所述排水管和抽水管的顶部分别安装有第一电控排气阀和第二电控排气阀，所述浮体上对应所述叶轮安装有液位传感器，所述控制箱与所述液位传感器、第一电控阀、第二电控阀、第一电控排气阀和第二电控排气阀电连接。
所述第一活塞的底部通过第一连杆安装有第一浮子，所述第二活塞的底部通过第二连杆安装有第二浮子，装配后，所述第一活塞位于所述排水管的下方，所述第二活塞位于所述抽水管的下方。
所述排水管与出水管之间安装有第三电控阀，所述抽水管与进水管之间安装有第四电控阀，所述第三电控阀、第四电控阀均与所述控制箱电连接。
所述抽排水机构在水平面上高于所述叶轮。
所述第一活塞上套装有第一密封圈，所述第二活塞上套装有第二密封圈。
所述浮体的两侧面均安装有减摇鳍，且所述减摇鳍与水平面相互平行。
所述浮体背向所述叶轮的侧面安装有导向鳍，且所述导向鳍与水平面相互垂直。
所述导向鳍包括第一腹板、第二腹板和肋板，所述第一腹板的一端与所述第二腹板的一端相连，所述第一腹板的另一端通过所述肋板与所述第二腹板的另一端相连，所述第一腹板与所述第二腹板之间安装有缓冲弹簧。
所述浮体的底部通过锚链连接有定位锚。
所述浮体、叶轮、抽排水机构、减摇鳍、导向鳍和锚链的表面均喷涂有防腐蚀涂料。
本发明的有益效果是：本发明在浮体的一侧设置抽排水机构，抽排水机构包括排水管、抽水管和储水箱，管内安装有活塞，活塞的底部连接有浮子，利用海水的涨落使活塞在管内上下滑动，通过液位传感器对水位进行检测，再配合控制器与阀门可对储水箱内海水进行抽水或排水，从而控制整个浮体的浮力，确保叶轮的浸没深度不受海水运动影响，维持发电效率稳定，且抽排水仅靠海水运动驱动，无需额外附加能量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图之一；
图2是本发明的结构示意图之二；
图3是本发明的结构示意图之三；
图4是抽排水机构的结构示意图之一；
图5是抽排水机构的结构示意图之二；
图6是导向鳍的结构示意图。
具体实施方式
参照图1至图6，一种半潜式海流能发电装置的自稳定系统，包括浮体1，所述浮体1上安装有叶轮2和控制箱3，在本实施例中，所述叶轮5的叶片一部分浸入水下，一部分暴露于空气中工作，叶轮潜水深度为其直径的35％-65％，叶轮叶片为弯曲叶片，所述浮体1的一端安装有抽排水机构4，所述抽排水机构4包括储水箱5，所述储水箱5的一侧分别管道连接有均为上下闭口的排水管6和抽水管7，所述排水管6和所述抽水管7内分别安装有可随水位变化上下滑动的第一活塞8和第二活塞9，所述排水管6与所述储水箱5之间安装有第一电控阀10，所述抽水管7与所述储水箱5之间安装有第二电控阀11，所述排水管6连接有出水管12，所述抽水管7连接有进水管13，所述排水管6和抽水管7的顶部分别安装有第一电控排气阀14和第二电控排气阀15，所述浮体1上对应所述叶轮2安装有液位传感器16，所述控制箱3与所述液位传感器16、第一电控阀10、第二电控阀11、第一电控排气阀14和第二电控排气阀15电连接，通过液位传感器对水位进行检测，再配合控制器与阀门可对储水箱内海水进行抽水或排水，从而控制整个浮体的浮力，确保叶轮的浸没深度不受海水运动影响，维持发电效率稳定，且抽排水仅靠海水运动驱动，无需额外附加能量。
所述第一活塞8的底部通过第一连杆17安装有第一浮子18，所述第二活塞9的底部通过第二连杆19安装有第二浮子20，装配后，所述第一活塞8位于所述排水管6的下方，所述第二活塞9位于所述抽水管7的下方，第一浮子18、第二浮子20可随水位高低的变化使第一活塞8、第二活塞9在管内上下滑动，实现抽水或排水的功能。
所述排水管6与出水管12之间安装有第三电控阀21，所述抽水管7与进水管13之间安装有第四电控阀22，所述第三电控阀21、第四电控阀22均与所述控制箱3电连接，第三电控阀21、第四电控阀22可在分别控制排水管6、出水管12的海水进出。
当液位传感器传递水位在50％以上的信号时，控制箱控制排水管内的第一电控阀、第二电控阀打开，并打开抽水管内的第二电控排气阀，关闭抽水管内的第三电控阀、第四电控阀，储水箱内的水经管道流入排水管内，第一浮子由于海水的作用向上运动，带动第一活塞向上移动将排水管内的水排出，使浮体整体上浮；当液位传感器传递水位在50％以下的信号时，控制箱控制抽水管内的第三电控阀、第四电控阀打开，并打开排水管内的第一电控排气阀，关闭排水管内的第一电控阀、第二电控阀，第二浮子由于海水的作用向下运动，带动第二活塞向下移动，在压差作用下进行抽水工作，海水从进水管流入缸体后经管道流入储水箱，使浮体整体下沉。
所述抽排水机构4在水平面上高于所述叶轮2，使第一浮子18、第二浮子20具有可上下滑动的范围，确保抽排水的可行性。
所述第一活塞8上套装有第一密封圈23，所述第二活塞9上套装有第二密封圈24，确保活塞与抽排水管之间的密封性。
所述浮体1的两侧面均安装有减摇鳍25，且所述减摇鳍25与水平面相互平行，在本市实例中，所述减摇鳍25通过连杆与所述浮体1连接，所述减摇鳍25与所述叶轮2的转轴相互垂直，所述减摇鳍25可增大装置与海平面的接触面积，利用水流冲击形成减摇力矩，减小装置的摇摆，防止遇强风浪侧翻倾覆。
所述浮体1背向所述叶轮2的侧面安装有导向鳍26，且所述导向鳍26与水平面相互垂直，在本实施例中，所述导向鳍26通过连杆与浮体1连接，可通过海水作用在导向鳍上的力使浮体转动，从而实现海水流向自适应。
所述导向鳍26包括第一腹板27、第二腹板28和肋板29，所述第一腹板27的一端与所述第二腹板28的一端相连，所述第一腹板27的另一端通过所述肋板29与所述第二腹板28的另一端相连，所述第一腹板27与所述第二腹板28之间安装有缓冲弹簧30，当海水的冲击作用在第一腹板27、第二腹板28时，缓冲弹簧30可对第一腹板27、第二腹板28受冲击所产生的形变起缓冲作用，防止第一腹板27、第二腹板28断裂，增加导向鳍26的使用寿命。
所述浮体1的底部通过锚链31连接有定位锚32，通过定位锚32防止浮体移动。
所述浮体1、叶轮2、抽排水机构、减摇鳍25、导向鳍26和锚链31的表面均喷涂有防腐蚀涂料，防止发电装置长期浸泡受海水腐蚀，增加使用寿命。
以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。

Claims (9)

1.一种半潜式海流能发电装置的自稳定系统，包括浮体（1），所述浮体（1）上安装有叶轮（2）和控制箱（3），其特征在于所述浮体（1）的一端安装有抽排水机构（4），所述抽排水机构（4）包括储水箱（5），所述储水箱（5）的一侧分别管道连接有均为上下闭口的排水管（6）和抽水管（7），所述排水管（6）和所述抽水管（7）内分别安装有随水位变化上下滑动的第一活塞（8）和第二活塞（9），所述排水管（6）与所述储水箱（5）之间安装有第一电控阀（10），所述抽水管（7）与所述储水箱（5）之间安装有第二电控阀（11），所述排水管（6）连接有出水管（12），所述抽水管（7）连接有进水管（13），所述排水管（6）和抽水管（7）的顶部分别安装有第一电控排气阀（14）和第二电控排气阀（15），所述浮体（1）上对应所述叶轮（2）安装有液位传感器（16），所述控制箱（3）与所述液位传感器（16）、第一电控阀（10）、第二电控阀（11）、第一电控排气阀（14）和第二电控排气阀（15）电连接，所述第一活塞（8）的底部通过第一连杆（17）安装有第一浮子（18），所述第二活塞（9）的底部通过第二连杆（19）安装有第二浮子（20），装配后，所述第一活塞（8）位于所述排水管（6）的下方，所述第二活塞（9）位于所述抽水管（7）的下方。
2.根据权利要求1所述的半潜式海流能发电装置的自稳定系统，其特征在于所述排水管（6）与出水管（12）之间安装有第三电控阀（21），所述抽水管（7）与进水管（13）之间安装有第四电控阀（22），所述第三电控阀（21）、第四电控阀（22）均与所述控制箱（3）电连接。
3.根据权利要求1所述的半潜式海流能发电装置的自稳定系统，其特征在于所述抽排水机构（4）在水平面上高于所述叶轮（2）。
4.根据权利要求1所述的半潜式海流能发电装置的自稳定系统，其特征在于所述第一活塞（8）上套装有第一密封圈（23），所述第二活塞（9）上套装有第二密封圈（24）。
5.根据权利要求1所述的半潜式海流能发电装置的自稳定系统，其特征在于所述浮体（1）的两侧面均安装有减摇鳍（25），且所述减摇鳍（25）与水平面相互平行。
6.根据权利要求1所述的半潜式海流能发电装置的自稳定系统，其特征在于所述浮体（1）背向所述叶轮（2）的侧面安装有导向鳍（26），且所述导向鳍（26）与水平面相互垂直。
7.根据权利要求6所述的半潜式海流能发电装置的自稳定系统，其特征在于所述导向鳍（26）包括第一腹板（27）、第二腹板（28）和肋板（29），所述第一腹板（27）的一端与所述第二腹板（28）的一端相连， 所述第一腹板（27）的另一端通过所述肋板（29）与所述第二腹板（28）的另一端相连，所述第一腹板（27）与所述第二腹板（28）之间安装有缓冲弹簧（30）。
8.根据权利要求1所述的半潜式海流能发电装置的自稳定系统，其特征在于所述浮体（1）的底部通过锚链（31）连接有定位锚（32）。
9.根据权利要求1-8任一所述的半潜式海流能发电装置的自稳定系统，其特征在于所述浮体（1）、叶轮（2）、抽排水机构、减摇鳍（25）、导向鳍（26）和锚链（31）的表面均喷涂有防腐蚀涂料。
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