CN113431725A - 全向海流海波水平能量收集器及其能量收集系统 - Google Patents

全向海流海波水平能量收集器及其能量收集系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全向海流海波水平能量收集器及其能量收集系统。收集器包括连接有传动轴的全向海流驱动轮，传动轴竖直布置；全向海流驱动轮包括轮框，轮框上绕传动轴周向分布有动力旋叶；动力旋叶通过旋叶支撑杆与轮框转动连接；轮框与动力旋叶之间设有第一旋叶限位结构。收集系统包括水泵结构和全向海流海波水平能量收集器，全向海流海波水平能量收集器的传动轴与水泵结构相联动；水泵结构连接有吸水管和高压输水管。本发明提供的全向海流海波水平能量收集器及其能量收集系统，结构简单，无论海流从哪个方向流过，均能将海波水平能量转化为机械转动能量，而且可整体浸入海面以下，不受涨退潮影响。

Description

全向海流海波水平能量收集器及其能量收集系统
技术领域
本发明涉及海波能量收集领域，尤其涉及一种全向海流海波水平能量收集器及其能量收集系统。
背景技术
海洋拥有巨大的可再生能源，海洋的可收集能量主要包括海波能、潮汐能，其中海波能包括海波竖向起伏能量和海波水平流动能量。其中潮汐能的开发利用已经很成熟，现在人类能够工业化将海洋能量转化为电能的只有潮汐发电。由于海波能开发利用所需要的高能量密度能量场，其海洋环境非常恶劣，现有的海波能开发利用基本停留在概念阶段。
即使是潮汐发电也受到苛刻的选址限制，实际能利用上的海洋能量对于人类的需求而言仍然微不足道。
海波能难以开发利用和工业化发电的主要原因有：
1)极为恶劣的环境：
电厂需要一个高能量密度的能量收集场，对海洋而言，能量场密度越高意味着环境越是恶劣。能量收集场海洋的狂风巨浪、汹涌暗流、高盐潮湿、远离海岸等无不令人望而却步。这样的环境给电厂的建造、维护、能源的传输等造成极大的困难。
2)缺少坚固高效的海洋能量收集设备：
现有的海洋能量收集设备还停留在概念阶段，没有有效的能量收集设备，海洋能量的工业化利用自然无从谈起。
发明内容
本发明的目的是提供一种全向海流海波水平能量收集器及其能量收集系统，结构简单，无论海流从哪个方向流过，均能将海波水平能量转化为机械转动能量，而且可整体浸入海面以下，不受涨退潮影响。
为实现上述目的，本发明提供一种全向海流海波水平能量收集器，包括连接有传动轴的全向海流驱动轮，传动轴竖直布置；所述全向海流驱动轮包括轮框，轮框上绕传动轴周向分布有至少两个动力旋叶；动力旋叶通过旋叶支撑杆与轮框转动连接；轮框与动力旋叶之间设有当动力旋叶旋转至动力旋叶前端朝外、后端与传动轴相邻时限制动力旋叶旋转角度的第一旋叶限位结构。
作为本发明的进一步改进，所述动力旋叶呈机翼状，其包括朝向相反的第一旋叶面和第二旋叶面，第二旋叶面的表面积大于第一旋叶面的表面积。
作为本发明的更进一步改进，所述轮框与动力旋叶之间设有当动力旋叶旋转至动力旋叶后端朝外时限制动力旋叶旋转角度的第二旋叶限位结构。
作为本发明的更进一步改进，还包括套设在所述传动轴上的轴承支座。
为实现上述目的，本发明还提供一种全向海流海波水平能量收集系统，包括水泵结构和所述全向海流海波水平能量收集器，所述全向海流海波水平能量收集器的传动轴与所述水泵结构相联动；水泵结构连接有吸水管和高压输水管。
作为本发明的更进一步改进，所述水泵结构包括鼓膜箱泵和曲轴箱，所述传动轴与曲轴箱的输入端联动，曲轴箱的输出端与所述鼓膜箱泵联动；所述吸水管和高压输水管均与鼓膜箱泵连接；高压输水管上连接有单向阀。
作为本发明的更进一步改进，所述全向海流海波水平能量收集器、水泵结构和吸水管的数量均为至少两个，各吸水管均与所述高压输水管连接。
有益效果
与现有技术相比，本发明的全向海流海波水平能量收集器及其能量收集系统的优点为：
1、全向海流驱动轮的传动轴竖直布置，无论海流在水平方向上从哪个方向流过，均能驱使全向海流驱动轮转动，具体为海流经过全向海流驱动轮时，全向海流驱动轮上沿海流方向位于传动轴其中一侧的动力旋叶在海流作用下其前端朝外、后端与传动轴相邻，此时该状态的动力旋叶被第一旋叶限位结构支撑，海流作用在该侧动力旋叶的第一旋叶面上，产生正向转动推力；而传动轴另一侧的动力旋叶在海流作用下飘起，未受第一旋叶限位结构支撑，其展开方向与海流方向基本平行，使该部分动力旋叶的迎流截面最小化，海流所受阻力小，由此形成的反向转动推力也很小。正反向转动推力之差(则海波水平能量)会驱动传动轴不断转动。从而实现将全向海波水平能量转化为机械转动能量的功能，适用于海流方向变化频繁的区域。该结构无需考虑海面与全向海流驱动轮的相对高度，将全向海流驱动轮整个没入海水中，仍然可以通过海流产生动力。
2、全向海流驱动轮转动时，带动曲轴箱的曲轴旋转，驱动鼓膜箱泵，通过吸水管吸入海水并增压，然后通过高压输水管朝高压水轮发电机输送，即可实现发电，能量转化效率高。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为全向海流海波水平能量收集器的主视图；
图2为图1的A-A向视图；
图3为图2的B处放大图；
图4为动力旋叶的侧视图；
图5为图4的C-C向视图；
图6为全向海流海波水平能量收集系统的示意图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例。
实施例
本发明的具体实施方式如图1至图5所示，一种全向海流海波水平能量收集器，包括连接有传动轴3的全向海流驱动轮1，传动轴3竖直布置。全向海流驱动轮1包括轮框11，轮框11上绕传动轴3周向分布有至少两个动力旋叶12，轮框11为两个且并列布置，动力旋叶12位于两个轮框11之间。本实施例中，每个全向海流驱动轮1的动力旋叶12为6个。
动力旋叶12通过旋叶支撑杆13与轮框11转动连接，其中，动力旋叶12包括耐候塑料外壳123，耐候塑料外壳123内设有多个并排布置的肋板124，肋板124与耐候塑料外壳123固定连接，动力旋叶12还包括穿过各肋板124和耐候塑料外壳123的金属衬套125，旋叶支撑杆13穿过金属衬套125且两者转动连接。
轮框11与动力旋叶12之间设有当动力旋叶12旋转至动力旋叶12前端朝外、后端与传动轴3相邻时限制动力旋叶12旋转角度的第一旋叶限位结构15。本实施例中，第一旋叶限位结构15安装在轮框11上，具体为旋叶档杆，与动力旋叶12的后旋叶面1222相对应。
动力旋叶12呈机翼状，其包括朝向相反的第一旋叶面121和第二旋叶面122，第二旋叶面122的表面积大于第一旋叶面121的表面积。第二旋叶面122包括前旋叶面1221和后旋叶面1222，前旋叶面1221与第一旋叶面121的连接处构成动力旋叶12的前端，后旋叶面1222与第一旋叶面121的连接处构成动力旋叶12的后端，如图4所示。当动力旋叶12在海流作用下飘起时，第二旋叶面122朝向传动轴3所在方向，动力旋叶12的前端和后端沿海流方向依次布置。由于第二旋叶面122的表面积大于第一旋叶面121的表面积，其呈机翼状，海流经过飘起的动力旋叶12时，飘起的动力旋叶12其第一旋叶面121和第二旋叶面122因流速不同导致压力不同，产生压力差，飘起的动力旋叶12受到朝向传动轴3另一侧的推力，有利于加快动力旋叶12的旋转，能量转化效率更高。
轮框11与动力旋叶12之间设有当动力旋叶12旋转至动力旋叶12后端朝外时限制动力旋叶12旋转角度的第二旋叶限位结构14。本实施例中，第二旋叶限位结构14为旋叶限位垫，其设置在轮框11上，与动力旋叶12的前旋叶面1221相对应。
全向海流海波水平能量收集器还包括套设在传动轴3上的轴承支座9。全向海流驱动轮1的上下两侧均设有轴承支座9。传动轴3与全向海流驱动轮1中部固定连接，轴承支座9的轴承内圈套有传动轴套件8，传动轴3穿过传动轴套件8且两者通过螺钉固定连接。
当水平海流无论任何方向冲击全向海流驱动轮1时，部分动力旋叶12被旋叶档杆支撑住后，会直面海流，从而形成巨大的正向转动推力；而另一部分动力旋叶12未受到旋叶档杆的支撑，会被海流吹得飘起来，使该部分动力旋叶的迎流截面最小化，由此形成的反向转动推力也很小。正反向转动推力之差(则海波水平能量)会驱动传动轴不断转动。从而实现将单向海波水平能量转化为机械转动能量的功能。
如图6所示为一种全向海流海波水平能量收集系统，包括水泵结构和全向海流海波水平能量收集器，全向海流海波水平能量收集器的传动轴3与水泵结构相联动。水泵结构连接有吸水管6和高压输水管7。
本实施例中，水泵结构包括鼓膜箱泵5和曲轴箱4，传动轴3与曲轴箱4的输入端联动，曲轴箱4的输出端与鼓膜箱泵5联动。吸水管6和高压输水管7均与鼓膜箱泵5连接。高压输水管7上连接有单向阀。当海流经过全向海流驱动轮1时，全向海流驱动轮1带动传动轴3转动，传动轴3带动曲轴箱4内的曲轴旋转，曲轴带动鼓膜箱泵5的传动杆作直线往复移动，即可驱动鼓膜箱泵5，使鼓膜箱泵5的吸水管6从海洋内吸入水体，并加压后进入高压输水管7，朝高压水轮发电机(图中未画出)输送。为了避免水体倒流，在高压输水管7上设置单向阀。
全向海流海波水平能量收集器、水泵结构和吸水管6的数量均为至少两个，其数量根据需要获取能源的面积设置。各吸水管6均与高压输水管7连接。每个收集器产生的机械转动能量通过曲轴箱4驱动鼓膜箱泵5运转，从而将海水加压成高压水。系统将高压水汇入高压水管网统一输出利用。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (7)

1.一种全向海流海波水平能量收集器，其特征在于，包括连接有传动轴(3)的全向海流驱动轮(1)，传动轴(3)竖直布置；所述全向海流驱动轮(1)包括轮框(11)，轮框(11)上绕传动轴(3)周向分布有至少两个动力旋叶(12)；动力旋叶(12)通过旋叶支撑杆(13)与轮框(11)转动连接；轮框(11)与动力旋叶(12)之间设有当动力旋叶(12)旋转至动力旋叶(12)前端朝外、后端与传动轴(3)相邻时限制动力旋叶(12)旋转角度的第一旋叶限位结构(15)。
2.根据权利要求1所述的一种全向海流海波水平能量收集器，其特征在于，所述动力旋叶(12)呈机翼状，其包括朝向相反的第一旋叶面(121)和第二旋叶面(122)，第二旋叶面(122)的表面积大于第一旋叶面(121)的表面积。
3.根据权利要求1或2所述的一种全向海流海波水平能量收集器，其特征在于，所述轮框(11)与动力旋叶(12)之间设有当动力旋叶(12)旋转至动力旋叶(12)后端朝外时限制动力旋叶(12)旋转角度的第二旋叶限位结构(14)。
4.根据权利要求1或2所述的一种全向海流海波水平能量收集器，其特征在于，还包括套设在所述传动轴(3)上的轴承支座(9)。
5.一种全向海流海波水平能量收集系统，其特征在于，包括水泵结构和权利要求1所述全向海流海波水平能量收集器，所述全向海流海波水平能量收集器的传动轴(3)与所述水泵结构相联动；水泵结构连接有吸水管(6)和高压输水管(7)。
6.根据权利要求5所述的一种全向海流海波水平能量收集系统，其特征在于，所述水泵结构包括鼓膜箱泵(5)和曲轴箱(4)，所述传动轴(3)与曲轴箱(4)的输入端联动，曲轴箱(4)的输出端与所述鼓膜箱泵(5)联动；所述吸水管(6)和高压输水管(7)均与鼓膜箱泵(5)连接；高压输水管(7)上连接有单向阀。
7.根据权利要求5所述的一种全向海流海波水平能量收集系统，其特征在于，所述全向海流海波水平能量收集器、水泵结构和吸水管(6)的数量均为至少两个，各吸水管(6)均与所述高压输水管(7)连接。
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