CN115076018B - 一种自升降杠杆式潮流能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自升降杠杆式潮流能发电装置，包括三级升降平台、杠杆系统和振荡浮子发电装置；三级升降平台包括半球形浮体、三级升降杆和海底电缆，三级升降杆的底部锚固在海底，顶部与半球形浮体旋转连接，半球形浮体能随着潮汐涨落而升降，并能在任意方向水流作用下实现360度旋转；杠杆系统包括球扣、杠杆和配重板，杠杆通过球扣和半球形浮体连接，且杠杆可绕球扣上下振动，杠杆一端接配重片，另一端铰接振荡浮子发电装置，振荡浮子发电装置可绕铰接点水平旋转，并能随杠杆的振动加速做振荡运动；装置发出的电能通过海底电缆输送。本发明能全天候发电，多深度捕获潮流能，充分利用潮流能资源，提高了发电的效率和经济性，并易于推广应用。

Description

一种自升降杠杆式潮流能发电装置
技术领域
本发明涉及潮流能发电技术，尤其涉及一种自升降杠杆式潮流能发电装置。
背景技术
海洋能作为绿色能源的一种，因其可再生性好、可预测性强、清洁环保、蕴藏量丰富等优势,成为世界各国争相研究开发的对象。潮流能是海洋能中的一种,指海水流动的动能,主要是指海底水道和海峡中较稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动。相对波浪而言,潮流能的变化要平稳且有规律得多,可提前预测预报，且总储量丰富。
在海洋可再生能源里，潮流能发电最早，技术最为成熟，其与水力发电的原理、组成基本相同，也是利用水的能量发电。目前研究开发较为成熟的是机械型发电，利用潮汐的动能运动和势能运动的特性推动装置的活动部分——鸭体、筏体、浮子等，活动部分压缩油、水等中间介质，通过中间介质推动转换发电装置发电置发电。
目前还没有某种形式的潮流能量转换系统具有明显的技术优势而被广为认可，且大多数发电系统效率低、使用范围较窄、推广性差。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种自升降杠杆式潮流能发电装置，其半球形浮体的设计可让装置随潮汐一起涨落，杠杆式的设计可加大浮子往复运动的趋势，加快浮子振动频率，增加能量捕获效率，从而进行全天候潮流能发电，提高发电量。
技术方案：本发明的一种自升降杠杆式潮流能发电装置，包括三级升降平台、杠杆系统和振荡浮子发电装置；
三级升降平台包括半球形浮体、三级升降杆和海底电缆，三级升降杆的底部锚固在海底，半球形浮体与三级升降杆的顶部旋转连接，半球形浮体能随着潮汐涨落而升降，并能在任意方向水流作用下实现360度旋转；
杠杆系统包括球扣、杠杆和配重板，杠杆通过球扣和半球形浮体相连接，且杠杆可绕球扣上下振动，杠杆一端焊接配重板，另一端铰接振荡浮子发电装置，使得振荡浮子发电装置可绕铰接点水平旋转，减少海洋环境对结构的冲击，增加使用寿命；且杠杆的振动能够带动振荡浮子发电装置加速做振荡运动；振荡浮子发电装置发出的电能通过海底电缆输送。
优选的，振荡浮子发电装置包括：动子、定子、弹簧、立柱、限位弹簧、下帽檐和上帽檐，立柱有多个，上下帽檐分别与立柱上下端固定连接，定子设置于多个立柱围成的空间中，其四周与立柱固定连接，定子内部设有滑槽，在海洋能影响下，动子沿滑槽上下振荡从而产生电能，弹簧两端分别与动子和下帽檐固定连接，用于吸收动子振动的能量，并给予相反的作用力，限位弹簧两端分别与动子和上帽檐固定连接，用于约束动子振动的幅度，上帽檐与杠杆一端铰接。
优选的，下帽檐为锥头形状，能以较小的阻力破开水面，从而提高振动浮子发电装置的整体振动幅度。
优选的，三级升降杆包括三个互相嵌套的第一级升降杆、第二级升降杆和第三级升降杆，三个互相嵌套的升降杆能根据水位的变化，自动升降，调节升降总长度，且第一级升降杆和半球形浮体通过旋转轴相连接，第三级升降杆锚固在海底。
优选的，杠杆系统为费力杠杆，配重板在费力端，振荡浮子发电装置在省力端。
优选的，配重板底部开有波浪槽，用于增加配重板与水面的接触面积，加大水面对杠杆的力，从而加快杠杆的往复运动。
优选的，半球形浮体上设有回弹槽，能使得杠杆吸收能量并回弹，加快上下转动的频率。
优选的，半球形浮体上设有压载水舱，用于保证发电装置平稳。
优选的，海底电缆铺设在杠杆和三级升降杆内部，一端与振荡浮子发电装置的输出端连接，另一端与储能设备连接。
工作原理：振荡浮子发电装置在杠杆系统和三级升降平台的配合下伴随潮流能的作用上下运动从而高效发电，通过海底电缆将电力输出。
有益效果：与现有技术相比，本发明的自升降设计为可随潮汐涨落自由上下升降，可实现多深度捕获潮流能，降低潮流能发电系统的制作、安装及维修成本。本发明杠杆式设计加大了浮子往复运动的趋势，从而增加了浮子振荡的频率，增强了发电效率。本发明充分利用潮流能资源，提高了整体发电系统的效率和经济性，并易于推广应用。
附图说明
图1是本发明装置的正视图；
图2是本发明装置的立体示意图；
图3是本发明振荡浮子发电装置的局部放大图。
实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明的自升降杠杆式潮流能发电装置，采用了杠杆原理加快浮子振动频率，增加能量捕获效率，从而提高发电量。本发明能全天候发电，多深度捕获潮流能，充分利用潮流能资源，提高了整体发电系统的效率和经济性，并易于推广应用。
如图1至图3所示，自升降杠杆式潮流能发电装置包括：三级升降平台、杠杆系统和振荡浮子发电装置，三级升降平台包括半球形浮体11、三级升降杆12和海底电缆13，杠杆系统包括球扣21、杠杆22和配重板23，振荡浮子发电装置包括动子31、定子32、弹簧33、立柱34、限位弹簧35、下帽檐36和上帽檐37。
三级升降杆12包括三个互相嵌套的第一级升降杆、第二级升降杆和第三级升降杆，第三级升降杆锚固在海底；三个互相嵌套的升降杆能根据水位的变化，自动升降，调节升降总长度，且第一级升降杆和半球形浮体11通过旋转轴相连接，使得半球形浮体能在任意方向水流作用下实现360度旋转，且半球形浮体11能随着潮汐涨落与三级升降杆12一起自动升降；半球形浮体11上设有回弹槽25和压载水舱，回弹槽25能使得杠杆吸收能量并回弹，加快上下转动的频率，压载水舱用于保证装置平稳；海底电缆13铺设在杠杆22和三级升降杆12内部，一端与振荡浮子发电装置的输出端连接，另一端与储能设备连接。
杠杆22通过球扣21和半球形浮体11相连接，且杠杆22可绕球扣21上下振动，杠杆一端焊接配重板，另一端铰接振荡浮子发电装置，使得振荡浮子发电装置可绕铰接点水平旋转；且杠杆的振动能够带动振荡浮子发电装置加速做振荡运动；振荡浮子发电装置发出的电能通过海底电缆13输送；杠杆系统为费力杠杆，配重板23在费力端，振荡浮子发电装置在省力端；配重板23底部开有波浪槽24，用于增加配重板23与水面的接触面积，加大水面对杠杆的力，从而加快杠杆的往复运动。
立柱34有多个，上下帽檐分别与立柱34上下端固定连接，定子32设置于多个立柱34围成的空间中，其四周与立柱34固定连接，定子32内部设有滑槽，动子包括电机及设置在电机外的壳体，在海洋能影响下，动子沿滑槽上下振荡从而带动内部电机上下振荡发电，弹簧33两端分别与动子31和下帽檐36固定连接，用于吸收动子31振动的能量，并给予相反的作用力，限位弹簧35两端分别与动子31和上帽檐37固定连接，用于约束动子31振动的幅度，上帽檐37与杠杆22一端铰接；下帽檐36为锥头形状，能以较小的阻力破开水面，从而提高振动浮子的整体振动幅度。
本实施例中，自升降杠杆式潮流能发电装置的工作海况等级：1-5级海况；工作潮汐落差范围：3米至9米。
使用时：该装置安装在近海岸，该地点最低潮位比海底高2米。依据潮汐的动能和势能特性，三级升降平台能随潮汐一起涨落，并依据水流方向自动旋转，保持装置与水面的动态平衡。杠杆系统设计了非对称杠杆带动振荡浮子发电装置加速做振荡运动，杠杆一端为振荡浮子式发电装置，另一端为配重板；在水面上下波动的影响下，振荡浮子发电装置和配重板会来回转动起来，但配重板底部设有的波浪槽受力较大，会加速杠杆的转动，从而带动振荡浮子发电装置转动，加大了其转动的幅度和速度，加快其往复运动，增加了浮子振荡的频率，增强了发电效率。本发明能全天候发电，多深度捕获潮流能，充分利用潮流能资源，提高了整体发电系统的效率和经济性，并易于推广应用。

Claims (9)

1.一种自升降杠杆式潮流能发电装置，其特征在于，包括三级升降平台、杠杆系统和振荡浮子发电装置；
三级升降平台包括半球形浮体（11）、三级升降杆（12）和海底电缆（13），三级升降杆（12）的底部锚固在海底，半球形浮体（11）与三级升降杆（12）的顶部通过球铰连接，半球形浮体（11）能随着潮汐涨落而升降，并能在任意方向水流作用下实现360度旋转；
杠杆系统包括球扣（21）、杠杆（22）和配重板（23），杠杆（22）通过球扣（21）和半球形浮体（11）相连接，且杠杆（22）可绕球扣（21）上下振动，杠杆一端焊接配重板，另一端铰接振荡浮子发电装置，使得振荡浮子发电装置可绕铰接点水平旋转，且杠杆的振动能够带动振荡浮子发电装置加速做振荡运动；振荡浮子发电装置发出的电能通过海底电缆（13）输送。
2.根据权利要求1所述的一种自升降杠杆式潮流能发电装置，其特征在于，振荡浮子发电装置包括：动子（31）、定子（32）、弹簧（33）、立柱（34）、限位弹簧（35）、下帽檐（36）和上帽檐（37），立柱（34）有多个，上下帽檐分别与立柱（34）上下端固定连接，定子（32）设置于多个立柱（34）围成的空间中，其四周与立柱（34）固定连接，定子（32）内部设有滑槽，在海洋能影响下，动子沿滑槽上下振荡从而产生电能，弹簧（33）两端分别与动子（31）和下帽檐（36）固定连接，用于吸收动子（31）振动的能量，并给予相反的作用力，限位弹簧（35）两端分别与动子（31）和上帽檐（37）固定连接，用于约束动子（31）振动的幅度，上帽檐（37）与杠杆（22）一端铰接。
3.根据权利要求2所述的一种自升降杠杆式潮流能发电装置，其特征在于，下帽檐（36）为锥头形状，用于提高振荡浮子发电装置的整体振动幅度。
4.根据权利要求1所述的一种自升降杠杆式潮流能发电装置，其特征在于，三级升降杆（12）包括三个互相嵌套的第一级升降杆、第二级升降杆和第三级升降杆，三个互相嵌套的升降杆能根据水位的变化，自动升降，调节升降总长度，且第一级升降杆和半球形浮体（11）通过旋转轴相连接，第三级升降杆锚固在海底。
5.根据权利要求1所述的一种自升降杠杆式潮流能发电装置，其特征在于，杠杆系统为费力杠杆，配重板（23）在费力端，振荡浮子发电装置在省力端。
6.根据权利要求1所述的一种自升降杠杆式潮流能发电装置，其特征在于，配重板（23）底部开有波浪槽（24），用于增加配重板（23）与水面的接触面积，加大水面对杠杆的力，从而加快杠杆的往复运动。
7.根据权利要求1所述的一种自升降杠杆式潮流能发电装置，其特征在于，半球形浮体（11）上设有回弹槽（25），能使得杠杆吸收能量并回弹，加快上下转动的频率。
8.根据权利要求1所述的一种自升降杠杆式潮流能发电装置，其特征在于，半球形浮体（11）上设有压载水舱，用于保证发电装置平稳。
9.根据权利要求1所述的一种自升降杠杆式潮流能发电装置，其特征在于，海底电缆（13）铺设在杠杆（22）和三级升降杆（12）内部，一端与振荡浮子发电装置的输出端连接，另一端与储能设备连接。
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