CN116066290A - 一种海上可变形且具有风能海流能发电功能的发电装置 - Google Patents

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陈卓婷
梁康养
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朱闽
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钟志勇
杨翠怡
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Abstract

本发明属于海上发电装置领域，具体的说是一种海上可变形且具有风能海流能发电功能的发电装置，包括装置主体、变桨盒和发电机仓，所述装置主体的顶部四周均安装有小型垂直轴风力发电机，且小型垂直轴风力发电机的上方安装有阻力型叶片，并且阻力型叶片的外侧安装有升力型叶片，所述装置主体的中间位置安装有大型垂直轴风力发电机，且大型垂直轴风力发电机的底部安装有塔架，所述变桨盒安装于塔架的顶部；本发明垂直轴风力发电机不管任何方向的来风均保持同一方向转动，更好的利用了风能，可以利用不同方向的海流360°旋转，随季节变化海流流向不同，可随海流流向进行旋转，采用海流能发电，同时遇大风大浪台风天，降低高度保持稳定性。

Description

一种海上可变形且具有风能海流能发电功能的发电装置
技术领域
本发明涉及海上发电装置领域，具体是一种海上可变形且具有风能海流能发电功能的发电装置。
背景技术
随着社会的发展和进步，能源日渐紧张，无污染新兴能源的海上发电装置的开发利用日益受到人们的关注，风能、太阳能因其无污染、可再生、储量大且分布广的优势成为人们开发的首选，其中风力发电、太阳能发电技术发展较早，海上风力发电平台已经广泛布设。
传统的海上发电装置存在风能发电装置虽然利用系数较高但是不容易启动，或者说是启动时程序较复杂，风能发电装置采用水平轴风力发电机的结构将浪费风能，并且在高风速地区，水平式发电机稳定性一般的问题。
因此，针对上述问题提出一种海上可变形且具有风能海流能发电功能的发电装置。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，解决了风能发电装置虽然利用系数较高但是不容易启动，或者说是启动时程序较复杂，风能发电装置采用水平轴风力发电机的结构将浪费风能，并且在高风速地区，水平式发电机稳定性一般的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种海上可变形且具有风能海流能发电功能的发电装置，包括装置主体、变桨盒和发电机仓，所述装置主体的顶部四周均安装有小型垂直轴风力发电机，且小型垂直轴风力发电机的上方安装有阻力型叶片，并且阻力型叶片的外侧安装有升力型叶片，所述装置主体的中间位置安装有大型垂直轴风力发电机，且大型垂直轴风力发电机的底部安装有塔架，所述变桨盒安装于塔架的顶部，且变桨盒的顶部安装有风轮轴，并且风轮轴的顶部安装有避雷针，所述变桨盒的两侧均设置有横梁，且横梁的端部安装有叶片铰链，所述叶片铰链的上方安装有上叶片，且叶片铰链的下方安装有下叶片，所述发电机仓安装于装置主体的下方，且发电机仓的底部安装有固定浮板，所述固定浮板的两侧均安装有活动浮板，且固定浮板的外部预留有链槽，并且链槽的内部贯穿连接有锚链。
优选的，所述固定浮板的两侧均安装有减摇鳍，且固定浮板的下方安装有固定支架，所述固定支架的外壁设置有三角支架，且三角支架的下方安装有海流能发电装置，并且海流能发电装置的下方安装有导流罩，所述导流罩的外壁安装有消涡鳍，且消涡鳍的内侧安装有导流板，并且导流板的内部安装有扇叶，所述固定浮板的中间位置安装有液压杆。
优选的，所述小型垂直轴风力发电机等间距分布于装置主体的四角，且小型垂直轴风力发电机与阻力型叶片以及升力型叶片之间为活动连接，并且阻力型叶片与升力型叶片均采用达里厄叶片材质。
优选的，所述变桨盒与风轮轴之间为转动连接，且变桨盒与塔架之间为转动连接。
优选的，所述上叶片与下叶片采用变桨螺距控制方式，且上叶片与下叶片与风轮轴之间为铰链连接。
优选的，所述发电机仓与大型垂直轴风力发电机以及小型垂直轴风力发电机之间为电性连接，且发电机仓的外壁与固定浮板的顶部之间为焊接连接。
优选的，所述固定浮板与活动浮板之间为转动连接，且活动浮板关于发电机仓的中轴线对称设置。
优选的，所述减摇鳍关于固定浮板的中轴线对称设置，且减摇鳍采用流线型设置。
优选的，所述导流罩与三角支架之间为转动连接，且三角支架关于固定支架的中心点等间距设置有三个。
优选的，所述液压杆与固定浮板之间为固定连接，且液压杆与发电机仓之间为滑动连接。
本发明的有益之处在于：
1.大型垂直轴风力发电机叶片处采用变桨螺距控制，通过改变叶片朝向位置的方法提高风能的利用率，大型垂直轴风力发电机叶片分为上下两节，上叶片与下叶片通过一个叶片铰链安装在风轮轴上，两叶片可以向风轮轴中间倾斜，在风速低于额定风速时，也就是正常风速时叶片是直立状态，与普通H型垂直轴风力机运行状态相同，叶片倾斜后，减小了叶片的等效长度与风轮轴的等效半径，减小了风轮轴的扫风面积，在超过额定风速时倾斜叶片可以起到限制风轮轴转速增加，在遇到超强台风时可将叶片放平，起到保护作用；
2.阻力型叶片发电装置在低风速下因叶片呈凹凸形状，易启动，即协助升力型叶片启动，弯曲的升力型叶片以对抗离心力，降低小型垂直轴风力发电机转动时产生的气流，最小程度的避免影响到大型垂直轴风力发电机，小型垂直轴风力发电机与大型垂直轴风力发电机采用垂直轴风力发电机，垂直轴风力发电机是万向受风的垂直式结构，不管任何方向的来风，均保持同一方向转动，更好的利用了风能，而水平轴风力发电机的结构更浪费风能，在高风速地区，垂直轴风力发电机要比水平式的更加安全稳定；
3.海流复杂多变，多个方向上的海流能发电装置可以利用不同方向的海流360°旋转，随季节变化海流流向不同，可随海流流向进行旋转，采用海流能发电，海水流动的动能，在海底较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动所产生的能量，是一种以动能形态出现的海洋能，通过遥控控制活动浮板转动打开后与固定浮板可拼接成圆形，可以像伸缩桌子一样自动伸展成圆形，增大占地面积，使得该装置在海面上能够更加平稳，遇大风大浪台风天，降低高度保持稳定性。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明整体正视的立体结构示意图；
图2为本发明整体正视的结构示意图；
图3为本发明整体侧视的立体结构示意图；
图4为本发明整体俯视的结构示意图；
图5为本发明的正常风力时发电结构示意图；
图6为本发明的强风力时发电结构示意图；
图7为本发明的活动浮板展开结构示意图；
图8为本发明的活动浮板收缩结构示意图；
图9为本发明海流能发电装置正视的结构示意图；
图10为本发明海流能发电装置侧视的立体结构示意图。
图中：1、装置主体；2、小型垂直轴风力发电机；3、阻力型叶片；4、升力型叶片；5、大型垂直轴风力发电机；6、塔架；7、变桨盒；8、风轮轴；9、避雷针；10、上叶片；11、叶片铰链；12、下叶片；13、发电机仓；14、固定浮板；15、链槽；16、锚链；17、活动浮板；18、减摇鳍；19、固定支架；20、三角支架；21、导流罩；22、消涡鳍；23、导流板；24、扇叶；25、横梁；26、液压杆；27、海流能发电装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1至图8所示，一种海上可变形且具有风能海流能发电功能的发电装置，包括装置主体1、变桨盒7和发电机仓13，装置主体1的顶部四周均安装有小型垂直轴风力发电机2，且小型垂直轴风力发电机2的上方安装有阻力型叶片3，并且阻力型叶片3的外侧安装有升力型叶片4，装置主体1的中间位置安装有大型垂直轴风力发电机5，且大型垂直轴风力发电机5的底部安装有塔架6，变桨盒7安装于塔架6的顶部，且变桨盒7的顶部安装有风轮轴8，并且风轮轴8的顶部安装有避雷针9，变桨盒7的两侧均设置有横梁25，横梁25的端部安装有叶片铰链11，且叶片铰链11的上方安装有上叶片10，并且叶片铰链11的下方安装有下叶片12，发电机仓13安装于装置主体1的下方，且发电机仓13的底部安装有固定浮板14，固定浮板14的两侧均安装有活动浮板17，且固定浮板14的外部预留有链槽15，并且链槽15的内部贯穿连接有锚链16。
小型垂直轴风力发电机2等间距分布于装置主体1的四角，且小型垂直轴风力发电机2与阻力型叶片3以及升力型叶片4之间为活动连接，并且阻力型叶片3与升力型叶片4均采用达里厄叶片材质，四个小型垂直轴风力发电机2选用达里厄叶片，阻力型叶片3与升力型叶片4相结合形式，升力型叶片4垂直轴风力机是利用风的升力工作的，其风能利用系数较高、结构稳固、安装维护方便，有发展前途，但不容易启动，而阻力型叶片3发电装置在低风速下因叶片呈凹凸形状，易启动，即协助升力型叶片4启动，弯曲的升力型叶片4以对抗离心力，降低小型垂直轴风力发电机2转动时产生的气流，最小程度的避免影响到大型垂直轴风力发电机5。
变桨盒7与风轮轴8之间为转动连接，且变桨盒7与塔架6之间为转动连接，风轮轴8与变桨盒7使得结构之间更加的灵活，通过风轮轴8顶部的避雷针9的设置，在恶劣天气时，能够起到防止装置主体1受到雷击的情况。
上叶片10与下叶片12采用变桨螺距控制方式，且上叶片10与下叶片12与风轮轴8之间为铰链连接，大型垂直轴风力发电机5叶片处采用变桨螺距控制，通过改变叶片朝向位置的方法提高风能的利用率，大型垂直轴风力发电机5叶片分为上下两节，上叶片10与下叶片12通过一个叶片铰链11安装在风轮轴8上，两叶片可以向风轮轴8中间倾斜，在风速低于额定风速时，也就是正常风速时叶片是直立状态，与普通H型垂直轴风力机运行状态相同，叶片倾斜后，减小了叶片的等效长度与风轮轴8的等效半径，减小了风轮轴8的扫风面积，在超过额定风速时倾斜叶片可以起到限制风轮轴8转速增加，在遇到超强台风时可将叶片放平，起到保护作用。
发电机仓13与大型垂直轴风力发电机5以及小型垂直轴风力发电机2之间为电性连接，且发电机仓13的外壁与固定浮板14的顶部之间为焊接连接，装置主体1平台中间内部安装有行星齿轮，副齿轮分别与主齿轮啮合，四个副齿轮小型垂直轴风力发电机2连接转动，会带动主齿轮转动大型垂直轴风力发电机5，反之，主齿轮转动，带动副齿轮转动更快，同时大型垂直轴风力发电机5以及小型垂直轴风力发电机2连接发电机仓13进行发电，小型垂直轴风力发电机2与大型垂直轴风力发电机5采用垂直轴风力发电机，垂直轴风力发电机是万向受风的垂直式结构，不管任何方向的来风，均保持同一方向转动，更好的利用了风能，而水平轴风力发电机的结构更浪费风能，在高风速地区，垂直轴风力发电机要比水平式的更加安全稳定。
固定浮板14与活动浮板17之间为转动连接，且活动浮板17关于发电机仓13的中轴线对称设置，通过遥控控制活动浮板17转动打开后与固定浮板14可拼接成圆形，可以像伸缩桌子一样自动伸展成圆形，增大占地面积，使得该装置在海面上能够更加平稳。
实施例二
请参阅图1至图4及图9与图10所示，对比实施例一，作为本发明的另一种实施方式，固定浮板14的两侧均安装有减摇鳍18，且固定浮板14的下方安装有固定支架19，固定支架19的外壁设置有三角支架20，且三角支架20的下方安装有海流能发电装置27，并且海流能发电装置27的下方安装有导流罩21，导流罩21的外壁安装有消涡鳍22，且消涡鳍22的内侧安装有导流板23，并且导流板23的内部安装有扇叶24，固定浮板14的中间位置安装有液压杆26。
减摇鳍18关于固定浮板14的中轴线对称设置，且减摇鳍18采用流线型设置，减摇鳍18采用流线型设置用于减小该装置横摇，提高稳定性，通过控制机构自动调整减摇鳍18机翼相对于水流的角度，使左右两个减摇鳍18产生最大的与摇摆方向相反的力矩，达到减摇的效果。
导流罩21与三角支架20之间为转动连接，且三角支架20关于固定支架19的中心点等间距设置有三个，海流能发电装置27通过设置导流罩21和导流板23对流向扇叶24的海流进行整流，提高发电效率，安装有消涡鳍22，消除扇叶24产生的涡流能量，消涡鳍22设置于扇叶24后端，海流经扇叶24时，扇叶24转动，扇叶24的叶片边缘产生绕流，海流在扇叶24后方形成漩涡，通过消涡鳍22进行消涡，减小海流能发电过程中的能量损耗，海流能发电装置27呈三角形对称分布加强稳性，多个海流能发电装置27利用海能的效率更高，海流复杂多变，多个方向上的海流能发电装置27可以利用不同方向的海流360°旋转，随季节变化海流流向不同，可随海流流向进行旋转，采用海流能发电，海水流动的动能，在海底较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动所产生的能量，是一种以动能形态出现的海洋能。
液压杆26与固定浮板14之间为固定连接，且液压杆26与发电机仓13之间为滑动连接，装置主体1通过固定浮板14两侧链槽15连接锚链16进行固定，液压杆26安装于固定浮板14上部，与装置主体1平台相连接，可上下移动进行收缩，收缩状态为平台放置底座上，遇大风大浪台风天，降低高度保持稳定性。
工作原理：首先，正常天气环境状态下，四个小型垂直轴风力发电机2选用达里厄叶片，阻力型叶片3与升力型叶片4相结合形式，升力型叶片4垂直轴风力机是利用风的升力工作的，其风能利用系数较高、结构稳固、安装维护方便，有发展前途，但不容易启动，而阻力型叶片3发电装置在低风速下因叶片呈凹凸形状，易启动，即协助升力型叶片4启动，弯曲的升力型叶片4以对抗离心力，降低小型垂直轴风力发电机2转动时产生的气流，最小程度的避免影响到塔架6上方大型垂直轴风力发电机5，发电机仓13进行发电，风吹过时，因阻力型叶片3的构造为两个半圆筒，分别朝轴心外偏移，其中一面是凹面，一面是凸面，两侧因风的阻力不同而造成旋转，这种风车容易启动，但效率低，但是可以带动升力型发电机启动，待四个小型垂直轴风力发电机2都启动后，旋转轴进行旋转带动下方行星齿轮转动，行星齿轮的转动带动大型齿轮的转动，进而导致大型垂直轴风力发电机5旋转轴转动，大型垂直轴风力发电机5采用升力型垂直轴风机，安装有若干个截面形似机翼外形的升力型叶片4，待大型风力启动后，该叶片产生的升力来驱动风车旋转，使其转速加快，其速度可以高于风速好几倍，大型垂直轴风力发电机5叶片处采用变桨螺距控制，通过改变叶片朝向位置的方法提高风能的利用率，大型垂直轴风力发电机5叶片分为上下两节，上叶片10与下叶片12通过横梁25内部叶片铰链11安装在风轮轴8上，两叶片可以向风轮轴8中间倾斜，在风速低于额定风速时，也就是正常风速时叶片是直立状态，与普通H型垂直轴风力机运行状态相同，叶片倾斜后，减小了叶片的等效长度与风轮轴8的等效半径，减小了风轮轴8的扫风面积，在超过额定风速时倾斜叶片可以起到限制风轮轴8转速增加，在遇到超强台风时可将叶片放平，起到保护作用；
接下来，若为台风等恶劣天气，中间的杆为液压杆26，当风力较大时，海上发电装置可能会因重心太高而不稳定，这时，液压杆26可进行收缩，收缩长度为原长的1/2，此时，装置主体1平台就放置于底座上端，降低装置主体1的重心，保证其稳定性，此时，大型垂直轴风力发电机5的上叶片10与下叶片12进行倾斜，倾斜后减小叶片等效长度与风轮轴8的等效半径，减小了风轮轴8的扫风面积，起到保护作用，若风力过于强，则可以完全收起，风力发电装置下方的活动浮板17也会因台风天气而被遥控自动展开，形成圆形状，增大与海面的接触面积，增加了该装置的稳定性，在风浪较大时，若该装置不稳定，可以通过操纵机构转动减摇鳍18，减摇鳍18采用流线型设置用于减小该装置横摇，提高稳定性，通过控制机构自动调整减摇鳍18机翼相对于水流的角度，使左右两个减摇鳍18产生最大的与摇摆方向相反的力矩，使其在水流上产生作用力，从而形成减摇力矩，减小摇摆，以便减小该装置的横揺；
再接着，在水下方设置有三个海流能发电装置27，固定支架19结合三角支架20的稳定形式，海流能发电装置27通过设置导流罩21和导流板23对流向扇叶24的海流进行整流，提高发电效率，安装有消涡鳍22，消除扇叶24产生的涡流能量，消涡鳍22设置于扇叶24后端，海流经扇叶24时，扇叶24转动，扇叶24的叶片边缘产生绕流，海流在扇叶24后方形成漩涡，通过消涡鳍22进行消涡，减小海流能发电过程中的能量损耗，海流能发电装置27呈三角形对称分布加强稳性，多个海流能发电装置27利用海能的效率更高，导流罩21和导流板23，可以对流过的水流进行整流，提高发电效率，也能一定程度上防止小石头或鱼类对装置的影响，该发电装置可进行360度旋转，防止因季节变化海流方向改变，可以全年进行发电，且成三角形排列并不会阻挡海流，风轮轴8与变桨盒7使得结构之间更加的灵活，通过风轮轴8顶部的避雷针9的设置，在恶劣天气时，能够起到防止装置主体1受到雷击的情况，装置主体1通过固定浮板14两侧链槽15连接锚链16进行固定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种海上可变形且具有风能海流能发电功能的发电装置，其特征在于：包括装置主体(1)、变桨盒(7)和发电机仓(13)，所述装置主体(1)的顶部四周均安装有小型垂直轴风力发电机(2)，且小型垂直轴风力发电机(2)的上方安装有阻力型叶片(3)，并且阻力型叶片(3)的外侧安装有升力型叶片(4)，所述装置主体(1)的中间位置安装有大型垂直轴风力发电机(5)，且大型垂直轴风力发电机(5)的底部安装有塔架(6)，所述变桨盒(7)安装于塔架(6)的顶部，且变桨盒(7)的顶部安装有风轮轴(8)，并且风轮轴(8)的顶部安装有避雷针(9)，所述变桨盒(7)的两侧均设置有横梁(25)，且横梁(25)的端部安装有叶片铰链(11)，所述叶片铰链(11)的上方安装有上叶片(10)，且叶片铰链(11)的下方安装有下叶片(12)，所述发电机仓(13)安装于装置主体(1)的下方，且发电机仓(13)的底部安装有固定浮板(14)，所述固定浮板(14)的两侧均安装有活动浮板(17)，且固定浮板(14)的外部预留有链槽(15)，并且链槽(15)的内部贯穿连接有锚链(16)。
2.根据权利要求1所述的一种海上可变形且具有风能海流能发电功能的发电装置，其特征在于：所述固定浮板(14)的两侧均安装有减摇鳍(18)，且固定浮板(14)的下方安装有固定支架(19)，所述固定支架(19)的外壁设置有三角支架(20)，且三角支架(20)的下方安装有海流能发电装置(27)，并且海流能发电装置(27)的下方安装有导流罩(21)，所述导流罩(21)的外壁安装有消涡鳍(22)，且消涡鳍(22)的内侧安装有导流板(23)，并且导流板(23)的内部安装有扇叶(24)，所述固定浮板(14)的中间位置安装有液压杆(26)。
3.根据权利要求1所述的一种海上可变形且具有风能海流能发电功能的发电装置，其特征在于：所述小型垂直轴风力发电机(2)等间距分布于装置主体(1)的四角，且小型垂直轴风力发电机(2)与阻力型叶片(3)以及升力型叶片(4)之间为活动连接，并且阻力型叶片(3)与升力型叶片(4)均采用达里厄叶片材质。
4.根据权利要求1所述的一种海上可变形且具有风能海流能发电功能的发电装置，其特征在于：所述变桨盒(7)与风轮轴(8)之间为转动连接，且变桨盒(7)与塔架(6)之间为转动连接。
5.根据权利要求1所述的一种海上可变形且具有风能海流能发电功能的发电装置，其特征在于：所述上叶片(10)与下叶片(12)采用变桨螺距控制方式，且上叶片(10)与下叶片(12)与风轮轴(8)之间为铰链连接。
6.根据权利要求1所述的一种海上可变形且具有风能海流能发电功能的发电装置，其特征在于：所述发电机仓(13)与大型垂直轴风力发电机(5)以及小型垂直轴风力发电机(2)之间为电性连接，且发电机仓(13)的外壁与固定浮板(14)的顶部之间为焊接连接。
7.根据权利要求1所述的一种海上可变形且具有风能海流能发电功能的发电装置，其特征在于：所述固定浮板(14)与活动浮板(17)之间为转动连接，且活动浮板(17)关于发电机仓(13)的中轴线对称设置。
8.根据权利要求2所述的一种海上可变形且具有风能海流能发电功能的发电装置，其特征在于：所述减摇鳍(18)关于固定浮板(14)的中轴线对称设置，且减摇鳍(18)采用流线型设置。
9.根据权利要求2所述的一种海上可变形且具有风能海流能发电功能的发电装置，其特征在于：所述导流罩(21)与三角支架(20)之间为转动连接，且三角支架(20)关于固定支架(19)的中心点等间距设置有三个。
10.根据权利要求2所述的一种海上可变形且具有风能海流能发电功能的发电装置，其特征在于：所述液压杆(26)与固定浮板(14)之间为固定连接，且液压杆(26)与发电机仓(13)之间为滑动连接。
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