CN116517756B - 一种深海网箱海流能发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水下发电技术领域，提供一种深海网箱海流能发电装置,包括涡振发生部，涡振发生部用于在背向海流的一侧产生涡振；发电部，若干发电部并列设置在涡振发生部背向海流的侧壁上，发电部内设置有若干纳米摩擦发电机，若干纳米摩擦发电机利用涡振发生部产生的涡振进行发电，若干纳米摩擦发电机之间电性连接；导向部，涡振发生部通过导向部与网箱转动连接，导向部用于使涡振发生部时刻垂直于海流的方向；防腐组件，涡振发生部与发电部、导向部的连接处，发电部与纳米摩擦发电机之间分别设置有防腐组件。本发明基于卡门涡街原理，充分高效利用海流能进行发电，同时可以根据需求改变发电能力，且可以在海水中长时间工作。
Description
技术领域
本发明属于水下发电技术领域，尤其涉及一种深海网箱海流能发电装置。
背景技术
深海网箱养殖是近年来发展迅速的养殖方法之一，如今致力于打造智能化、自动化程度高的深海网箱养殖系统，实时监测深海网箱的各个参数，获取设备的工作状态，实时监测深海网箱的养殖环境温度，含氧量等，实现智能投放喂食。通过智能化的手段获得高效的养殖。
然而，智能化和自动化程度的提高对用电量的需求也随着增加，在深海中，供电是一直难以解决的问题。在深海中，海流能资源丰富，但是一直未被有效利用。部分深海发电技术利用卡门涡街效应，通过涡振提供动能，带动发动机进行发电，但是现有的卡门涡街发电技术效率较低，发电效率受海流速度的影响较大，且相关装置不具有可扩展性，即发电功率只取决于海流速度，未能充分利用海流能。同时，海水具有强腐蚀性，一般的发电装置以及材料短时间使用之后就需要更换，否则就会影响装置的发电性能，所以目前为止海流能的高效利用还处于发展阶段，且没有稳定的技术手段降低海水带来的腐蚀。因此，亟需一种基于卡门涡街原理，充分高效利用海流能进行发电，同时可以根据需求改变发电能力，且可以在海水中长时间工作的深海网箱海流能发电装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种深海网箱海流能发电装置，以解决上述问题，达到利用卡门涡街原理充分高效利用海流能进行发电，同时可以根据需求改变发电能力，且可以在海水中长时间工作的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种深海网箱海流能发电装置，包括：
涡振发生部，所述涡振发生部用于在背向海流的一侧产生涡振；
发电部，若干所述发电部并列设置在所述涡振发生部背向海流的侧壁上，所述发电部内设置有若干纳米摩擦发电机，若干所述纳米摩擦发电机通过利用所述涡振发生部产生的涡振进行发电，若干所述纳米摩擦发电机之间电性连接；
导向部，所述涡振发生部通过所述导向部与网箱转动连接，所述导向部用于使所述涡振发生部时刻垂直于海流流速的方向；
防腐组件，所述涡振发生部与所述发电部的连接处，所述涡振发生部与所述导向部的连接处，所述发电部与所述纳米摩擦发电机之间分别设置有防腐组件。
优选的，所述涡振发生部包括横杆，所述横杆的横截面为梯形，所述发电部固定连接在所述横杆背向海流的一侧壁上，所述横杆的顶面中部与所述导向部固定连接。
优选的，所述发电部包括若干固定框架，若干所述固定框架固定连接在所述横杆背向海流的一侧壁上，若干所述固定框架与海流方向相平行，所述固定框架内通过若干连接组件分别与若干所述纳米摩擦发电机柔性连接。
优选的，所述连接组件包括若干沿海流的流动方向从前至后依次固定连接在所述固定框架内的尼龙绳，若干所述尼龙绳分别与所述横杆平行设置，所述纳米摩擦发电机的一边部与所述尼龙绳固定连接。
优选的，沿海流的流动方向，一所述固定框架内的若干纳米摩擦发电机的表面积从前至后依次增大。
优选的，所述导向部包括竖向设置的连接杆，所述连接杆的底部与所述横杆的顶面中部固定连接，所述连接杆的顶部与所述网箱转动连接，所述连接杆的侧壁上固定连接有导向板，所述导向板的侧面与所述连接杆的轴线相平行且与所述横杆的轴线相垂直，所述导向板用于在海流的推动下驱使横杆进行转动，使横杆时刻垂直于海流流速的方向。
优选的，所述连接杆、横杆和所述固定框架分别使用不锈钢材质。
优选的，所述防腐组件包括防腐涂层和防腐包裹材料，所述连接杆与所述横杆的连接处、所述横杆与所述固定框架的连接处、所述固定框架与所述尼龙绳的连接处、所述连接杆与所述导向板的连接处分别涂抹所述防腐涂层并包裹所述防腐包裹材料。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：涡振发生部的主要作用是使海流经过后，在涡振发生部的后方产生涡街，产生的涡街即可驱使若干纳米摩擦发电机进行摩擦、震动，从而产生电能；发电部的主要作用是将涡街产生的涡振的机械能转化为电能，实现高效的发电，同时发电部可以根据实际使用情况改变接入纳米摩擦发电机的数量和排列矩阵，充分利用空间内的能源；导向部的主要作用是在海流流向发改变时，利用海流的推动使涡振发生部可以始终与海流流动方向垂直，并最终使纳米摩擦发电机可以充分利用涡振的机械能进行发电。整体上，本发明解决了海流能发电效率低以及能源利用低等问题，基于卡门涡街原理，在海流流速低的时候也可以充分有效利用海流能进行发电；纳米摩擦发电机的接入数量和排列方式可根据实际情况进行变动，有效提高发电效率；同时，通过防腐处理，可以在海水中进行长时间的工作。
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为本发明发电装置的主视图；
图2为本发明发电装置的俯视图；
图3为本发明实施例二中横杆的示意图；
图4为本发明实施例二中两组横杆连接示意图；
图5为本发明实施例三中连接杆与网箱连接处的主视图；
其中，1、连接杆；2、横杆；3、固定框架；4、导向板；5、网箱；6、尼龙绳；7、纳米摩擦发电机；8、发电机；9、齿轮；10、齿圈；11、连接块；12、连接槽；13、凹槽；14、金属挡块；15、弹簧；16、电磁铁；17、滑槽。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：
参照图1-2所示，本发明提供了一种深海网箱海流能发电装置，包括：
涡振发生部，涡振发生部用于在背向海流的一侧产生涡振；
发电部，若干发电部并列设置在涡振发生部背向海流的侧壁上，发电部内设置有若干纳米摩擦发电机7，若干纳米摩擦发电机7通过利用涡振发生部产生的涡振进行发电，若干纳米摩擦发电机7之间电性连接；
导向部，涡振发生部通过导向部与网箱5转动连接，导向部用于使涡振发生部时刻垂直于海流流速的方向；
防腐组件，涡振发生部与发电部的连接处，涡振发生部与导向部的连接处，发电部与纳米摩擦发电机7之间分别设置有防腐组件。
涡振发生部的主要作用是使海流经过后，在涡振发生部的后方产生涡街，产生的涡街即可驱使若干纳米摩擦发电机7进行摩擦、震动，从而产生电能；发电部的主要作用是将涡街产生的涡振的机械能转化为电能，实现高效的发电，同时发电部可以根据实际使用情况改变接入纳米摩擦发电机7的数量和排列矩阵，充分利用空间内的能源；导向部的主要作用是在海流流向发生改变时，利用海流的推动使涡振发生部可以始终与海流流动方向垂直，并最终使纳米摩擦发电机7可以充分利用涡振的机械能进行发电。整体上，本发明解决了海流能发电效率低以及能源利用低等问题，基于卡门涡街原理，在海流流速低的时候也可以充分有效利用海流能进行发电；纳米摩擦发电机7的接入数量和排列方式可根据实际情况进行变动，有效提高发电效率；同时，通过防腐处理，可以在海水中进行长时间的工作。
进一步优化方案，涡振发生部包括横杆2，横杆2的横截面为梯形，发电部固定连接在横杆2背向海流的一侧壁上，横杆2的顶面中部与导向部固定连接。
横杆2通过使用梯形的截面积，相较于截面为圆形的阻流体，其后部产生的涡振频率增加稳定，振动也更加稳定，可以使纳米摩擦发电机7受到稳定的涡旋作用力，从而进行稳定的运作，提高发出的电流的稳定性。
进一步优化方案，发电部包括若干固定框架3，若干固定框架3固定连接在横杆2背向海流的一侧壁上，若干固定框架3与海流方向相平行，固定框架3内通过若干连接组件分别与若干纳米摩擦发电机7柔性连接。
进一步优化方案，连接组件包括若干沿海流的流动方向从前至后依次固定连接在固定框架3内的尼龙绳6，若干尼龙绳6分别与横杆2平行设置，纳米摩擦发电机7的一边部与尼龙绳6固定连接。
固定框架3焊接在横杆2上，通过尼龙绳6将纳米摩擦发电机7的一边部与固定框架3进行柔性连接，使纳米摩擦发电机7在尼龙绳6的限制下可以自由摆动。在横杆2产生涡街后，若干纳米摩擦发电机7可以随着涡旋进行摆动，从而使纳米摩擦发电机7的内部结构之间摩擦产生电流，实现发电功能。固定框架3上连接多个纳米摩擦发电机7，由于产生的涡旋是连续的，在一定的距离范围内，纳米摩擦发电机7都可以实现有效的发电，若干纳米摩擦发电机7同时工作可以使发电量叠加，提高发电效率。
根据实际的用电量需求和网箱5所处海域的海流大小，可以自由设置安装在横杆2上的固定框架3的数量，或改变每个固定框架3内的纳米摩擦发电机7的数量，从而改变横杆2上纳米摩擦发电机7的总量，实现发电功率可调，以便于适应各种不同的海况以及发电需求。
进一步优化方案，沿海流的流动方向，一固定框架3内的若干纳米摩擦发电机7的表面积从前至后依次增大。
由于距横杆2的距离越远，所产生的涡旋越大，因此，纳米摩擦发电机7的面积大小纵向梯级分布，离横杆2的距离越远其面积越大，以提高发电的效率。
进一步优化方案，导向部包括竖向设置的连接杆1，连接杆1的底部与横杆2的顶面中部固定连接，连接杆1的顶部与网箱5转动连接，连接杆1的侧壁上固定连接有导向板4，导向板4的侧面与连接杆1的轴线相平行且与横杆2的轴线相垂直，导向板4用于在海流的推动下驱使横杆2进行转动，使横杆2时刻垂直于海流流速的方向。
连接杆1的顶部与网箱5之间通过轴承连接，实现自由转动。当海流流速方向与横杆2的轴线不垂直时，导向板4的一面会受力，海流会通过推动导向板4使连接杆1发生转动，直到横杆2垂直于海流流速方向，此时导向板4受力平衡，连接杆1停止转向。
进一步优化方案，连接杆1、横杆2和固定框架3分别使用不锈钢材质。
连接杆1、横杆2和所述固定框架3使用SUS444不锈钢，SUS444属于高合金铁素体不锈钢，是一种超低碳氮、高耐腐蚀的铁素体不锈钢，适用于各种水处理装置，其耐腐蚀的性能是最优异的，可以长期在水下使用。
进一步优化方案，防腐组件包括防腐涂层和防腐包裹材料，连接杆1与横杆2的连接处、横杆2与固定框架3的连接处、固定框架3与尼龙绳6的连接处、连接杆1与导向板4的连接处分别涂抹防腐涂层并包裹防腐包裹材料。
在每个结构的接口处，为了避免海水腐蚀，在经过涂抹防腐涂层后，再包裹一层PVC材料进一步提高防腐性能。
本实施例的工作过程如下：将本发明的发电装置通过连接杆1转动连接在网箱5上。在海流的推动作用下，导向板4会通过连接杆1带动横杆2进行转动，直到导向板4与海流的方向相平行，导向板4的两侧受力平衡，导向板4不再发生偏转，使得横杆2与海流方向相垂直。海流经过横杆2后，会在横杆2的后方产生稳定的卡门涡街。卡门涡街的涡旋继续向横杆2的后方移动，同时，涡旋会使若干纳米摩擦发电机7绕尼龙绳6跟随摆动，从而使纳米摩擦发电机7的内部结构之间摩擦产生电流，实现发电。根据不同海况和不同的用电需求量，可改变横杆2上连接固定框架3的数量或者改变固定框架3内连接纳米摩擦发电机7的数量，实现发电功率可调，以便于适应各种不同的海况以及发电需求。
实施例二
如图3-4所示，本实施例与实施例一的区别仅在于，横杆2的两端固定连接有连接块11和连接槽12，一横杆2的连接块11与另一横杆2的连接槽12对应设置。
连接块11的两相对侧壁上分别向内开设有凹槽13，连接槽12的两相对内壁上分别开设有滑槽17，两组所述滑槽17内分别滑动连接有金属挡块14，金属挡块14与滑槽17的底部之间抵接有弹簧15，所述滑槽17的底部固定连接有电磁铁16，电磁铁16与金属挡块14对应设置，凹槽13与金属挡块14对应设置。
在需要进行更大的发电量扩展时，可将与连接杆1固定连接的横杆2的两端分别再连接一组横杆2，以增加可安装纳米摩擦发电机7的数量，从而提高海流能的利用效率，增加发电量。具体的，通过给电磁铁16通电，使电磁铁吸引金属挡块14相滑槽17内移动收回到滑槽17内并压缩弹簧15，将一横杆2的连接块11插入到连接槽12内后，给电磁铁16断电，金属挡块14不受磁力吸引后，在弹簧15的弹力作用下伸出滑槽17并卡入到凹槽13内，实现两组横杆2的连接。
实施例三
如图5所示，本实施例与实施例一的区别仅在于，连接杆1靠近网箱5的一端固定套设有齿圈10，在网箱5的底部固定连接有发电机8，发电机8的输出轴固定套设有齿轮9，齿轮9与齿圈10相啮合。
发电机8涉及的电路部分做有防水处理，齿轮9与齿轮10之间做有防腐处理。电路在导向板4受海流的推动带动连接杆1进行左右转动时，连接杆1上的齿圈10也同步绕连接杆1的轴线进行转动，齿圈10转动通过齿轮9带动发电机8转动进行发电，从而将连接杆1的机械能转化为电能，进一步提高本发明发电装置利用海流能的效率。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种深海网箱海流能发电装置，其特征在于，包括：
涡振发生部，所述涡振发生部用于在背向海流的一侧产生涡振；
发电部，若干所述发电部并列设置在所述涡振发生部背向海流的侧壁上，所述发电部内设置有若干纳米摩擦发电机(7)，若干所述纳米摩擦发电机(7)通过利用所述涡振发生部产生的涡振进行发电，若干所述纳米摩擦发电机(7)之间电性连接；
导向部，所述涡振发生部通过所述导向部与网箱(5)转动连接，所述导向部用于使所述涡振发生部时刻垂直于海流流速的方向；
防腐组件，所述涡振发生部与所述发电部的连接处，所述涡振发生部与所述导向部的连接处，所述发电部与所述纳米摩擦发电机(7)之间分别设置有防腐组件；
所述涡振发生部包括横杆(2)，所述横杆(2)的横截面为梯形，所述发电部固定连接在所述横杆(2)背向海流的一侧壁上，所述横杆(2)的顶面中部与所述导向部固定连接；
所述发电部包括若干固定框架(3)，若干所述固定框架(3)固定连接在所述横杆(2)背向海流的一侧壁上，若干所述固定框架(3)与海流方向相平行，所述固定框架(3)内通过若干连接组件分别与若干所述纳米摩擦发电机(7)柔性连接；
所述连接组件包括若干沿海流的流动方向从前至后依次固定连接在所述固定框架(3)内的尼龙绳(6)，若干所述尼龙绳(6)分别与所述横杆(2)平行设置，所述纳米摩擦发电机(7)的一边部与所述尼龙绳(6)固定连接；
沿海流的流动方向，一所述固定框架(3)内的若干纳米摩擦发电机(7)的表面积从前至后依次增大。
2.根据权利要求1所述的一种深海网箱海流能发电装置，其特征在于：所述导向部包括竖向设置的连接杆(1)，所述连接杆(1)的底部与所述横杆(2)的顶面中部固定连接，所述连接杆(1)的顶部与所述网箱(5)转动连接，所述连接杆(1)的侧壁上固定连接有导向板(4)，所述导向板(4)的侧面与所述连接杆(1)的轴线相平行且与所述横杆(2)的轴线相垂直，所述导向板(4)用于在海流的推动下驱使横杆(2)进行转动，使横杆(2)时刻垂直于海流流速的方向。
3.根据权利要求2所述的一种深海网箱海流能发电装置，其特征在于：所述连接杆(1)、横杆(2)和所述固定框架(3)分别使用不锈钢材质。
4.根据权利要求2所述的一种深海网箱海流能发电装置，其特征在于：所述防腐组件包括防腐涂层和防腐包裹材料，所述连接杆(1)与所述横杆(2)的连接处、所述横杆(2)与所述固定框架(3)的连接处、所述固定框架(3)与所述尼龙绳(6)的连接处、所述连接杆(1)与所述导向板(4)的连接处分别涂抹所述防腐涂层并包裹所述防腐包裹材料。
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