CN204041350U - 推力型漂浮式集风发电装置 - Google Patents

Abstract

一种推力型漂浮式集风发电装置，该装置由漂浮系统、风轮及其支架系统、集风系统、自动对风系统和对风纠偏装置、调速系统、以及发电系统组成，三只浮箱之间由钢桁架(15)连成整体，两只主浮箱底部设有稳浪板(14)，两只主浮箱的中部树立风轮支架(35)，上面架立一根卧式风轮轴(5)，风轮(6)由两端圆盘和圆盘之间的七片弧形叶片组成，风轮前、后设前、后下部导风板(7、12)，两侧设有左、右侧向导风板(11)，竖轴顶上固结有一个绝缘圆盘(19)，风向标头部下面装有一只滑动电极(21)，电极被弹簧紧紧压在绝缘圆盘上，风轮的一端装有伞齿轮组，通过一根竖向传动轴(36)，带动安装在主浮箱里的发电机(37)发电，前导风板下面设有一只弧形的调速板(13)。本实用新型采用漂浮方式，可设置在更深的广大海域上，主浮箱下装有稳浪板，抗倾覆、抗风浪稳定性强，可对风轮进行精细调速，提高并网精度。

Description

推力型漂浮式集风发电装置

技术领域

本实用新型属于清洁能源设备技术领域，确切的说是一种利用风力发电的创新设备。 

背景技术

海面辽阔，海面平坦，摩阻力小，是开发风力发电事业的理想去处，但是到目前为止，已经建立的海上风力发电站都是在海底打桩建成一个庞大的高桩承台，上面再竖起一根塔桅，顶上安装的是旋浆式风机，这种机型由于风叶的面积只有风轮面积的几十分之一，而且风轮上所受的推力又只是叶片上所受到的风力的垂直分力，所以风轮所受到的推力更小，以至于风能的利用率很低，尤其是水深以后基础施工更困难、造价更高，所以这种机型只能安装在距离海岸不远的海水深度小于40米的浅海上，再深一些的广大海域却无法利用，而这一海域正是渔业、海水养殖和航运的繁忙地域，因此能供给建设风力发电厂的区域受到一定的限制，本实用新型采用漂浮方式可以安装在海水更深一些的广大海域上，而推力式风轮又能以更大的受风面积全面而且直接接受风力，效益更高。 

发明内容

本实用新型由漂浮系统、风轮及其支架系统、集风系统、自动对风系统和对风纠偏装置、调速系统、以及发电系统组成，漂浮系统由平面上呈“品”字形排列的三只浮箱组成，中心线左、右两只为主浮箱、中心线上后侧一只为尾浮箱，两主浮箱之间，底部设有稳浪板，两只主浮箱的中部树立风轮支架，上面架立一根卧式风轮轴，风轮轴两端设有两个圆盘，圆盘之间装有七片弧形叶片，叶片与圆盘共同组成一只推力式风轮，风轮的底部离开海面的距离足以在飓风来临时，海浪打不到风轮上，风轮前、后设前、后下部导风板，两块下部导风板接近风轮处均处在风轮轴的同一高度上，而向前、向后都降到主浮箱面上，两侧设有左、右侧向导风板，风轮顶部设有上部导风板，两只主浮箱前部有锚链把整个漂浮系统系在打入海底的锚桩上，尾浮箱上装有一根竖轴，竖轴上装有一个可以转动的平面形状为锐三角形的尾翼，竖轴顶上固结着一个绝缘圆盘，圆盘上贴有左、右两块半圆环形的铜片，绝缘圆盘中心轴上面装有一只可以自由随风旋转的风向标，风向标头部下面装有一只滑动电极，电极被弹簧紧紧压在绝缘圆盘上，风轮的一端装有伞齿轮，通过一根竖向传动轴，带动安装在主浮箱里的发电机发电，前导向板下面设有一只弧形的调速板， 

三个浮箱之间由钢桁架连成一体，以保证整个装置不会被任何方向的强风吹翻、倾倒，稳浪板上的水重对主浮箱的升、降能起到一定的阻尼作用，防止整个漂浮系统在大风大浪中大起大落或摇摆不定，前、后导风板正好遮住风轮的下半部，上、下、左、右导风板则在风轮前后共同组成一个前后都呈喇叭形的集风系统，把比风轮面积大数倍的风力集中吹向风轮的上半部，提高风轮前部风压，保证风轮后部负压区的稳定性，提高风轮出力，上部导风板中段，是一段包角为52°的弧形板，紧紧包围在风轮外围，和七片叶片的风轮配合，使得前一叶片还未转出弧形板，后一叶片又已进入弧形板的包围范围，保证了风轮得到持续加力的作用，主浮箱 前面的锚桩、锚链，和尾浮箱上面的三角形尾翼，共同组成整个装置的自动对风系统，在风力的推动下会自然的把风轮前部对准来风方向，但是如果海流的方向与风力的方向不一致时，风轮的中心线还会与来风方向产生一定的角度偏差，尾浮箱中轴顶上的风向标、绝缘圆盘和其附属电路所组成的对风纠偏装置，通过蜗轮-蜗杆机构驱使三角形尾翼转动，使其一侧的受风面积增大，抵消海流对三个浮箱的冲力，使整个装置的中心线重新回到与来风一致的方向上来，发电机是一种多极对数的发电机，微电脑根据发电机所发电流的频率、相位与系统电网的频率、相位的差距进行比对，调整发电机的极对数，然后再启动调速板的电机正转或反转，调整位于前导风板内的弧形调速板向上旋转，把风轮上半部的受风面积遮挡一部分，调整风轮的受风面积，适当的降低风轮转速，使发电机发出的电流与系统电网的频率、相位完全吻合，以提高并网精度。 

附图说明

图1.推力型漂浮式集风发电装置纵剖面示意图 

图2.推力型漂浮式集风发电装置平剖面示意图 

图3.推力型漂浮式集风发电装置横剖面示意图 

图4.绝缘圆盘与风向标平面图 

图5.对风纠偏装置电路原理图 

图6.自动对风系统和对风纠偏装置工作原理图 

6-0风力与海流一致或不一致时整个装置的漂流位置图 

6-1风力方向FX与海流方向hX一致时尾翼与尾浮筒形态图 

6-2风力方向FX与海流方向hX不一致时尾翼与尾浮箱态图 

6-3对风纠偏装置开始动作，尾翼17旋转后形态图 

6-4风力推动尾浮筒转到与风力一致的方向后尾翼与尾浮筒形态图 

图7.不同方向的海流作用下整个装置在纠偏前、后漂流状况变化图 

7-1海流hL从风力FL的右侧冲来，且与风向夹角＜90°时，整个装置在纠偏前、后漂流状况变化图 

7-2海流hL从风力FL的右侧冲来，且与风向夹角＞90°时，整个装置在纠偏前、后漂流状况变化图 

7-3海流hL从风力FL的左侧冲来，且与风向夹角＜90°时，整个装置在纠偏前、后漂流状况变化图 

7-4海流hL从风力FL的左侧冲来，且与风向夹角＞90°时，整个装置在纠偏前、后漂流状况变化图 

具体实现方案 

图1、2、3、示出：左、右两只主浮箱1的底部设有稳浪板14，两只主浮箱之间及与后部尾浮箱2之间通过钢桁架15连接整体，两个主浮箱甲板上各架立一个钢架35，钢架上安装一根卧式风轮轴5，风轮轴两端设有两个圆盘，圆盘之间装有七片弧形叶片，圆盘与叶片共同组成风轮6，风轮前、后设前、后下部导风板7和12，两侧设有左、右侧面导风板11，风轮顶部的上部导风板由8、9、10三段板连接而成，其中中段9是一块包在风轮外围仅有1-2厘米间隙的弧形板，包角为52°，两只主浮箱前部有锚链3把整个漂浮系统的三只浮箱系在打入海底的锚桩4上，尾浮箱上 

装有一根竖轴16，竖轴上装有一个可以转动的平面形状为锐三角形的尾翼17，竖轴16顶上固结着一个绝缘圆盘19，圆盘上贴有左、右两块半圆环形的铜片20、22，绝缘圆盘上装有一只可以自由随风旋转的风向标18，风向标头部下面装有一只滑动电极21，电极被弹簧紧紧压在绝缘圆盘上，风轮轴的一端装有伞齿轮，通过一根竖向传动轴36，带动安装在主浮箱里的发电机37发电，前导向板下面设有一只弧形的调速板13，调速板包在风轮外围，二者之间的间隙很小。 

图4为绝缘圆盘与风向标平面图，绝缘圆盘19上贴有左、右铜片20、22，风向标18头部下面装有滑动电极21，风向标18应该是始终对准来风方向的，绝缘圆盘19是固结在尾浮箱2的竖轴16上的，所以绝缘圆盘19的中心线始终应与整个装置中心线，也就是尾浮箱2的中心线一致。 

图5为对风纠偏装置电路原理图，绝缘圆盘19上所贴的左、右铜片20、22分别通过两个滑环23和碳刷24与直流系统的正、反转电路25、26接通，风向标18头部下面的滑动电极21也有导线与直流系统的另一极接通，直流系统的正、反转电路通过正、反转继电器27、28，可以分别启动交流电路上的正、反转电路29、30，使对风纠偏电机31正转或反转，通过蜗轮-蜗杆机构带动尾翼17顺时针或反时针转动一个角度。 

图6为自动对风系统和对风纠偏装置工作原理图， 

图6-0为风力与海流方向一致或不一致时，整个装置的漂流位置图：当风力FL与海流hL方向一致时整个装置漂浮在锚桩4下游顺风方向的Z线上，当风力方向FL与海流hL方向不一致成一个夹角α时，整个装置漂浮在合力HL作用的方向P线上； 

图6-1为当风力FL与海流hL方向一致时，尾翼17、绝缘圆盘19、风向标18的中心线均与尾浮箱2的中心线一致，整个装置漂浮在锚桩4下游顺风方向的Z线上，图6-2是当风向改变后的的情况，当海流的冲力来自风力方向FX的右侧时，海流冲力hL与风力FL形成合力HL使整个装置以锚桩4为中心反时针向左偏转了一个角度α°，整个装置漂浮在合力方向P线上，此时尾浮箱2、绝缘圆盘19的中心线也随之与合力方向P线重合，但风向标仍旧保持在风力FL的方向上未动，于是在绝缘圆盘上的左铜片20转到了滑动电极21的下面，导致纠偏电路的反转电路接通，纠偏电机31带动尾翼17反时针旋转呈图6-3的形态，致使尾翼的左侧受风面积更加增大，待风力在尾翼上推动的纠偏力矩大于海流的作用力矩时，整个装置又从图6-3的状态、即从P线上转到图6-4的Z线上，这时绝缘圆盘上的左、右铜片之间的间隙又滑动到电极21的下面，纠偏电路断开，纠偏电机停转，但这时蜗轮-蜗杆机构仍旧把尾翼17停留在原倾斜状态，以维持风力在尾翼左斜面上的纠偏推力。如果风力再有所变化，尾翼上的推力与海流的冲力力矩又产生差距，整个装置中心线又发生变化，滑动电极又会滑动到左铜片或右铜片上，电路再一次接通，进行另一次纠偏动作。 

图7为不同方向的海流作用下整个装置在纠偏前、后漂流状况变化图，图7-1、图7-2分别为海流hL从风力FL的右侧冲来，风力和海流冲力的合力HL偏向左侧，整个装置从原来风力FL的Z线反时针漂到左侧P线上，图7-1为二力的夹角α小于90°，图7-2为二力的夹角α大于90°时的情况。 

图7-3、图7-4分别为海流hL从风力FL的左侧冲来，风力和海流冲力的合力HL偏向右侧，整个装置从原来风力FL的Z线反时针漂到右侧P线上，图7-3为二力的夹角α小于90°，图7-4为二力的夹角α大于90°时的情况。 

根据图7的工作原理，对风纠偏装置最终都能把整个装置从合力的方向转回到与风力一致的方向上来。 

Claims (5)

1.一种推力型漂浮式集风发电装置，该装置由漂浮系统、风轮及其支架系统、集风系统、自动对风系统和对风纠偏装置、调速系统、以及发电系统组成，其特征为：漂浮系统的两只主浮箱(1)和其中心线后侧的尾浮箱(2)，在平面上呈“品”字形排列，三只浮箱之间由钢桁架(15)连成整体，两只主浮箱底部设有稳浪板(14)，两只主浮箱的中部树立风轮支架(35)，上面架立一根卧式风轮轴(5)，风轮(6)由两端圆盘和圆盘之间的七片弧形叶片组成，风轮前、后设前、后下部导风板(7、12)，两侧设有左、右侧向导风板(11)，风轮顶部设有上部导风板(8、9、10)，两只主浮箱前部由锚链(4)把整个漂浮系统系在打入海底的锚桩(5)上，尾浮箱上装有一根竖轴(16)，竖轴上装有一个可以转动的平面形状为锐三角形的尾翼(17)，竖轴顶上固结有一个绝缘圆盘(19)，圆盘上贴有左、右两块半圆环形的铜片(20、22)，绝缘圆盘上装有一只可以自由随风旋转的风向标(18)，风向标头部下面装有一只滑动电极(21)，电极被弹簧紧紧压在绝缘圆盘上，风轮的一端装有伞齿轮组，通过一根竖向传动轴(36)，带动安装在主浮箱里的发电机(37)发电，前导风板下面设有一只弧形的调速板(13)。 

2.根据权利要求1所述的推力型漂浮式集风发电装置，其特征为：两只主浮箱之间，底部设有稳浪板(14)；稳浪板上有一定的水深。 

3.根据权利要求1所述的推力型漂浮式集风发电装置，其特征为：风轮前、后的下部导风板(7、12)，在接近风轮处均处在风轮轴的同一高度上，而向前、向后都降到主浮箱甲板面上，前、后导风板正好可以完全遮住风轮的下半部，上、下、左、右导风板(7、8、9、10、11)在风轮前后共同组成一个前、后都呈喇叭状的集风系统，把大于风轮面积数倍的风力集中吹向风轮的上半部。 

4.根据权利要求1所述的推力型漂浮式集风发电装置，其特征为：上部导风板由三段板(8、9、10)连接而成，其中中段(9)是一块包在风轮外围仅有1-2厘米间隙的弧形板，包角为52°，风轮所用的叶片是七片。 

5.根据权利要求1所述的推力型漂浮式集风发电装置，其特征为：前导向板下面设有一只弧形的调速板(13)，调速板在微电脑的控制下可以沿风轮外围旋转出一个角度，降低风轮的受风面积进行转速微调。