CN206319990U - 基于潮流切变线特性的垂直轴潮流能发电装置 - Google Patents

基于潮流切变线特性的垂直轴潮流能发电装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型专利涉及一种基于潮流切变线特性的垂直轴潮流能发电装置,包括固定基座、能量吸收系统、能量转换系统、电力输出系统和辅助系统,所述的固定基座是由底座、导流罩、平台所组成,所述的导流罩设置在底座与平台之间,所述的能量吸收系统包括叶片组件和主轴,所述的主轴安装在导流罩内,所述的叶片组件套装在主轴上,所述的能量转换系统安装在平台的上方,所述的能量转换系统与主轴相连,所述的电力输出系统安装在平台的上方,所述的电力输出系统与能量转换系统相连。本实用新型利用潮流切变线特性,采集复杂水域的潮流能并把其转换成电能为码头、港口供电,通过使用绿色环保的海洋新能源发电起到了节约不可再生资源的作用。

Description

基于潮流切变线特性的垂直轴潮流能发电装置
技术领域
[0001] 本实用新型专利涉及新能源开发及利用工程技术领域,特别是一种基于潮流切变 线特性的垂直轴潮流能发电装置。
背景技术
[0002] 随着经济的不断发展,能源需求不断增大,不可再生能源大量被消耗,从而产生一 系列的能源危机,加之环境不断的恶化,开发新型、可再生的能源成为世界各国当前必须解 决的问题。地球上陆地面积占全球面积的30%左右,而海洋面积占到全球面积的70%之多, 海洋中不仅蕴藏着丰富的天然气、石油等大量的不可再生资源,更储藏着潮汐能、潮流能、 波浪能等绿色环保的海洋能源。潮流水轮机技术最为成熟,应用最为广泛,目前世界上最接 近商业化和实现工程化的潮流能开发项目都采用水轮机作为换能装置。潮流水轮机主要分 为水平轴水轮机与垂直轴水轮机两种。其中垂直轴潮流能发电装置不受来流方向的限制, 可以在任何方向捕获潮流能,但是其获能系数较低,自启动也较为困难。
发明内容
[0003] 为了克服现有技术的不足,本实用新型的目的是提供一种自启动快速、能效高的 垂直轴潮流发电装置。将其置于岬角、岛礁区等复杂的水域,基于潮流切变线特性,将潮流 能转化为电能输出,供码头、港口等使用。
[0004] 为解决上述的技术问题,本实用新型提供了一种基于潮流切变线特性的垂直轴潮 流能发电装置,包括
[0005] 固定基座,所述的固定基座是由底座、导流罩、平台所组成,所述的平台位于底座 的正上方,所述的导流罩设置在底座与平台之间,所述的导流罩的侧壁上分别开设有进口 和出口,
[0006] 能量吸收系统,所述的能量吸收系统包括叶片组件和主轴,所述的主轴安装在导 流罩内,所述的叶片组件套装在主轴上,所述的进口和出口正对着叶片组件,
[0007] 能量转换系统,所述的能量转换系统安装在平台的上方,所述的能量转换系统与 主轴相连,
[0008] 电力输出系统,所述的电力输出系统安装在平台的上方,所述的电力输出系统与 能量转换系统相连,
[0009] 辅助系统,所述的辅助系统包括控制器、转速传感器、直流蓄电池和密封罩,所述 的所述的密封罩固定安装在平台的顶部,所述的控制器和直流蓄电池安装在密封罩内,所 述的转速传感器安装在主轴上并与控制器电连接,所述的控制器和直流蓄电池与能量转换 系统电连接。
[0010] 进一步:所述的能量转换系统包括主联轴器、离合器、液压泵、单向阀、油箱、蓄能 器、电磁溢流阀、压力继电器、电磁换向阀、液压马达和液压管路,所述的主轴通过主联轴器 和离合器与液压栗相连,所述的液压管路是由进油管、第一出油管和第二出油管所组成,所 述的液压泵分别通过进油管、第一出油管和第二出油管与油箱相连,所述的单向阀、蓄能 器、电磁换向阀和液压马达依次安装在第一出油管上,所述的电磁溢流阀安装在第二出油 管上,所述的压力继电器安装在蓄能器与第一出油管之间,所述的控制器分别与压力继电 器、电磁溢流阀、电磁换向阀和离合器电连接,所述直流蓄电池通过电线为压力继电器、电 磁溢流阀和电磁换向阀供电。
[0011]又进一步:所述的电力输出系统包括次联轴器和发电机,所述的液压马达通过次 联轴器与发电机相连,驱动发电机工作。
[0012]又进一步:所述的叶片组件均为高分子材料制成,所述叶片组件包括叶片和叶片 套,通过热胀冷缩原理将所述叶片套直接套在所述主轴上形成过盈配合,所述叶片套上均 匀分布叶片,所述叶片为高分子材料制成的空间曲面结构。
[0013]又进一步:所述叶片组件可以是一体成型,也可以通过焊接连接形成。
[00M]又进一步:所述的平台为圆柱体板,所述平台下方有圆柱凸台,所述圆柱凸台内部 中空,所述圆柱凸台用于固定所述导流罩,所述平台的中心处开设有圆柱孔,所述圆柱孔用 于安装主轴。
[0015] 又进一步:所述的底座上开设有圆环凹槽,所述圆环凹槽用于固定所述导流罩,所 述导流罩为圆柱筒结构,所述导流罩分别沿来流和出流方向正负15度的范围内开有2〜3个 导流槽,所述导流槽外侧宽、内侧窄,形成拉法尔喷口状。
[0016] 又进一步:所述的导流罩与底座可以是分体式钢结构并通过焊接连接,可以是一 体式钢结构并通过铸造成型,还可以是一体式钢筋混凝土结构并通过浇筑成型。
[0017] 再进一步:所述的电磁换向阀为常开式两位三通电磁换向阀。
[0018] 采用上述结构后本实用新型利用潮流切变线特性,采集复杂水域的潮流能并把其 转换成电能为码头、港口供电,通过使用绿色环保的海洋新能源发电起到了节约不可再生 资源的作用;并且本设计还具有结构简单、易于制造和实用高效的优点。
附图说明
[0019] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
[0020] 图1为本实用新型的结构示意图。
[0021] 图2为图1沿A-A的剖面图。
[0022] 图3为能量转换系统的液压原理图。
具体实施方式
[0023]如图1和图2所示的本实用新型提供了一种基于潮流切变线特性的垂直轴潮流能 发电装置,包括固定基座、能量吸收系统、能量转换系统、电力输出系统和辅助系统,所述的 固定基座是由底座1 • 1、导流罩1 • 2、平台1 • 3所组成,所述的平台1 • 3位于底座1.1的正上方, 所述的导流罩1 • 2设置在底座1 • 1与平台1 • 3之间,所述的导流罩1 • 2的侧壁上分别开设有进 口 1.4和出口 1.5,所述的能量吸收系统包括叶片组件2.2和主轴2.1,所述的主轴2.1安装在 导流罩1.2内,所述的叶片组件2.2套装在主轴2.1上,所述的进口 1 • 4和出口 1.5正对着叶片 组件2.2,所述的能量转换系统安装在平台1.3的上方,所述的能量转换系统与主轴2.1相 连,所述的电力输出系统安装在平台1.3的上方,所述的电力输出系统与能量转换系统相 连,所述的辅助系统包括控制器、转速传感器5.2、直流蓄电池和密封罩5.1,所述的所述的 密封罩5.1固定安装在平台1.3的顶部,所述的控制器和直流蓄电池安装在密封罩5.1内,所 述的转速传感器5.2安装在主轴2.1上并与控制器电连接,所述的控制器和直流蓄电池与能 量转换系统电连接。避开涨潮和退潮时间,将垂直轴潮流能发电装置安装在岬角、岛礁等潮 流切变线水域底部,保证导流罩1 • 2内叶片组件2 • 2受到切变线两侧水流的扭转力矩。当涨 潮或者退潮时,潮流切变线出现,叶片组件2 • 2在水流扭转力矩的作用下旋转,带动主轴2.1 运动,通过使主轴2.1启动能量转换系统,利用能量转换系统把潮流能转换成机械能,再通 过电力输出系统把机械能转换成电能进行发电。本实用新型利用潮流切变线特性,采集复 杂水域的潮流能并把其转换成电能为码头、港口供电,通过使用绿色环保的海洋新能源发 电起到了节约不可再生资源的作用。本设计中的密封罩5.1将能量转换系统、电力输出系统 和辅助系统与海水隔离,保证整个系统不受海水腐蚀而正常工作,并且为了降低液压系统 泄漏污染海洋环境的可能性,将密封罩、能量转换系统、电力输出系统和辅助系统做成模 块。以其中的直流蓄电池的电量为控制信号,一旦蓄电池电量耗光,就要更换整个模块。 [0024] 如图3所示的能量转换系统包括主联轴器3.1、离合器3.2、液压泵3.3、单向阀3.4、 油箱3.11、蓄能器3.6、电磁溢流阀3 • 7、压力继电器3.5、电磁换向阀3.8、液压马达3.9和液 压管路,所述的主轴2.1通过主联轴器3.1和离合器3.2与液压栗3.3相连,所述的液压管路 是由进油管3.101、第一出油管3.102和第二出油管3.103所组成,所述的液压泵3.3分别通 过进油管3.101、第一出油管3.102和第二出油管3.103与油箱3.11相连,所述的单向阀3.4、 蓄能器3.6、电磁换向阀3.8和液压马达3.9依次安装在第一出油管3.102上,所述的电磁溢 流阀3.7安装在第二出油管3.103上,所述的压力继电器3.5安装在蓄能器3.6与第一出油管 3.102之间,所述的控制器分别与压力继电器3.5、电磁溢流阀3.7、电磁换向阀3.8和离合器 3.2电连接,所述直流蓄电池通过电线为压力继电器3.5、电磁溢流阀3.7和电磁换向阀3.8 供电。主轴201通过主轴联轴器3.1、离合器3.2带动液压栗3.3工作,液压栗3.3将旋转机械 能转化为液压能输入能量转换系统中,液压栗3.3在主轴2.3旋转作用下将油液从油箱3.11 中吸入,将具有一定油压的油液栗入第一出油管3.1〇2中,压力油依次流经单向阀3.4、蓄能 器3.6、电磁换向3.8和液压马达3.9再流回所述油箱中,由于水流作用不稳定,主轴2.1旋转 速度是不恒定的,液压泵3.3的排量也是不稳定的,蓄能器3.6可以吸收主轴2.1转速高时产 生的多余能量,而在主轴2.1转速低时将多余能量排入所述能力转换系统3中,起到蓄能保 压的作用。一旦能量转换系统3中油压高于压力继电器3.5中的设定值,压力继电器3.5发出 电信号,驱动电磁溢流阀3 • 7动作,多余的压力油直接经溢流阀3.7流回油箱3.11中,转速传 感器5.2放置在主轴2.1上,将测量的转速以电信号的形式传输到控制器5.1中,控制器5.1 根据内部预设程序,判断水域是否存在暴风雨现象,一旦发现主轴转速过快,控制器5.1发 出信号指令控制离合器3 • 2打开,使主轴2.1与液压栗3.3断开连接,同时,控制器5.1发出电 信号驱动溢流阀3.7打开,将能量转换系统3中的油液全部回油箱。
[0025]如图3所示的电力输出系统包括次联轴器4.1和发电机4.2,所述的液压马达3.9通 过次联轴器4 • 1与发电机4.2相连,驱动发电机4.2工作。
[0026]本设计中的叶片组件2.2均为高分子材料制成,所述叶片组件2.2包括叶片和叶片 套,通过热胀冷缩原理将所述叶片套直接套在所述主轴上形成过盈配合,所述叶片套上均 匀分布叶片,所述叶片为高分子材料制成的空间曲面结构,所述叶片组件2.2可以是一体成 型,也可以通过焊接连接形成;所述的平台1 •3为圆柱体板,所述平台下方有圆柱凸台,所述 圆柱凸台内部中空,所述圆柱凸台用于固定所述导流罩1.2,所述平台1_3的中心处开设有 圆柱孔,所述圆柱孔用于安装主轴2.1;所述的底座1.1上开设有圆环凹槽,所述圆环凹槽用 于固定所述导流罩1.2,所述导流罩1 •2为圆柱筒结构,所述导流罩分别沿来流和出流方向 正负15度的范围内开有2〜3个导流槽,所述导流槽外侧宽、内侧窄,形成拉法尔喷口状;所 述的导流罩1_2与底座1.1可以是分体式钢结构并通过焊接连接,可以是一体式钢结构并通 过铸造成型,还可以是一体式钢筋混凝土结构并通过浇筑成型;所述的电磁换向阀3.8为常 开式两位三通电磁换向阀。本设计具有结构简单、易于制造和实用高效的优点。

Claims (9)

1.一种基于潮流切变线特性的垂直轴潮流能发电装置,其特征在于:包括 固定基座,所述的固定基座是由底座(1 • 1)、导流罩(1 • 2)、平台(1.3)所组成,所述的平 台(1 • 3)位于底座(1 • 1)的正上方,所述的导流罩(1 • 2)设置在底座(1 • 1)与平台(1 • 3)之间, 所述的导流罩(1.2)的侧壁上分别开设有进口(1.4)和出口(1.5), 能量吸收系统,所述的能量吸收系统包括叶片组件(2.2和主轴(2.1,所述的主轴(2.1) 安装在导流罩(1 • 2)内,所述的叶片组件(2.2)套装在主轴(2 • 1)上,所述的进口(1.4)和出 口(1 • 5)正对着叶片组件(2 • 2), 能量转换系统,所述的能量转换系统安装在平台(1.3)的上方,所述的能量转换系统与 主轴(2.1)相连, 电力输出系统,所述的电力输出系统安装在平台(1.3)的上方,所述的电力输出系统与 能量转换系统相连, 辅助系统,所述的辅助系统包括控制器、转速传感器(5.2)、直流蓄电池和密封罩 (5.1),所述的所述的密封罩(5.1)固定安装在平台(1.3)的顶部,所述的控制器和直流蓄电 池安装在密封罩(5.1)内,所述的转速传感器(5.2)安装在主轴(2.1)上并与控制器电连接, 所述的控制器和直流蓄电池与能量转换系统电连接。
2. 根据权利要求1所述的基于潮流切变线特性的垂直轴潮流能发电装置,其特征在于: 所述的能量转换系统包括主联轴器(3 • 1)、离合器(3.2)、液压栗(3.3)、单向阀(3.4)、油箱 (3.11)、蓄能器(3.6)、电磁溢流阀(3.7)、压力继电器(3.5)、电磁换向阀(3.8)、液压马达 (3.9)和液压管路,所述的主轴(2.1)通过主联轴器(3.1)和离合器(3.2)与液压泵(3.3)相 连,所述的液压管路是由进油管(3.101)、第一出油管(3.102)和第二出油管(3.103)所组 成,所述的液压泵(3.3)分别通过进油管(3.101)、第一出油管(3.102)和第二出油管 (3.103) 与油箱(3.11)相连,所述的单向阀(3.4)、蓄能器(3.6)、电磁换向阀(3.8)和液压马 达(3.9)依次安装在第一出油管(3.102)上,所述的电磁溢流阀(3.7)安装在第二出油管 (3.103) 上,所述的压力继电器(3.5)安装在蓄能器(3.6)与第一出油管(3.102)之间,所述 的控制器分别与压力继电器(3.5)、电磁溢流阀(3.7)、电磁换向阀(3.8)和离合器(3.2)电 连接,所述直流蓄电池通过电线为压力继电器(3.5)、电磁溢流阀(3.7)和电磁换向阀(3.8) 供电。
3. 根据权利要求1所述的基于潮流切变线特性的垂直轴潮流能发电装置,其特征在于: 所述的电力输出系统包括次联轴器(4.1)和发电机(4.2),所述的液压马达(3.9)通过次联 轴器(4.1)与发电机(4.2)相连,驱动发电机(4.2)工作。
4. 根据权利要求1所述的基于潮流切变线特性的垂直轴潮流能发电装置,其特征在于: 所述的叶片组件(2.2)均为高分子材料制成,所述叶片组件(2.2)包括叶片和叶片套,通过 热胀冷缩原理将所述叶片套直接套在所述主轴上形成过盈配合,所述叶片套上均匀分布叶 片,所述叶片为高分子材料制成的空间曲面结构。
5. 根据权利要求1或4中任一项所述的基于潮流切变线特性的垂直轴潮流能发电装置, 其特征在于:所述叶片组件(2 • 2)可以是一体成型,也可以通过焊接连接成型。
6. 根据权利要求1所述的基于潮流切变线特性的垂直轴潮流能发电装置,其特征在于: 所述的平台(1.3)为圆柱体板,所述平台下方有圆柱凸台,所述圆柱凸台内部中空,所述圆 柱凸台用于固定所述导流罩(1.¾,所述平台(1.3)的中心处开设有圆柱孔,所述圆柱孔用 于安装主轴(2.1)。
7. 根据权利要求1所述的基于潮流切变线特性的垂直轴潮流能发电装置,其特征在于: 所述的底座(1.1)上开设有圆环凹槽,所述圆环凹槽用于固定所述导流罩(1.2),所述导流 罩(1.2)为圆柱筒结构,所述导流罩分别沿来流和出流方向正负15度的范围内开有2〜3个 导流槽,所述导流槽外侧宽、内侧窄,形成拉法尔喷口状。
8. 根据权利要求1或7中任一项所述的基于潮流切变线特性的垂直轴潮流能发电装置, 其特征在于:所述的导流罩(1.2)与底座(1.1)可以是分体式钢结构并通过焊接连接,可以 是一体式钢结构并通过铸造成型,还可以是一体式钢筋混凝土结构并通过浇筑成型。
9.根据权利要求1或7中任一项所述的基于潮流切变线特性的垂直轴潮流能发电装置, 其特征在于:所述的电磁换向阀(3 • 8)为常开式两位三通电磁换向阀。
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