CN219711725U - 一种装配阵列式海上多能联合发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种装配阵列式海上多能联合发电装置，本实用新型核心在于将海上多能联合发电装置进行装配，组成阵列。多能联合发电单元包括浮式平台、垂直轴风力发电机、摆臂浮子式波浪能发电装置、太阳能光伏板、浮箱以及垂直轴海流能发电装置；连接构件包括拼接长直杆和快拆式卡扣装置，拼接长直杆与浮式平台固定连接，多个多能联合发电单元通过快拆式卡扣组成装配阵列式海上多能联合发电装置。本实用新型融合了光‑风‑浪‑流四种发电模式，提高了发电效率，符合绿色、环保的可持续发展理念。同时本实用新型提出了一种新型装配模式，可将若干发电单元进行多样化、阵列式装配，大大提升了装配速度，提高了整体的抗风浪性能。

Description

一种装配阵列式海上多能联合发电装置

技术领域

本实用新型涉及海洋能利用技术领域，具体而言，涉及一种装配阵列式海上多能联合发电装置。

背景技术

海洋中蕴藏着丰富的风能、波浪能、潮流能等多种清洁可再生资源。我国海上可开发风能资源储量丰富，而传统海上风机大多采用水平轴风机，有尺度大装配难、发电依赖于风向的缺点。与此同时，由于海风与海浪的天然相关性，风能丰富水域的波浪能、海流能资源也非常可观，因此是否能有效利用波浪能、海流能将逐渐成为海上发电平台发电效率的重要评估标准。相比于海上风力发电系统，波浪能发电装置的单位发电成本较高，能量转化效率较低，在一定程度上限制了其规模化发展。而在如今资源能源日益紧张的时代，构建清洁、安全、可靠、可再生能源的利用系统，集成化高效化必将成为海上发电装置的重要发展方向。因此本专利将光-风-浪-流四种发电形式进行集成，使其共享一个浮式平台单元和一套电力传输系统，不仅可以提高海洋可再生能源的利用效率，而且可以有效地降低单位发电成本。

现有技术中海上风机技术较为成熟，其基础形式主要分为漂浮式和固定式两种。漂浮式包括半潜式、驳船式、张力腿式等；固定式包括单桩基础、群桩基础、三脚架基础、重力基础等。而对于波浪能发电，现有的装置形式较多，近年来，对于浮子发电的研究越来越多，因其具有尺度小、相对利用率高的优点，故而利用浮子进行波浪能发电将成为未来的趋势。

传统海上发电装置多为大尺度海上发电平台，有制造、建设、装配、维护过程繁琐，耗材多、成本高的问题，且多为一体式装配，对于不同海域海况的适用性较差，对此，本实用新型提出了装配阵列式发电装置的理念，并给出了一种适于装配的自锁-快拆连接构件。

实用新型内容

本实用新型旨在解决背景技术中提及的问题，给出了一种装配阵列式海上多能联合发电装置。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种装配阵列式海上多能联合发电装置，包括多能联合发电单元和连接构件，多能联合发电单元包括浮式平台、垂直轴风力发电机、摆臂浮子式波浪能发电装置、太阳能光伏板、浮箱以及垂直轴海流能发电装置，其中，浮式平台浮于海面，垂直轴风力发电机安装在浮式平台上部，摆臂浮子式波浪能发电装置的数量为若干个，安装在浮式平台上，摆臂浮子式波浪能发电装置能在平台四周波浪的作用下发生摆动，并将摆动机械能转化为电能，太阳能光伏板水平铺设在浮式平台上，浮箱与浮式平台固定连接，用于为浮式平台提供浮力，垂直轴海流能发电装置与浮式平台相连，垂直轴海流能发电装置能利用不同流向的海流产生电能，连接构件包括拼接长直杆和快拆式卡扣装置，拼接长直杆与浮式平台固定连接，多个多能联合发电单元的拼接长直杆之间通过快拆式卡扣装置连接，从而使多个多能联合发电单元组成装配阵列式海上多能联合发电装置，某一个多能联合发电单元的浮式平台设置有用于定位的柔性系泊系统，装配阵列式海上多能联合发电装置中的多能联合发电单元共用该柔性系泊系统，某一个多能联合发电单元的浮式平台上设置有海上变压系统和传输电缆，装配阵列式海上多能联合发电装置中的垂直轴风力发电机、摆臂浮子式波浪能发电装置、太阳能光伏板以及垂直轴海流能发电装置均与该海上变压系统连接，海上变压系统与传输电缆连接，海上变压系统用于对接收的电能进行升压，并将升压后的电能经传输电缆送出。

本实用新型的进一步优化方案为：

上述的垂直轴风力发电机包括塔筒、垂直旋转轴、叶片、齿轮箱以及第一发电机，叶片通过水平短直杆与垂直旋转轴连接，垂直旋转轴固定在塔筒上方，塔筒底部与浮式平台固定连接，垂直旋转轴与齿轮箱传动连接，齿轮箱带动第一发电机发电，第一发电机通过导线与海上变压系统连接。

上述的摆臂浮子式波浪能发电装置包括悬臂、连接于悬臂外端的饼状浮子、磁柱以及第一发电机线圈，悬臂内端通过铰接点与浮式平台铰接配合，磁柱铰接在悬臂中间段上，磁柱插入第一发电机线圈内部并可发生沿杆自身方向的运动以及绕铰接点的转动，第一发电机线圈通过导线与海上变压系统连接。

上述的垂直轴海流能发电装置包括竖直杆轴、螺旋叶片、一对圆形挡板以及第二发电机，竖直杆轴上端与第二发电机连接，第二发电机安装在浮式平台上，竖直杆轴下部伸入至海水中，螺旋叶片连接在竖直杆轴下部，螺旋叶片上方和下方装有圆形挡板，圆形挡板起固定螺旋叶片及稳定水流的作用，第二发电机通过导线与海上变压系统连接。

上述的太阳能光伏板通过导线与海上变压系统连接。

上述的拼接长直杆中空设置，拼接长直杆的内腔用于布设垂直轴风力发电机、摆臂浮子式波浪能发电装置、太阳能光伏板以及垂直轴海流能发电装置与该海上变压系统连接的导线。

上述的快拆式卡扣装置包括一对对称嵌入式插件，嵌入式插件包括嵌头与嵌槽，嵌头前端呈三角状，且与水平方向间有一定倾角，嵌头尾端与半圆卡槽相连，半圆卡槽周边开口，用于安装拆卸扳手，半圆卡槽内部装有半圆卡扣，半圆卡扣与半圆卡槽之间接触面光滑，可在其中转动，半圆卡扣与拆卸扳手相连，拆卸扳手伸出半圆卡槽外，拆卸扳手与弹簧拉杆相连，弹簧拉杆正常情况下收紧且不受力，半圆卡扣与半圆卡槽之间有一定倾角，该倾角与嵌头前端倾角相等。另一个嵌入式插件与上述嵌入式插件构造对称。装配时，将嵌入式插件插入另一个嵌入式插件，由于对向嵌入式插件的嵌头前端倾角存在以及推力作用，使得半圆卡扣拉动弹簧拉杆并在半圆卡槽内旋转直至两者重合，此时半圆卡扣与半圆卡槽间倾角为零，该过程中弹簧拉杆受力持续增大，继续施加推力，使得两个嵌入式插件互相顶紧，此时两个插件内部的半圆卡槽合为一个圆形卡槽，两个半圆卡扣合为一个圆形卡扣，此时圆形卡扣可以整体在圆形卡槽内作自由旋转，两个嵌入式插件内部的弹簧拉杆受到的约束消失，自动收紧，带动圆形卡扣旋转，使得圆形卡扣卡死在圆形卡槽内，各方向自由度均受到限制，完成装配。拆卸时，将两侧拆卸扳手扳开，直至弹簧拉杆到最大变形，带动圆形卡扣在圆形卡槽内旋转，直至两个半圆卡扣与各自半圆卡槽重合，此时用一拉力即可退出嵌入式插件，使两个对称嵌入式插件分开，完成拆卸。

上述的浮箱通过竖直杆连接在浮式平台下方。

上述的浮箱的尺寸与浮式平台尺寸相同。

上述的浮箱中央开口，使得垂直轴海流能发电装置的竖直杆轴能穿过浮箱，与浮式平台上的第二发电机连接。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本实用新型整合配置了垂直轴风力发电机、摆臂浮子式波浪能发电装置、光伏板和垂直轴海流能发电装置，构建了一种风能资源、波浪能资源、光能资源和海流能资源的集成利用体系，实现了海洋能源的空间立体化开发利用，有效提高了海域单位面积使用效率。

2、风机和海流能发电装置均采用垂直轴形式，区别于传统大尺度水平轴风机和水平轴水轮机，有体积小的天然优势，与装配式小尺度发电单元的理念吻合，并且能对各个方向的风能、海流能进行利用，在单个发电单元尺度较小的前提下提高了相对能源利用率，进而增强了单个发电平台的发电效率。

3、对发电单元进行阵列式装配，相比于传统一体式大尺度浮式发电平台具有制造、建设、装配、维护简单，耗材少、成本低的优点。同时球铰连接能保证发电单元与拼接长直杆间、拼接长直杆与半圆自锁-快拆式卡扣装置间有一定的自由度，再加上垂直轴风机和垂直轴海流能发电装置轴线共线布置，可产生一定的自阻尼，大大提高平台的抗风浪性能。同时，使用者可根据实际情况自由选择发电单元的阵列形式，以适应不同海域的不同海况，相较于传统一体式大尺度浮式发电平台有很强的灵活性。

4、拼接长直杆间采用半圆自锁-快拆式卡扣装置进行连接，该装置在连接时只需将其中一个嵌入式插件插入另一个嵌入式插件中，顶紧之后两个半圆卡扣合在一起旋转并卡死于插件内部的圆形卡槽内，同时两个嵌入式插件内部的弹簧拉杆自动收紧，拉动扳手收紧，带动合紧后的两个半圆卡扣（圆形卡扣）旋转，使其卡死于圆形卡槽内，即形成自锁结构。该装置在装配时十分方便，且在需要将两发电单元连接断开时仅需手动拉开扳手即可使内部半圆卡扣脱扣，即可退出插件，具备快拆功能，使得整体结构更加灵活，同时大大减少了维护成本。

附图说明

图1为一种多能联合发电单元示意图。

图2为垂直轴风机示意图。

图3为摆臂浮子式波浪能发电装置示意图。

图4为垂直轴海流能发电装置示意图。

图5为半圆自锁-快拆式卡扣装置示意图；

图6为装配阵列式海上多能联合发电装置的示意图。

其中的附图标记为：浮式平台1、垂直轴风力发电机2、摆臂浮子式波浪能发电装置3、太阳能光伏板4、浮箱5、垂直轴海流能发电装置6、拼接长直杆7、快拆式卡扣装置8、塔筒9、垂直旋转轴10、叶片11、悬臂12、饼状浮子13、磁柱14、第一发电机线圈15、铰接点16、竖直杆轴17、螺旋叶片18、圆形挡板19、嵌入式插件20、嵌头21、嵌槽22、半圆卡槽23、拆卸扳手24、半圆卡扣25、弹簧拉杆26。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。

需要注意的是，实用新型中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

参照图1-6，本实施例所提供的多能联合发电单元，包括浮式平台1、垂直轴升力式风力发电机2、摆臂浮子式波浪能发电装置3、太阳能光伏板4、垂直轴海流能发电装置6等结构。浮式平台1呈实心矩形结构，下方通过八根短直杆与浮箱5焊接。浮箱5中央开口，使得下方安装的单个垂直轴海流能发电装置6能直接通过竖直杆与浮式平台1相连。垂直轴升力式风力发电机2包括塔筒9、垂直旋转轴10以及叶片11，叶片11通过水平短直杆与垂直旋转轴10连接，垂直旋转轴10安装在塔筒9上方，塔筒9底部与浮式平台1固定连接。在正常工作状态下，叶片11在风力作用下转动，带动垂直旋转轴10旋转，垂直旋转轴11带动齿轮箱旋转，传递机械能，齿轮箱带动发电机转子运动，切割磁感线发电，实现机械能到电能的转换。摆臂浮子式波浪能发电装置3包括悬臂12、连接于悬臂12外端的饼状浮子13、磁柱14以及第一发电机线圈15，悬臂12通过铰接点16与浮式平台1相连，磁柱14铰接在悬臂12中间段上，磁柱14插入第一发电机线圈15中，并可发生沿杆自身方向的运动以及绕铰接点的转动。波浪作用时，饼状浮子13上下起伏，带动悬臂12绕铰接点16旋转，从而拉动悬臂12中间的磁柱14，使其在第一发电机线圈15中做上下往复运动，基于法拉第电磁感应原理，通过磁柱14往复运动反复切割磁感线，从而将机械能转换成电能，并通过电缆将电能输入海上变压系统，将变压后的电能通过输出电缆实现并网，最终起到发电效果。垂直轴海流能发电装置6包括竖直杆轴17、螺旋叶片18、一对圆形挡板19以及动力输出结构，竖直杆轴17上端与动力输出结构连接，动力输出结构安装在塔筒9底端，动力输出结构与海上升压站连接，螺旋叶片18连接在竖直杆轴17上，竖直杆轴17上下两侧装有圆形挡板19，起固定螺旋叶片18及稳定水流的作用，圆形挡板19上方通过竖直长杆直接与浮式平台1相连。螺旋叶片18在海流的作用下带动竖直杆轴17转动，动力输出结构将竖直杆轴17转动的机械能转化为电能，并向海上升压站输电。

参见图5所示，本实施例所提供的多能联合发电单元间的连接构件，包括两根中间由球铰连接的拼接长直杆7，以及拼接长直杆7间所用的半圆自锁-快拆式卡扣装置8，拼接长直杆7中空设置，用于布线，且7通过球铰与浮式平台1相连，半圆自锁-快拆式卡扣装置8包括一对对称嵌入式插件20，嵌入式插件20包括嵌头21与嵌槽22，嵌头21前端呈三角状，且与水平方向间有一定倾角，嵌头21尾端与半圆卡槽23相连，半圆卡槽23周边开口，用于安装拆卸扳手24，半圆卡槽23内部装有半圆卡扣25，半圆卡扣25与半圆卡槽23之间接触面光滑，可在其中转动，半圆卡扣25与拆卸扳手24相连，拆卸扳手24伸出半圆卡槽23外，拆卸扳手24与弹簧拉杆26相连，弹簧拉杆26正常情况下收紧且不受力，半圆卡扣25与半圆卡槽23之间有一定倾角，该倾角与嵌头21前端倾角相等。另一个嵌入式插件与上述嵌入式插件20构造对称。装配时，将嵌入式插件20插入另一个嵌入式插件，由于对向嵌入式插件的嵌头21前端倾角存在以及推力作用，使得半圆卡扣25拉动弹簧拉杆26并在半圆卡槽23内旋转直至两者重合，此时半圆卡扣25与半圆卡槽23间倾角为零，该过程中弹簧拉杆26受力持续增大，继续施加推力，使得两个嵌入式插件20互相顶紧，此时两个插件内部的半圆卡槽23合为一个圆形卡槽，两个半圆卡扣25合为一个圆形卡扣，此时圆形卡扣可以整体在圆形卡槽内作自由旋转，两个嵌入式插件20内部的弹簧拉杆26受到的约束消失，自动收紧，带动圆形卡扣旋转，使得圆形卡扣卡死在圆形卡槽内，各方向自由度均受到限制，完成装配。拆卸时，将两侧拆卸扳手24扳开，直至弹簧拉杆26到最大变形，带动圆形卡扣在圆形卡槽内旋转，直至两个半圆卡扣25与各自半圆卡槽23重合，此时用一较小拉力即可退出嵌入式插件20，使两个对称嵌入式插件20分开，完成拆卸。

参见图6，多个多能联合发电单元的拼接长直杆7之间通过快拆式卡扣装置8连接，从而使多个多能联合发电单元组成装配阵列式海上多能联合发电装置，最靠外的一个多能联合发电单元的浮式平台1设置有用于定位的柔性系泊系统，装配阵列式海上多能联合发电装置中的其他多能联合发电单元共用该柔性系泊系统，一个多能联合发电单元的浮式平台1上设置有海上变压系统和传输电缆，装配阵列式海上多能联合发电装置中的垂直轴风力发电机2、摆臂浮子式波浪能发电装置3、太阳能光伏板4以及垂直轴海流能发电装置6均与该海上变压系统连接，所述的海上变压系统与传输电缆连接，海上变压系统用于对接收的电能进行升压，并将升压后的电能经传输电缆送出，其中，柔性系泊系统、海上变压系统和传输电缆未在图中标识，但是以上结构，均为现有技术，本领域人员可以自行设计柔性系泊系统、海上变压系统和传输电缆的具体安装位置。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种装配阵列式海上多能联合发电装置，其特征在于，包括多能联合发电单元和连接构件，所述的多能联合发电单元包括浮式平台(1)、垂直轴风力发电机(2)、摆臂浮子式波浪能发电装置(3)、太阳能光伏板(4)、浮箱(5)以及垂直轴海流能发电装置(6)，其中，浮式平台(1)浮于海面，垂直轴风力发电机(2)安装在浮式平台(1)上部，摆臂浮子式波浪能发电装置(3)的数量为若干个，安装在浮式平台(1)上，摆臂浮子式波浪能发电装置(3)能在平台四周波浪的作用下发生摆动，并将摆动机械能转化为电能，太阳能光伏板(4)水平铺设在浮式平台(1)上，浮箱(5)与浮式平台(1)固定连接，用于为浮式平台(1)提供浮力，垂直轴海流能发电装置(6)与浮式平台(1)相连，所述的垂直轴海流能发电装置(6)能利用不同流向的海流产生电能，所述的连接构件包括拼接长直杆(7)和快拆式卡扣装置(8)，所述的拼接长直杆(7)与浮式平台(1)固定连接，多个多能联合发电单元的拼接长直杆(7)之间通过快拆式卡扣装置(8)连接，从而使多个多能联合发电单元组成装配阵列式海上多能联合发电装置，某一个多能联合发电单元的浮式平台(1)设置有用于定位的柔性系泊系统，装配阵列式海上多能联合发电装置中的多能联合发电单元共用该柔性系泊系统，某一个多能联合发电单元的浮式平台(1)上设置有海上变压系统和传输电缆，装配阵列式海上多能联合发电装置中的垂直轴风力发电机(2)、摆臂浮子式波浪能发电装置(3)、太阳能光伏板(4)以及垂直轴海流能发电装置(6)均与该海上变压系统连接，所述的海上变压系统与传输电缆连接，海上变压系统用于对接收的电能进行升压，并将升压后的电能经传输电缆送出。

2.根据权利要求1所述的一种装配阵列式海上多能联合发电装置，其特征在于，所述的垂直轴风力发电机(2)包括塔筒(9)、垂直旋转轴(10)、叶片(11)、齿轮箱以及第一发电机，所述的叶片(11)通过水平短直杆与垂直旋转轴(10)连接，所述的垂直旋转轴(10)固定在塔筒(9)上方，所述的塔筒(9)底部与浮式平台(1)固定连接，所述的垂直旋转轴(10)与齿轮箱传动连接，所述的齿轮箱带动第一发电机发电，所述的第一发电机通过导线与海上变压系统连接。

3.根据权利要求2所述的一种装配阵列式海上多能联合发电装置，其特征在于，所述的摆臂浮子式波浪能发电装置(3)包括悬臂(12)、连接于所述的悬臂(12)外端的饼状浮子(13)、磁柱(14)以及第一发电机线圈(15)，所述的悬臂(12)内端通过铰接点(16)与浮式平台(1)铰接配合，所述的磁柱(14)铰接在悬臂(12)中间段上，所述的磁柱(14)插入第一发电机线圈(15)内部并可发生沿杆自身方向的运动以及绕铰接点的转动，所述的第一发电机线圈(15)通过导线与海上变压系统连接。

4.根据权利要求3所述的一种装配阵列式海上多能联合发电装置，其特征在于，所述的垂直轴海流能发电装置(6)包括竖直杆轴(17)、螺旋叶片(18)、一对圆形挡板(19)以及第二发电机，所述的竖直杆轴(17)上端与第二发电机连接，第二发电机安装在浮式平台(1)上，竖直杆轴(17)下部伸入至海水中，所述的螺旋叶片(18)连接在竖直杆轴(17)下部，螺旋叶片(18)上方和下方装有圆形挡板(19)，圆形挡板(19)起固定螺旋叶片(18)及稳定水流的作用，所述的第二发电机通过导线与海上变压系统连接。

5.根据权利要求4所述的一种装配阵列式海上多能联合发电装置，其特征在于，所述的太阳能光伏板(4)通过导线与海上变压系统连接。

6.根据权利要求5所述的一种装配阵列式海上多能联合发电装置，其特征在于，所述的拼接长直杆(7)中空设置，拼接长直杆(7)的内腔用于布设垂直轴风力发电机(2)、摆臂浮子式波浪能发电装置(3)、太阳能光伏板(4)以及垂直轴海流能发电装置(6)与该海上变压系统连接的导线。

7.根据权利要求1所述的一种装配阵列式海上多能联合发电装置，其特征在于，所述的快拆式卡扣装置(8)包括一对对称嵌入式插件(20)，所述的嵌入式插件(20)包括嵌头(21)与嵌槽(22)，所述的嵌头(21)前端呈三角状，且与水平方向间有一定倾角，所述的嵌头(21)尾端与半圆卡槽(23)相连，所述的半圆卡槽(23)周边开口，用于安装拆卸扳手(24)，所述的半圆卡槽(23)内部装有半圆卡扣(25)，所述的半圆卡扣(25)与半圆卡槽(23)之间接触面光滑，可在其中转动，所述的半圆卡扣(25)与拆卸扳手(24)相连，所述的拆卸扳手(24)伸出半圆卡槽(23)外，所述的拆卸扳手(24)与弹簧拉杆(26)相连，所述的弹簧拉杆(26)正常情况下收紧且不受力，所述的半圆卡扣(25)与半圆卡槽(23)之间有一定倾角，该倾角与所述的嵌头(21)前端倾角相等，另一个嵌入式插件与所述的嵌入式插件(20)构造对称，装配时，将嵌入式插件(20)插入另一个嵌入式插件，由于对向嵌入式插件的嵌头(21)前端倾角存在以及推力作用，使得半圆卡扣(25)拉动弹簧拉杆(26)并在半圆卡槽(23)内旋转直至两者重合，此时半圆卡扣(25)与半圆卡槽(23)间倾角为零，该过程中弹簧拉杆(26)受力持续增大，继续施加推力，使得两个嵌入式插件(20)互相顶紧，此时两个插件内部的半圆卡槽(23)合为一个圆形卡槽，两个半圆卡扣(25)合为一个圆形卡扣，此时圆形卡扣可以整体在圆形卡槽内作自由旋转，两个嵌入式插件(20)内部的弹簧拉杆(26)受到的约束消失，自动收紧，带动圆形卡扣旋转，使得圆形卡扣卡死在圆形卡槽内，各方向自由度均受到限制，完成装配，拆卸时，将两侧拆卸扳手(24)扳开，直至弹簧拉杆(26)到最大变形，带动圆形卡扣在圆形卡槽内旋转，直至两个半圆卡扣(25)与各自半圆卡槽(23)重合，此时用一拉力即可退出嵌入式插件(20)，使两个对称嵌入式插件(20)分开，完成拆卸。

8.根据权利要求6所述的一种装配阵列式海上多能联合发电装置，其特征在于，所述的浮箱(5)通过竖直杆连接在浮式平台(1)下方。

9.根据权利要求8所述的一种装配阵列式海上多能联合发电装置，其特征在于，所述的浮箱(5)的尺寸与浮式平台(1)尺寸相同。

10.根据权利要求9所述的一种装配阵列式海上多能联合发电装置，其特征在于，所述的浮箱(5)中央开口，使得垂直轴海流能发电装置(6)的竖直杆轴(17)能穿过浮箱(5)，与浮式平台(1)上的第二发电机连接。