CN102852696B - 悬浮式洋流组合发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种悬浮式洋流组合发电装置，包括水面浮台、位于水面浮台以下可通过洋流驱动的叶轮总成和位于水面浮台上用于接收叶轮总成的转动机械能并转化为电能的发电总成；本发明利用水面浮台结构，使叶轮组建悬浮于海洋中，通过洋流驱动叶轮组件转动，实现回收洋流能量的目的；本发明叶轮组件可深入深海，使用时通过锚索将其上部水面浮台和叶轮轴底部锚接连接，防止漂移，整体呈悬浮状态，解决了深海洋流能量向海面回收的难题，使洋流发电成为新能源并规模开发利用，无污染和能耗，因而具有较好的市场价值和社会价值。

Description

悬浮式洋流组合发电装置
技术领域
本发明涉及一种发电装置，特别涉及一种利用洋流进行发电的装置。
背景技术
由太阳照射地球引起的大气环流、大海洋流及江河水流携带较大的动能，属于无污染的能源。在石油、煤炭开采具有短期不能再生的情况下，利用自然界绿色能源是人类生活和科学技术发展的趋势，特别是大海洋流覆盖分布广、能量巨大，洋流能源利用则具有较高的价值；特别是由于电力具有传输远的特点，是利用自然界动能的较佳方式。
现有技术中，洋流发电并未得到普及，深海洋流能源也未得到充分利用。
因此，需要一种利用洋流进行发电的装置，对洋流能源进行规模开发利用，较稳定的进行发电，解决了深海洋流能源向海面传输的难题，从而使洋流发电成为新能源规模开发具有市场价值和社会价值。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的提供一种悬浮式洋流组合发电装置，对洋流能源进行规模开发利用，较稳定的进行发电，解决了深海洋流能源向海面传输的难题，从而使洋流发电成为新能源规模开发具有市场价值和社会价值。
本发明的悬浮式洋流组合发电装置，包括水面浮台、位于水面浮台以下可通过洋流驱动的叶轮总成和位于水面浮台上用于接收叶轮总成的转动机械能并转化为电能的发电总成；
所述叶轮总成具有叶片组件和叶轮轴，所述叶轮轴向上转动配合伸出水面浮台并与发电总成的动力输入端传动配合；所述叶轮总成沿叶轮轴的轴向向下限位并可与水面浮台共同悬浮于海洋的工作区域。
进一步，所述叶轮轴为柱状桁架轴，叶片组件至少包括沿圆周方向均布于柱状桁架轴的叶片；
进一步，所述叶片以可绕竖直轴线呈扇形摆动的方式设置，且所述叶片在柱状桁架轴旋转方向上限位并对洋流形成阻力；
进一步，所述叶片组件还包括固定均布于柱状桁架轴圆周方向的叶片框架，所述叶片以可绕竖直轴线呈扇形摆动的方式铰接于叶片框架；
进一步，所述叶片框架上设有过载泄流弹性元件，所述过载泄流弹性元件对叶片施加使叶片在柱状桁架轴旋转方向上限位并对洋流形成阻力的预紧力；
进一步，所述叶片框架为竖向排列的格状结构，叶片与格状结构的格一一对应设置；所述柱状桁架轴包括沿圆周方向均布的竖直杆和将竖直杆相互固定连接的支撑筋I；
所述叶片框架之间通过支撑筋II固定连接；
进一步，所述叶片框架所在的平面沿柱状桁架轴的切向；所述过载泄流弹性元件为一端固定于叶片框架并对叶片施加弹力的弹片结构，所述弹力对叶片在旋转方向限位；
进一步，所述柱状桁架轴下部设有定位组件，所述定位组件包括与柱状桁架轴固定连接的定位轴和外套于定位轴与其转动配合的轴套，所述轴套用于与将其锚接的锚索连接；
进一步，所述柱状桁架轴为可拆卸式并根据长短进行拼装的结构，所述叶片框架与柱状桁架轴之间为可拆卸式固定连接；
进一步，所述水面浮台采用船形结构或者为钢结构下部嵌合低密度高分子材料形成的复合结构；所述发电机为多个均布于主动齿圈周围，每个发电机对应设有与主动齿圈啮合的从动齿轮；所述水面浮台上设有固定座，所述环状体转动配合担在固定座上，并与固定座之间形成转动副，所述转动副为推力轴承结构、由上至下向外倾斜的滚轮结构或者为平面滑动轴承结构；所述发电总成包括传动组件和发电机，所述传动组件包括与柱状桁架轴同轴固定连接的环状体和至少在圆周方向固定于环状体的主动齿圈，所述发电机的动力输入端设有与主动齿圈啮合并用于将动力输入发电机的从动齿轮，所述环状体转动配合担在水面浮台上表面；所述柱状桁架轴与水面浮台转动配合的轴段固定设有轴套，水面浮台与轴套配合设有滑动轴承。
本发明的有益效果：本发明的悬浮式洋流组合发电装置，利用水面浮台结构，使叶轮组建悬浮于海洋中，通过洋流驱动叶轮组件转动，实现回收洋流能量的目的；本发明叶轮组件可深入深海，使用时通过锚索将其上部水面浮台和叶轮轴底部锚接连接，防止漂移，整体呈悬浮状态，解决了深海洋流能量向海面回收的难题，使洋流发电成为新能源并规模开发利用，无污染和能耗，因而具有较好的市场价值和社会价值。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明结构剖面示意图；
图2为本发明叶轮轴结构示意图；
图3为定位组件结构示意图；
图4为图1A处放大图；
图5为叶片框架布置示意图；
图6为叶片连接于框架平面结构图。
具体实施方式
图1为本发明结构剖面示意图，图2为本发明叶轮轴结构示意图，图3为定位组件结构示意图，图4为图1A处放大图，图5为叶片框架布置示意图，图6为叶片连接于框架平面结构图，如图所示：本实施例的悬浮式洋流组合发电装置，包括水面浮台1、位于水面浮台以下的叶轮总成和位于水面浮台上用于接收叶轮总成的转动机械能并转化为电能的发电总成；
所述叶轮总成具有叶片组件和叶轮轴2，所述叶轮轴2向上转动配合伸出水面浮台1并与发电总成的动力输入端传动配合；所述叶轮总成沿叶轮轴2的轴向向下限位并可与水面浮台1共同悬浮于海洋的工作区域；使用时，叶轮总成位于水下，并由洋流驱动叶片组件，从而带动叶轮轴转动，实现洋流的动能收集及输出。
本实施例中，所述叶轮轴2为柱状桁架轴，叶片组件至少包括沿圆周方向均布于柱状桁架轴的叶片3；采用柱状桁架轴结构，避免对洋流形成较大的阻力，从而保证本发明使用时具有较好的稳定性，同时，桁架结构具有较好的力矩分配能力，使整个轴受力均匀合理，保证其使用寿命。
本实施例中，所述叶片3以可绕竖直轴线呈扇形摆动的方式设置，可采用现有的铰接结构；且所述叶片3在柱状桁架轴旋转方向上限位并对洋流形成阻力，该限位可以采用现有的任何机械结构，包括硬限位(挡块)或柔性纤维(弹簧施加预紧力等)；采用在旋转方向进行限位的摆动叶片结构，使其在反方向可自由摆动防止产生阻力，使本发明的叶轮总成能够顺畅转动，并减小反向阻力，充分利用洋流动力。
本实施例中，所述叶片组件还包括固定均布于柱状桁架轴圆周方向的叶片框架4，所述叶片3以可绕竖直轴线呈扇形摆动的方式铰接于叶片框架4；采用框架结构设置叶片3，增加叶片3的安装强度，延长使用寿命，并使叶片3的安装具有简易的特点。
本实施例中，所述叶片框架4上设有过载泄流弹性元件5，所述过载泄流弹性元件5对叶片3施加使叶片3在柱状桁架轴旋转方向上限位并对洋流形成阻力的预紧力，施加预紧力的方式可以采用现有技术的任何结构，包括扭簧、拉簧、弹片或者压缩弹簧等等；设定泄流预紧力，当洋流动能过大，超出该预紧力时，过载泄流弹性元件5被压缩、被屈服或被拉伸，叶片向旋转方向摆动，形成泄流状态，缓冲洋流动能，保护本发明不被破坏。
本实施例中，所述叶片框架4为竖向排列的格状结构，叶片3与格状结构的格一一对应设置；本结构含有较多叶片，并对应格状结构，利于安装和拆卸，且利于针对性的检修、更换和维护；所述柱状桁架轴包括沿圆周方向均布的竖直杆2a和将竖直杆2a相互固定连接的支撑筋I2b；结构简单，强度较高，并形成较大的过流空间，进一步减小阻力。
所述叶片框架4之间通过支撑筋II6固定连接，增加叶片组件的整体强度，保证其使用性能。
本实施例中，所述发电总成包括传动组件和发电机7，所述传动组件包括与柱状桁架轴同轴固定连接的环状体8和至少在圆周方向固定于环状体的主动齿圈10，所述发电机7的动力输入端设有与主动齿圈10啮合并用于将动力输入发电机7的从动齿轮11，所述环状体8转动配合担在水面浮台1上表面，该转动配合结构可采用现有技术的任何结构；结构简单紧凑，制造成本较低。
本实施例中，所述叶片框架4所在的平面沿柱状桁架轴2的切向，如图5所示，箭头B为旋转方向，箭头C为洋流方向，叶片根据洋流以及旋转方向进行开合，增加旋转效率；所述过载泄流弹性元件5为一端固定于叶片框架4并对叶片3施加弹力的弹片结构，所述弹力对叶片3在旋转方向限位；弹片结构易于布置和安装，并且弹力耐久，与叶片具有较好的贴合性。
本实施例中，所述柱状桁架轴2为可拆卸式并根据长短进行拼装的结构，可采用现有技术的桁架拼装结构，在局部轴端可采用固定焊接结构；所述叶片框架4与柱状桁架轴2之间为可拆卸式固定连接；能够根据水域的深度自由组合延长或缩短，使其具有较好的通用性。
本实施例中，所述水面浮台1上设有固定座9，所述环状体8转动配合担在固定座9上，并与固定座9之间形成转动副，可采用现有的转动副结构，本领域技术人员根据上述记载均能知道，但转动副并不限于现有的结构；本实施例中，所述转动副为推力轴承结构、由上至下向外倾斜的滚轮结构或者为平面滑动轴承结构；推力轴承能够承受轴向力的同时还能够承受径向力，适用于海上环境变化复杂的条件下使用；如图所示，本申请采用由上至下向外倾斜的滚轮结构，包括通过支架20设置于环状体8上的滚轮19和设置于固定座9上的环形导轨21，对滚轮19进行导向，使环状体8在柱状桁架轴带动下转动；本结构环状体8于固定座9之间空间较大，具有较好的通风效果，避免生锈或阻塞，运转顺畅，同时能够承受较大径向力；环形导轨21是一闭合的圆圈轨道，可以使用单轨道、双轨道或多轨道，引导滚轮做圆周旋滑运动；采用双轨道或多轨道时，外圈轨道设置高于内圈轨道，以强加装置的径向负荷能力；当然，可采用推力轴承结构，需配以保持架等；或者，采用现有的水润滑合金轴承，更利于在潮湿环境下使用。
本实施例中，所述柱状桁架轴下部设有定位组件，所述定位组件包括与柱状桁架轴固定连接的定位轴15和外套于定位轴15与其转动配合的轴套18，如图所示，定位轴15通过支架16固定连接于柱状桁架轴，所述轴套18用于与将其锚接的锚索17连接；采用本结构将柱状桁架轴下部进行牵扯定位，避免本发明随洋流飘移，保证其使用；同时，可对水面浮台1进行锚索牵扯定位，进一步保证稳定性。
本实施例中，所述水面浮台1采用船形结构或者为钢结构13下部嵌合低密度高分子材料14形成的复合结构(如图所示)，低密度高分子材料指的是密度低于水(或海水)的高分子材料，使用时能够浮于水面；所述发电机7为多个均布于主动齿圈周围，图中仅表明一个，多个发电机7与其安装和配合结构相同，本处所指的多个是指在主动齿圈直径足够大的前提下，在其周围安装发电机的数量并不具有上限；每个发电机7对应设有与主动齿圈啮合的从动齿轮；如图所示，主动齿圈10和从动齿轮11均为锥齿轮。
本实施例中，所述柱状桁架轴2与水面浮台1转动配合的轴段固定设有轴套23，水面浮台1与轴套23配合设有滑动轴承22；运行时形成滑动配合副，并形成支点，保证结构的稳定性，减少输出端的径向力，利于保持长周期稳定运行。
本申请中，固定连接根据需要可采用焊接，也可采用可拆卸式固定连接；传动配合(连接)可采用键连接或固定连接；各个转动配合均可采用轴承等结构配合(鉴于本发明的使用环境，较佳的选择伪水润滑合金轴承)。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种悬浮式洋流组合发电装置，其特征在于：包括水面浮台、位于水面浮台以下可通过洋流驱动的叶轮总成和位于水面浮台上用于接收叶轮总成的转动机械能并转化为电能的发电总成；所述叶轮总成具有叶片组件和叶轮轴，所述叶轮轴向上转动配合伸出水面浮台并与发电总成的动力输入端传动配合；所述叶轮总成沿叶轮轴的轴向向下限位并可与水面浮台共同悬浮于海洋的工作区域；
所述叶轮轴为柱状桁架轴，叶片组件至少包括沿圆周方向均布于柱状桁架轴的叶片；所述叶片以可绕竖直轴线呈扇形摆动的方式设置，且所述叶片在柱状桁架轴旋转方向上限位并对洋流形成阻力；所述叶片组件还包括固定均布于柱状桁架轴圆周方向的叶片框架，所述叶片以可绕竖直轴线呈扇形摆动的方式铰接于叶片框架；所述叶片框架所在的平面沿柱状桁架轴的切向；所述叶片框架上设过载泄流弹性元件，所述过载泄流弹性元件对叶片施加使叶片在柱状桁架轴旋转方向上限位并对洋流形成阻力的预紧力，所述过载泄流弹性元件为一端固定于叶片框架并对叶片施加弹力的弹片结构，所述弹力对叶片在旋转方向限位。
2.根据权利要求1所述的悬浮式洋流组合发电装置，其特征在于：所述叶片框架为竖向排列的格状结构，叶片与格状结构的格一一对应设置；所述柱状桁架轴包括沿圆周方向均布的竖直杆和将竖直杆相互固定连接的支撑筋I；
所述叶片框架之间通过支撑筋II固定连接。
3.根据权利要求2所述的悬浮式洋流组合发电装置，其特征在于：所述柱状桁架轴下部设有定位组件，所述定位组件包括与柱状桁架轴固定连接的定位轴和外套于定位轴与其转动配合的轴套，所述轴套用于与将其锚接的锚索连接。
4.根据权利要求3所述的悬浮式洋流组合发电装置，其特征在于：所述柱状桁架轴为可拆卸式并根据长短进行拼装的结构，所述叶片框架与柱状桁架轴之间为可拆卸式固定连接。
5.根据权利要求4所述的悬浮式洋流组合发电装置，其特征在于：所述水面浮台采用船形结构或者为钢结构下部嵌合低密度高分子材料形成的复合结构所述发电总成包括传动组件和发电机，所述传动组件包括与柱状桁架轴同轴固定连接的环状体和至少在圆周方向固定于环状体的主动齿圈，所述发电机的动力输入端设有与主动齿圈啮合并用于将动力输入发电机的从动齿轮，所述环状体转动配合担在水面浮台上表面；所述发电机为多个均布于主动齿圈周围，每个发电机对应设有与主动齿圈啮合的从动齿轮；所述水面浮台上设有固定座，所述环状体转动配合担在固定座上，并与固定座之间形成转动副，所述转动副为推力轴承结构、由上至下向外倾斜的滚轮结构或者为平面滑动轴承结构；所述柱状桁架轴与水面浮台转动配合的轴段固定设有轴套，水面浮台与轴套配合设有滑动轴承。
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