CN112459954B - 一种水平状态可调的涡激振动潮流能发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种水平状态可调的涡激振动潮流能发电装置，属于潮流能发电装置技术领域。本发明解决了现有的涡激振动潮流能发电装置在底面不平整的海域中无法正常工作的问题。所述发电组件为涡激振动发电组件，且其安装在重力坐底式载体上，所述导流罩对称布置在发电组件的两侧且导流罩的上、下两端分别与浮箱、重力坐底式载体固接，若干高度调节装置布置在重力坐底式载体底端，通过高度调节装置调节重力坐底式载体及其上发电组件的水平度。本申请通过设置重力坐底式载体为整个发电装置的下潜提供重力，增加装置在水流中的稳定性，并且解决了涡激振动发电组件在实际流域中的安装固定问题。固定方法简单且成本更低。

Description

一种水平状态可调的涡激振动潮流能发电装置
技术领域
本发明涉及一种水平状态可调的涡激振动潮流能发电装置，属于潮流能发电装置技术领域。
背景技术
随着世界经济不断地高速发展,人类对能源的需求量愈来愈大,按目前统计的年均开采量估算,我国到2040年石油资源枯竭；2060年天然气耗尽；2300年煤炭存储量开采完毕。为了人类社会的可持续发展，开发新型的、可再生的能源是世界各国当前必须解决的问题。
目前在可再生能源范畴里，能源能量密度最高的是海洋能，由于海洋能的清洁可再生且储量丰富的特性，使得对海洋能的开发具有重要意义和价值。目前已知的海洋能种类繁多，其中潮流能就是一种具有高能量密度的海洋能。目前利用水轮机发电是潮流能发电的主流形式，但是水轮机发电对水深和流速均有较高的要求。而利用流致振动获能原理进行发电则可以避免此类问题。密歇根大学Bernitsas教授团队已经申请成功的专利号为US 20080295509 A1的新型专利，提出了一种新型的潮流能发电装置VIVACE(VortexInduced Vibation Aquatic Clean Energy)，该装置利用圆柱形截面结构在稳定水流中的流致振动现象，将海流的水动能转化为发电装置的振子的机械能；然后由发电机将机械能转化为电能。但是目前已有的VIVACE装置仅仅局限于模型实验，对发电装置在实际海流及河流中的总体实验及研究很少。如何利用流致振动实现在实际海域中的发电，如何解决和应对流致振动发电装置在实际海域中会遇到的问题(如：1、圆柱振子的方向与来流的流向的关系有较高的要求，现有技术中的普通坐底式的载体，无法适应不平整的河床或海底。2、传统潮流能发电装置选择水轮机作为能量转换装置，而水轮机的稳定工作流速在1.5m/s以上。但在我国，大部分海域的海流都不能稳定保持在该流速以上)，这都将成为后续需要继续研究的重要课题。
发明内容
本发明是为了解决现有的涡激振动潮流能发电装置在底面不平整的海域中无法正常工作的问题，进而提供了一种水平状态可调的涡激振动潮流能发电装置。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种水平状态可调的涡激振动潮流能发电装置，它包括浮箱、发电组件、重力坐底式载体、两个导流罩及若干高度调节装置，其中，所述发电组件为涡激振动发电组件，且其安装在重力坐底式载体上，所述导流罩对称布置在发电组件的两侧且导流罩的上、下两端分别与浮箱、重力坐底式载体固接，若干高度调节装置布置在重力坐底式载体底端，通过高度调节装置调节重力坐底式载体及其上发电组件的水平度。
进一步地，每个高度调节装置均包括底脚、调节螺杆、外箱体以及设置在外箱体内的上支撑盖、下支撑盖、一对上支撑臂及一对下支撑臂，其中一对上支撑臂与一对下支撑臂上下相对布置，且每个上支撑臂与其相对的下支撑臂之间均通过连接键转动连接，一对上支撑臂的上端分别与上支撑盖转动连接，一对下支撑臂的下端分别与下支撑盖转动连接，且所述下支撑盖固装在底脚上，所述连接键上沿其径向开设有内螺纹孔，所述调节螺杆的一端穿过外箱体的侧壁且依次螺纹穿装在两个连接键上，外箱体的顶端和底端均开设有矩形通孔。
进一步地，底脚顶端竖直固装有定位螺杆，所述下支撑盖套装在所述定位螺杆上且通过螺母锁紧。
进一步地，所述底脚为锥形水泥底脚。
进一步地，调节螺杆上远离连接键的一端一体固装有把手。
进一步地，所述发电组件包括圆柱振子、发电机、齿轮齿条啮合组件、竖直且对称布置的两个导轨以及水平且对称布置的两个固定底板，其中所述固定底板固装在重力坐底式载体上，两个导轨的底端对应安装在两个固定底板上，所述圆柱振子水平布置在两导轨之间且两端分别通过滑块与导轨滑动连接，所述齿轮齿条啮合组件中的齿轮与发电机连接，齿条竖向穿设在一个导轨内且底端与滑块固接。
进一步地，所述浮箱中部开设有安装孔，发电机安装在浮箱上，两个导轨的顶端通过横梁固接，且所述横梁卡装在浮箱顶端面，导轨的上部位于安装孔内。
进一步地，每个固定底板上均沿其长度方向开设有若干销孔，其中每相临的两个销孔为一组，导轨的底端部沿其宽度方向加工有两个定位销，且对应插装在其下方的一组销孔内。
进一步地，所述重力坐底式载体包括水平布置的“田”字形水泥梁及罩设在水泥梁上的外壳体，其中水泥梁的底端沿其周向均匀开设有若干凹槽，若干外箱体对应安装在若干凹槽内。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
本申请通过设置重力坐底式载体为整个发电装置的下潜提供重力，增加装置在水流中的稳定性，并且解决了涡激振动发电组件在实际流域中的安装固定问题。固定方法简单且成本更低。
通过设置高度调节装置，使整个发电装置能够适应不平整的海底地貌，保证其稳定工作。
附图说明
图1为本申请的立体结构示意图；
图2为本申请的***结构示意图；
图3为高度调节装置的***结构示意图；
图4为发电组件的立体结构示意图(固定底板未示出)；
图5为齿轮齿条啮合组件与发电机的连接示意图；
图6为固定底板的立体结构示意图；
图7为水泥梁的立体结构示意图；
图8为导流罩的立体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～8说明本实施方式，一种水平状态可调的涡激振动潮流能发电装置，它包括浮箱1、发电组件2、重力坐底式载体3、两个导流罩4及若干高度调节装置5，其中，所述发电组件2为涡激振动发电组件2，且其安装在重力坐底式载体3上，所述导流罩4对称布置在发电组件2的两侧且导流罩4的上、下两端分别与浮箱1、重力坐底式载体3固接，若干高度调节装置5布置在重力坐底式载体3底端，通过高度调节装置5调节重力坐底式载体3及其上发电组件2的水平度。所述发电组件2即为能量转换装置。
本申请采用涡激振动发电组件2代替传统的水轮机，使用涡激振动发电组件2作为能量转换装置，实现在较低流速时即可启动，而在我国海域，大部分时间海流流速都保持在较低水平，因此该类的优点更为凸显。有效解决了水轮机式潮流能发电装置在低流速下无法正常工作的问题。
通过设置重力坐底式载体3为整个发电装置的下潜提供重力，增加装置在水流中的稳定性，并且解决了涡激振动发电组件2在实际流域中的安装固定问题。固定方法简单且成本更低。
通过设置高度调节装置5，使整个发电装置能够适应不平整的海底地貌，保证其稳定工作。
导流罩4可为发电组件2提供较稳定的工作环境和较为集中水流。
通过设置浮箱1，方便整个发电装置的回收和维修，同时便于发电组件2的安装固定。
整个装置依靠重力坐底式载体3的重力沉入水下，高度调节装置5与水底直接接触。待整个发电装置停稳后，通过高度调节装置5调整重力坐底式载体3的某一方向的高度，从而调节整个发电装置的水平度，保证涡激振动发电装置可持续稳定工作。
两个导流罩4形成水通道的左右壁面，并关于重力坐底式载体3中线对称分布。重力坐底式载体3的上表面形成水通道的下壁面。
每个高度调节装置5均包括底脚51、调节螺杆52、外箱体53以及设置在外箱体53内的上支撑盖54、下支撑盖55、一对上支撑臂56及一对下支撑臂57，其中一对上支撑臂56与一对下支撑臂57上下相对布置，且每个上支撑臂56与其相对的下支撑臂57之间均通过连接键58转动连接，一对上支撑臂56的上端分别与上支撑盖54转动连接，一对下支撑臂57的下端分别与下支撑盖55转动连接，且所述下支撑盖55固装在底脚51上，所述连接键58上沿其径向开设有内螺纹孔，所述调节螺杆52的一端穿过外箱体53的侧壁且依次螺纹穿装在两个连接键58上，外箱体53的顶端和底端均开设有矩形通孔59。底脚51***水底，避免整个装置旋转或移动。调节螺杆52与两个连接键58上的内螺纹孔配合连接。上支撑臂56与上支撑盖54之间、下支撑臂57与下支撑盖55之间均通过连接销钉转动连接。矩形通孔59便于上支撑臂56及下支撑臂57的穿出。四个支撑臂形成菱结构，调节螺杆52旋转，使四个支撑臂形成的菱形结构撑开或收和，进而使上支撑盖54升起或下降，最终实现其上方重力坐底式载体3的向上或向下倾斜角度调节。菱形结构的竖直对角线的伸长或缩短即为整个调节装置的伸缩过程。
底脚51顶端竖直固装有定位螺杆60，所述下支撑盖55套装在所述定位螺杆60上且通过螺母61锁紧。如此设计，便于下支撑盖55的拆装。
所述底脚51为锥形水泥底脚51。锥形结构更利于***水底。
调节螺杆52上远离连接键58的一端一体固装有把手62。如此设计，便于调节螺杆52的拧动。
所述发电组件2包括圆柱振子21、发电机22、齿轮齿条啮合组件23、竖直且对称布置的两个导轨24以及水平且对称布置的两个固定底板25，其中所述固定底板25固装在重力坐底式载体3上，两个导轨24的底端对应安装在两个固定底板25上，所述圆柱振子21水平布置在两导轨24之间且两端分别通过滑块与导轨24滑动连接，所述齿轮齿条啮合组件23中的齿轮与发电机22连接，齿条竖向穿设在一个导轨24内且底端与滑块固接。如此设计，齿轮与发电机的转轴连接。通过设置导轨24，使得圆柱振子21只能实现纵向的往复运动。水流流过时，圆柱振子21发生涡激振动并沿着导轨24方向上下周期性运动。上端发电机22将振子的往复运动转化成发电机22的电能并储存。利用圆柱振子21的涡激振动现象发电，大大降低潮流能发电装置的启动流速，0.5m/s左右即可启动。振子横向水平放置且垂直于来流方向时，发电效率最优。
所述浮箱1中部开设有安装孔，发电机22安装在浮箱1上，两个导轨24的顶端通过横梁26固接，且所述横梁26卡装在浮箱1顶端面，导轨24的上部位于安装孔内。通过设置安装孔，便于导轨24及固定底板25的安装及拆卸。通过设置横梁26，保证导轨24的稳定性。安装时，导轨24通过浮箱1的安装孔放置到导流罩4围成的水通道内。
每个固定底板25上均沿其长度方向开设有若干销孔25-1，其中每相临的两个销孔25-1为一组，导轨24的底端部沿其宽度方向加工有两个定位销24-1，且对应插装在其下方的一组销孔25-1内。若干组销孔25-1沿固定底板25长度方向线性均匀排列。定位销24-1与销孔25-1之间为过盈配合。通过在固定底板25上开设有若干组销孔25-1，实现模块化布置，可并联多组发电组件2，且安装方便快捷。
所述重力坐底式载体3包括水平布置的“田”字形水泥梁31及罩设在水泥梁31上的外壳体32，其中水泥梁31的底端沿其周向均匀开设有若干凹槽，若干外箱体53对应安装在若干凹槽内。外壳体32与水泥梁31紧密贴合。凹槽的数量优选为八个。上支撑盖54的顶面与凹槽的槽底配合接触。

Claims (8)

1.一种水平状态可调的涡激振动潮流能发电装置，其特征在于：它包括浮箱(1)、发电组件(2)、重力坐底式载体(3)、两个导流罩(4)及若干高度调节装置(5)，其中，所述发电组件(2)为涡激振动发电组件(2)，且其安装在重力坐底式载体(3)上，所述导流罩(4)对称布置在发电组件(2)的两侧且导流罩(4)的上、下两端分别与浮箱(1)、重力坐底式载体(3)固接，若干高度调节装置(5)布置在重力坐底式载体(3)底端，通过高度调节装置(5)调节重力坐底式载体(3)及其上发电组件(2)的水平度；所述发电组件(2)包括圆柱振子(21)、发电机(22)、齿轮齿条啮合组件(23)、竖直且对称布置的两个导轨(24)以及水平且对称布置的两个固定底板(25)，其中所述固定底板(25)固装在重力坐底式载体(3)上，两个导轨(24)的底端对应安装在两个固定底板(25)上，所述圆柱振子(21)水平布置在两导轨(24)之间且两端分别通过滑块与导轨(24)滑动连接，所述齿轮齿条啮合组件(23)中的齿轮与发电机(22)连接，齿条竖向穿设在一个导轨(24)内且底端与滑块固接。
2.根据权利要求1所述的一种水平状态可调的涡激振动潮流能发电装置，其特征在于：每个高度调节装置(5)均包括底脚(51)、调节螺杆(52)、外箱体(53)以及设置在外箱体(53)内的上支撑盖(54)、下支撑盖(55)、一对上支撑臂(56)及一对下支撑臂(57)，其中一对上支撑臂(56)与一对下支撑臂(57)上下相对布置，且每个上支撑臂(56)与其相对的下支撑臂(57)之间均通过连接键(58)转动连接，一对上支撑臂(56)的上端分别与上支撑盖(54)转动连接，一对下支撑臂(57)的下端分别与下支撑盖(55)转动连接，且所述下支撑盖(55)固装在底脚(51)上，所述连接键(58)上沿其径向开设有内螺纹孔，所述调节螺杆(52)的一端穿过外箱体(53)的侧壁且依次螺纹穿装在两个连接键(58)上，外箱体(53)的顶端和底端均开设有矩形通孔(59)。
3.根据权利要求2所述的一种水平状态可调的涡激振动潮流能发电装置，其特征在于：底脚(51)顶端竖直固装有定位螺杆(60)，所述下支撑盖(55)套装在所述定位螺杆(60)上且通过螺母(61)锁紧。
4.根据权利要求2所述的一种水平状态可调的涡激振动潮流能发电装置，其特征在于：所述底脚(51)为锥形水泥底脚(51)。
5.根据权利要求2所述的一种水平状态可调的涡激振动潮流能发电装置，其特征在于：调节螺杆(52)上远离连接键(58)的一端一体固装有把手(62)。
6.根据权利要求1所述的一种水平状态可调的涡激振动潮流能发电装置，其特征在于：所述浮箱(1)中部开设有安装孔，发电机(22)安装在浮箱(1)上，两个导轨(24)的顶端通过横梁(26)固接，且所述横梁(26)卡装在浮箱(1)顶端面，导轨(24)的上部位于安装孔内。
7.根据权利要求1所述的一种水平状态可调的涡激振动潮流能发电装置，其特征在于：每个固定底板(25)上均沿其长度方向开设有若干销孔(25-1)，其中每相临的两个销孔(25-1)为一组，导轨(24)的底端部沿其宽度方向加工有两个定位销(24-1)，且对应插装在其下方的一组销孔(25-1)内。
8.根据权利要求2、3、4或5所述的一种水平状态可调的涡激振动潮流能发电装置，其特征在于：所述重力坐底式载体(3)包括水平布置的“田”字形水泥梁(31)及罩设在水泥梁(31)上的外壳体(32)，其中水泥梁(31)的底端沿其周向均匀开设有若干凹槽，若干外箱体(53)对应安装在若干凹槽内。
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