一种基于涡流增强流致振动集群的系泊式发电系统

1.本发明属于海流发电技术领域，特别涉及一种基于涡流增强流致振动集群的系泊式发电系统。


背景技术：

2.海流中包含巨大的可回收流体动能，海流能和流速的立方成正比。海流能是一种有巨大潜力的可再生资源，且海流速度稳定，具有较大的实际应用潜力。沿海区域具有丰富的海流能，年平均海流能估算功率约为1.4
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107kw(122twh/年)。传统的海流能发电采用阻力型轮机，能量收集效率较高，但由于受到叶片尖速比的限制，在低流速环境下相比于流致振动装置自启动性差；还有采用流致振动装置可适应低流速环境，但发电效率较低。进一步导致海底航行器补能不便利，需要长期停靠在发电装置附近进行补能，限制水下航行器工作范围。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于涡流增强流致振动集群的系泊式发电系统，以解决现有技术自启动性差、发电效率低，以及限制水下航行器工作的问题。
4.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.一种基于涡流增强流致振动集群的系泊式发电系统，包括上浮体、安装平台、流致振动发电装置、深海基站和水下自主航行器；上浮体设置在安装平台上部，安装平台为两侧开口的筒状结构，流致振动发电装置设置在安装平台内部；振动发电装置连接深海基站，深海基站用于给水下自主航行器供电；
6.流致振动发电装置包括振动单元和直线发电机；两个直线发电机对称设置在安装平台中间的两侧，直线发电机上设置有纵向的滑轨，振动单元设置在滑轨内，振动单元沿滑轨振动时，能够切割直线发电机上的线圈磁感线。
7.进一步的，振动单元包括流致振动振子和弹簧装置；两个流致振动振子的两端均设置有永磁体，两个流致振动振子均垂直设置在两个滑轨之间，且分别通过弹簧装置和安装平台的上下内壁连接。
8.进一步的，安装平台的两端分别为进口和出口，且进口、出口都是扩口结构。
9.进一步的，安装平台的进口处设置有涡流增强装置。
10.进一步的，涡流增强装置为圆柱或v型柱。
11.进一步的，上浮体通过四个上浮体安装杆和安装平台的顶部连接。
12.进一步的，深海基站包括无线充电及接驳系统、深海基站耐压外壳和储能电池；储能电池设置在密封壳体内，线充电接驳装置设置在密封壳体的顶部，且和储能电池连接。
13.进一步的，储能电池通过水下电缆连接直线发电机。
14.与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
15.本发明提出了一种基于涡流增强状态下流制振动集群的系泊式发电系统，这种深
海观测系统由水下自主航行器，系泊系统，流致振动发电阵列等组成。系泊系统利用深海海流能的给水下自主航行器提供能量，不需要科考船长时间停靠来补充能源。通过无线充电的方式，为水下自主航行器提供能量。同时，流致振动发电机群受来流方向涡流增强装置的作用进一步提高发电量。
16.本发明通过浮力装置将两组安装在安装平台上的流致振动发电装置悬浮在海水中层，海流流速大，同时在安装平台的前方布置了涡流增强装置，进一步增大发电量。
附图说明
17.图1为本发明整体结构图。
18.图2为本发明轴测图。
19.图3为本发明安装平台内部透视图。
20.图4为安装平台的正视图。
21.图5为安装平台的顶视图。
具体实施方式
22.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.一种基于涡流增强状态下流致振动集群的系泊式发电系统，包括上浮体1，安装平台2，振动单元3，包括振子31，弹簧装置32，直线发电机4，浮体连接杆5，涡流增强装置6，水下电缆7，无线充电及接驳系统8，储能电池9，深海基站耐压外壳10，水下自主航行器11。
26.本发明的核心技术是一种基于涡流增强状态下流制振动集群的系泊式发电系统包括流制振动发电集群，涡流增强装置，系泊系统。该专利的核心技术是开了基于涡流增强状态下流制振动集群的系泊式发电系统，通过浮力装置将两组安装在安装平台上的流制振动发电装置悬浮在海水中层，海流流速大，同时在安装平台的前方布置了涡流增强装置，进一步增大发电量。
27.图1是系统总成图，其中上浮体1通过四个上浮体安装杆5连接安装平台2上部，安装平台2是轴对称装置，两个流致振动振子31安装在安装平台2中间位置，流致振动振子31两端均有永磁体，两个振子31且呈上下排布，并通过固定在流致振动振子31上的弹簧装置
32分别安装在安装平台2上下面。安装平台2中间两侧布置了两个直线发电机4，两个直线发电机4与安装平台2之间有两个竖直滑轨，限制流致振动振子31只能在竖直方向运动，并来回切割直线发电机4上的线圈磁感线，最终将产生的电能通过水下电缆7储存在深海基站内的储能电池中。
28.图2是系统的轴测图，是装置面对来流的姿态。安装平台2在上附体1的浮力作用悬浮在海水中层，水流从涡流增强装置6处进入安装平台2腔体内部，流体绕过涡流增强装置6并在后方产生一组高速旋转的脱落涡，脱落涡向后发展分别作用在两个流致振动振子31上，增强流致振动振子31的上下表面的压差，来增强发电量。涡流增强装置6可以是圆柱体、v型结构等易诱发高速涡的装置。两个流致振动振子31在两侧直线发电机4的竖直滑轨上移动，流致振动振子31两端的永磁体切割直线发电机4的线圈产生电流，电能通过水下电缆7储存在深海基站内的储能电池中。
29.图3是安装平台内部透视图。可以看到，两侧的直线发电机4与两个流致振动振子31位于安装平台2的中心，经过安装平台2进口处的聚流作用与涡流增强装置6的涡流增强后，作用在流致振动振子31上的流体力得到加强。流致振动振子31在其弹簧装置32与滑轨的作用下进行垂直运动，切割直线发电机4的磁感线。
30.图4是安装平台的正视图。其中涡流增强装置6位于进口处，且装置可以是圆柱、v型等容易诱导涡流的结构。
31.图5是安装平台2的上视图。其中安装平台是一个轴对称装置，进口、出口都是扩口设计，这样不仅对内部流动有加强作用，进口与出口的曲率设计使得当流动方向改变时，流体作用在安装平台2的外表面时会产生一个偏转力，从而产生自动偏航的效果。
32.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种基于涡流增强流致振动集群的系泊式发电系统，其特征在于，包括上浮体(1)、安装平台(2)、流致振动发电装置、深海基站和水下自主航行器(11)；上浮体(1)设置在安装平台(2)上部，安装平台(2)为两侧开口的筒状结构，流致振动发电装置设置在安装平台(2)内部；振动发电装置连接深海基站，深海基站用于给水下自主航行器(11)供电；流致振动发电装置包括振动单元(3)和直线发电机(4)；两个直线发电机(4)对称设置在安装平台(2)中间的两侧，直线发电机(4所在位置的安装平台(2)上设置有纵向的滑轨，振动单元(3)设置在滑轨内，振动单元(3)沿滑轨振动时，能够切割直线发电机(4)上的线圈磁感线。2.根据权利要求1所述的一种基于涡流增强流致振动集群的系泊式发电系统，其特征在于，振动单元(3)包括流致振动振子(31)和弹簧装置(32)；两个流致振动振子(31)的两端均设置有永磁体，两个流致振动振子(31)均垂直设置在两个滑轨之间，且分别通过弹簧装置(32)和安装平台(2)的上下内壁连接。3.根据权利要求1所述的一种基于涡流增强流致振动集群的系泊式发电系统，其特征在于，安装平台(2)的两端分别为进口和出口，且进口、出口都是扩口结构。4.根据权利要求3所述的一种基于涡流增强流致振动集群的系泊式发电系统，其特征在于，安装平台(2)的进口处设置有涡流增强装置(6)。5.根据权利要求4所述的一种基于涡流增强流致振动集群的系泊式发电系统，其特征在于，涡流增强装置(6)为圆柱或v型柱。6.根据权利要求1所述的一种基于涡流增强流致振动集群的系泊式发电系统，其特征在于，上浮体(1)通过四个上浮体安装杆(5)和安装平台(2)的顶部连接。7.根据权利要求1所述的一种基于涡流增强流致振动集群的系泊式发电系统，其特征在于，深海基站包括无线充电及接驳系统(8)、深海基站耐压外壳(10)和储能电池(9)；储能电池(9)设置在密封壳体(10)内，线充电接驳装置(8)设置在密封壳体(10)的顶部，且和储能电池(9)连接。8.根据权利要求7所述的一种基于涡流增强流致振动集群的系泊式发电系统，其特征在于，储能电池(9)通过水下电缆(7)连接直线发电机(4)。

技术总结
一种基于涡流增强流致振动集群的系泊式发电系统，包括上浮体、安装平台、流致振动发电装置、深海基站和水下自主航行器；上浮体设置在安装平台上部，安装平台为两侧开口的筒状结构，流致振动发电装置设置在安装平台内部；振动发电装置连接深海基站，深海基站用于给水下自主航行器供电；本发明通过浮力装置将两组安装在安装平台上的流致振动发电装置悬浮在海水中层，海流流速大，同时在安装平台的前方布置了涡流增强装置，进一步增大发电量。进一步增大发电量。进一步增大发电量。


技术研发人员：陈雅楠 史锦康 钱禹岐 郭朋华 陈柏艺
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/7/4