一种可升沉海流能发电装置的制作方法

1.本发明涉及海流能发电设备技术领域，具体为一种可升沉海流能发电装置。


背景技术：

2.随着我国经济的高速发展，传统的能源结构产能提升的缓慢和国民经济对能源日益增加的需求间的矛盾日益尖锐，特别在岩溶地区，能源短缺问题更为严重。我国拥有18000多公里的海岸线，蕴含大量的能源，海流能就是其中一种。其原理与风电类似，由水流推动叶轮做功发电。相比风电，海流能的单位面积能量密度更大，但由于其处于水下不便于维护的缺点制约了其发展。故寻求一种可以进行升沉操作、便于维护的海流能发电装置。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种可提高发电效率，实现升降，便于检修维护的可升沉海流能发电装置。
4.本发明是通过以下技术方案来实现的：一种可升沉海流能发电装置，包括浮体、导流板、垂直轴水轮机、系泊结构，所述垂直轴水轮机设置有两个，两个所述垂直轴水轮机相互对称地分布在所述浮体的两侧，且所述垂直轴水轮机和所述浮体可转动连接，每个所述垂直轴水轮机旁均设置有所述导流板，所述浮体内部设置有齿轮箱、发电机、转换模块，每个所述垂直轴水轮机各自连接有所述齿轮箱，所述齿轮箱和所述发电机的输入端连接，所述发电机的输出端和所述转换模块的输入端连接，所述转换模块的输出端和电缆连接，所述系泊结构可旋转地设置在所述浮体的底壁，且所述系泊结构和所述浮体的连接位置靠近所述浮体的迎流端。
5.进一步地：所述垂直轴水轮机包括旋转轴、弧形壳板，所述旋转轴可旋转地设置在安装板和所述浮体的外侧壁之间，所述弧形壳板设置有多个，多个所述弧形壳板围绕所述旋转轴周向分布，所述旋转轴和所述齿轮箱连接。
6.进一步地：所述弧形壳板共设置有三个，每个所述弧形壳板呈半圆弧形。
7.进一步地：所述旋转轴通过法兰轴承与所述浮体的外侧壁和所述安装板连接。
8.进一步地：所述导流板呈三棱柱结构，所述导流板的后端侧壁和所述安装板固定，所述导流板的内侧壁和所述浮体的侧壁固定，所述导流板的斜面自其前端至后端逐渐向上倾斜，水流流经所述导流板的倾斜的前端时形成分离流。
9.进一步地：所述浮体的底壁设置有系泊轴承，所述系泊结构设置在所述系泊轴承上，所述系泊结构包括卷缆机、缆绳、锚固基础，所述卷缆机设置有多个，多个所述卷缆机呈圆周分布在所述系泊轴承上，每个所述卷缆机上均各自设置有所述缆绳，每根所述缆绳上均设置有所述锚固基础。
10.进一步地：所述卷缆机包括潜水电机、卷轴，所述卷轴可旋转地设置在所述系泊轴承上，所述潜水电机和所述卷轴连接，所述缆绳的一端卷绕在所述卷轴上，所述缆绳的另一端连接所述锚固基础。
11.进一步地：所述缆绳由合成纤维材料制成。
12.进一步地：所述浮体呈流线性，采用雷诺数的翼型。
13.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1.通过将两个垂直轴水轮机相互对称地分布在浮体的两侧，且垂直轴水轮机和浮体可转动连接，浮体内部设置有齿轮箱、发电机、转换模块，每个垂直轴水轮机各自连接有齿轮箱，齿轮箱和发电机的输入端连接，发电机的输出端和转换模块的输入端连接，转换模块的输出端和电缆连接，系泊结构通过系泊轴承连接在浮体的底壁，且系泊轴承位于靠近浮体的迎流端，工作时，水流流经垂直轴水轮机，带动垂直轴水轮机旋转，垂直轴水轮机通过齿轮箱带动发电机做功，发电机通过转换模块和电缆将电能输出供电电网，以实现海流能到电能的转换，系泊结构通过系泊轴承和浮体的底壁连接，可使浮体和系泊结构间可自由旋转，且由于系泊轴承位于靠近浮体的迎流端，水流流向改变后，由于后端的受力面积较大，且力臂较长，会产生较大的力矩，使得浮体的后端指向与水流来流方向相反，浮体的前端指向与水流来流方向相同，从而达到自动迎流的效果，实现使本装置偏航对流，以达到最佳发电效率。
14.2.在每个垂直轴水轮机旁均设置导流板，导流板呈三菱柱结构，导流板的斜面自其前端至后端逐渐向上倾斜，水流流经导流板前端使形成分离流，其中上方的分离流沿导流板的斜面流动，正对上方的升力面，提高了上方的功率密度，从而增大对垂直轴水轮机的驱动力，使垂直轴水轮机的效率提升，提高发电效率。
15.3.系泊结构包括卷缆机、缆绳、锚固基础，卷缆机包括潜水电机和卷轴，转轴可转动地设置在系泊轴承上，缆绳的一端卷绕在卷轴上，缆绳的另一端连接锚固基础，通过潜水电机驱动卷轴转动，卷轴旋转对缆绳进行收放，以控制缆绳的长度，从而控制本发电装置的高度，实现升沉，便于检修维护。
附图说明
16.图1为本发明的结构示意图一；图2为本发明的结构示意图二；图3为本发明的结构分解示意图；图4为本发明的结构示意图三。
17.附图标记说明：1-浮体，2-导流板，3-垂直轴水轮机，4-系泊结构，5-齿轮箱，6-发电机，7-转换模块，8-电缆，9-迎流端，10-旋转轴，11-弧形壳板，12-安装板，13-法兰轴承，14-斜面，15-系泊轴承，16-卷缆机，17-缆绳，18-锚固基础，19-潜水电机，20-卷轴。
具体实施方式
18.图1至图4为本发明提供的一种可升沉海流能发电装置实施例结构示意图，包括浮体1、导流板2、垂直轴水轮机3、系泊结构4，垂直轴水轮机3设置有两个，两个垂直轴水轮机3相互对称地分布在浮体1的两侧，且垂直轴水轮机3和浮体1可转动连接，每个垂直轴水轮机3旁均设置有导流板2，浮体1内部设置有齿轮箱5、发电机6、转换模块7，每个垂直轴水轮机3各自连接有齿轮箱5，齿轮箱5和发电机6的输入端连接，发电机6的输出端和转换模块7的输入端连接，转换模块7的输出端和电缆8连接，系泊结构4可旋转地设置在浮体1的底壁，且系
泊结构4和浮体1的连接位置靠近浮体1的迎流端9。
19.本发电装置安装在表层流环境下工作，通过系泊结构4将本发电装置和海床（图未示）连接，进行工作时，水流流经垂直轴水轮机3，带动垂直轴水轮机3旋转，垂直轴水轮机3通过齿轮箱5带动发电机6做功发电，发电机6通过转换模块7和电缆8将电能输出供电电网，以实现海流能到电能的转换。
20.垂直轴水轮机3包括旋转轴10、弧形壳板11，旋转轴10可旋转地设置在安装板12和浮体1的外侧壁之间，弧形壳板11设置有多个，多个弧形壳板11围绕旋转轴10周向分布，旋转轴10和齿轮箱5连接。
21.弧形壳板11共设置有三个，每个弧形壳板11呈半圆弧形。
22.采用垂直轴水轮机3，将弧形壳板11设置成呈半圆弧形，且三个呈半圆弧形的弧形壳板11围绕旋转轴10周向分布，由于水流速度相较于空气速度较慢，但其能量密度较大，结构物的载荷也较大。因此本装置采用垂直轴水轮机3，垂直轴水轮机3相较于水平轴具有更低的启动速度，且拥有自启能力，其在旋转过程中的受力情况要比水平轴的好，由于惯性力与重力的方向始终不变，所受的恒定载荷，因此疲劳寿命会更长，从而使本发电装置的使用寿命更长。
23.旋转轴10通过法兰轴承13与浮体1的外侧壁和安装板12连接。
24.旋转轴10和法兰轴承13的连接处设置有防水圈，通过防水圈可保持水密性。
25.导流板2呈三棱柱结构，导流板2的后端侧壁和安装板12固定，导流板2的内侧壁和浮体1的侧壁固定，导流板2的斜面14自其前端至后端逐渐向上倾斜，水流流经导流板2的倾斜的前端时形成分离流。
26.通过呈三棱柱结构的导流板2，可增加垂直轴水轮机3的效率。垂直轴水轮机3直接迎流时，一侧产生升力，另一侧产生阻力，由于垂直轴水轮机3在旋转过程中，随着转速的增加阻力急剧减少，而升力反而会增大，所以升力型的垂直轴水轮机3的效率会比阻力型的高得多。本发电装置应用升力为弧形壳板11旋转的驱动力，为减小阻力，在阻力生成的区域设置导流板2。水流在流经导流板2前端时形成分离流，其中上方的分离流沿导流板2斜面14流动，正对上方的升力面，提高了上方的功率密度，从而增大对弧形壳板11的驱动力，提高弧形壳板11驱动旋转轴10转动，进而使垂直轴水轮机3的的效率提升。
27.浮体1的底壁设置有系泊轴承15，系泊结构4设置在系泊轴承15上，系泊结构4包括卷缆机16、缆绳17、锚固基础18，卷缆机16设置有多个，多个卷缆机16呈圆周分布在系泊轴承15上，每个卷缆机16上均各自设置有缆绳17，每根缆绳17上均设置有锚固基础18。
28.卷缆机16包括潜水电机19、卷轴20，卷轴20可旋转地设置在系泊轴承15上，潜水电机19和卷轴20连接，缆绳17的一端卷绕在卷轴20上，缆绳17的另一端连接锚固基础18。
29.通过系泊轴承15，可以使浮体1和系泊结构4间可自由旋转，由于系泊轴承15和浮体1的连接位置靠近浮体1的前端（即迎流端9），水流的流向改变后，由于浮体1后端的受力面积较大，且臂力较长，会产生较大的力矩，使得浮体的后端指向与水流来流方向相反，浮体1的前端指向与水流来流方向相同，从而达到使本装置自动迎流的效果。
30.通过控制器（图未示）控制潜水电机19驱动卷轴20转转，卷轴20旋转对缆绳17进行收放，以控制缆绳17的长度，从而控制本装置的高度，实现对本装置整体结构的定位。
31.缆绳17由合成纤维材料制成。
32.通过用合成纤维制成的缆绳17比重小，耐磨性好，有较大的恢复力。本装置的整体结构平均密度控制在海水密度以下，会自发的产生上浮运动，通过平衡浮力、重力和张力键向下的张力，实现在水中的受力平衡。
33.浮体1呈流线性，采用雷诺数的翼型。
34.通过呈流线性的浮体1，可减小水流的阻力，并且使水流流经浮体1的前缘时形成左右两股分离流，增加流经两侧水轮的能量密度，使水流在流经浮体1的壁面时能形成稳定的边界层。
35.上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

技术特征：
1.一种可升沉海流能发电装置，其特征在于：包括浮体、导流板、垂直轴水轮机、系泊结构，所述垂直轴水轮机设置有两个，两个所述垂直轴水轮机相互对称地分布在所述浮体的两侧，且所述垂直轴水轮机和所述浮体可转动连接，每个所述垂直轴水轮机旁均设置有所述导流板，所述浮体内部设置有齿轮箱、发电机、转换模块，每个所述垂直轴水轮机各自连接有所述齿轮箱，所述齿轮箱和所述发电机的输入端连接，所述发电机的输出端和所述转换模块的输入端连接，所述转换模块的输出端和电缆连接，所述系泊结构可旋转地设置在所述浮体的底壁，且所述系泊结构和所述浮体的连接位置靠近所述浮体的迎流端。2.根据权利要求1所述一种可升沉海流能发电装置，其特征在于：所述垂直轴水轮机包括旋转轴、弧形壳板，所述旋转轴可旋转地设置在安装板和所述浮体的外侧壁之间，所述弧形壳板设置有多个，多个所述弧形壳板围绕所述旋转轴周向分布，所述旋转轴和所述齿轮箱连接。3.根据权利要求2所述一种可升沉海流能发电装置，其特征在于：所述弧形壳板共设置有三个，每个所述弧形壳板呈半圆弧形。4.根据权利要求3所述一种可升沉海流能发电装置，其特征在于：所述旋转轴通过法兰轴承与所述浮体的外侧壁和所述安装板连接。5.根据权利要求4所述一种可升沉海流能发电装置，其特征在于：所述导流板呈三棱柱结构，所述导流板的后端侧壁和所述安装板固定，所述导流板的内侧壁和所述浮体的侧壁固定，所述导流板的斜面自其前端至后端逐渐向上倾斜，水流流经所述导流板的倾斜的前端时形成分离流。6.根据权利要求5所述一种可升沉海流能发电装置，其特征在于：所述浮体的底壁设置有系泊轴承，所述系泊结构设置在所述系泊轴承上，所述系泊结构包括卷缆机、缆绳、锚固基础，所述卷缆机设置有多个，多个所述卷缆机呈圆周分布在所述系泊轴承上，每个所述卷缆机上均各自设置有所述缆绳，每根所述缆绳上均设置有所述锚固基础。7.根据权利要求6所述一种可升沉海流能发电装置，其特征在于：所述卷缆机包括潜水电机、卷轴，所述卷轴可旋转地设置在所述系泊轴承上，所述潜水电机和所述卷轴连接，所述缆绳的一端卷绕在所述卷轴上，所述缆绳的另一端连接所述锚固基础。8.根据权利要求7所述一种可升沉海流能发电装置，其特征在于：所述缆绳由合成纤维材料制成。9.根据权利要求8所述一种可升沉海流能发电装置，其特征在于：所述浮体呈流线性，采用雷诺数的翼型。

技术总结
本发明公开了一种可升沉海流能发电装置，包括浮体、导流板、垂直轴水轮机、系泊结构，所述垂直轴水轮机设置有两个，两个所述垂直轴水轮机相互对称地分布在所述浮体的两侧，且所述垂直轴水轮机和所述浮体可转动连接，每个所述垂直轴水轮机旁均设置有所述导流板，所述浮体内部设置有齿轮箱、发电机、转换模块，每个所述垂直轴水轮机各自连接有所述齿轮箱，所述齿轮箱和所述发电机的输入端连接，所述发电机的输出端和所述转换模块的输入端连接，所述转换模块的输出端和电缆连接，所述系泊结构可旋转地设置在所述浮体的底壁，且所述系泊结构和所述浮体的连接位置靠近所述浮体的迎流端。本发明可提高发电效率，实现升降，便于检修维护。便于检修维护。便于检修维护。


技术研发人员：周舒旎 郝玉恒 倪远翔 董晔弘
受保护的技术使用者：广东海装海上风电研究中心有限公司
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/6/12