一种适于近海平台的无动力风机发电储能装置

1.本发明涉及无动力风机技术领域，具体涉及一种适于近海平台的无动力风机发电储能装置。


背景技术：

2.进入21世纪后，随着全球工业、经济的快速发展，各国所需能源日益增多，能源危机问题亟不可待。在此形势下，太阳能和风能等可再生能源发挥着巨大的作用，它们的开发利用对缓解能源危机起着重要作用。目前无动力风机在陆地上应用广泛，但由于此类阻力型风机发电效率不高，在海上平台应用并不多。然而基于海上环境因素，风能的利用价值是不可忽略的。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的无动力风机在海上平台应用少的问题，提供一种适于近海平台的无动力风机发电储能装置，该装置可安装到近海的海洋平台上实现发电效率接近升力型风机，为海洋平台上的设备如太阳能航标灯等供电，且该装置结构简单、成本低。
4.本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
5.一种适于近海平台的无动力风机发电储能装置，包括底座和设置于所述底座顶端并与底座转动连接的无动力风帽；所述无动力风帽内腔的中间部位设置有连接轴，所述连接轴与无动力风帽固定连接且同步转动，连接轴的上部设置有立式发电机、下部设置有盘式发电机，通过连接轴转动带动两个发电机发电；所述底座内腔设置有蓄电池及稳压器，所述立式发电机与盘式发电机分别与所述稳压器连接，经稳压器稳压后输出电流，直接为平台上的设备供电；所述蓄电池与稳压器连接，以将多余的电能存储于蓄电池中。
6.上述方案中，所述连接轴上位于立式发电机的外侧套设有保护套，且所述保护套的底部设置有防水板。
7.上述方案中，所述无动力风帽的侧壁设置有多个呈圆周阵列分布的导流槽，用于排出雨水以及装置工作过程产生的冷凝水；所述导流槽位于所述防水板的上部。
8.上述方案中，所述防水板的底部与盘式发电机之间设置有铁磁材料，用于提高所述盘式发电机的磁场。
9.上述方案中，所述盘式发电机的底部设置有编码器，所述底座内腔还设置有控制器，所述编码器与控制器信号连接，将测得的连接轴转速信号传送至所述控制器，所述控制器根据连接轴转速信号控制连接轴转速大小，以达到最大发电效率。
10.上述方案中，所述连接轴上部与所述立式发电机的中部套筒固定连接，连接轴下部与所述盘式发电机的上端板固定连接；连接轴的上下两端通过免润滑型轴承支撑。
11.上述方案中，所述无动力风帽顶端设置有太阳能航标灯，所述太阳能航标灯与所述稳压器连接，通过无动力风机发电储能装置供电。
12.上述方案中，所述太阳能航标灯的顶端设置有避雷针。
13.上述方案中，所述盘式发电机永磁体采用钕铁硼材料。
14.上述方案中，所述底座包括筒形本体和安装于所述筒形本体底端的法兰，所述法兰与筒形本体之间设置有多个呈圆周阵列分布的加强板。
15.本发明的有益效果在于：
16.1、本发明利用海洋环境下可持续性的风能设计了一种无动力风机发电储能装置，通过采用立式发电机和盘式发电机相结合的方式，双重供能发电，提高供能效率，实现发电效率接近升力型风机，同时结构相对简单、成本低；在最底端安装有稳压器，由于阻力型风力发电机的输出功率极不稳定，当输入电压或负载变化时，稳压器可以保持输出电压的稳定，避免发电机输出电压过高对蓄电池与后续的负载造成冲击；将多余的电能储存在蓄电池中，保证了特殊海况下的电能供应。
17.2、在盘式发电机的底部设置编码器，用于监测连接轴转速，由于风机采用垂直轴阻力风机发电原理，其转速在特定风速时风能利用率最大，编码器可以起到监测连接轴转速的功能，使风能利用率最大化。
18.3、盘式发电机上端安装了特定的铁磁材料，顺磁性的铁磁材料放在永磁体上方，在正常温度下，铁磁材料在外磁场的作用下表现出磁性，且磁化强度的方向和磁场强度的相同，则其会产生一个与外磁场方向相同的附加磁场，有利于提高盘式发电机的磁场，增大发电效率。
19.4、防水板和导流槽的设计，可及时排出雨水和冷凝水，防止其浸入下部结构，提高了风机内部电气元件的安全性。
20.5、本发明装置可用于为海洋平台上的设备供电。如应用于航标灯，利用海洋环境下可持续性的风能和太阳能双重供能，解决了传统航标灯的续航问题与新式太阳能航标灯所受限制较大等问题，实现航标灯续航能力与使用可靠性进一步提升的同时又节省了能源，具有较大的战略意义。
附图说明
21.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
22.图1是本发明适于近海平台的无动力风机发电储能装置的结构示意图；
23.图2是图1的剖视图；
24.图3是图1的分解图。
25.图中：1、稳压器；2、蓄电池；3、底座；4、铁磁材料；5、无动力风帽；6、立式发电机；7、太阳能航标灯；8、避雷针；9、加强筋；10、防水板；11、盘式发电机；12、编码器；13、加强板；14、导流槽；15、连接轴；16、保护套。
具体实施方式
26.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
27.如图1-3所示，为本发明实施例提供的一种适于近海平台的无动力风机发电储能装置，包括底座3和设置于底座3顶端并与底座3转动连接的无动力风帽5；无动力风帽5内腔
的中间部位设置有连接轴15，连接轴15与无动力风帽5固定连接且同步转动，连接轴15的上部设置有立式发电机6、下部设置有盘式发电机11。海风吹动无动力风帽5扇叶带动连接轴15旋转，将风的动能转换为连接轴15的机械能；同时连接轴15带动立式发电机6和盘式发电机11切割磁感线转动，从而进一步将机械能转换为电能。通过采用立式发电机6和盘式发电机11相结合的方式，双重供能发电，提高供能效率。底座3内腔设置有蓄电池2及稳压器1，立式发电机6与盘式发电机11分别与稳压器1连接，经稳压器1稳压后输出电流，直接为平台上的设备供电；蓄电池2与稳压器1连接，以将多余的电能存储于蓄电池2中。
28.进一步优化，本实施例中，连接轴15上位于立式发电机6的外侧套设有保护套16，且保护套16的底部设置有防水板10，防止雨水和装置工作过程产生的冷凝水浸入下部结构，从而保证了装置工作过程的安全性与可靠性。防水板10与保护套16之间设置有多个呈圆周阵列分布的加强筋9，保证了装置的安全性与可靠性。无动力风帽5的侧壁设置有多个呈圆周阵列分布的导流槽14，导流槽14位于防水板10的上部，用于排出雨水和冷凝水，提高了风机内部电气元件的安全性。
29.进一步优化，本实施例中，防水板10的底部与盘式发电机11之间设置有铁磁材料4，在正常温度下，铁磁材料4在外磁场的作用下表现出磁性，根据铁磁材料4的顺磁性，其磁化强度的方向和磁场强度的相同，则其会产生一个与外磁场方向相同的附加磁场，有利于增强总磁场，从而提高盘式发电机11的发电效率。具体的，铁磁材料4安装于防水板10底部。
30.进一步优化，本实施例中，盘式发电机11的底部设置有编码器12，用于监测连接轴15转速。由于风机采用垂直轴阻力风机发电原理，其转速在特定风速时风能利用率最大，编码器12可以起到监测连接轴15转速的功能，使风能利用率最大化。底座3内腔还设置有控制器，编码器12与控制器信号连接，将测得的连接轴15转速信号传送至控制器，控制器根据连接轴15转速信号控制连接轴15转速大小，以达到最大发电效率。在实际应用中，当连接轴15的转速大于预设值(即前面所述功率最大时的特定风速)时，控制器根据编码器12监测的数据进行连接轴15转速大小的控制。
31.通过编码器12与稳压器1的共同工作，避免发电机输出电压过高对蓄电池2与后续的负载造成冲击。编码器12和稳压器1的安装起到了稳压和稳定转速的作用，在提高风机发电效率的同时也保障了装置运转过程的安全性与稳定性。
32.进一步优化，本实施例中，连接轴15上部与立式发电机6的中部套筒固定连接，连接轴15下部与盘式发电机11的上端板固定连接；连接轴15的上下两端通过免润滑型轴承进行支撑。需要说明的是，立式发电机6与盘式发电机11可采用现有型号产品，其内部结构在此不做赘述。由于采用连接轴15带动发电机的发电方式，较其它类似装置相比，没有复杂的齿轮结构，不用担心海洋环境下齿轮生锈导致摩擦力增大的问题，同时采用了特殊免润滑型轴承，无需日常维护，大大减少了维护工作量，提高了装置的稳定性。
33.进一步优化，本实施例中，无动力风帽5顶端设置有太阳能航标灯7，太阳能航标灯7与稳压器1连接，通过本发明的无动力风机发电储能装置供电。
34.进一步优化，本实施例中，太阳能航标灯7的顶端设置有避雷针8，保证了本装置在海洋恶劣环境下工作的稳定性。
35.进一步优化，本实施例中，盘式发电机11永磁体采用钕铁硼材料，其拥有高磁性能和易加工性，与常见的铁氧体磁性材料相比，钕铁硼材料的磁能积可以达到50mgoe，是铁氧
体材料的10倍，有益于增大发电效率。
36.进一步优化，本实施例中，底座3包括筒形本体和安装于筒形本体底端的法兰，法兰与筒形本体之间设置有多个呈圆周阵列分布的加强板13。
37.进一步优化，本实施例中，底座3由316l不锈钢材料制成，并且整体涂漆，保证了装置的防腐性能与强度。
38.本发明适于近海平台的无动力风机发电储能装置的工作原理如下：在近海平台上安装无动力风机发电储能装置，海风吹动无动力风帽5扇叶带动连接轴15旋转，驱动立式发电机6和盘式发电机11切割磁感线转动，通过风机的转动产生机械能从而进一步转换为电能，且工作过程中编码器12实时监测连接轴15的转速，若主轴转速大于预设值时，控制器根据编码器12监测的数据进行连接轴15转速大小的控制，从而达到最大发电效率。同时，在装置的工作过程中稳压器1可以使输出电压控制在一定的范围内，从而避免发电机输出电压过高对蓄电池2与后续的负载造成冲击。本实施例的航标灯工作过程中，太阳能和风能共同先为航标灯供电，多余电能则供入蓄电池2组，之后进一步供入平台电网。
39.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
40.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

技术特征：
1.一种适于近海平台的无动力风机发电储能装置，其特征在于，包括底座和设置于所述底座顶端并与底座转动连接的无动力风帽；所述无动力风帽内腔的中间部位设置有连接轴，所述连接轴与无动力风帽固定连接且同步转动，连接轴的上部设置有立式发电机、下部设置有盘式发电机，通过连接轴转动带动两个发电机发电；所述底座内腔设置有蓄电池及稳压器，所述立式发电机与盘式发电机分别与所述稳压器连接，经稳压器稳压后输出电流，直接为平台上的设备供电；所述蓄电池与稳压器连接，以将多余的电能存储于蓄电池中。2.根据权利要求1所述的适于近海平台的无动力风机发电储能装置，其特征在于，所述连接轴上位于立式发电机的外侧套设有保护套，且所述保护套的底部设置有防水板。3.根据权利要求2所述的适于近海平台的无动力风机发电储能装置，其特征在于，所述无动力风帽的侧壁设置有多个呈圆周阵列分布的导流槽，用于排出雨水以及装置工作过程产生的冷凝水；所述导流槽位于所述防水板的上部。4.根据权利要求2所述的适于近海平台的无动力风机发电储能装置，其特征在于，所述防水板的底部与盘式发电机之间设置有铁磁材料，用于提高所述盘式发电机的磁场。5.根据权利要求2所述的适于近海平台的无动力风机发电储能装置，其特征在于，所述盘式发电机的底部设置有编码器，所述底座内腔还设置有控制器，所述编码器与控制器信号连接，将测得的连接轴转速信号传送至所述控制器，所述控制器根据连接轴转速信号控制连接轴转速大小，以达到最大发电效率。6.根据权利要求1所述的适于近海平台的无动力风机发电储能装置，其特征在于，所述连接轴上部与所述立式发电机的中部套筒固定连接，连接轴下部与所述盘式发电机的上端板固定连接；连接轴的上下两端通过免润滑型轴承支撑。7.根据权利要求1所述的适于近海平台的无动力风机发电储能装置，其特征在于，所述无动力风帽顶端设置有太阳能航标灯，所述太阳能航标灯与所述稳压器连接，通过无动力风机发电储能装置供电。8.根据权利要求7所述的适于近海平台的无动力风机发电储能装置，其特征在于，所述太阳能航标灯的顶端设置有避雷针。9.根据权利要求1所述的适于近海平台的无动力风机发电储能装置，其特征在于，所述盘式发电机永磁体采用钕铁硼材料。10.根据权利要求1所述的适于近海平台的无动力风机发电储能装置，其特征在于，所述底座包括筒形本体和安装于所述筒形本体底端的法兰，所述法兰与筒形本体之间设置有多个呈圆周阵列分布的加强板。

技术总结
本发明涉及一种适于近海平台的无动力风机发电储能装置，包括底座和设置于所述底座顶端并与底座转动连接的无动力风帽；所述无动力风帽内腔的中间部位设置有连接轴，所述连接轴与无动力风帽固定连接且同步转动，连接轴的上部设置有立式发电机、下部设置有盘式发电机，通过连接轴转动带动两个发电机发电；所述底座内腔设置有蓄电池及稳压器，所述立式发电机与盘式发电机分别与所述稳压器连接，经稳压器稳压后输出电流，直接为平台上的设备供电；所述蓄电池与稳压器连接，以将多余的电能存储于蓄电池中。本发明可安装到近海的海洋平台上实现发电效率接近升力型风机，为海洋平台上的设备如太阳能航标灯等供电，且该装置结构简单、成本低。本低。本低。


技术研发人员：柴威 鲁夏阳 柳宏毓 吴建
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2023.02.22
技术公布日：2023/6/12