基於潮流切變線特性的垂直軸潮流能發電裝置的製作方法
2023-05-24 13:33:42 1
本發明專利涉及新能源開發及利用工程技術領域，特別是一種基於潮流切變線特性的垂直軸潮流能發電裝置。
背景技術：
隨著經濟的不斷發展，能源需求不斷增大，不可再生能源大量被消耗，從而產生一系列的能源危機，加之環境不斷的惡化，開發新型、可再生的能源成為世界各國當前必須解決的問題。地球上陸地面積佔全球面積的30％左右，而海洋面積佔到全球面積的70％之多，海洋中不僅蘊藏著豐富的天然氣、石油等大量的不可再生資源，更儲藏著潮汐能、潮流能、波浪能等綠色環保的海洋能源。潮流水輪機技術最為成熟，應用最為廣泛，目前世界上最接近商業化和實現工程化的潮流能開發項目都採用水輪機作為換能裝置。潮流水輪機主要分為水平軸水輪機與垂直軸水輪機兩種。其中垂直軸潮流能發電裝置不受來流方向的限制，可以在任何方向捕獲潮流能，但是其獲能係數較低，自啟動也較為困難。
技術實現要素：
為了克服現有技術的不足，本發明的目的是提供一種自啟動快速、能效高的垂直軸潮流發電裝置。將其置於岬角、島礁區等複雜的水域，基於潮流切變線特性，將潮流能轉化為電能輸出，供碼頭、港口等使用。
為解決上述的技術問題，本發明提供了一種基於潮流切變線特性的垂直軸潮流能發電裝置，包括
固定基座，所述的固定基座是由底座、導流罩、平臺所組成，所述的平臺位於底座的正上方，所述的導流罩設置在底座與平臺之間，所述的導流罩的側壁上分別開設有進口和出口，
能量吸收系統，所述的能量吸收系統包括葉片組件和主軸，所述的主軸安裝在導流罩內，所述的葉片組件套裝在主軸上，所述的進口和出口正對著葉片組件，
能量轉換系統，所述的能量轉換系統安裝在平臺的上方，所述的能量轉換系統與主軸相連，
電力輸出系統，所述的電力輸出系統安裝在平臺的上方，所述的電力輸出系統與能量轉換系統相連，
輔助系統，所述的輔助系統包括控制器、轉速傳感器、直流蓄電池和密封罩，所述的所述的密封罩固定安裝在平臺的頂部，所述的控制器和直流蓄電池安裝在密封罩內，所述的轉速傳感器安裝在主軸上並與控制器電連接，所述的控制器和直流蓄電池與能量轉換系統電連接。
進一步：所述的能量轉換系統包括主聯軸器、離合器、液壓泵、單向閥、油箱、蓄能器、電磁溢流閥、壓力繼電器、電磁換向閥、液壓馬達和液壓管路，所述的主軸通過主聯軸器和離合器與液壓泵相連，所述的液壓管路是由進油管、第一出油管和第二出油管所組成，所述的液壓泵分別通過進油管、第一出油管和第二出油管與油箱相連，所述的單向閥、蓄能器、電磁換向閥和液壓馬達依次安裝在第一出油管上，所述的電磁溢流閥安裝在第二出油管上，所述的壓力繼電器安裝在蓄能器與第一出油管之間，所述的控制器分別與壓力繼電器、電磁溢流閥、電磁換向閥和離合器電連接，所述直流蓄電池通過電線為壓力繼電器、電磁溢流閥和電磁換向閥供電。
又進一步：所述的電力輸出系統包括次聯軸器和發電機，所述的液壓馬達通過次聯軸器與發電機相連，驅動發電機工作。
又進一步：所述的葉片組件均為高分子材料製成，所述葉片組件包括葉片和葉片套，通過熱脹冷縮原理將所述葉片套直接套在所述主軸上形成過盈配合，所述葉片套上均勻分布葉片，所述葉片為高分子材料製成的空間曲面結構。
又進一步：所述葉片組件可以是一體成型，也可以通過焊接連接形成。
又進一步：所述的平臺為圓柱體板，所述平臺下方有圓柱凸臺，所述圓柱凸臺內部中空，所述圓柱凸臺用於固定所述導流罩，所述平臺的中心處開設有圓柱孔，所述圓柱孔用於安裝主軸。
又進一步：所述的底座上開設有圓環凹槽，所述圓環凹槽用於固定所述導流罩，所述導流罩為圓柱筒結構，所述導流罩分別沿來流和出流方向正負15度的範圍內開有2～3個導流槽，所述導流槽外側寬、內側窄，形成拉法爾噴口狀。
又進一步：所述的導流罩與底座可以是分體式鋼結構並通過焊接連接，可以是一體式鋼結構並通過鑄造成型，還可以是一體式鋼筋混凝土結構並通過澆築成型。
再進一步：所述的電磁換向閥為常開式兩位三通電磁換向閥。
採用上述結構後本發明利用潮流切變線特性，採集複雜水域的潮流能並把其轉換成電能為碼頭、港口供電，通過使用綠色環保的海洋新能源發電起到了節約不可再生資源的作用；並且本設計還具有結構簡單、易於製造和實用高效的優點。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
圖1為本發明的結構示意圖。
圖2為圖1沿A-A的剖面圖。
圖3為能量轉換系統的液壓原理圖。
具體實施方式
如圖1和圖2所示的本發明提供了一種基於潮流切變線特性的垂直軸潮流能發電裝置，包括固定基座、能量吸收系統、能量轉換系統、電力輸出系統和輔助系統，所述的固定基座是由底座1.1、導流罩1.2、平臺1.3所組成，所述的平臺1.3位於底座1.1的正上方，所述的導流罩1.2設置在底座1.1與平臺1.3之間，所述的導流罩1.2的側壁上分別開設有進口1.4和出口1.5，所述的能量吸收系統包括葉片組件2.2和主軸2.1，所述的主軸2.1安裝在導流罩1.2內，所述的葉片組件2.2套裝在主軸2.1上，所述的進口1.4和出口1.5正對著葉片組件2.2，所述的能量轉換系統安裝在平臺1.3的上方，所述的能量轉換系統與主軸2.1相連，所述的電力輸出系統安裝在平臺1.3的上方，所述的電力輸出系統與能量轉換系統相連，所述的輔助系統包括控制器、轉速傳感器5.2、直流蓄電池和密封罩5.1，所述的所述的密封罩5.1固定安裝在平臺1.3的頂部，所述的控制器和直流蓄電池安裝在密封罩5.1內，所述的轉速傳感器5.2安裝在主軸2.1上並與控制器電連接，所述的控制器和直流蓄電池與能量轉換系統電連接。避開漲潮和退潮時間，將垂直軸潮流能發電裝置安裝在岬角、島礁等潮流切變線水域底部，保證導流罩1.2內葉片組件2.2受到切變線兩側水流的扭轉力矩。當漲潮或者退潮時，潮流切變線出現，葉片組件2.2在水流扭轉力矩的作用下旋轉，帶動主軸2.1運動，通過使主軸2.1啟動能量轉換系統，利用能量轉換系統把潮流能轉換成機械能，再通過電力輸出系統把機械能轉換成電能進行發電。本發明利用潮流切變線特性，採集複雜水域的潮流能並把其轉換成電能為碼頭、港口供電，通過使用綠色環保的海洋新能源發電起到了節約不可再生資源的作用。本設計中的密封罩5.1將能量轉換系統、電力輸出系統和輔助系統與海水隔離，保證整個系統不受海水腐蝕而正常工作，並且為了降低液壓系統洩漏汙染海洋環境的可能性，將密封罩、能量轉換系統、電力輸出系統和輔助系統做成模塊。以其中的直流蓄電池的電量為控制信號，一旦蓄電池電量耗光，就要更換整個模塊。
如圖3所示的能量轉換系統包括主聯軸器3.1、離合器3.2、液壓泵3.3、單向閥3.4、油箱3.11、蓄能器3.6、電磁溢流閥3.7、壓力繼電器3.5、電磁換向閥3.8、液壓馬達3.9和液壓管路，所述的主軸2.1通過主聯軸器3.1和離合器3.2與液壓泵3.3相連，所述的液壓管路是由進油管3.101、第一出油管3.102和第二出油管3.103所組成，所述的液壓泵3.3分別通過進油管3.101、第一出油管3.102和第二出油管3.103與油箱3.11相連，所述的單向閥3.4、蓄能器3.6、電磁換向閥3.8和液壓馬達3.9依次安裝在第一出油管3.102上，所述的電磁溢流閥3.7安裝在第二出油管3.103上，所述的壓力繼電器3.5安裝在蓄能器3.6與第一出油管3.102之間，所述的控制器分別與壓力繼電器3.5、電磁溢流閥3.7、電磁換向閥3.8和離合器3.2電連接，所述直流蓄電池通過電線為壓力繼電器3.5、電磁溢流閥3.7和電磁換向閥3.8供電。主軸201通過主軸聯軸器3.1、離合器3.2帶動液壓泵3.3工作，液壓泵3.3將旋轉機械能轉化為液壓能輸入能量轉換系統中，液壓泵3.3在主軸2.3旋轉作用下將油液從油箱3.11中吸入，將具有一定油壓的油液泵入第一出油管3.102中，壓力油依次流經單向閥3.4、蓄能器3.6、電磁換向3.8和液壓馬達3.9再流回所述油箱中，由於水流作用不穩定，主軸2.1旋轉速度是不恆定的，液壓泵3.3的排量也是不穩定的，蓄能器3.6可以吸收主軸2.1轉速高時產生的多餘能量，而在主軸2.1轉速低時將多餘能量排入所述能力轉換系統3中，起到蓄能保壓的作用。一旦能量轉換系統3中油壓高於壓力繼電器3.5中的設定值，壓力繼電器3.5發出電信號，驅動電磁溢流閥3.7動作，多餘的壓力油直接經溢流閥3.7流回油箱3.11中，轉速傳感器5.2放置在主軸2.1上，將測量的轉速以電信號的形式傳輸到控制器5.1中，控制器5.1根據內部預設程序，判斷水域是否存在暴風雨現象，一旦發現主軸轉速過快，控制器5.1發出信號指令控制離合器3.2打開，使主軸2.1與液壓泵3.3斷開連接，同時，控制器5.1發出電信號驅動溢流閥3.7打開，將能量轉換系統3中的油液全部回油箱。
如圖3所示的電力輸出系統包括次聯軸器4.1和發電機4.2，所述的液壓馬達3.9通過次聯軸器4.1與發電機4.2相連，驅動發電機4.2工作。
本設計中的葉片組件2.2均為高分子材料製成，所述葉片組件2.2包括葉片和葉片套，通過熱脹冷縮原理將所述葉片套直接套在所述主軸上形成過盈配合，所述葉片套上均勻分布葉片，所述葉片為高分子材料製成的空間曲面結構，所述葉片組件2.2可以是一體成型，也可以通過焊接連接形成；所述的平臺1.3為圓柱體板，所述平臺下方有圓柱凸臺，所述圓柱凸臺內部中空，所述圓柱凸臺用於固定所述導流罩1.2，所述平臺1.3的中心處開設有圓柱孔，所述圓柱孔用於安裝主軸2.1；所述的底座1.1上開設有圓環凹槽，所述圓環凹槽用於固定所述導流罩1.2，所述導流罩1.2為圓柱筒結構，所述導流罩分別沿來流和出流方向正負15度的範圍內開有2～3個導流槽，所述導流槽外側寬、內側窄，形成拉法爾噴口狀；所述的導流罩1.2與底座1.1可以是分體式鋼結構並通過焊接連接，可以是一體式鋼結構並通過鑄造成型，還可以是一體式鋼筋混凝土結構並通過澆築成型；所述的電磁換向閥3.8為常開式兩位三通電磁換向閥。本設計具有結構簡單、易於製造和實用高效的優點。