本發(fā)明專(zhuān)利涉及新能源開(kāi)發(fā)及利用工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于潮流切變線特性的垂直軸潮流能發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源需求不斷增大，不可再生能源大量被消耗，從而產(chǎn)生一系列的能源危機(jī)，加之環(huán)境不斷的惡化，開(kāi)發(fā)新型、可再生的能源成為世界各國(guó)當(dāng)前必須解決的問(wèn)題。地球上陸地面積占全球面積的30％左右，而海洋面積占到全球面積的70％之多，海洋中不僅蘊(yùn)藏著豐富的天然氣、石油等大量的不可再生資源，更儲(chǔ)藏著潮汐能、潮流能、波浪能等綠色環(huán)保的海洋能源。潮流水輪機(jī)技術(shù)最為成熟，應(yīng)用最為廣泛，目前世界上最接近商業(yè)化和實(shí)現(xiàn)工程化的潮流能開(kāi)發(fā)項(xiàng)目都采用水輪機(jī)作為換能裝置。潮流水輪機(jī)主要分為水平軸水輪機(jī)與垂直軸水輪機(jī)兩種。其中垂直軸潮流能發(fā)電裝置不受來(lái)流方向的限制，可以在任何方向捕獲潮流能，但是其獲能系數(shù)較低，自啟動(dòng)也較為困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種自啟動(dòng)快速、能效高的垂直軸潮流發(fā)電裝置。將其置于岬角、島礁區(qū)等復(fù)雜的水域，基于潮流切變線特性，將潮流能轉(zhuǎn)化為電能輸出，供碼頭、港口等使用。

為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于潮流切變線特性的垂直軸潮流能發(fā)電裝置，包括

固定基座，所述的固定基座是由底座、導(dǎo)流罩、平臺(tái)所組成，所述的平臺(tái)位于底座的正上方，所述的導(dǎo)流罩設(shè)置在底座與平臺(tái)之間，所述的導(dǎo)流罩的側(cè)壁上分別開(kāi)設(shè)有進(jìn)口和出口，

能量吸收系統(tǒng)，所述的能量吸收系統(tǒng)包括葉片組件和主軸，所述的主軸安裝在導(dǎo)流罩內(nèi)，所述的葉片組件套裝在主軸上，所述的進(jìn)口和出口正對(duì)著葉片組件，

能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)安裝在平臺(tái)的上方，所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與主軸相連，

電力輸出系統(tǒng)，所述的電力輸出系統(tǒng)安裝在平臺(tái)的上方，所述的電力輸出系統(tǒng)與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相連，

輔助系統(tǒng)，所述的輔助系統(tǒng)包括控制器、轉(zhuǎn)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(tái)的頂部，所述的控制器和直流蓄電池安裝在密封罩內(nèi)，所述的轉(zhuǎn)速傳感器安裝在主軸上并與控制器電連接，所述的控制器和直流蓄電池與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電連接。

進(jìn)一步：所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括主聯(lián)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(dá)和液壓管路，所述的主軸通過(guò)主聯(lián)軸器和離合器與液壓泵相連，所述的液壓管路是由進(jìn)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(guò)進(jìn)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(dá)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(guò)電線為壓力繼電器、電磁溢流閥和電磁換向閥供電。

又進(jìn)一步：所述的電力輸出系統(tǒng)包括次聯(lián)軸器和發(fā)電機(jī)，所述的液壓馬達(dá)通過(guò)次聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)相連，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)工作。

又進(jìn)一步：所述的葉片組件均為高分子材料制成，所述葉片組件包括葉片和葉片套，通過(guò)熱脹冷縮原理將所述葉片套直接套在所述主軸上形成過(guò)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制成的空間曲面結(jié)構(gòu)。

又進(jìn)一步：所述葉片組件可以是一體成型，也可以通過(guò)焊接連接形成。

又進(jìn)一步：所述的平臺(tái)為圓柱體板，所述平臺(tái)下方有圓柱凸臺(tái)，所述圓柱凸臺(tái)內(nèi)部中空，所述圓柱凸臺(tái)用于固定所述導(dǎo)流罩，所述平臺(tái)的中心處開(kāi)設(shè)有圓柱孔，所述圓柱孔用于安裝主軸。

又進(jìn)一步：所述的底座上開(kāi)設(shè)有圓環(huán)凹槽，所述圓環(huán)凹槽用于固定所述導(dǎo)流罩，所述導(dǎo)流罩為圓柱筒結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)流罩分別沿來(lái)流和出流方向正負(fù)15度的范圍內(nèi)開(kāi)有2～3個(gè)導(dǎo)流槽，所述導(dǎo)流槽外側(cè)寬、內(nèi)側(cè)窄，形成拉法爾噴口狀。

又進(jìn)一步：所述的導(dǎo)流罩與底座可以是分體式鋼結(jié)構(gòu)并通過(guò)焊接連接，可以是一體式鋼結(jié)構(gòu)并通過(guò)鑄造成型，還可以是一體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)并通過(guò)澆筑成型。

再進(jìn)一步：所述的電磁換向閥為常開(kāi)式兩位三通電磁換向閥。

采用上述結(jié)構(gòu)后本發(fā)明利用潮流切變線特性，采集復(fù)雜水域的潮流能并把其轉(zhuǎn)換成電能為碼頭、港口供電，通過(guò)使用綠色環(huán)保的海洋新能源發(fā)電起到了節(jié)約不可再生資源的作用；并且本設(shè)計(jì)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造和實(shí)用高效的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1沿A-A的剖面圖。

圖3為能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的液壓原理圖。

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示的本發(fā)明提供了一種基于潮流切變線特性的垂直軸潮流能發(fā)電裝置，包括固定基座、能量吸收系統(tǒng)、能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、電力輸出系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)，所述的固定基座是由底座1.1、導(dǎo)流罩1.2、平臺(tái)1.3所組成，所述的平臺(tái)1.3位于底座1.1的正上方，所述的導(dǎo)流罩1.2設(shè)置在底座1.1與平臺(tái)1.3之間，所述的導(dǎo)流罩1.2的側(cè)壁上分別開(kāi)設(shè)有進(jìn)口1.4和出口1.5，所述的能量吸收系統(tǒng)包括葉片組件2.2和主軸2.1，所述的主軸2.1安裝在導(dǎo)流罩1.2內(nèi)，所述的葉片組件2.2套裝在主軸2.1上，所述的進(jìn)口1.4和出口1.5正對(duì)著葉片組件2.2，所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)安裝在平臺(tái)1.3的上方，所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與主軸2.1相連，所述的電力輸出系統(tǒng)安裝在平臺(tái)1.3的上方，所述的電力輸出系統(tǒng)與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相連，所述的輔助系統(tǒng)包括控制器、轉(zhuǎn)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(tái)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(nèi)，所述的轉(zhuǎn)速傳感器5.2安裝在主軸2.1上并與控制器電連接，所述的控制器和直流蓄電池與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電連接。避開(kāi)漲潮和退潮時(shí)間，將垂直軸潮流能發(fā)電裝置安裝在岬角、島礁等潮流切變線水域底部，保證導(dǎo)流罩1.2內(nèi)葉片組件2.2受到切變線兩側(cè)水流的扭轉(zhuǎn)力矩。當(dāng)漲潮或者退潮時(shí)，潮流切變線出現(xiàn)，葉片組件2.2在水流扭轉(zhuǎn)力矩的作用下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)主軸2.1運(yùn)動(dòng)，通過(guò)使主軸2.1啟動(dòng)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，利用能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)把潮流能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再通過(guò)電力輸出系統(tǒng)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能進(jìn)行發(fā)電。本發(fā)明利用潮流切變線特性，采集復(fù)雜水域的潮流能并把其轉(zhuǎn)換成電能為碼頭、港口供電，通過(guò)使用綠色環(huán)保的海洋新能源發(fā)電起到了節(jié)約不可再生資源的作用。本設(shè)計(jì)中的密封罩5.1將能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、電力輸出系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)與海水隔離，保證整個(gè)系統(tǒng)不受海水腐蝕而正常工作，并且為了降低液壓系統(tǒng)泄漏污染海洋環(huán)境的可能性，將密封罩、能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、電力輸出系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)做成模塊。以其中的直流蓄電池的電量為控制信號(hào)，一旦蓄電池電量耗光，就要更換整個(gè)模塊。

如圖3所示的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括主聯(lián)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(dá)3.9和液壓管路，所述的主軸2.1通過(guò)主聯(lián)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(jìn)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(guò)進(jìn)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(dá)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(guò)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(guò)主軸聯(lián)軸器3.1、離合器3.2帶動(dòng)液壓泵3.3工作，液壓泵3.3將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能輸入能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，液壓泵3.3在主軸2.3旋轉(zhuǎn)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(jīng)單向閥3.4、蓄能器3.6、電磁換向3.8和液壓馬達(dá)3.9再流回所述油箱中，由于水流作用不穩(wěn)定，主軸2.1旋轉(zhuǎn)速度是不恒定的，液壓泵3.3的排量也是不穩(wěn)定的，蓄能器3.6可以吸收主軸2.1轉(zhuǎn)速高時(shí)產(chǎn)生的多余能量，而在主軸2.1轉(zhuǎn)速低時(shí)將多余能量排入所述能力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)3中，起到蓄能保壓的作用。一旦能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)3中油壓高于壓力繼電器3.5中的設(shè)定值，壓力繼電器3.5發(fā)出電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電磁溢流閥3.7動(dòng)作，多余的壓力油直接經(jīng)溢流閥3.7流回油箱3.11中，轉(zhuǎn)速傳感器5.2放置在主軸2.1上，將測(cè)量的轉(zhuǎn)速以電信號(hào)的形式傳輸?shù)娇刂破?.1中，控制器5.1根據(jù)內(nèi)部預(yù)設(shè)程序，判斷水域是否存在暴風(fēng)雨現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速過(guò)快，控制器5.1發(fā)出信號(hào)指令控制離合器3.2打開(kāi)，使主軸2.1與液壓泵3.3斷開(kāi)連接，同時(shí)，控制器5.1發(fā)出電信號(hào)驅(qū)動(dòng)溢流閥3.7打開(kāi)，將能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)3中的油液全部回油箱。

如圖3所示的電力輸出系統(tǒng)包括次聯(lián)軸器4.1和發(fā)電機(jī)4.2，所述的液壓馬達(dá)3.9通過(guò)次聯(lián)軸器4.1與發(fā)電機(jī)4.2相連，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)4.2工作。

本設(shè)計(jì)中的葉片組件2.2均為高分子材料制成，所述葉片組件2.2包括葉片和葉片套，通過(guò)熱脹冷縮原理將所述葉片套直接套在所述主軸上形成過(guò)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制成的空間曲面結(jié)構(gòu)，所述葉片組件2.2可以是一體成型，也可以通過(guò)焊接連接形成；所述的平臺(tái)1.3為圓柱體板，所述平臺(tái)下方有圓柱凸臺(tái)，所述圓柱凸臺(tái)內(nèi)部中空，所述圓柱凸臺(tái)用于固定所述導(dǎo)流罩1.2，所述平臺(tái)1.3的中心處開(kāi)設(shè)有圓柱孔，所述圓柱孔用于安裝主軸2.1；所述的底座1.1上開(kāi)設(shè)有圓環(huán)凹槽，所述圓環(huán)凹槽用于固定所述導(dǎo)流罩1.2，所述導(dǎo)流罩1.2為圓柱筒結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)流罩分別沿來(lái)流和出流方向正負(fù)15度的范圍內(nèi)開(kāi)有2～3個(gè)導(dǎo)流槽，所述導(dǎo)流槽外側(cè)寬、內(nèi)側(cè)窄，形成拉法爾噴口狀；所述的導(dǎo)流罩1.2與底座1.1可以是分體式鋼結(jié)構(gòu)并通過(guò)焊接連接，可以是一體式鋼結(jié)構(gòu)并通過(guò)鑄造成型，還可以是一體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)并通過(guò)澆筑成型；所述的電磁換向閥3.8為常開(kāi)式兩位三通電磁換向閥。本設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造和實(shí)用高效的優(yōu)點(diǎn)。