本實用新型涉及海洋能利用領(lǐng)域，具體地指一種基于渦致效應(yīng)的自對流方柱海流能發(fā)電裝置。

技術(shù)背景

傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和水力發(fā)電機(jī)組主要包括永磁式發(fā)電機(jī)、交流感應(yīng)發(fā)電機(jī)，輸出在千瓦到兆瓦級別，對于其他方式的流體能量轉(zhuǎn)換方式較為少見，這些傳統(tǒng)的流體能量轉(zhuǎn)換技術(shù)往往對流場的要求比較高，在流體能量密度較低、流場環(huán)境惡劣等條件下往往不能有效輸出電能。而近年來興起的基于流致振動的流體能量轉(zhuǎn)換技術(shù)可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)技術(shù)上的不足，基于流致振動的流體能量轉(zhuǎn)換技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)從環(huán)境中源源不斷的捕集能量，并轉(zhuǎn)換成電能進(jìn)行存儲或者直接為設(shè)備供電。

流致振動是在一種流體與柱體結(jié)構(gòu)相互作用的過程。流體繞流柱體時在柱體后方產(chǎn)生的周期性旋渦脫落會在柱體表面形成周期性的作用力，如果柱體是彈性安裝，這種作用力會引發(fā)柱體結(jié)構(gòu)的周期性振動。流場中彈性安裝的柱體可直接用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)，將產(chǎn)生流致振動的柱體所具有的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為可用的電能。

我國是一個海流能豐富的國家。在化石燃料正在逐步耗盡，可再生能源逐漸成為解決各個國家能源問題的核心關(guān)注的今天，這些分布廣泛，含量豐富的海流能具有極大的發(fā)展價值?？紤]到現(xiàn)有利用海流能的發(fā)電裝置存在的在流體能量密度較低、流場環(huán)境惡劣等條件下往往不能有效輸出電能問題，結(jié)合海洋當(dāng)中海流方向的波動變化，以及對海洋生物的保護(hù)方面的考慮，急需一種更加有效、環(huán)境友好的新型發(fā)電裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長的基于渦致效應(yīng)的自對流方柱海流能發(fā)電裝置。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型所設(shè)計的基于渦致效應(yīng)的自對流方柱海流能發(fā)電裝置，其特殊之處在于：包括發(fā)電箱體，所述發(fā)電箱體包括上箱體、下箱體和發(fā)電組件，所述上箱體為前后通透且截面為矩形的筒狀結(jié)構(gòu)，所述下箱體連接在上箱體底部，與上箱體底部共同構(gòu)成封閉結(jié)構(gòu)，所述發(fā)電組件包括一對支撐柱，所述一對支撐柱分別位于發(fā)電箱體內(nèi)腔兩對應(yīng)側(cè)壁上，所述支撐柱一端與上箱體頂部連接，另一端伸入下箱體，與下箱體底部連接，所述支撐柱上套接有振動塊，所述振動塊頂部通過彈簧與上箱體頂部連接，所述振動塊下部穿過上箱體底板伸入下箱體內(nèi)腔；其中，所述一對支撐柱上的振動塊之間連接有方柱振子和橫向連桿，所述方柱振子位于上箱體內(nèi)，所述橫向連桿位于下箱體內(nèi)，所述橫向連桿上鉸接有縱向連桿，所述縱向連桿上連接有曲軸，所述曲軸與發(fā)電機(jī)連接。其中縱向連桿與曲軸形成曲軸連桿機(jī)構(gòu)，用于將橫向連桿的上下振動轉(zhuǎn)化為曲軸的圓周運(yùn)動，從而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。

進(jìn)一步地，所述一對支撐柱之間連接了多個方柱振子。

更進(jìn)一步地，所述曲軸與發(fā)電機(jī)之間還連接有變速器。

再進(jìn)一步地，所述發(fā)電組件設(shè)置有三組，且三組發(fā)電組件共用同一曲軸。

再進(jìn)一步地，所述彈簧外包裹有上密封圈，所述振動塊上設(shè)置有下密封圈，所述下密封圈位于上箱體和下箱體連接處。

再進(jìn)一步地，所述上箱體兩對應(yīng)側(cè)壁上設(shè)置有側(cè)壁滑道，所述支撐柱位于側(cè)壁滑道內(nèi)。

再進(jìn)一步地，還包括對流裝置，所述對流裝置由被動對流裝置和主動對流裝置組成，所述被動對流裝置包括設(shè)置在發(fā)電箱體左右兩側(cè)的左側(cè)輪和右側(cè)輪組成，所述左側(cè)輪和右側(cè)輪連接在側(cè)輪輪軸兩端，所述側(cè)輪輪軸固定在發(fā)電箱體上；所述主動對流裝置包括主動對流調(diào)整裝置和用于控制主動對流調(diào)整裝置的流向檢測裝置，所述主動對流調(diào)整裝置連接在下箱體底部。

再進(jìn)一步地，還包括保護(hù)裝置，所述保護(hù)裝置包括設(shè)置在筒狀結(jié)構(gòu)的上箱體入口和出口處的入口隔離網(wǎng)和出口隔離網(wǎng)。

再進(jìn)一步地，還包括流速調(diào)整裝置，所述流速調(diào)整裝置為設(shè)置在上箱體水流入口處的喇叭狀導(dǎo)向口，其中喇叭口朝向水流進(jìn)入方向。

本實用新型的優(yōu)點在于：

1、發(fā)電組件通過選用對水流存在攻角的方柱來激發(fā)振動，較大攻角抑制馳振的產(chǎn)生，使得方柱振子的振動處于渦致振動狀態(tài)，具有較高的振動頻率；

2、筒狀結(jié)構(gòu)的上箱體和密封結(jié)構(gòu)的下箱體，使得發(fā)電的部分裝置與水隔離，延長了裝置的使用壽命；

3、加入了流速調(diào)整裝置，在不同的流域流速情況下可以通過流速調(diào)整裝置進(jìn)行調(diào)整，使得進(jìn)入到發(fā)電裝置的水流速度達(dá)到最佳的激發(fā)渦致振動的范圍；

4、加裝了保護(hù)裝置，使得整個裝置更加環(huán)境友好；

5、加入了對流裝置，使得整個裝置能夠始終正對水流沖擊方向，取得更好的發(fā)電效果。

附圖說明

圖1是本實用新型一種于渦致效應(yīng)的自對流方柱海流能發(fā)電裝置整體正面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型一種于渦致效應(yīng)的自對流方柱海流能發(fā)電裝置整體背面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實用新型的發(fā)電箱體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實用新型的發(fā)電組件結(jié)構(gòu)正面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本實用新型的發(fā)電組件結(jié)構(gòu)背面結(jié)構(gòu)示意圖。

標(biāo)號說明：Z-發(fā)電組件，1-發(fā)電箱體，2-對流裝置，3-保護(hù)裝置，4-流速調(diào)整裝置，5-上箱體，6-下箱體，7-上箱體體壁，8-上箱體側(cè)滑道，9-方柱振子，10-連接法蘭，11-振動塊，12-密封圈，13-支撐柱，14-彈簧，15-上密封圈，16-下密封圈，17-橫向連桿，18-縱向連桿，19-曲軸，20-變速器，21-發(fā)電機(jī)，22-被動對流裝置，23-主動對流裝置，24-左側(cè)輪，25-右側(cè)輪，26-流向檢測裝置，27-主動對流檢測裝置，28-內(nèi)置電機(jī)，29-側(cè)輪輪軸，31-入口隔離網(wǎng)，32-出口隔離網(wǎng)。

具體實施方式

為詳細(xì)說明本實用新型的技術(shù)內(nèi)容、所實現(xiàn)的目的及效果，以下結(jié)合實施方式并配合附圖詳予說明，這些實施例僅起說明性作用，并不局限于本實用新型的具體實現(xiàn)方式和結(jié)構(gòu)。

圖中所示的一種于渦致效應(yīng)的自對流方柱海流能發(fā)電裝置，包括發(fā)電箱體1，對流裝置2，保護(hù)裝置3和流速調(diào)整裝置4，發(fā)電箱體由上箱體5和下箱體6組成，上箱體5整體呈前后通透的筒狀結(jié)構(gòu)，上箱體5截面為矩形框，上箱體5的兩側(cè)壁上設(shè)置有上箱體側(cè)滑道8，下箱體6與上箱體5的底板共同形成密封結(jié)構(gòu)，整個發(fā)電箱體1內(nèi)設(shè)置有發(fā)電組件Z，發(fā)電組件Z包括方柱振子9、連接法蘭10、振動塊11、密封圈12、橫向連桿17和成對布置的支撐柱13，成對的支撐柱13分別位于上箱體5兩側(cè)的上箱體側(cè)滑道8中，支撐柱13頂部連接在上箱體5頂板上，振動塊11套接在支撐柱13上，振動塊11頂端通過彈簧14與上箱體5頂板連接，彈簧14也套接在支撐柱13上；方柱振子9位于上箱體5內(nèi)，方柱振子9兩端通過連接法蘭10分別連接在同一對支撐柱13的倆振動塊11上，同一對支撐柱13上設(shè)置有多個方柱振子9，本實用新型中同一對支撐柱13上縱向布置3個方柱振子。密封圈12安裝在上箱體側(cè)滑道8當(dāng)中，由上密封圈15和下密封圈16組成，上密封圈15包裹住彈簧14，其長度大于振動塊11向下運(yùn)動時彈簧14所能被拉長的長度，下密封圈16位于上箱體側(cè)滑道8下端，用于阻隔水進(jìn)入下箱體6；支撐柱13底部穿過上箱體5伸入下箱體6內(nèi)腔，橫向連桿17位于下箱體6內(nèi)，橫向連桿17兩端也分別連接在同一對支撐柱的倆振動塊11上，橫向連桿17上鉸接有縱向連桿18，縱向連桿18上連接有曲軸19，曲軸19與發(fā)電機(jī)21連接?？v向連桿18與曲軸19形成曲軸連桿機(jī)構(gòu)，用于將橫向連桿17的上下振動轉(zhuǎn)化為曲軸19的圓周運(yùn)動。為了將曲軸19的轉(zhuǎn)動速度進(jìn)行調(diào)整，輸出給發(fā)電機(jī)21，曲軸19與發(fā)電機(jī)21之間還連接有變速器20。

為了盡可能利用海流，發(fā)電組件Z設(shè)置有3組，且3組發(fā)電組件Z共用同一曲軸19。

為了實時追蹤流向，本發(fā)電裝置還包括對流裝置2，對流裝置由被動對流裝置22和主動對流裝置23組成，被動對流裝置22包括左側(cè)輪24、右側(cè)輪25和用于連接左側(cè)輪24和右側(cè)輪25的側(cè)輪輪軸29組成，左側(cè)輪24安裝在發(fā)電箱體1的左側(cè)外部，右側(cè)輪25安裝在發(fā)電箱體1的右側(cè)外部，側(cè)輪輪軸29連接發(fā)電箱體1上，主動對流裝置23包括主動對流調(diào)整裝置27和用于控制主動對流調(diào)整裝置27的流向檢測裝置26，流向檢測裝置26安裝在發(fā)電箱體1的上部，用于檢測流向，主動對流調(diào)整裝置27安裝在海底地面，位于發(fā)電箱體1的下部，與發(fā)電箱體1固結(jié)，主動對流調(diào)整裝置27可由流向檢測裝置26給出控制信號，在內(nèi)置電機(jī)28的帶動下，帶動整個發(fā)電裝置進(jìn)行主動的對流。

為保護(hù)整個發(fā)電裝置，本設(shè)計中還設(shè)置有保護(hù)裝置3，保護(hù)裝置3為設(shè)置在上箱體5入口和出口處的入口隔離網(wǎng)31和出口隔離網(wǎng)32。

為達(dá)到較優(yōu)激發(fā)渦致效應(yīng)的水流速度。本設(shè)計還包括流速調(diào)整裝置4，流速調(diào)整裝置4為設(shè)置在上箱體5水流入口處的喇叭狀導(dǎo)向口，其中喇叭口朝向水流進(jìn)入方向。水流從入口處進(jìn)入流速調(diào)整裝置4，調(diào)速的公式為，其中、分別為流速調(diào)整裝置4的入口橫截面積和出口橫截面積，、分別為流速調(diào)整裝置4的入口水流流速和出口水流流速，可以通過調(diào)整入口和出口的橫截面積來進(jìn)行流速的調(diào)整，以到達(dá)較優(yōu)激發(fā)渦致振動的水流速度。

本實用新型一種基于渦致效應(yīng)的自對流方柱海流能發(fā)電裝置，方柱振子9在水流的沖擊之下會帶動振動塊11沿著支撐柱方向上下振動，通過橫向連桿17和縱向連桿18將這種直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化為曲軸19的圓周運(yùn)動帶動發(fā)電機(jī)21發(fā)電。

以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等同變換，或直接或間接運(yùn)用在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。