本發(fā)明涉及海上發(fā)電，特別涉及一種海上漂浮式組合發(fā)電裝置。

背景技術：

1、目前對于遠洋海上發(fā)電系統(tǒng)，國內(nèi)外通常采用光伏發(fā)電、風力發(fā)電、船舶移動式水下發(fā)電、深海集能發(fā)電等方法，一方面，水下發(fā)電和深海集能發(fā)電工藝復雜，運行成本較高，實施過程易造成能量流失、資源浪費等情況，不適宜大規(guī)模推廣；另一方面，無論是光伏發(fā)電還是風力發(fā)電，都只能依賴單一的能源形式，發(fā)電效率較低且不穩(wěn)定，而且對于海上風力發(fā)電而言，多采用的是固定式近海風電機組，缺少可漂浮的遠海風電機組。

2、因此，十分有必要設計一種可漂浮的遠海發(fā)電裝置，使其能夠使用多種方式進行發(fā)電，而非僅依賴單一的能源形式。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種海上漂浮式組合發(fā)電裝置，使其能夠適用于遠海發(fā)電場景，并且能夠使用多種能源形式進行發(fā)電，而非僅依賴單一的能源形式。

2、本發(fā)明公開了一種海上漂浮式組合發(fā)電裝置，包括漂浮構件、風力發(fā)電構件和水力發(fā)電構件，其中風力發(fā)電構件附接在漂浮構件上部，用于在水面之上進行風力發(fā)電；水力發(fā)電構件附接在漂浮構件下部，并且設置為能夠相對于漂浮構件進行旋轉(zhuǎn)，以用于在水面之下借助于水流運動進行發(fā)電；水力發(fā)電構件具有旋轉(zhuǎn)中心線，以能夠相對于漂浮構件進行旋轉(zhuǎn)；水力發(fā)電構件包括至少兩級豎向布置的渦輪，每一級渦輪具有在徑向上過旋轉(zhuǎn)中心線的基準線，并且設置兩個相對安裝在基準線兩側(cè)的半圓柱渦輪葉片，每一級渦輪的兩個半圓柱渦輪葉片的柱面朝向相反，并且在兩個半圓柱渦輪葉片的內(nèi)端之間形成有用于水流通過的過流間隙；相鄰兩級渦輪構造為彼此之間的基準線相互垂直。

3、在本發(fā)明的發(fā)電裝置使用過程中，借助于漂浮構件漂浮于海上，然后借助于附接于漂浮構件上的風力發(fā)電構件和水力發(fā)電構件進行發(fā)電，具體地，風力發(fā)電構件構造為能夠借助于海洋上的風能進行發(fā)電，而水力發(fā)電構件構造為能夠借助于海洋的洋流運動進行發(fā)電。

4、其中，水力發(fā)電構件的渦輪構造為薩渥紐斯(savonius)渦輪，每一級渦輪均具有兩個相對安裝在基準線兩側(cè)的半圓柱渦輪葉片，相對于水流來向，兩個半圓柱渦輪葉片中的其中一個形成為凸面葉片，而另一個形成為凹面葉片，當洋流流向渦輪時，由于凸面葉片的阻力系數(shù)較小，而凹面葉片的阻力系數(shù)較大，這種阻力差異使得渦輪在洋流的作用下開始旋轉(zhuǎn)，進而帶動發(fā)電器件進行發(fā)電。本發(fā)明將薩渥紐斯渦輪創(chuàng)造性的應用在海洋水力發(fā)電中，起到了較好的發(fā)電效果，并且與風力發(fā)電構件形成了較好的集成。

5、另外，半圓柱渦輪葉片結(jié)構的渦輪在啟動時，若半圓柱面直徑與流體速度夾角很小時，會出現(xiàn)死角現(xiàn)象，為解決此技術問題，本發(fā)明創(chuàng)造性的設計了相鄰兩級渦輪彼此之間的基準線相互垂直的交錯結(jié)構，即，在本發(fā)明的水力發(fā)電構件中，采用了上下呈90°交錯夾角的半圓柱葉輪，從而能夠有效的避免死角問題，這是現(xiàn)有技術中完全不存在的結(jié)構設計。

6、進一步地，半圓柱渦輪葉片的內(nèi)端和外端均在其相應渦輪的基準線上。所謂內(nèi)端是指半圓柱渦輪葉片靠近旋轉(zhuǎn)中心線的一側(cè)邊緣的端點，所謂外端是指半圓柱渦輪葉片遠離旋轉(zhuǎn)中心線的一側(cè)邊緣的端點。

7、進一步地，半圓柱渦輪葉片的內(nèi)端在遠離外端的方向上、在基準線上超過旋轉(zhuǎn)中心線與基準線相交的旋轉(zhuǎn)中心點，從而使得旋轉(zhuǎn)中心點位于過流間隙的區(qū)域之中。這使得渦輪形成更好的對稱性，同時，流向一級渦輪其中一個半圓柱渦輪葉片的內(nèi)凹面的水流能夠比較順暢并且在兩半圓柱渦輪葉片的內(nèi)端之間具有很好導向的經(jīng)過流間隙流向另一半圓柱渦輪葉片的內(nèi)凹面，此時，能夠抵消另一半圓柱渦輪葉片的背凸面所受到的阻力，進而提高風力發(fā)電構件的效率。

8、另外，在本發(fā)明中，每一級渦輪中兩個半圓柱渦輪葉片的直徑相同，半圓柱渦輪葉片的直徑d與過流間隙e的比值為0.1-0.3，在優(yōu)選的實施例中，能夠為0.1,0.2或者0.3，在一個特別優(yōu)選的實施例中，半圓柱渦輪葉片的直徑d與過流間隙e的比值為0.167。

9、進一步地，每一級渦輪均具有自半圓柱渦輪葉片的軸向兩端對其形成保持的上支撐板和下支撐板，相鄰渦輪之間共用一個支撐板。所謂共用一個支撐板是指在相鄰兩級渦輪之間具有一個共用的支撐板，該支撐板既是在豎向方向上在上方的渦輪的下支撐板，也是在豎向方向上在下方的渦輪的上支撐板。

10、在一個優(yōu)選的實施例中，本發(fā)明中的支撐板均為圓形，半圓柱渦輪葉片的外端位于支撐板的圓周邊沿上。

11、進一步地，風力發(fā)電構件包括發(fā)電組件，發(fā)電組件包括發(fā)電機和風力葉輪機構，其中，風力葉輪機構包括與發(fā)電機的傳動軸形成傳動連接的保持器和在保持器的周向上均勻布置至少兩個的風力接收構件；風力接收構件包括沿葉片保持器的徑向向外延伸的葉片桿和設置在葉片桿末端的風力葉片，每一風力葉片均為相對葉片保持器向遠離葉片保持器方向突出的弧形葉片；當風力吹動風力葉片時，風力葉輪機構會轉(zhuǎn)動并通過傳動軸向發(fā)電裝置傳輸扭矩，進而驅(qū)動發(fā)電裝置工作產(chǎn)生電能。

12、進一步地，風力接收構件為成十字形分布的四個。

13、進一步地，風力發(fā)電構件還包括主撐桿和支桿，主撐桿以豎向設置的方式附接在漂浮構件的上部上，支桿設置至少兩個，并且以與主撐桿具有夾角的方式向外延伸，發(fā)電組件在每一支桿上設置至少一組。

14、進一步地，漂浮構件包括殼體、設置在殼體上的安裝板和外套在殼體上以用于形成漂浮的漂浮體，還包括與安裝板連接并且連接于海床的張力繩；其中，風力發(fā)電構件的主撐桿固定在安裝板上，水力發(fā)電構件附接在殼體的底部上。

15、進一步地，發(fā)電裝置還包括設置在主撐桿的頂部上的太陽能發(fā)電構件，其包括太陽能板；太陽能發(fā)電構件構造為，能夠基于太陽光能強度的改變，驅(qū)使太陽能板發(fā)生轉(zhuǎn)動，以使得太陽能板始終垂直于太陽光線。

16、進一步地，太陽能發(fā)電構件包括驅(qū)動電機和太陽能板驅(qū)動軸，太陽能板借助于連接軸與太陽能板驅(qū)動軸形成連接，驅(qū)動電機的動力輸出軸與太陽能板驅(qū)動軸借助于錐齒輪傳動副形成傳動配合。

17、有益效果：在本發(fā)明的海上漂浮式組合發(fā)電裝置中，借助于漂浮構件漂浮于海上，從而能夠適用于遠海發(fā)電場景，同時，設置風力發(fā)電構件和水力發(fā)電構件，使得能夠使用多種能源形式進行發(fā)電，而非僅依賴單一的能源形式。

18、同時，在水力發(fā)電構件中，由于豎向相鄰的兩級渦輪構造為彼此之間的基準線相互垂直，這不僅解決了靜止發(fā)電死角問題，而且能夠?qū)崿F(xiàn)在中低流速的水流中穩(wěn)定發(fā)電。

19、下面結(jié)合附圖中所示的實施例以及附圖標記詳細公開本發(fā)明的海上漂浮式組合發(fā)電裝置。

技術特征：

1.一種海上漂浮式組合發(fā)電裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的海上漂浮式組合發(fā)電裝置，其特征在于，所述半圓柱渦輪葉片的內(nèi)端和外端均在其相應渦輪的基準線上。

3.根據(jù)權利要求2所述的海上漂浮式組合發(fā)電裝置，其特征在于，所述半圓柱渦輪葉片的內(nèi)端在遠離外端的方向上、在基準線上超過旋轉(zhuǎn)中心線與基準線相交的旋轉(zhuǎn)中心點，從而使得旋轉(zhuǎn)中心點位于過流間隙的區(qū)域之中。

4.根據(jù)權利要求3所述的海上漂浮式組合發(fā)電裝置，其特征在于，每一級渦輪均具有自半圓柱渦輪葉片的軸向兩端對其形成保持的上支撐板和下支撐板，相鄰渦輪之間共用一個支撐板。

5.根據(jù)權利要求1-4中任一項所述的海上漂浮式組合發(fā)電裝置，其特征在于，所述風力發(fā)電構件包括發(fā)電組件，所述發(fā)電組件包括發(fā)電機和風力葉輪機構，其中，風力葉輪機構包括與發(fā)電機的傳動軸形成傳動連接的保持器和在保持器的周向上均勻布置至少兩個的風力接收構件；

6.根據(jù)權利要求5所述的海上漂浮式組合發(fā)電裝置，其特征在于，在單一的發(fā)電組件中，所述風力接收構件為成十字形分布的四個。

7.根據(jù)權利要求6所述的海上漂浮式組合發(fā)電裝置，其特征在于，所述風力發(fā)電構件還包括主撐桿和支桿，所述主撐桿以豎向設置的方式附接在漂浮構件的上部上，所述支桿設置至少兩個，并且以與主撐桿具有夾角的方式向外延伸，所述發(fā)電組件在每一支桿上設置至少一組。

8.根據(jù)權利要求5所述的海上漂浮式組合發(fā)電裝置，其特征在于，所述漂浮構件包括殼體、設置在殼體上的安裝板和外套在殼體上以用于形成漂浮的漂浮體，還包括與安裝板連接并且連接于海床的張力繩；

9.根據(jù)權利要求7所述的海上漂浮式組合發(fā)電裝置，其特征在于，發(fā)電裝置還包括設置在主撐桿的頂部上的太陽能發(fā)電構件，其包括太陽能板；

10.根據(jù)權利要求9所述的海上漂浮式組合發(fā)電裝置，其特征在于，所述太陽能發(fā)電構件包括驅(qū)動電機和太陽能板驅(qū)動軸，所述太陽能板借助于連接軸與太陽能板驅(qū)動軸形成連接，所述驅(qū)動電機的動力輸出軸與所述太陽能板驅(qū)動軸借助于錐齒輪傳動副形成傳動配合。

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種海上漂浮式組合發(fā)電裝置，包括漂浮構件、風力發(fā)電構件和水力發(fā)電構件；水力發(fā)電構件包括至少兩級豎向布置的渦輪，每一級渦輪具有在徑向上過旋轉(zhuǎn)中心線的基準線，并且設置兩個相對安裝在基準線兩側(cè)的半圓柱渦輪葉片，在兩個半圓柱渦輪葉片的內(nèi)端之間形成有用于水流通過的過流間隙；相鄰兩級渦輪構造為彼此之間的基準線相互垂直。借助于漂浮構件漂浮于海上，從而能夠適用于遠海發(fā)電場景，并且能夠使用多種能源形式進行發(fā)電，而非僅依賴單一的能源形式。同時，在水力發(fā)電構件中，由于豎向相鄰的兩級渦輪構造為彼此之間的基準線相互垂直，這不僅解決了靜止發(fā)電死角問題，而且能夠?qū)崿F(xiàn)在中低流速的水流中穩(wěn)定發(fā)電。

技術研發(fā)人員：胡啟國,陳君偉,吳宇恒,周洪,張昊洋
受保護的技術使用者：重慶交通大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/11/14