一种基于涡致振动的高效海流能发电装置

技术领域

本发明涉及发电设备技术领域，尤其涉及一种基于涡致振动的高效海流能发电装置。

背景技术

传统的风力发电机组和水力发电机组主要包括永磁式发电机、交流感应发电机，输出在千瓦到兆瓦级别，对于其他方式的流体能量转换方式较为少见，这些传统的流体能量转换技术往往对流场的要求比较高，在流体能量密度较低、流场环境恶劣等条件下往往不能有效输出电能。而近年来兴起的基于流致振动的流体能量转换技术可以有效弥补传统技术上的不足，基于流致振动的流体能量转换技术能够实现从环境中源源不断的捕集能量，并转换成电能进行存储或者直接为设备供电，流致振动是在一种流体与柱体结构相互作用的过程。流体绕流柱体时在柱体后方产生的周期性旋涡脱落会在柱体表面形成周期性的作用力，如果柱体是弹性安装，这种作用力会引发柱体结构的周期性振动。流场中弹性安装的柱体可直接用于驱动发电机，将产生流致振动的柱体所具有的机械能转换为可用的电能。

现有的涡致振动发电大多采用圆柱振子进行发电，通过在流体场中安装具有单自由度的圆柱振子将通过发电装置的海流能转化成振子振动的机械能加以利用，也有采取带有粗糙带的圆柱振子激发驰振来进行能量的收集的。基于对不同截面的振子在高雷诺数下的流体场中能量收集的相关研究，方柱振子相对于普通的圆柱振子具有更好的能量收集能力。考虑到在海洋作业当中常常存在着对监测和观测等装置的尺寸限制，我们结合压电发电方式将发电装置小型化，急需提出一种新型的涡致振动海流能发电装置用来解决上述所出现的问题。

现有专利(公开号：CN206617276U)公开了一种基于涡致振动的海流能发电装置，可以通过采用方柱振子进行能量收集，较普通圆柱振子收集能量效率更高；采用压电方式进行发电，减少了发电部分所需的较大体积，使得该装置的整体体积较小，更能适应于对于工作尺寸有限制的地区进行发电；压电发电装置与海洋环境隔绝，起到一定的保护作用，延长了装置的使用寿命；方柱振子系统的固有频率与双晶压电悬臂梁和压电发电模块的频率大致相当，使得发电效率较好。

但是上述设计的一种基于涡致振动的海流能发电装置在实际应用中还存在一些缺点：如上述设计的海流能发电装置内部电子组件较多且较为复杂，使得海流动能产生电能需要分配较多的部分为电子组件供电，从而降低了发电效率，且电子组件较多不仅使用成本提高，还会增加维护难度，且上述设计的海流能发电装置无法根据海风的方向来调节进水口的朝向，由于海流大多受海风影响，若无法调节进水口的朝向，则会降低海流进入发电箱体的内部，从而降低了发电的效率，现有的海流能发电装置大多不便于拆卸方柱振子，即发电装置内部的方柱振子大多需要法兰配合螺栓固定在弹簧架上，使得在拆卸起来较为麻烦，由于方柱振子在海流反复的冲击下可能会变形损坏，若无法便于拆换，则会给维护人员带来不小的麻烦，为此，我们设计了一种基于涡致振动的高效海流能发电装置用来解决上述所出现的问题。

发明内容

本发明提供一种基于涡致振动的高效海流能发电装置，解决了现有的海流能发电装置因大多无法调节角度，导致进水口无法始终朝向海风方向而降低进水量的问题，同时解决了现有的方柱振子架因大多为法兰和螺栓固定，导致方柱振子架在维护时拆装费时费力的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于涡致振动的高效海流能发电装置，包括：调节底座，所述调节底座的顶部设置有发电箱体，所述发电箱体的内部设置有固定腔，所述发电箱体的两侧分别开设有进水口和排水口，且所述进水口和排水口内均设置有过滤网，所述发电箱体的内部设置有海流发电机构；

所述海流发电机构包括方柱振子架、发电机、发电转轴、驱动组件、两个滑件和两个限位板，所述两个滑件对称滑动设置在固定腔内，且两个所述滑件相背的一侧均对称设置有两个灵敏弹簧，所述灵敏弹簧的另一端设置在固定腔内，两个所述限位板分别固定设置在两个滑件相对一侧的两端，所述方柱振子架的两端分别与两个限位板连接，所述发电箱体的内部设置有安装腔，所述安装腔位于固定腔的下方，所述发电机设置在安装腔内，所述发电转轴设置在发电机的前侧，所述驱动组件设置在安装腔内，所述驱动组件的一端与发电转轴连接，所述驱动组件的另一端贯穿安装腔并与其中一个滑件固定连接；

所述驱动组件包括滑杆、集水架、安装座、转动件、转盘和传动轴，所述滑杆固定连接在其中一个滑件的底部，所述集水架设置在安装腔内，且所述集水架的顶部开设有集水槽，所述滑杆的底端贯穿固定腔并设置在集水槽内，所述安装座设置在集水架的底部，所述转动件转动连接在安装座内，所述转盘固定套接在发电转轴上，所述传动轴设置在转盘的前侧，且所述转动件的另一端转动套接在传动轴上；

还包括角度调节机构，所述角度调节机构包括调节轴、限位齿轮、电动伸缩杆和限位齿条，所述发电箱体的顶部设置有风向风速传感器，所述调节底座的内部设置有滑腔，所述调节轴转动连接在滑腔内，且所述调节轴的顶端贯穿滑腔并与发电箱体的底部固定连接，所述限位齿轮固定套接在调节轴上，所述调节底座的内部设置有电动伸缩杆，所述限位齿条啮合连接在限位齿轮上，且所述电动伸缩杆的驱动端与限位齿条固定连接，所述电动伸缩杆与风向风速传感器电性连接；

通过设置风向风速传感器，可对海风风向和风速检测，并自动开启电动伸缩杆，使调节轴带动发电箱体转动调节，方便将进水口朝向海流动的方向，通过使海流流动入固定腔内并撞击方柱振子架，可使限位板上下晃动，同时使转动件带动转盘和发电转轴转动，即可使发电机发电，该海流能发电装置结构简单，操作简单，可提高海流进入装置内部的流量，从而高效的使该海流能发电装置将动能转化为电能的效果。

优选的，所述固定腔内设置有定位机构，所述定位机构用于对方柱振子架和限位板定位连接，所述定位机构包括两个滑板、两个定位头、两个定位槽、两个支撑弹簧、两个滑口和两个滑轴，所述方柱振子架的内部对称设置有两个空腔，两个所述滑板分别滑动设置在两个空腔内，两个所述定位头分别设置在两个滑板相背的一侧，两个所述定位槽分别开设在两个限位板相对的一侧，且所述定位头的另一端贯穿空腔并滑动插接在定位槽内，两个所述支撑弹簧分别设置在两个滑板相对的一侧，且所述支撑弹簧的另一侧设置在空腔内，两个所述滑口对称开设在方柱振子架上，两个所述滑轴分别设置在两个滑板的顶部，且所述滑轴滑动设置在滑口内，所述滑轴的顶端活动套设有拉块；

通过拉动拉块，可使滑板带动定位头滑出定位槽外，可快速将方柱振子架拆卸，然后按上述原理可快速且稳定将方柱振子架定位在限位板上，解决了现有的方柱振子架因大多为法兰和螺栓固定，导致方柱振子架在维护时拆装费时费力的问题，实现了快速且稳定对方柱振子架拆装的效果。

优选的，所述集水架底部的两端均对称开设有两个排水孔，所述发电箱体一侧的底部设置有单向排水阀，可方便将渗入到安装腔内部的水渍排出，以免影响发电机使用效果。

优选的，所述固定腔内设置有密封圈，所述密封圈套接在滑杆上，可提高密封性，从而有助于解决水渍渗入安装腔内问题。

优选的，所述滑轴的顶端设置有螺纹，所述拉块的底部开设有螺纹孔，所述滑轴的顶端螺纹插接在螺纹孔内，旋动拉块，可使拉块与滑轴分离，可方便维护和更换拉块。

优选的，所述发电箱体的一侧设置有集水罩，且所述集水罩位于进水口的一侧，可提高进入进水口的海流流量，从而提高了发电效率。

优选的，所述调节底座顶部的两侧均对称螺纹插接有两个定位螺栓，所述定位螺栓用于将调节底座定位在海流台上。

优选的，所述灵敏弹簧的材质为304不锈钢，且所述灵敏弹簧的外表面包裹有防水膜，可有效的延缓灵敏弹簧锈蚀的速率，从而有助于延长灵敏弹簧的使用寿命。

与相关技术相比较，本发明提供的一种基于涡致振动的高效海流能发电装置具有如下有益效果：

1、本发明中，通过设置风向风速传感器，可对海风风向和风速检测，并自动开启电动伸缩杆，使调节轴带动发电箱体转动调节，方便将进水口朝向海流动的方向，通过使海流流动入固定腔内并撞击方柱振子架，可使限位板上下晃动，同时使转动件带动转盘和发电转轴转动，即可使发电机发电，该海流能发电装置结构简单，操作简单，可提高海流进入装置内部的流量，从而高效的使该海流能发电装置将动能转化为电能的效果。

2、本发明中，通过拉动拉块，可使滑板带动定位头滑出定位槽外，可快速将方柱振子架拆卸，然后按上述原理可快速且稳定将方柱振子架定位在限位板上，解决了现有的方柱振子架因大多为法兰和螺栓固定，导致方柱振子架在维护时拆装费时费力的问题，实现了快速且稳定对方柱振子架拆装的效果，通过集水架、排水孔和单向排水阀的配合，可方便将渗入到安装腔内部的水渍排出，以免影响发电机使用效果。

附图说明

图1为一种基于涡致振动的高效海流能发电装置外部的立体结构示意图；

图2为一种基于涡致振动的高效海流能发电装置发电箱体侧面内部的平面结构示意图；

图3为一种基于涡致振动的高效海流能发电装置调节底座俯视内部的平面结构示意图；

图4为图2中A处的放大图；

图5为图2中B处的放大图。

图中标号：1、调节底座；2、发电箱体；3、过滤网；4、滑件；5、灵敏弹簧；6、限位板；7、方柱振子架；8、滑杆；9、集水架；10、安装座；11、转动件；12、发电机；13、发电转轴；14、转盘；15、传动轴；16、滑板；17、定位头；18、定位槽；19、支撑弹簧；20、滑口；21、滑轴；22、拉块；23、风向风速传感器；24、调节轴；25、限位齿轮；26、电动伸缩杆；27、限位齿条；28、排水孔；29、集水罩。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，如果有涉及到的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一，由图1-5给出，一种基于涡致振动的高效海流能发电装置，包括：调节底座1，调节底座1的顶部设置有发电箱体2，发电箱体2的内部设置有固定腔，发电箱体2的两侧分别开设有进水口和排水口，且进水口和排水口内均设置有过滤网3，发电箱体2的内部设置有海流发电机构；

海流发电机构包括方柱振子架7、发电机12、发电转轴13、驱动组件、两个滑件4和两个限位板6，两个滑件4对称滑动设置在固定腔内，且两个滑件4相背的一侧均对称设置有两个灵敏弹簧5，灵敏弹簧5的另一端设置在固定腔内，两个限位板6分别固定设置在两个滑件4相对一侧的两端，方柱振子架7的两端分别与两个限位板6连接，发电箱体2的内部设置有安装腔，安装腔位于固定腔的下方，发电机12设置在安装腔内，发电转轴13设置在发电机12的前侧，驱动组件设置在安装腔内，驱动组件的一端与发电转轴13连接，驱动组件的另一端贯穿安装腔并与其中一个滑件4固定连接；

驱动组件包括滑杆8、集水架9、安装座10、转动件11、转盘14和传动轴15，滑杆8固定连接在其中一个滑件4的底部，集水架9设置在安装腔内，且集水架9的顶部开设有集水槽，滑杆8的底端贯穿固定腔并设置在集水槽内，安装座10设置在集水架9的底部，转动件11转动连接在安装座10内，转盘14固定套接在发电转轴13上，传动轴15设置在转盘14的前侧，且转动件11的另一端转动套接在传动轴15上；

还包括角度调节机构，角度调节机构包括调节轴24、限位齿轮25、电动伸缩杆26和限位齿条27，发电箱体2的顶部设置有风向风速传感器23，调节底座1的内部设置有滑腔，调节轴24转动连接在滑腔内，且调节轴24的顶端贯穿滑腔并与发电箱体2的底部固定连接，限位齿轮25固定套接在调节轴24上，调节底座1的内部设置有电动伸缩杆26，限位齿条27啮合连接在限位齿轮25上，且电动伸缩杆26的驱动端与限位齿条27固定连接，电动伸缩杆26与风向风速传感器23电性连接；

发电箱体2的一侧设置有集水罩29，且集水罩29位于进水口的一侧；

调节底座1顶部的两侧均对称螺纹插接有两个定位螺栓，定位螺栓用于将调节底座1定位在海流台上；

首先将调节底座1通过定位螺栓设置在海流台上，然后依靠风向风速传感器23检测此时海风的方向，随后风向风速传感器23自动开启电动伸缩杆26，使电动伸缩杆26的驱动端伸长或缩短带动限位齿条27在滑腔内水平移动，此过程中限位齿条27带动限位齿轮25和调节轴24转动，使得发电箱体2转动将进水口朝向海风的风向，随后海流因流动而注入进水口内，随后海流透过方柱振子架7并撞击方柱振子架7，使方柱振子架7带动限位板6上下移动，此过程中两个滑件4会分别压缩和拉伸灵敏弹簧5上下晃动，并使滑杆8跟着竖直上下移动，使得转动件11带动转盘14和发电转轴13转动，即可使海流动能代替人工手动转动发电转轴13发电。

实施例二，在实施例一的基础上，固定腔内设置有定位机构，定位机构用于对方柱振子架7和限位板6定位连接，定位机构包括两个滑板16、两个定位头17、两个定位槽18、两个支撑弹簧19、两个滑口20和两个滑轴21，方柱振子架7的内部对称设置有两个空腔，两个滑板16分别滑动设置在两个空腔内，两个定位头17分别设置在两个滑板16相背的一侧，两个定位槽18分别开设在两个限位板6相对的一侧，且定位头17的另一端贯穿空腔并滑动插接在定位槽18内，两个支撑弹簧19分别设置在两个滑板16相对的一侧，且支撑弹簧19的另一侧设置在空腔内，两个滑口20对称开设在方柱振子架7上，两个滑轴21分别设置在两个滑板16的顶部，且滑轴21滑动设置在滑口20内，滑轴21的顶端活动套设有拉块22；

滑轴21的顶端设置有螺纹，拉块22的底部开设有螺纹孔，滑轴21的顶端螺纹插接在螺纹孔内；

首先水平拉动拉块22，使拉块22带动滑轴21在滑口20内滑动，并使滑板16在空腔内跟着滑动，直到使定位头17滑出定位槽18外为止，然后向前拉动方柱振子架7，即可将方柱振子架7拆卸，然后按上原理将新的方柱振子架7定位在两个限位板6之间即可完成方柱振子架7的更换。

实施例三，在实施例一的基础上，固定腔内设置有密封圈，密封圈套接在滑杆8上，可提高该海流能发电装置的密封性。

实施例四，在实施例一的基础上，集水架9底部的两端均对称开设有两个排水孔28，发电箱体2一侧的底部设置有单向排水阀，可方便将渗入到安装腔内部的水渍通过单向排水阀排出。

实施例五，在实施例一的基础上，灵敏弹簧5的材质为304不锈钢，且灵敏弹簧5的外表面包裹有防水膜，可有效的延缓灵敏弹簧5锈蚀的速率。

工作原理：

当需要使用该海流能发电装置时：

第一步：首先将调节底座1通过定位螺栓设置在海流台上，然后依靠风向风速传感器23检测此时海风的方向，随后风向风速传感器23自动开启电动伸缩杆26，使电动伸缩杆26的驱动端伸长或缩短带动限位齿条27在滑腔内水平移动，此过程中限位齿条27带动限位齿轮25和调节轴24转动，使得发电箱体2转动将进水口朝向海风的风向；

第二步：随后海流因流动而注入进水口内，随后海流透过方柱振子架7并撞击方柱振子架7，使方柱振子架7带动限位板6上下移动，此过程中两个滑件4会分别压缩和拉伸灵敏弹簧5上下晃动，并使滑杆8跟着竖直上下移动，使得转动件11带动转盘14和发电转轴13转动，即可使海流动能代替人工手动转动发电转轴13发电。

当需要跟换方柱振子架7时：

第一步：首先水平拉动拉块22，使拉块22带动滑轴21在滑口20内滑动，并使滑板16在空腔内跟着滑动，直到使定位头17滑出定位槽18外为止，然后向前拉动方柱振子架7，即可将方柱振子架7拆卸；

第二步：然后按上原理将新的方柱振子架7定位在两个限位板6之间即可完成方柱振子架7的更换。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。