应用于流速变化强烈海域的实度可调的水下发电装置

技术领域

本发明属于水下发电装置领域，特别涉及应用于流速变化强烈海域的实度可调的水下发电装置。

背景技术

海洋资源是丰富的可再生能源。目前国家的海上风电及光电有了较快的进展，但水下能源的利用装置开发缓慢，尤其是自主生产的已商业化的水下发电装置几乎没有。水下发电以旋转机械即水下轮机发电为主，但大部分水轮机的发电流速较高，对低流速尤其是流动变化强烈的区域内无法适应低速启动。

发明内容

本发明的目的在于提供应用于流速变化强烈海域的实度可调的水下发电装置，以解决低流速或流速变化较大海域内的无法低速启动的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

应用于流速变化强烈海域的实度可调的水下发电装置，包括水轮机叶片、旋转模块、水轮机叶片伸缩装置、旋转底座、支撑底座和发电模块；旋转底座设置在支撑底座上，水轮机叶片伸缩装置设置在旋转底座上，旋转模块连接在水轮机叶片伸缩装置上，水轮机叶片伸缩装置的边缘设置水轮机叶片，发电模块设置在支撑底座内部。

进一步的，水轮机叶片伸缩装置包括旋转带动件、旋转件、铰接件和水轮机叶片支撑杆；旋转模块的输出端连接旋转带动件，旋转带动件下方连接旋转件；水轮机叶片上设置有铰接件和水轮机叶片支撑杆，铰接件和旋转件边缘铰接，水轮机叶片支撑杆连接在旋转带动件上，旋转带动件转动时，水轮机叶片实现伸缩。

进一步的，水轮机叶片的个数为三个，旋转带动件为正三角形，沿旋转带动件三个边处设置有长条形滑槽，每个水轮机叶片支撑杆的端部均设置在长条形滑槽内。

进一步的，长条形滑槽内设置三个卡槽。

进一步的，旋转模块包括旋转电机密封舱、旋转电机和电机电源，旋转电机和电机电源均设置在旋转电机密封舱内，旋转电机的输出轴连接旋转带动件。

进一步的，旋转电机密封舱外侧周向设置有阻力型叶片；旋转电机密封舱通过旋转电机支撑架固定在旋转底座上。

进一步的，发电模块包括储能电机、电线和储能箱；储能电机通过电线和储能箱连接；储能电机的轴连接旋转底座。

进一步的，支撑底座的顶部设置有环形槽，环形槽内设置有减磨球，减磨球用于支撑旋转底座。

进一步的，水轮机叶片为H型叶片、φ型叶片或阻力型叶片。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明提供了一种应用于流速变化强烈海域的实度可调的水下发电装置，可以根据轮机自身的运行情况调整运行半径，进而实现对轮机实度的控制。通过旋转电机、旋转带动件与旋转件的巧妙配合，将电机的旋转运动最终转化为转子直径的缩小或扩大，具备三个挡位。当轮机由于海域的流速变低导致无法启动时，旋转电机转动将旋转件调整挡位，使转子的运行直径最小，实度最大，容易启动；当转子的输出功率高于额定功率时，旋转电机转动将旋转件调整挡位，此时转子的运行直径最大，实度最小，实现功率调整，适应不同流速海域的启动。

附图说明

图1为本发明实施例中发电装置整体正视图。

图2为本发明实施例中发电装置整体俯视图。

图3为本发明实施例中发电装置整体仰视图。

图4为本发明实施例中发电装置整体三维图。

图5为本发明实施例中发电装置密封舱分解图。

图6为本发明实施例中发电装置底座正视图。

图7为本发明实施例中发电装置底座内部结构。

图8为本发明实施例中发电装置底座仰视图。

图9为本发明实施例中发电装置底座俯视图。

图10为本发明实施例中发电装置旋转运动速度分解图。

图11为本发明实施例中发电装置旋转运动三挡位图。

图12为本发明实施例中发电装置旋转底座俯视图。

图13为本发明实施例中发电装置旋转上模块三维图。

其中

1、水轮机叶片；2、旋转电机密封舱(201、电机电源；202、旋转电机，203阻力型叶片)；3、旋转电机支撑架；4、旋转带动件；5、旋转件；51、铰接件；52、水轮机叶片支撑杆；6、旋转底座；7、支撑底座(701、储能电机；702、电线；703、储能箱；704、减磨球)

a、带动旋转件所固定的运动分方向1(沿旋转底板卡槽方向)；b、带动旋转件所固定的运动分方向2(沿旋转板伸出方向)；c、电机传递给带动旋转件的旋转方向；d、带动旋转件所固定的运动主方向；e水轮机叶片沿中心轴旋转方向。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

一种应用于流速变化强烈海域的实度可调的水下发电装置包括水轮机叶片1、旋转电机密封舱2(内部有电机电源及储能电池201、电机控制电路及旋转电机202)、旋转电机支撑架3、旋转带动件4、旋转件5、旋转底座6、支撑底座7、储能电机701、储能箱703等。其中旋转电机通过旋转电机支撑架固定在旋转底座上，与转子一起转动，旋转电机外壳有一圈阻力型轮机叶片。旋转电机的轴连接旋转带动件4，旋转带动件4可带动旋转件5转动进而控制转子的运行直径，改变其实度。旋转底座与支撑底座之间有降低摩擦效应的减磨球，支撑底座内部有储能电机701、储能箱等。

旋转电机通过内部控制电路控制，旋转带动件4与旋转件5在正常运行时处于中间挡位，当轮机无法转动时，控制电路控制旋转电机使旋转件及转子运行到一挡，半径最小的挡位，当轮机发电功率超过额定功率时，控制电路控制旋转电机使旋转件及转子运行到三挡，半径最大的挡位。

旋转电机通过旋转电机支撑架3安装在旋转底座6，需要换挡时，旋转电机202旋转，旋转带动件4带动旋转件5旋转转动，将旋转运动转化为直线运动，不需要换挡时，旋转电机不转动，不消耗电池电量。

旋转电机外的阻力型叶片203可以提高水轮机的启动力矩。

控制电路通过分析轮机功率来判断换挡。

旋转电机供能电池的电量由储能电池提供，不需要额外输入能源。

旋转带动件与旋转件通过设计可实现不同半径伸缩比。

旋转带动件的滑道内设置三个卡槽，对应三个挡位半径。

旋转底座与旋转底座与支撑底座之间有减磨球，减轻摩擦阻力。

转子可以是H型叶片、φ型叶片或阻力型叶片等。

密封舱与储能舱采取动密封。

运动结构说明：

如图1所示，该发电装置由2个大模块组成，上部分是由水轮机叶片1旋转带动整体转动的旋转模块，下部分是固定模块，其内部有储能电机701将旋转产生的机械能转化为储能箱703中的电能，在上下2个大模块之间有减磨球704降低摩擦能量损失。(上模块如图13所示，下模块如图6所示)

旋转模块中，密封舱2中设置了旋转电机202并配置电机电源201保证旋转电机正常工作。旋转电机202通过旋转电机支撑架3固定在上模块，在相对地面坐标系中随上模块一同旋转，同时，相对于上模块，旋转电机202可以通过控制旋转带动件4控制旋转件5伸出长度，伸出长度分为3挡：低速挡、中速挡、高速挡(如图11)，分别对应低流速启动状态、额定功率状态及大流速调状态。

通过支撑底座7的6个支撑脚牢固固定在深海地形中，在相对地面坐标系中下模块静止。其内部储能电机701的转子与旋转底座6相连接，当旋转底座6旋转时，转子同时旋转，将上模块的旋转机械能通过电磁感应原理转化为电能，通过电线702传输到储能箱703中保存。

上模块相对旋转原理

如图10所示，为上模块的运动结构俯视图。

1、旋转电机202为运动的输入装置，将电机传递给旋转带动件的旋转方向c输入到旋转带动件4，使得带动旋转件4开始与旋转电机202同步旋转。

2、旋转带动件4开始旋转后其上的限位卡槽带动旋转件5沿带动旋转件所固定的运动主方向d运动。

3、于此同时，旋转底座6上的限位卡槽同样限制旋转件5沿卡槽方向运动。(旋转底座6如图12具体所示)

4、通过2、3步骤的运动限制，将带动旋转件所固定的运动主方向d分解为带动旋转件所固定的运动分方向1(沿旋转底板卡槽方向)a和带动旋转件所固定的运动分方向2(沿旋转板伸出方向)b。

5、通过以上运动，三个旋转件5可以带动水轮机叶片1完成伸出伸入运动。通过旋转带动件4上的限位卡槽，在来流流速不同时，控制伸出不同的长度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。