一种振荡水翼潮流能发电装置的制作方法

本发明涉及海洋能源开发利用领域，具体涉及一种振荡水翼潮流能发电装置。

背景技术：

随着世界经济的发展，能源消费需求持续攀升。传统的化石能源数量既有限又存在环境污染问题，为解决资源短缺问题，发展可再生能源已经成为全球共识。海洋中蕴藏着巨大的能量，包括波浪能、潮汐能、潮流能、温差能等。潮流能作为海洋可再生能源的一种，通过能量转化装置，可将海洋潮流能中蕴藏的巨大动能转化为电能加以利用。相比于其它形式可再生能源，潮流能资源能量密度高，载荷稳定性好，可预测性强受气象条件影响小，可以保证持续稳定的电流输出，在并网发电方面具有明显优势。

潮流能发电装置根据发电原理可以分为水平轴式、竖轴式和摆动水翼三种。目前水平轴式最多，垂直轴式次之，摆动翼屈指可数。水平轴式和竖轴式，虽然有较高的能量转化效率，但其对叶片设计要求高，难度大。摆动水翼式潮流能发电装置虽然能量转化效率较低，但相比于前两者，它具有如下优点：无旋转机械，避免对水生物的伤害；噪声小，对生态环境友好；结构简单，可靠性高；建造成本低，适合大规模并排部署；启动水头低，自然适应低速水流等优点。因此摆动水翼拥有独特的应用潜力。但是，目前的摆动水翼式发电装置采用的基本上都是固定式的，即通过装置自身重力或通过导管架等形式的支撑结构固定于海底，整体浸没在水中，虽然不受海面情况影响，但是安装、维护成本高，且不可移动，一旦发生故障，维修成本很高。而且由于靠近海底，潮流流速慢，限制了摆动水翼式发电装置性能的发挥。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种振荡水翼潮流能发电装置，其可有效降低结构固定载荷，增加系统稳定性；结构简单、可靠性高、维护方便，降低了维护成本；环境友好。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种可有效降低结构固定载荷，增加系统稳定性；结构简单、可靠性高、维护方便，降低了维护成本；环境友好的潮流能发电装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种振荡水翼潮流能发电装置，包括漂浮式吸能发电组件和线缆组件；其中

所述漂浮式吸能发电组件包括

将潮流能转换成机械能的吸能装置，所述吸能装置包括至少部分浸没于水中的振荡水翼和一端与所述振荡水翼相连的摇臂，所述摇臂的另一端与发电机连接；及

将所述机械能转化为电能的所述发电机；

所述线缆组件被设置为将所述吸能装置和发电机泊于海底。

发电装置在海面上工作，为发电装置的移动、安装维护提供便捷性；海面上工作可以俘获海面上高流速的潮流能；在海面上工作使发电装置的运行维护成本很低。

进一步地，所述摇臂被设置为露出水面。避免摇臂在水中运动受到水的阻力而降低发电效率。

进一步地，所述振荡水翼被设置为给所述漂浮式吸能发电组件提供浮力。

进一步地，还包括浮箱，所述发电机被设置在所述浮箱之内，所述浮箱被设置为给所述漂浮式吸能发电组件提供浮力。

浮箱和振荡水翼同时提供浮力；至少有2个浮力点，使得整个发电装置漂浮较为平衡；同时浮箱和水翼提供浮力使得摇臂接近平行水平面，摇臂转动时更加顺畅，避免固定摇臂的一端受到竖直方向弯矩的作用，提高摇臂的使用寿命。

本发明的另一个较佳实施例中，所述吸能装置被设置为2个。2个吸能装置彼此之间可以独立工作，互不干扰，当其中一个吸能装置无法工作时，另一个还可以继续工作；当2个吸能装置同时工作时，对称摆动可以抵消横向力。

进一步地，所述吸能装置包括第一摇臂、与所述第一摇臂的第一端连接的第一振荡水翼、第二摇臂、与所述第二摇臂的第一端连接的第二振荡水翼；

所述第一摇臂的第二端和所述第二摇臂的第二端分别连接到所述发电机上；

所述第一摇臂和所述第二摇臂被设置为交错摆动互不干扰。

进一步地，所述第一摇臂的第一端和所述第二摇臂的第一端均通过第一轴线，所述第一摇臂的第一端向其第二端延伸的长度大于所述第二摇臂的第一端向其第二端延伸的长度，所述第一摇臂被设置为位于所述第二摇臂的上方。

进一步地，所述第一摇臂和所述第二摇臂分别被设置为可绕所述第一轴线进行360°旋转，自动适应环境流向。

进一步地，所述第一摇臂的第一端与所述第一振荡水翼铰接。

进一步地，所述第二摇臂的第一端与所述第二振荡水翼铰接。

进一步地，所述第一摇臂的第一端与所述第一振荡水翼铰接，所述第二摇臂的第一端与所述第二振荡水翼铰接，所述第一振荡水翼的攻角和所述第二振荡水翼的攻角分别被设置为依据所述第一摇臂和所述第二摇臂的夹角进行角度切换。

进一步地，还包括角度控制系统，所述角度控制系统被设置为依据所述第一摇臂和所述第二摇臂之间的夹角设定值分别控制所述第一振荡水翼的攻角和所述第二振荡水翼的攻角的角度值。

进一步地，所述角度控制系统包括用于测量所述第一摇臂和所述第二摇臂的夹角的角度测量仪、为所述第一振荡水翼的攻角切换提供动力的第一驱动装置、为所述第二振荡水翼的攻角切换提供动力的第二驱动装置、角度控制器，所述角度控制器与所述角度测量仪、第一驱动装置、第二驱动装置电气连接。

进一步地，所述角度测量仪被设置于所述第一摇臂的下表面和所述第二摇臂的上表面之间。

进一步地，所述第一驱动装置包括第一电机。

进一步地，所述第二驱动装置包括第二电机。

进一步地，所述第一摇臂和所述第二摇臂之间的夹角设定值为80°。

进一步地，所述第一振荡水翼的攻角和所述第二振荡水翼的攻角的角度范围均为-45°～45°。

本发明还提供了另一种较佳实施例的振荡水翼潮流能发电装置，此发电装置可以在高流速的海面工作，也可以被设置在接近海底面的位置工作，包括将潮流能转换成机械能的吸能装置，将所述机械能转化为电能的发电机；

所述吸能装置包括第一摇臂、与所述第一摇臂的第一端铰接的第一振荡水翼、第二摇臂、与所述第二摇臂的第一端铰接的第二振荡水翼；

所述第一摇臂的第二端和所述第二摇臂的第二端分别连接到所述发电机上；

所述第一摇臂和所述第二摇臂被设置为交错摆动互不干扰。

进一步地，所述第一摇臂的第一端和所述第二摇臂的第一端均通过第一轴线，所述第一摇臂的第一端向其第二端延伸的长度大于所述第二摇臂的第一端向其第二端延伸的长度，所述第一摇臂被设置为位于所述第二摇臂的上方。

进一步地，所述第一振荡水翼的攻角和所述第二振荡水翼的攻角分别被设置为依据所述第一摇臂和所述第二摇臂的夹角设定值进行角度切换。

进一步地，还包括角度控制系统，所述角度控制系统被设置为依据所述第一摇臂和所述第二摇臂之间的夹角设定值分别控制所述第一振荡水翼的攻角和所述第二振荡水翼的攻角的角度值。

进一步地，所述角度控制系统包括用于测量所述第一摇臂和所述第二摇臂之间的沿潮流方向夹角的角度测量仪、为所述第一振荡水翼的攻角切换提供动力的第一驱动装置、为所述第二振荡水翼的攻角切换提供动力的第二驱动装置、角度控制器，所述角度控制器与所述角度测量仪、第一驱动装置、第二驱动装置电气连接。

有益的技术效果：

1)本发明的一个较佳实施例的发电装置采用漂浮式吸能发电组件，使得发电工作在近海面工作，可以俘获较高的潮流能；海面工作为装置的移动、日常维护的成本降低；同时海面工作使得降低固定构件的工作载荷，有利于发电装置的稳定性和可靠性。

2)本发明的发电装置，在吸能装置为2个的实施例中，两个吸能装置交错布置，其在摆动发电时互不干扰。

3)2个吸能装置可以独立发电，当其中一个吸能装置停止工作时，另一个可以继续进行摆动发电。

4)在吸能装置为2个的实施例中，较佳的情况时，角度控制系统根据第一摇臂和第二摇臂的夹角设定值来分别控制第一水翼和第二水翼的攻角，以此来保证第一摇臂和第二摇臂的来回摆动；同时攻角的控制可以保证较高的发电效率。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的振荡水翼潮流能发电装置的结构示意图；

图2是图1实施例的俯视结构示意图；

图3是振荡水翼的立体图；

图4是图3所示的振荡水翼的截面图；

图5是图1所示实施例的工作流程之第一状态示意图；

图6是图1所示实施例的工作流程之第二状态示意图；

图7是图1所示实施例的工作流程之第三状态示意图；

图8是图1所示实施例的工作流程之第四状态示意图；

图9是图1所示实施例的工作流程之第五状态示意图；

图10是图1所示实施例的工作流程之第六状态示意图；

图11是本发明的一个较佳实施例的振荡水翼潮流能发电装置潮流的流向改变180°后结构示意图；

其中，1-第二振荡水翼，2-第一振荡水翼，3-第二振荡水翼轴，4-第一振荡水翼轴，5-第一电机，6-第二电机，7-第一摇臂，8-第二摇臂，9-第二从动轮，10-发电机的转子，11-发电机的定子，12-第一从动轮，13-固定轴，14-强支撑件，15-第一主动轮，16-第二主动轮，17-第二主轴，18-第一主轴，19-浮箱，20-锚链，21-角度控制器，22-角度测量仪。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

本发明的一种振荡水翼潮流能发电装置，基本工作原理是振荡水翼在潮流的作用下带动摇臂摆动，摇臂的摆动通传动装置驱动发电机工作，从而产生电能。

在本发明的一个较佳实施例中的振荡水翼潮流能发电装置，包括漂浮式吸能发电组件和线缆组件；其中，漂浮式吸能发电组件包括将潮流能转换成机械能的吸能装置，所述吸能装置包括至少部分浸没于水中的振荡水翼和一端与所述振荡水翼相连的摇臂，所述摇臂的另一端与发电机连接；及将所述机械能转化为电能的所述发电机；所述线缆组件被设置为将所述吸能装置和发电机泊于海底。线缆组件将所述吸能装置和发电机通过锚泊、系泊或是其他方式泊于海底，使得吸能装置和发电机固定连接在海底的一定位置。漂浮式吸能发电组件在海面上工作，可以被拖至任意可以作业的水域，在水面上就可完成所有机电设备的安装和后期的维护工作，使得漂浮式吸能发电组件的移动、日常维护的成本降低；海面上具有高流速的潮流，海面上作业有利于俘获较高的潮流能，提高发电效率；同时海面工作使得降低固定构件的工作载荷，有利于漂浮式吸能发电组件的稳定性和可靠性。

在本发明的较佳实施例中，优选地，将摇臂设置为露出水面，当发电装置工作时，避免摇臂在水中运动受到水的阻力而降低发电效率。

在本发明的较佳实施例中，优选地，振荡水翼被设置为提供浮力。

在本发明的较佳实施例中，优选地，还设置有浮箱，浮箱被设置为提供浮力。

在本发明的较佳实施例中，浮箱和水翼同时提供浮力；至少有2个浮力点，使得整个发电装置漂浮较为平衡；同时浮箱和水翼提供浮力使得摇臂接近平行水平面，摇臂转动时更加顺畅，避免固定摇臂的一端受到竖直方向弯矩的作用，提高摇臂的使用寿命。

吸能装置可以被设置为1个或多个。如图1和图2所示，在本发明的另一个较佳实施例中，振荡水翼潮流能发电装置在近海面区域工作，包括2个吸能装置，2个吸能装置是可以独立的将潮流能转化为机械能，彼此之间并不受干扰，也即，当一个吸能装置停止工作时，另一个吸能装置可以正常工作。2个吸能装置同时对称摆动发电时，可以抵消发电装置的横向力。吸能装置包括第一摇臂7、与所述第一摇臂7的第一端连接的第一振荡水翼2、第二摇臂8、与所述第二摇臂8的第一端连接的第二振荡水翼1；第一摇臂7的第二端和第二摇臂8的第二端分别连接到发电机上，第一摇臂7和第二摇臂8被设置为交错摆动互不干扰。发电装置还包括提供浮力的浮箱19，浮箱19与锚链20的一端相连，锚链20的另一端锚定于海底。

第一摇臂7和第二摇臂8被设置为露出水面工作；第一振荡水翼2和第二振荡水翼1均至少部分浸没于水中，且为发电装置提供浮力。

在本较佳实施例中，第一摇臂7的第一端和第二摇臂8的第一端均通过第一轴线c，第一摇臂7的第一端向其第二端延伸的长度大于第二摇臂8的第一端向其第二端延伸的长度，第一摇臂7被设置为位于所述第二摇臂8的上方。这样的布置的方式，可以实现第一摇臂7和第二摇臂8为交错摆动互不干扰。

在本较佳实施例中，第一摇臂7和第二摇臂8分别被设置为可绕第一轴线c进行360°旋转，以自动适应环境流向。

在本较佳实施例中，第一摇臂7的第一端与第一振荡水翼2铰接，优选地，通过第一振荡水翼轴4进行连接；第二摇臂8的第一端与第二振荡水翼1铰接，优选地，通过第二振荡水翼轴3进行连接；第一振荡水翼2的攻角和第二振荡水翼1的攻角分别被设置为依据第一摇臂7和第二摇臂8的夹角进行角度切换。如图2所示，a1是第二振荡水翼的截面对称线，a2是第一振荡水翼截面对称线，在本发明中所说振荡水翼的攻角指的是振荡水翼的截面对称线(如a1、a2)与潮流方向d的夹角，位于潮流方向d上方为正值，位于潮流方向d下方为负值；如图2中第二振荡水翼的攻角b为负值，第一振荡水翼的攻角b为正值；这里所说的第一摇臂7和第二摇臂8之间的夹角指的是沿潮流方向d第一摇臂7和第二摇臂8之间的角度a。

在本较佳实施例中，还包括角度控制系统，所述角度控制系统被设置为依据第一摇臂7和第二摇臂8之间的夹角设定值分别控制第一振荡水翼2的攻角和第二振荡水翼1的攻角的角度值。角度控制系统包括用于测量第一摇臂7和第二摇臂8的夹角的角度测量仪22，角度测量仪22被设置于第一摇臂7的下表面和第二摇臂8的上表面之间。角度控制系统还包括为第一振荡水翼2的攻角切换提供动力的第一驱动装置，也即第一电机5；为第二振荡水翼1的攻角切换提供动力的第二驱动装置，也即第二电机6；角度控制器21。角度控制器21与角度测量仪22、第一电机5、第二电机6电气连接。在本发明的较佳实施例中，第一摇臂7和第二摇臂8之间的夹角设定值为80°。第一振荡水翼2的攻角和第二振荡水翼1的攻角的角度范围均为-45°～45°。

在本发明的较佳实施例中，还提供了传动齿轮装置，2个吸能装置分别通过传动齿轮装置将第一摇臂7和第二摇臂8的机械能传递给发电机，发电机将其机械能转化为电能。

在本发明的较佳实施例中，传动齿轮装置包括各自独立工作的第一传动齿轮和第二传动齿轮。传动齿轮装置各自独立工作，可以保证当其中一个传动齿轮装置停止工作时，另一个可以继续进行工作，两者工作并不受干扰，能保证发电的稳定性。第一传动齿轮用来将第一摇臂7的机械能传递给发电机，第二传动齿轮用来将第二摇臂8的机械能传递给发电机。其中，发电机包括定子11和转子10。

第一传动齿轮包括第一主动轮15、与第一主动轮15啮合的第一从动轮12；第一主动轮15与第一摇臂7的第二端连接，被设置为第一摇臂7围绕第一轴线c转动时带动第一主动轮15转动，第一主动轮15啮合驱动第一从动轮12转动；第一从动轮12的转动带动与其固连的发电机的定子11相对于发电机的转子10转动发电。

第二传动齿轮包括第二主动轮16、与第二主动轮啮合的第二从动轮9；第二主动轮16与第二摇臂8的第二端连接，被设置为第二摇臂8围绕第一轴线c的转动时带动第二主动轮16转动，第二主动轮16啮合驱动第二从动轮9转动；第二从动轮9的转动带动与其固连的发电机的转子10相对于发电机的定子11转动发电。

如图1所示，从上到下第一摇臂7的第二端、第二摇臂8的第二端、第二主动轮16、第一主动轮15依次布置，并通过第一主轴18进行串连，第一主轴18由强支撑件14支撑到浮箱19底面的内表面上。从上到下第二从动轮9、发电机的转子10、发电机的定子11、第一从动轮12依次布置并通过固定轴13进行串联，并由固定轴的末端支撑在浮箱19底面的内表面上。

第二摇臂8的第二端通过第二主轴17与第二主动轮16固定连接，第二主轴17的轴线和第二主动轮16的旋转轴线均与第一轴线c重合；第二主轴17从上面穿过浮箱19的顶部并伸入浮箱19内，第二主轴17穿过浮箱19顶部时通过第一轴承与浮箱进行配合；第二主轴17内设置有通孔，此通孔的轴线与第一轴线c重合。

第一摇臂7的第二端通过第一主轴18与第一主动轮15固定连接，第一主轴18的轴线和第一主动轮15的旋转轴线均与第一轴线c重合，第一主轴18从第一摇臂7的第二端延伸穿过第二主轴17的通孔到浮箱19底部；第一主轴18穿过第二主轴17的通孔时通过第二轴承配合。

第二主轴17由第一轴承和第二轴承支撑在浮箱19上。

在本发明的较佳实施例中，传动齿轮装置和发电机的转子和定子均被设置在浮箱19内。

如图3和图4所示，在本发明的较佳实施例中，第一振荡水翼2和第二振荡水翼1均被设置为翼形。

在本发明的又一个较佳实施例中，与图1和图2所示的实施例相似，所以零部件标号也采用图1和图2中相同的标号。本实施例与前面的实施例的区别在于，本发电装置既可以在接近海底面的位置工作也可以在在接近海面的位置工作。一种振荡水翼潮流能发电装置，包括将潮流能转换成机械能的吸能装置，将机械能转化为电能的发电机；吸能装置包括第一摇臂7、与第一摇臂7的第一端铰接的第一振荡水翼2、第二摇臂8、与第二摇臂8的第一端铰接的第二振荡水翼1；第一摇臂7的第二端和第二摇臂8的第二端分别连接到发电机上；第一摇臂7和第二摇臂8被设置为交错摆动互不干扰。第一振荡水翼2和第二振荡水翼1分别柔性连接，这样方便改变其攻角的角度。

再一个较佳实施例中，为实现第一摇臂7和第二摇臂8交错摆动互不干扰，优选的采用如下布置。第一摇臂7的第一端和第二摇臂8的第一端均通过第一轴线c，第一摇臂7的第一端向其第二端延伸的长度大于第二摇臂8的第一端向其第二端延伸的长度，第一摇臂7被设置为位于所述第二摇臂8的上方。

再一个较佳实施例中，第一振荡水翼2的攻角和第二振荡水翼1的攻角分别被设置为依据第一摇臂7和第二摇臂8的夹角设定值进行角度切换。

再一个较佳实施例中，发电装置还包括角度控制系统，所述角度控制系统被设置为依据第一摇臂7和第二摇臂8之间的夹角设定值分别控制第一振荡水翼2的攻角和第二振荡水翼1的攻角的角度值。进一步地，角度控制系统包括用于测量第一摇臂7和第二摇臂8之间的沿潮流方向夹角的角度测量仪22、为第一振荡水翼7的攻角切换提供动力的第一驱动装置、为第二振荡水翼8的攻角切换提供动力的第二驱动装置、角度控制器21，角度控制器21与角度测量仪22、第一驱动装置、第二驱动装置电气连接。

本发明的较佳实施例中，当吸能装置为2个时的发电装置基本工作原理为：第一振荡水翼和第二振荡水翼在潮流的作用下分别带动第一摇臂和第二摇臂的摆动，第一摇臂和第二摇臂的摆动各自带动浮箱内第一主动轮和第二主动轮转动，从而分别传动给固定在发电机上的第一从动轮和第二从动轮，使发电机工作，从而产生电能；需要说明的是，第一摇臂和第二摇臂的发电系统是独立的，不会相互干扰，即当其中一个出现故障不动时，另外也可以正常工作，带动发电子的转子或定子转动发电。具体地，结合图5、图6、图7、图8、图9和图10流程简图具体进行说明。

图5、图6、图7、图8、图9和图10是吸能装置为2个时，发电装置的工作流程状态图；在这6张图中，第一摇臂7为较长的摇臂(位于图5的下方)，与其右端相连的为第一振荡水翼2，另外较短的为第二摇臂8(位于图5的上方)，与其右端相连的为第二振荡水翼1。如图5所示，在启动位置时，第一摇臂7(位于图5下方)和第二摇臂8(位于图5的上方)处于与潮流方向d平行的位置，第一振荡水翼2的攻角调至-45°，第二振荡水翼1的攻角调至45°；在潮流的作用下，第一振荡水翼2受到力的作用，使第一摇臂7绕第一轴线c逆时针旋转，固连在第一摇臂7第二端的第一主轴18旋转并带动第二主动轮15转动，第一主动轮15驱动第一从动轮12转动，可以使得与第一从动轮12固连的发电机定子11相对于发电机转子10转动，从而使发电机发电；在潮流的作用下，第二振荡水翼1受到力的作用，使第二摇臂8绕第一轴线c顺时针旋转，固连在第二摇臂8第二端的第二主轴17旋转并带动第二主动轮16转动，第二主动轮16驱动第二从动轮9转动，可以使得与第二从动轮9固连的发电机转子10相对于发电机定子11转动，从而使发电机发电。如图6所示，当第一摇臂7和第二摇臂8摆动至它们的夹角至80°时，浮箱19内的角度控制器21会接受到角度测量仪22的信号，从而输出信号给第一电机5和第二电机6，分别使第一水翼2的攻角调至45°，第二水翼1的攻角调至-45°，如图7所示，这样就会发生与之前相反的运动方式，第一摇臂7绕第一轴线c顺时针旋转，第二摇臂8绕第一轴线c逆时针旋转，如图8、图9和图10所示；之后就按照图5-图6-图7-图8-图9-图10-图5的顺序做周期运动，实现了本发明通过水翼俘获潮流能，将其转化为机械能后再转化为电能储存起来。周期运动过程中，第一摇臂7和第二摇臂8运动始终是相对的，从而发电机的定子11与转子10运动也始终是相对的，当其中一个摇臂发电系统不工作时，另外一个可以继续发电。

如图11所示，当流向发生变化时，第一摇臂7和第二摇臂8会根据流向围绕第一轴线c旋转至于流向平行的位置处，再继续重复前述的运动发电。图11表示了相对于图1潮流流向d转变180°后的发电装置相对位置。实现了对不同流向的自主适应调节。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。