一种竖轴漂浮式风能、潮流能一体化发电平台的制作方法

本实用新型涉及风能、潮流能发电技术领域，具体涉及一种竖轴漂浮式风能、潮流能一体化发电平台。

背景技术：

海上风能和潮流能储量大、可再生、污染少，是可持续开发的重要清洁能源，在发电领域具有良好的应用前景，将海上风能和潮流能资源相结合，采用风能和潮流能共同开发、互补的方式，可以降低开发成本，提高能源利用率，获得较为稳定的能源输出，有效提高海上发电的能力，是海洋可再生能源综合利用，降低可再生能源发电成本的有效途径。

近年来，国内外对于风力或潮流能资源和利用技术研究呈现快速发展势态，大部分采用水平轴形式，对于垂直轴（或竖轴）的研究较少，然而风和水流的方向和速度都具有不确定性，水平轴需换向以适应双向潮流特性，其叶片结构制造复杂、安装维护费用高，而垂直轴适应流向性强、旋转方向与流向无关，结构简单、适合大规模布阵。现有技术中有单独的风能发电装置和单独的潮流能发电装置，但综合利用风能和潮流能的发电装置研究较少，且大部分潮流发电装置的支撑载体采用固定桩基形式，造价高、维修难。申请号为201710827483.6的实用新型专利公开了一种风能和潮流能综合发电装置，风力发电装置和潮流能发电装置均采用水平轴形式，并采用固定桩与海底固定连接。申请号为201410206109.0的实用新型专利公开了一种基于单桩平台的风能-波浪能-潮流能集成发电系统，利用单桩式支撑结构支撑水平轴风能发电装置、振荡水柱式波浪能发电装置和水平轴潮流能发电装置。申请号为201710967635.2的实用新型专利公开了一种基于单桩平台垂直轴风力机-两向波浪能装置-潮流能装置集成结构，利用上部的垂直轴风力机获取风能，利用设在塔架结构水面处的垂向和水平两向波浪能发电装置获取波浪能，利用设在水下单桩支撑平台结构上的潮流能发电装置获取潮流能。专利号为201520742132.1的实用新型专利公开了一种由垂直轴风力发电机、垂直轴潮流能发电机和浮体的风能-潮流能发电装置，在任意来流下均能够启动，自启动性能好。但是201710967635.2和201520742132.1的叶片的支撑梁均为两杆或三杆简支式结构直接支撑，并不能很好的抵抗强风或强海流。

技术实现要素：

为解决现有技术中的不足，本实用新型提供一种竖轴漂浮式风能、潮流能一体化发电平台，解决了现有技术中风能、潮流能发电装置动力无法耦合，以及两杆或三杆简支式结构抗风和抗海流能力不强的技术问题。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下技术方案：

一种竖轴漂浮式风能、潮流能一体化发电平台，其特征在于：包括依次排列的风能发电组件、传动箱、潮流能发电组件；

所述风能发电组件包括上叶片、上幅盘横条、上主轴、上曲柄、上连杆、上偏心幅盘、上行星支架及上幅盘，所述上幅盘横条一端固定连接上主轴，另一端铰接于上叶片的两端，所述上叶片的下端还连接上曲柄，所述上曲柄铰接于上连杆的一端，所述上连杆的另一端固定连接于上偏心幅盘，所述上偏心幅盘可转动连接于上行星支架，所述上行星支架通过上幅盘支架连接于上幅盘；

所述潮流能发电组件包括下叶片、下幅盘横条、下主轴、下曲柄、下连杆、下偏心幅盘、下行星支架及下幅盘，所述下幅盘横条一端固定连接于下主轴，另一端铰接于下叶片，所述下叶片的上端还连接下曲柄，所述下曲柄铰接于下连杆的一端，所述下连杆的另一端固定连接于下偏心幅盘，所述下偏心幅盘可转动连接于下行星支架，所述下行星支架通过下幅盘支架连接于下幅盘；

所述传动箱包括行星轮架及从内到外依次啮合的行星轮、太阳轮、主动轮，所述行星轮架上端连接于上主轴，下端连接于行星轮，所述主动轮连接发电机。

作为本实用新型的一种优选方案，前述的一种竖轴漂浮式风能、潮流能一体化发电平台，其特征在于：还包括浮体，所述浮体连接上幅盘、下幅盘及传动箱。

作为本实用新型的一种优选方案，前述的一种竖轴漂浮式风能、潮流能一体化发电平台，其特征在于：所述上叶片的数量是偶数，所述下叶片的数量是偶数。

作为本实用新型的一种优选方案，前述的一种竖轴漂浮式风能、潮流能一体化发电平台，其特征在于：所述上行星支架通过上滚轮连接于上幅盘。

作为本实用新型的一种优选方案，前述的一种竖轴漂浮式风能、潮流能一体化发电平台，其特征在于：所述下行星支架通过下滚轮连接于下幅盘。

作为本实用新型的一种优选方案，前述的一种竖轴漂浮式风能、潮流能一体化发电平台，其特征在于：所述发电机通过皮带、链条或齿轮连接主动轮。

作为本实用新型的一种优选方案，前述的一种竖轴漂浮式风能、潮流能一体化发电平台，其特征在于：所述浮体还连接系泊系统，所述系泊系统设有弹性索。

作为本实用新型的一种优选方案，前述的一种竖轴漂浮式风能、潮流能一体化发电平台，其特征在于：所述弹性索是非线性弹性材料。

作为本实用新型的一种优选方案，前述的一种竖轴漂浮式风能、潮流能一体化发电平台，其特征在于：所述上幅盘横条通过中心幅盘连接于上主轴，所述下幅盘横条通过中心幅盘连接于下主轴。

本实用新型所达到的有益效果：

本实用新型能够利用行星齿轮转速耦合机构，实现风能和潮流能旋转轴转速的耦合，提升发电量。工作时，风能发电组件、潮流能发电组件分别在风能与潮流能的作用下转动。当两者中的任意一个停止转动时，另外一个发电组件都能够正常工作，当两者同时转动时，能够通过传动箱将两者动力叠加，并将动力传递至发电机。

本实用新型不受风向、潮流方向的影响。

本实用新型设计了行星支架支撑的偏心幅盘、叶片、连杆和辐盘横条组成的双辐盘回转机构，加强叶片支撑梁的抗风和抗海流能力，同时双幅盘多联平行四杆机构实现叶片的同步回转，实现统一变桨控制。其中，上幅盘横条与上主轴之间、下幅盘横条与下主轴还设有用于起到加强强度与刚性作用的中心幅盘。即叶片通过中心辐盘和偏心辐盘连接机构组成的双幅盘回转机构、依靠多联平行四杆机构能够增强叶片及其支撑梁的抗风和抗海流能力，提高整个发电平台的稳定性，这对于本实用新型适应海面多变的恶劣环境，降低人工维护成本具有重要意义。

附图说明

图1是本实用新型整体结构主视图一；

图2是本实用新型整体结构主视图二（隐藏系泊系统及部分浮体）；

图3是本实用新型风能发电组件及传动箱结构主视图；

图4是本实用新型传动箱结构图；

图5是本实用新型潮流能发电组件结构图；

图6是本实用新型风能发电组件俯视图；

附图标记的含义：1-风能发电组件；2-浮体；3-潮流能发电组件；4-传动箱；5-发电机；6-系泊系统；7-弹性索；8-中心幅盘；11-上叶片；12-上幅盘横条；13-上主轴；14-上曲柄；15-上连杆；16-上偏心幅盘；17-上行星支架；171-上滚轮；181-上幅盘支架；31-下叶片；32-下幅盘横条；33-下主轴；34-下曲柄；35-下连杆；36-下偏心幅盘；37-下行星支架；371-下滚轮；38-下幅盘；381-下幅盘支架；41-行星轮架；42-行星轮；43-太阳轮；44-主动轮。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1至图6所示：本实施例公开了一种竖轴漂浮式风能、潮流能一体化发电平台：包括依次排列的风能发电组件1、传动箱4、潮流能发电组件3；其中传动箱4的外部连接用于使整个平台漂浮在水平面的漂浮物或支撑物，漂浮物或支撑物需要能够使整个平台漂浮在水平面，例如采用浮体2，浮体2上还设有本平台相应的控制装置、信号装置、通讯装置等，并且为了保证浮体2的稳定性，优选在浮体2上连接系泊系统6，系泊系统6采用的锚链线采用锚链串联弹性索7的形式，优选的弹性索7采用由橡胶、碳纤维和弹簧丝混合而成的非线性弹性材料，具有良好的回弹特性，具有良好的缓冲预应力和延伸力，能承受水流冲击产生的大推力和扭矩。

具体的，结合图2及图3：风能发电组件1包括上叶片11、上幅盘横条12、上主轴13、上曲柄14、上连杆15、上偏心幅盘16、上行星支架17及上幅盘18，上幅盘横条12一端固定连接上主轴13，另一端铰接于上叶片11的两端，上叶片11的下端还连接上曲柄14，上曲柄14铰接于上连杆15的一端，上连杆15的另一端固定连接于上偏心幅盘16，上偏心幅盘16可转动连接于上行星支架17，上行星支架17通过上幅盘支架181连接于上幅盘18；上辐盘横条12、上曲柄14、上连杆15和上偏心辐盘16构成多联平行四杆机构；同时中心辐盘8连接机构与上偏心辐盘16连接机构构成双幅盘回转机构，能够增强叶片以及整个发电平台组件的抗风能力。上幅盘18连接于浮体2，相当于整个风能发电组件1的底座。为了降低上行星支架17与上幅盘18之间的摩擦力，优选在上行星支架17的外侧还设有上滚轮171，上滚轮171可转动连接于上幅盘18的内沿，对上幅盘18起到支撑和导向的作用。

结合图2及图5：潮流能发电组件3包括下叶片31、下幅盘横条32、下主轴33、下曲柄34、下连杆35、下偏心幅盘36、下行星支架37及下幅盘38，下幅盘横条32一端固定连接于下主轴33，另一端铰接于下叶片31，下叶片31的上端还连接下曲柄34，下曲柄34铰接于下连杆35的一端，下连杆35的另一端固定连接于下偏心幅盘36，下偏心幅盘35可转动连接于下行星支架37，下行星支架37通过下幅盘支架381连接于下幅盘38；下辐盘横条32、下曲柄34、下连杆35和下偏心辐盘36构成多联平行四杆机构；同时中心辐盘8连接机构与下偏心辐盘36连接机构构成双幅盘回转机构，能够增强叶片以及整个发电平台组件的抗海流能力。下幅盘38连接于于浮体2，相当于整个潮流能发电组件3的底座。

为了降低下行星支架37与下幅盘38之间的摩擦力，优选在下行星支架37的外侧还设有下滚轮371，具体作用可参考前述上滚轮171。

上幅盘横条12通过幅盘8连接于上主轴13，下幅盘横条32通过幅盘8连接于下主轴33。幅盘8能够提升主轴与幅盘横条之间的连接强度，增强叶片和支撑梁的抗风和抗海流能力，能够有效提升本实用新型的稳定性。

结合图2及图4：传动箱4包括行星轮架41及从内到外依次啮合的行星轮42、太阳轮43、主动轮44，行星轮架41上端连接于上主轴13，下端连接于行星轮42，主动轮44连接发电机5。

如图4所示：图4中的箭头表示传动箱中各个部件的转动方向，假设主动轮44方向如图4中的箭头所示，则其余部件的转动方向如箭头所示。

如图6所示：以四个上叶片11、且四个上叶片11等距对称均布为例，其中上叶片11与上幅盘横条12铰接点并非位于上叶片11端部的中点，上曲柄14优选平行于上叶片11，由于上行星支架17的中心点与上主轴13轴心的连线平行于上叶片11（上曲柄14），并且上连杆15平行于上幅盘横条12，因此能够形成一个平行四边形，如图6中的加粗虚线所示，由于上行星支架17与上主轴13的位置不发生变化，因此在上叶片11以上主轴13为中心转动的过程中，上叶片11自身并不发生转动且多个上叶片11始终保持平行。也就是说，上叶片11相对于上幅盘横条12的角度是始终不变的；同样，下叶片31相对于下幅盘横条32的角度也是始终不变的。

相对于现有技术，本实用新型的每个上叶片11均通过两根上幅盘横条12、一根上连杆15进行连接；同样，每个下叶片31也是通过两根下幅盘横条32、一根下连杆35进行固定。并且上幅盘横条12与上主轴13之间、下幅盘横条32与下主轴33还设有用于起到加强强度与刚性作用的中心幅盘8。即叶片通过双幅盘回转机构（包括中心辐盘、偏心辐盘）结合多联平行四杆机构（包括辐盘横条、曲柄、上连杆、偏心辐盘轴心与主轴轴心的连线）能够增强抗风、抗海流能力，提高稳定性。

本实用新型的上叶片11、下叶片31的结构（主要是截面轮廓）及安装方式以及风能发电组件1、潮流能发电组件3的被驱动原理均属于现有技术，在此不再展开分析。现有技术中的一些文献也有相关记载，如梁迎彬.直翼竖轴风力机构型与变桨控制研究[d].哈尔滨工程大学，2015。

在本实用新型的一些实施例中上叶片11、下叶片31的数量均为偶数，如2个或4个或6个，并且呈中心对称均布，需要说明的是，上叶片11、下叶片31的数量是可以不相等的。

发电机5通过皮带、链条或齿轮连接主动轮44。

工作时，风能发电组件1、潮流能发电组件3分别在风能与潮流能的作用转动。当两者中的任意一个停止转动时，另外一个发电组件都能够正常工作，当两者同时转动时，能够通过传动箱4将两者动力叠加，并将动力传递至发电机5。本实用新型能够利用行星齿轮转速耦合机构，实现风能和潮流能旋转轴转速的耦合，提升发电量。

叶片通过中心辐盘和偏心辐盘连接机构组成的双幅盘回转机构、依靠多联平行四杆机构能够增强叶片及其支撑梁的抗风和抗海流能力，提高整个发电平台的稳定性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。