一种适用于任意流速任何方向的自发电海洋监测浮标的制作方法

本发明涉及海洋环境监测技术领域，具体地讲，涉及一种适用于任意流速任何方向的自发电海洋监测浮标。

背景技术：

海洋环境监测是海洋开发与保护的重要手段，海洋环境状况及其变化趋势备受关注。海洋浮标是海洋环境监测的常用平台，是海洋监测仪器布放的载体。

大多数海洋浮标是由蓄电池供电进行工作的。但由于海洋浮标远离陆地，换电池不方便，现在有不少海洋浮标装备太阳能蓄电设备，有的还利用波能、太阳能蓄电，大大减少了换电池的次数，使海洋浮标更简便、经济。

洋流又称海流，海洋中除了由引潮力引起的潮汐运动外，海水沿一定途径的大规模流动。引起海流运动的因素主要动力是风，也可以是热盐效应造成的海水密度分布的不均匀性。前者表现为作用于海面的风应力，后者表现为海水中的水平气压强梯度力。加上地转偏向力的作用，便造成海水既有水平流动，又有垂直流动。其中盛行风是风海流的主要动力。由于海岸和海底的阻挡和摩擦作用，海流在近海岸和接近海底处的表现，和在开阔海洋上有很大的差别。

海洋水体中任意点的速度的大小和方向都显著变动的不稳定的紊乱流动，也称紊流或乱流。只有从外界不断向水体供应能量，才能维持湍流状态。湍流的一个重要特征是，它能使流体的动量和热量，以及所含的盐分等物质的扩散过程显著增强(比分子扩散过程强得多)，并导致能量从较大尺度的涡旋运动向较小尺度的涡旋运动转移。尽管湍流看上去杂乱无章，但它依然符合流体动力学方程──纳维－斯托克斯方程。但由于流体动力学方程是非线性的，至今仍得不到湍流运动问题的普遍解。最早对湍流研究作出重要贡献的是o.雷诺，他从欧拉的观点出发,将流体动力学中的纳维-斯托克斯方程进行时间平均处理,导出了流体的时间平均运动方程，引入了雷诺应力，并提出了湍流存在的判据──雷诺数。雷诺数等于流体的密度、流动的特征速度和特征长度三者的乘积同流体的运动粘度之比。当雷诺数等于零时，水体处于谐和运动状态(静止是其特殊状态)；当雷诺数很小时，水体处于层流状态，即处于稳定的、液层之间无明显的流体交换的规则状态；当雷诺数增大到某临界值之后，流体即从层流转变成湍流。1925年，l.普朗特提出了湍流运动的混合长度假说，得到冯·卡门等人的发展，后来这种理论被称作湍流的半经验混合长度理论。1921年，g.i.泰勒从拉格朗日观点出发，提出了用拉格朗日速度相关函数研究湍流的方法。到了60年代，a.h.科尔莫戈罗夫分析了欧拉速度相关函数，将它应用于湍流研究中。后来a.c.莫宁和a.m.亚格洛姆等人进一步发展了这种方法。用这两种方法建立起来的湍流理论，称为湍流统计理论。

海洋湍流的基本特征：在海洋中，无论湍流的尺度或强度，其铅直分量和水平分量通常都极不相同，所以一般都分别进行研究。产生这种差别的原因，首先是因为海洋的水平尺度比铅直尺度大得多，其次是由于海水密度铅直稳定分层的影响，铅直方向的湍流粘性系数一般为1～103厘米2/秒，而水平粘性系数却达到了105～108厘米2/秒，两者相差悬殊。

引起海洋铅直湍流的主要过程有：风应力对海洋表层的作用，海底对海流、特别是潮流的摩擦效应，以及因水平压力不均匀而导致的海流铅直切变。

引起水平湍流的主要因素有：作用于海洋表层的风应力在水平方向不均匀，海岸边界对海水的侧向摩擦效应，以及存在于海流内部或相邻的海流之间的水平流速切变。

海洋中的水平运动，大至大洋水平尺度范围的宏观环流运动，小至海水的分子热运动。大尺度的大洋环流直接从世界主要风系获得能量，通过湍流的作用，能量从尺度较大的运动向尺度较小的运动转移，最终传给分子运动而变为热能。

由于深海远海环境恶劣，时常遇到台风、暴雨等长时间恶劣天气，此时太阳能无法利用，同时在深海远海水流情况复杂，无法形成长时间稳定的潮汐、波浪，无法利用稳定的潮汐、波浪发电，此时需要一种能够利用多重方向湍流产生的能量发电的装置给浮标提供能源。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于任意流速任何方向的自发电海洋监测浮标，在深海远海遇到任意流速任何方向海流均能进行发电。

本发明采用如下技术方案实现发明目的：

一种适用于任意流速任何方向的自发电海洋监测浮标，包括主体，其特征是：所述主体周围设有间距相同的一组支撑臂，所述支撑臂为形状，所述支撑臂末端固定连接浮座，所述主体下端中心位置通过旋转分水轴连接密封端盖固定连接旋转分水轴，所述旋转分水轴下端通过轴承铰接连接旋转分水块，所述主体顶部中心设有信号标志灯。

作为本技术方案的进一步限定，所述主体为圆台体，重心在圆台下部。

作为本技术方案的进一步限定，所述旋转分水块4上设有呈15°到45°的两分水壁，两分水壁后端分别设有一组间距相同的铰接连接圈，每件所述铰接连接圈铰接连接铰接连接块，所述铰接连接块后端设有两只立向铰接吊耳，所述立向铰接吊耳通过铰接销铰接连接发电扇轮架，所述发电扇轮架上设有空槽，空槽内设有一组发电扇轮，每件所述发电扇轮通过发电扇轮轴间隔相同间距铰接连接在所述发电扇轮架上，所述发电扇轮轴所在位置两侧均设有位于所述发电扇轮架内部的发电线圈，所述发电线圈通过防水导线连接位于所述主体内的蓄电池，所述蓄电池通过导线连接所述信号标志灯。

作为本技术方案的进一步限定，所述发电扇轮轴固定连接发电扇轮叶，所述发电扇轮叶绕发电扇轮轴圆周阵列分布，每件所述发电扇轮轴上的所述发电扇轮叶数量为3到6件。

作为本技术方案的进一步限定，所述发电扇轮叶上设有凹槽，所述两分水壁外侧凹槽均朝向所述旋转分水块方向。

作为本技术方案的进一步限定，所述发电扇轮叶对应所述发电线圈处设有永磁体，所述永磁体密封设置于所述发电扇轮叶内部。

作为本技术方案的进一步限定，所述旋转分水块后端每对发电扇轮架之间连接弹簧，当每对所述发电扇轮架所呈角度与所述旋转分水块上两分水壁角度一致时，所述弹簧处于不受力状态。

作为本技术方案的进一步限定，所述发电扇轮架后端设有铰接轴孔，上下相邻两所述发电扇轮架通过两端分别铰接在其上的连接杆连接在一起。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：主体通过支撑臂连接浮座，浮座利用浮力保证主体在海面处于竖直状态，主体下方通过旋转分水轴连接密封端盖、旋转分水轴、轴承连接旋转分水块，当旋转分水块迎面为主要湍流时，在旋转分水块上面的两分水壁作用下湍流分为两股自两侧经过，根据空气动力学原理、流体力学原理经过分水壁后主要湍流的流速会大大增加，同时主要湍流的方向会转变，从不规则乱流改为沿着分水壁顺流而过，由于两分水壁外侧发电扇轮叶上凹槽均朝向旋转分水块方向，在该侧湍流带动下发电扇轮叶实现转动，发电扇轮叶上的永磁体随之转动，永磁体周围磁场发生变化，根据电磁感应定律，发电线圈内产生电流，实现发电。

当遇到大流量同方向洋流或海流时，旋转分水块通过轴承转动，迎面正对海流方向，发电扇轮架保持稳定状态，弹簧压缩，两发电扇轮架呈压缩状态，角度r2小于角度r1，此时实现高速发电。

当遇到斜向湍流时，旋转分水块迎面为主要湍流方向，两发电扇轮架分别顺应所处湍流在弹簧的作用下保证一定姿势，确保大多数湍流能量得到利用。

本发明可以适应水平、竖直乃至任何方向的湍流环境，充分利用任何方向的湍流进行发电，充分利用空气动力学原理、流体力学原理，利用湍流实现高效的发电。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的侧视图。

图3为本发明图2中ⅰ处的局部放大图。

图4为本发明图2中ⅱ处的局部放大图。

图5为本发明发电扇轮处的局部放大图。

图6为本发明迎面水流较小时的仰视图。

图7为本发明迎面水流较大时的仰视图。

图8为本发明受水平水流冲击时的仰视图。

图9为本发明受由下向上水流冲击时的侧视图。

图10为本发明受由不同方向水流冲击时的侧视图。

图11为本发明受由不同方向水流冲击时的立体图。

图中：1、主体，2、支撑臂，3、浮座，4、旋转分水块，41、铰接连接块，42、铰接连接圈，43、铰接销，44、立向铰接吊耳，45、发电扇轮架，5、发电扇轮，51、发电扇轮叶，52、发电扇轮轴，53、发电线圈，54、连接杆，55、铰接轴，6、防水导线，7、旋转分水轴连接密封端盖，8、旋转分水轴，9、轴承，10、信号标志灯，11、蓄电池，12、弹簧。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1-图11所示，本发明包括主体1，所述主体1周围设有间距相同的一组支撑臂2，所述支撑臂2为l形状，所述支撑臂2末端固定连接浮座3，所述主体1下端中心位置通过旋转分水轴连接密封端盖7固定连接旋转分水轴8，所述旋转分水轴8下端通过轴承9铰接连接旋转分水块4，所述主体1顶部中心设有信号标志灯10。

所述主体1为圆台体，重心在圆台下部。海洋监测设备、信号传输设备设置在主体内部。

所述旋转分水块4上设有呈15°到45°的两分水壁，两分水壁后端分别设有一组间距相同的铰接连接圈42，每件所述铰接连接圈42铰接连接铰接连接块41，所述铰接连接块41后端设有两只立向铰接吊耳44，所述立向铰接吊耳44通过铰接销43铰接连接发电扇轮架45，所述发电扇轮架45上设有空槽，空槽内设有一组发电扇轮5，每件所述发电扇轮5通过发电扇轮轴52间隔相同间距铰接连接在所述发电扇轮架45上，所述发电扇轮轴52所在位置两侧均设有位于所述发电扇轮架45内部的发电线圈53，所述发电线圈53通过防水导线6连接位于所述主体1内的蓄电池11，所述蓄电池11通过导线连接所述信号标志灯10。

所述发电扇轮轴52固定连接发电扇轮叶51，所述发电扇轮叶51绕发电扇轮轴52圆周阵列分布，每件所述发电扇轮轴52上的所述发电扇轮叶51数量为3到6件。

所述发电扇轮叶51上设有凹槽，所述两分水壁外侧凹槽均朝向所述旋转分水块4方向。

所述发电扇轮叶51对应所述发电线圈53处设有永磁体，所述永磁体密封设置于所述发电扇轮叶51内部。

所述旋转分水块4后端每对发电扇轮架45之间连接弹簧12，当每对所述发电扇轮架45所呈角度与所述旋转分水块4上两分水壁角度一致时，所述弹簧12处于不受力状态。

所述旋转是：所述发电扇轮架45后端设有铰接轴孔，上下相邻两所述发电扇轮架45通过两端分别铰接在其上的连接杆54连接在一起。

本发明的工作流程为：主体1通过支撑臂2连接浮座3，浮座3利用浮力保证主体1在海面处于竖直状态，主体1下方通过旋转分水轴连接密封端盖7、旋转分水轴8、轴承9连接旋转分水块4，当旋转分水块4迎面为主要湍流时，在旋转分水块4上面的两分水壁作用下湍流分为两股自两侧经过，根据空气动力学原理、流体力学原理经过分水壁后主要湍流的流速会大大增加，同时主要湍流的方向会转变，从不规则乱流改为沿着分水壁顺流而过，由于两分水壁外侧发电扇轮叶5上凹槽均朝向旋转分水块4方向，在该侧湍流带动下发电扇轮叶5实现转动，发电扇轮叶5上的永磁体随之转动，永磁体周围磁场发生变化，根据电磁感应定律，发电线圈53内产生电流，实现发电。

当遇到大流量同方向洋流或海流时，旋转分水块4通过轴承9转动，迎面正对海流方向，发电扇轮架45保持稳定状态，弹簧12压缩，两发电扇轮架45呈压缩状态，角度r2小于角度r1，此时实现高速发电。

当遇到斜向湍流时，旋转分水块4迎面为主要湍流方向，两发电扇轮架45分别顺应所处湍流在弹簧12的作用下保证一定姿势，确保大多数湍流能量得到利用。

以上公开的仅为本发明的一个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。