一种带海底压缩空气储能的海上风力发电装置的制作方法

本发明涉及风力发电设备技术领域，具体为一种带海底压缩空气储能的海上风力发电装置。

背景技术：

风力发电是可再生能源发电技术，近年来，深受重视。由于风能的稳定性差，风力发电机组的功率由风速大小决定。当风力过大，电网输送超过负荷，只能限电弃风，这就造成了风资源的浪费。因此促进了海上风力发电技术的发展，由于海上风速大，且没有障碍物影响，风速风向更稳定，开发价值极大。

但是海上风力发电装置多会受到海浪的波动影响，造成装置整体发生摇晃，很大程度上降低了发电机组的工作效率。另外，海底固定组件也会对海洋生态动物的行动路线造成一定影响，甚至会发生碰撞，不仅危害海洋生物的安全，也破坏了发电装置的稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种带海底压缩空气储能的海上风力发电装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种带海底压缩空气储能的海上风力发电装置，包括支撑杆、机壳、锚链、旋转叶轮、发电机组、偏航调节组件、升降机构、漂浮物收集机构和防撞保护机构。支撑杆以竖直方向设置，支撑杆的一端与机壳相连，支撑杆的另一端分别与锚链固定相接，锚链远离支撑杆的一端分别与海底地面固定连接。锚链用于维持海上风力发电装置的整体稳定性。旋转叶轮与机壳的一侧转动连接，是海上风力发电装置的基础部件。发电机组位于机壳内部，旨在实现风能与电能的转换。偏航调节组件位于机壳与支撑杆的衔接处，可使得旋转叶轮始终对准风口，以此保证海上风力发电装置的风能的最大转换率。升降机构的一端与机壳远离旋转叶轮的一侧相连，升降机构的另一端穿设于支撑杆远离机壳的一端。升降机构设置的目的在于根据自然界风力的大小，来调节海上风力发电装置位于海平面以上的高度，以此来确保海上风力发电装置的整体稳定性。具体地，当风力大且浪很大时，升降机构作用于海上风力发电装置的下降，以此减缓风力以及海浪对其的冲击力，保证其整体稳定性；风力小且浪小时，不需要特别维持海上风力发电装置的稳定性，此时升降机构作用于海上风力发电装置的上升，避开可能存在的障碍物，来获取更多的风能，保证发电机组的工作效率。漂浮物收集机构穿设于支撑杆中部，设置的目的在于利用波浪运动对机构产生的冲击力转化为吸力，从而实现对海平面的漂浮物统一收集的作用。防撞保护机构的一端贯穿于升降机构内部，防撞保护机构的另一端沿锚链向海底地面方向延伸，设置的目的在于：一是防止海洋生物碰撞，危害海洋生物的安全；二是对海洋生物与锚链的碰撞实现缓冲作用，保证海上风力发电装置的整体稳定性。发电机组、偏航调节组件、升降机构和防撞保护机构之间电连接。

进一步的，所述升降机构包括储气腔室、回风机、第一气管、浮力气囊和第二气管。储气腔室设于机壳远离旋转叶轮的一侧，用于升降机构内部空气的定量储存。回风机位于储气腔室的下端，回风机的作用端分别与储气腔室、第一气管连通，旨在实现升降机构内部的空气流通，从而达到对海上风力发电装置的升降目的。浮力气囊环绕穿设于支撑杆的下端，利用气囊内部空气量的大小，改变其产生的浮力，从而实现升降机构的作用。第一气管远离回风机的一端与浮力气囊相连通，第二气管的一端与储气腔室相连通，第二气管的另一端与浮力气囊相连通。回风机与发电机组电连接。

进一步的，所述第二气管与储气腔室衔接处设有阀门，旨在控制储气腔室内部与第二气管之间的空气流通，使得升降机构对海上风力发电装置起到升降作用。

进一步的，所述漂浮收集机构包括收集箱体、橡胶块、连杆、活动板、转轮和牵引链。收集箱体中轴线处中空，收集箱体穿设于支撑杆上，是漂浮物收集储存的主要部件。活动板以竖直方向设于收集箱体的两侧，收集箱体与活动板相对的两侧分别设有吸入口，连杆以水平方向设于收集箱体的两侧，连杆的两端分别与活动板固定连接。通过波浪对活动板的冲击力，可使得活动板连同连杆整体发生位移。橡胶块的一端与活动板固定连接，橡胶块的另一端与收集箱体固定连接。利用橡胶块的弹性特征，对海水产生一定的吸力，从而将海平面的漂浮物吸至漂浮物收集机构的内部，实现统一收集作用。转轮依次转接于收集箱体的一侧，活动板上设有圆孔，牵引链的一端通过圆孔与活动板相连接，牵引链的另一端经由转轮与橡胶块的中心处连接。由于活动板的位移运动，以及转轮的胀紧作用，牵引链对橡胶块产生向下拉力，使橡胶块向中心下凹变形，从而产生一定的吸力，实现海平面漂浮物的收集。

进一步的，所述防撞保护机构包括保护管道、传输管道和空气压缩机。支撑杆位于机壳与收集箱体之间段设有迎风口，用于收集旋转叶轮以下支撑杆部位所接收到的风，实现风能的最大利用率。支撑杆处于收集箱体内部的上段集中设有若干通孔，空气压缩机位于迎风口与通孔之间，空气压缩机固定于支撑杆内部。空气压缩机可将迎风口收集起来的风进行压缩，并由通孔传递至支撑杆外部实现作用。传输管道的一端与收集箱体内腔相连通，传输管道的另一端与保护管道相连通，起到传输漂浮物的作用。保护管道包裹环绕于锚链的外侧，漂浮物由传输管传递保护管道，对锚链外侧起到包裹作用，设置的目的在于：一是防止海洋生物碰撞，危害海洋生物的安全；二是对海洋生物与锚链的碰撞实现缓冲作用，保证海上风力发电装置的整体稳定性。空气压缩机与发电机组之间电连接。

进一步的，所述活动板背离收集箱体的一侧为弧形，设置的目的在于可充分利用各方位波浪产生的冲击力，达到最佳的漂浮物收集效果。

进一步的，所述支撑杆与收集箱体相连的两端转动连接有齿圈，收集箱体对应以圆周设有若干凸块，齿圈与凸块啮合连接，设置的目的在于：一是实现支撑杆与收集箱体之间的连接关系，二是通过收集箱体与支撑杆之间的转动，可保证收集箱体始终对准海浪冲击的相对面，将波浪能最大化实现利用。

进一步的，所述收集箱体由内部向外延伸有排水管，排水管远离收集箱体的一端与支撑杆固定连接，设置的目的在于将漂浮物所附带的水分排出收集箱体外部，以此保证后续漂浮物运输的流畅性。

进一步的，所述收集箱体的外侧壁上对应设有水平方向的滑槽，连杆穿过滑槽分别与活动板的内侧相连，设置的目的在于：一是实现收集箱体与活动板之间的连接关系；二是限定活动板的位移路径，以及保证活动板运动的顺畅性。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明带海底压缩空气储能的海上风力发电装置

1、升降机构设置的目的在于根据自然界风力的大小，来调节海上风力发电装置位于海平面以上的高度，以此来确保海上风力发电装置的整体稳定性。具体地，当风力大且浪很大时，升降机构作用于海上风力发电装置的下降，以此减缓风力以及海浪对其的冲击力，保证其整体稳定性；风力小且浪小时，不需要特别维持海上风力发电装置的稳定性，此时升降机构作用于海上风力发电装置的上升，避开可能存在的障碍物，来获取更多的风能，保证发电机组的工作效率。

2、漂浮物收集机构设置的目的在于利用波浪运动对活动板产生的冲击力，利用橡胶块的弹性特征转化为吸力，从而将海平面的漂浮物吸至漂浮物收集机构的内部，实现统一收集作用。

3、防撞保护机构设置的目的在于：一是可将旋转叶轮以下支撑杆部位所接收到的风收集起来，从而实现风能的最大利用率；二是防止海洋生物碰撞，危害海洋生物的安全；三是对海洋生物与锚链的碰撞实现缓冲作用，保证海上风力发电装置的整体稳定性。

4、支撑杆与收集箱体转动啮合连接，设置的目的在于：一是实现支撑杆与收集箱体之间的连接关系，二是通过收集箱体与支撑杆之间的转动，可保证收集箱体始终对准海浪冲击的相对面，将波浪能最大化实现利用。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明带海底压缩空气储能的海上风力发电装置的整体结构的主视图；

图2是本发明带海底压缩空气储能的海上风力发电装置的局部结构的侧视放大图；

图3是本发明带海底压缩空气储能的海上风力发电装置的漂浮物收集机构的结构示意图；

图4是图3的局部结构的放大示意图图一；

图5是图3的局部结构的放大示意图图二；

图6是本发明带海底压缩空气储能的海上风力发电装置的局部连接关系示意图；

图7是图6的局部结构的放大示意图；

图8是本发明带海底压缩空气储能的海上风力发电装置的防撞保护机构的结构示意图；

图中：1、支撑杆，11、齿圈，12、迎风口，13、通孔；2、机壳；3、锚链；4、旋转叶轮；5、发电机组；6、偏航调节组件；7、升降机构，71、储气腔室，72、回风机，73、第一气管，74、浮力气囊，75、第二气管，76、阀门；8、漂浮物收集机构，81、收集箱体，811、凸块，812、排水管，813、滑槽，814、吸入口，82、活动板，821、圆孔，83、连杆，84、橡胶块，85、转轮，86、牵引链；9、防撞保护机构，91、空气压缩机，92、传输管道，93、保护管道。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8，本发明提供技术方案：一种带海底压缩空气储能的海上风力发电装置,包括支撑杆1、机壳2、锚链3、旋转叶轮4、发电机组5、偏航调节组件6、升降机构7、漂浮物收集机构8和防撞保护机构9，支撑杆1以竖直方向设置，支撑杆1的一端与机壳2相连，支撑杆1的另一端分别与锚链3固定相接，锚链3远离支撑杆1的一端分别与海底地面固定连接，旋转叶轮4与机壳2的一侧转动连接，发电机组5位于机壳2内部，偏航调节组件6位于机壳2与支撑杆1的衔接处，升降机构7的一端与机壳2远离旋转叶轮4的一侧相连，升降机构7的另一端穿设于支撑杆1远离机壳2的一端，漂浮物收集机构8穿设于支撑杆1中部，防撞保护机构9的一端贯穿于升降机构7内部，防撞保护机构9的另一端沿锚链3向海底地面方向延伸，发电机组5、偏航调节组件6、升降机构7和防撞保护机构9之间电连接。

海上的风带动旋转叶轮4运动，发电机组5将风能转化为电能；当风向发生偏转，偏航调节组件6会及时作出调整，使得旋转叶轮4始终对准风口，以此保证风能的最大转化率以及发电机组5的输出功率；

启动升降机构7，当风力很大，且海浪很大时，作用于支撑杆1以至整个海上风力发电装置的下降，以此减缓风力以及海浪对其的冲击力，保证其整体稳定性；风力小且浪小时，不需要特别维持海上风力发电装置的稳定性，此时升降机构7作用于支撑杆1以至整个海上风力发电装置的上升，避开可能存在的障碍物，来获取更多的风能，保证发电机组5的工作效率；

启动漂浮物收集机构8，当海上风浪很大时，利用海浪对漂浮物收集机构8的侧面产生的冲击力，使得漂浮物收集机构8与支撑杆1产生相对位移，从而对海平面漂浮物产生吸力，并吸入其内部；同时由于海浪所产生的不规则运动，漂浮物收集机构8的两侧依次受到冲击力而实现水平往复直线运动，从而对漂浮物产生压缩作用，将其所附带的水分挤压分离出来；

启动防撞保护机构9，将旋转叶轮4以下海平面以上的支撑杆1部位所接收到的风收集起来并实现压缩，对漂浮收集机构8内部已经去除水分的漂浮物施加压力，从而使其沿锚链3运动，对锚链3实现包裹作用，达到防撞保护目的。

升降机构7包括储气腔室71、回风机72、第一气管73、浮力气囊74和第二气管75，储气腔室71设于机壳2远离旋转叶轮4的一侧，回风机72位于储气腔室71的下端，回风机72的作用端分别与储气腔室71、第一气管73连通，浮力气囊74环绕穿设于支撑杆1的下端，第一气管73远离回风机72的一端与浮力气囊74相连通，第二气管75的一端与储气腔室71相连通，第二气管75的另一端与浮力气囊74相连通；回风机72与发电机组5电连接。

启动升降机构7，当风力很大，且海浪很大时，回风机72开始工作，通过第一气管73将浮力气囊74内部的空气回收至储气腔室71，使得浮力气囊74内部气量减少，对支撑杆1产生的浮力减小，支撑杆1以至整个海上风力发电装置由此下降，以此减缓风力以及海浪对海上风力发电装置的冲击力，保证其整体稳定性；

风力小且浪小时，不需要特别维持海上风力发电装置的稳定性，通过第二气管75将储气腔室71内部的空气传输至浮力气囊74内部，使得浮力气囊74内部气量增多，支撑杆1产生的浮力增大，支撑杆1以至整个海上风力发电装置由此上升，避开可能存在的障碍物，来获取更多的风能，保证发电机组5的工作效率。

第二气管75与储气腔室71衔接处设有阀门76，旨在控制储气腔室71内部与第二气管75之间的空气流通，使得升降机构7对海上风力发电装置起到升降作用。

漂浮收集机构8包括收集箱体81、活动板82、连杆83、橡胶块84、转轮85和牵引链86，收集箱体81中轴线处中空，收集箱体81穿设于支撑杆1上，活动板82以竖直方向设于收集箱体81的两侧，收集箱体81与活动板82相对的两侧分别设有吸入口814，连杆83以水平方向设于收集箱体81的两侧，连杆83的两端分别与活动板82固定连接，橡胶块84的一端与活动板82固定连接，橡胶块84的另一端与收集箱体81固定连接，转轮85依次转接于收集箱体81的一侧，活动板82上设有圆孔821，牵引链86的一端通过圆孔821与活动板82相连接，牵引链86的另一端经由转轮85与橡胶块84的中心处连接。

启动漂浮物收集机构8，当海上风浪很大时，海浪对活动板82的侧面所产生的冲击力，使得活动板82连同连杆83与支撑杆1产生相对位移，牵引链85跟随活动板82运动，在转轮85的胀紧作用下，牵引链86对橡胶块84产生向下拉力，使橡胶块84向中心下凹变形，从而产生一定的吸力，将海平面漂浮物由吸入口814吸入并进入收集箱体81内部；同时由于海浪所产生的不规则运动，两侧的活动板82依次受到冲击力而实现活动板82的水平往复直线运动，对收集箱体81产生压缩作用，从而将漂浮物所附带的水分挤压并分离出来。

防撞保护机构9包括空气压缩机91、传输管道92和保护管道93，支撑杆1位于机壳2与收集箱体81之间段设有迎风口12，支撑杆1处于收集箱体81内部的上段集中设有若干通孔13，空气压缩机91位于迎风口12与通孔13之间，空气压缩机91固定于支撑杆1内部，传输管道92的一端与收集箱体81内腔相连通，传输管道92的另一端与保护管道93相连通，保护管道93包裹环绕于锚链3的外侧；空气压缩机91与发电机组5之间电连接。

启动防撞保护机构9，将旋转叶轮4以下海平面以上的支撑杆1部位所接收到的风通入迎风口12，并由空气压缩机91实现压缩作用，后由通孔13排出，对漂浮收集机构8内部已经去除水分的漂浮物施加压力，从而使漂浮物由收集箱体81进入传输管道92，再由传输管道92分别进入保护管道93，从而对锚链3实现包裹作用，达到防撞保护目的。

活动板82背离收集箱体81的一侧为弧形，设置的目的在于可充分利用各方位波浪产生的冲击力，达到最佳的漂浮物收集效果。

支撑杆1与收集箱体81相连的两端转动连接有齿圈11，收集箱体81对应以圆周设有若干凸块811，齿圈11与凸块811啮合连接，设置的目的在于：一是实现支撑杆1与收集箱体81之间的连接关系，二是通过收集箱体81与支撑杆1之间的转动，可保证收集箱体81始终对准海浪冲击的相对面，将波浪能最大化实现利用。

收集箱体81的顶端向外延伸有排水管812，设置的目的在于将漂浮物所附带的水分排出收集箱体81外部，以此保证后续漂浮物运输的流畅性。

收集箱体81的外侧壁上对应设有水平方向的滑槽813，连杆83穿过滑槽813分别与活动板82的内侧相连，设置的目的在于：一是实现收集箱体81与活动板82之间的连接关系；二是限定活动板82的位移路径，以及保证活动板82运动的顺畅性。

本发明的工作原理：1、海上的风带动旋转叶轮4运动，发电机组5将风能转化为电能；当风向发生偏转，偏航调节组件6会及时作出调整，使得旋转叶轮4始终对准风口，以此保证风能的最大转化率以及发电机组5的输出功率；

2、启动升降机构7，当风力很大，且海浪很大时，回风机72开始工作，通过第一气管73将浮力气囊74内部的空气回收至储气腔室71，使得浮力气囊74内部气量减少，支撑杆1产生的浮力减小，支撑杆1以至整个海上风力发电装置由此下降，以此减缓风力以及海浪对海上风力发电装置的冲击力，保证其整体稳定性；

风力小且浪小时，不需要特别维持海上风力发电装置的稳定性，打开阀门76，通过第二气管75将储气腔室71内部的空气传输至浮力气囊74内部，使得浮力气囊74内部气量增多，对支撑杆1产生的浮力增大，支撑杆1以至整个海上风力发电装置由此上升，避开可能存在的障碍物，来获取更多的风能，保证发电机组5的工作效率；

3、启动漂浮物收集机构8，当海上风浪很大时，海浪对活动板82的侧面所产生的冲击力，连杆83与滑槽813产生相对滑动，使得活动板82与支撑杆1产生相对位移，牵引链85跟随活动板82运动，在转轮85的胀紧作用下，牵引链86对橡胶块84产生向下拉力，使橡胶块84向中心下凹变形，从而产生一定的吸力，将海平面漂浮物由吸入口814吸入并进入收集箱体81内部；同时由于海浪所产生的不规则运动，两侧的活动板82依次受到冲击力而实现活动板82的水平往复直线运动，对收集箱体81产生压缩作用，从而将漂浮物所附带的水分挤压并由排水管812分离出来；

当风向带动海浪运动方向发生偏转，活动板82连同连杆83产生转动，连杆83带动收集箱体81转动，凸块811与齿圈11啮合，使得齿圈11与支撑杆1相对转动，保证活动板82的弧形面始终与海浪运动方向垂直，以此将海浪产生的波浪能最大化利用；

4、启动防撞保护机构9，将旋转叶轮4以下海平面以上的支撑杆1部位所接收到的风通入迎风口12，并由空气压缩机91实现压缩作用，后由通孔13排出，对漂浮收集机构8内部漂浮物施加压力，再次将漂浮物所附带的水分挤压并由排水管812分离，同时使已经去除水分的漂浮物由收集箱体81进入传输管道92，再由传输管道92分别进入保护管道93，从而对锚链3实现包裹作用，达到防撞保护目的。

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。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。