一种基于多机互补的集成化海流能发电装置

本技术属于海流发电，特别涉及一种基于多机互补的集成化海流能发电装置。

背景技术：

1、海流中包含巨大的可回收流体动能，海流能和流速的立方成正比。据相关理论推算，全世界蕴含的可回收海流能每年约为22000twh，而世界总年发电量为19000twh。显然，海流能是一种有巨大潜力的可再生资源，且海流速度稳定，具有较大的实际应用潜力。沿海区域具有丰富的海流能，年平均海流能估算功率约为1.4×107kw(122twh/年)。s型水轮机与流致振动装置是海流能收集利用的重要装置，s型水轮机为阻力型轮机，能量收集效率较高，但由于受到叶片尖速比的限制，在低流速环境下相比于流致振动装置自启动性差；而流致振动装置可适应低流速环境，但与s型水轮机相比效率较低。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种基于多机互补的集成化海流能发电装置，以解决s型水轮机受到叶片尖速比的限制，在低流速环境下相比于流致振动装置自启动性差，而流致振动装置可适应低流速环境，但与s型水轮机相比效率较低的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

3、一种基于多机互补的集成化海流能发电装置，包括底座、底座导向槽、水轮机和反相联动流致振动发电装置；底座导向槽设置在底座上，水轮机和反相联动流致振动发电装置均设置在底座导向槽内；反相联动流致振动发电装置用于通过水轮机产生流致振动进行发电。

4、反相联动流致振动发电装置包括流致振动振子、扭转弹簧、约束弹簧、柔性传动皮带和发电机；两个流致振动振子分别位于底座导向槽内侧两端处，扭转弹簧位于底座导向槽中心处；约束弹簧在底座导向槽内，一端连接流致振动振子，一端连接底座；柔性传动皮带一端连接流致振动振子，一端绕在扭转弹簧上，发电机与扭转弹簧通过轴连接。

5、进一步的，水轮机位于底座垂直于宽的对称轴上，底座导向槽垂直于水轮机所在对称轴设置。

6、进一步的，每个流致振动振子上设置有两个约束弹簧连接到底座。

7、进一步的，每个流致振动振子上设置有两个柔性传动皮带连接到扭转弹簧。

8、进一步的，水轮机的直径为d，底座长5d、宽4d；扭转弹簧直径0.5d，流致振动振子直径0.5d。

9、进一步的，扭转弹簧位于水轮机所在对称轴上，其中心距水轮机中心距离为2d；流致振动振子平衡位置在底座上的投影距水轮机所在对称轴距离为d。

10、进一步的，底座导向槽中心线与扭转弹簧相切，流致振动振子的运动方向始终垂直于水轮机所在对称轴。

11、进一步的，约束弹簧始终受压，柔性传动皮带在装置运行过程中始终受到拉力作用；柔性传动皮带自切点处与扭转弹簧接触后绕扭转弹簧半周，其一端与扭转弹簧相连接，接触长度为0.785d。

12、进一步的，水轮机为s型水轮机。

13、与现有技术相比，本实用新型有以下技术效果：

14、本实用新型s型水轮机在运行过程中会周期性地脱落旋涡，在尾流区形成涡街，旋涡内压力较低，有利于流致振动产生，利用这一特性可在s型水轮机尾流区与非尾流区交界处布置流致振动发电装置，从而提高流致振动发电装置的能量收集效率。且可利用尾流涡街的周期性特性，使两个流致振动振子始终相差半个周期反相运动，将两个反相运动的流致振动振子通过传动装置相联结，从而形成合力矩，减少系统所用电机数量。

技术特征：

1.一种基于多机互补的集成化海流能发电装置，其特征在于，包括底座(1)、底座导向槽(4)、水轮机(2)和反相联动流致振动发电装置(3)；底座导向槽(4)设置在底座(1)上，水轮机(2)和反相联动流致振动发电装置(3)均设置在底座导向槽(4)内；反相联动流致振动发电装置(3)用于通过水轮机(2)产生流致振动进行发电；

2.根据权利要求1所述的一种基于多机互补的集成化海流能发电装置，其特征在于，水轮机(2)位于底座(1)垂直于宽的对称轴上，底座导向槽(4)垂直于水轮机(2)所在对称轴设置。

3.根据权利要求1所述的一种基于多机互补的集成化海流能发电装置，其特征在于，每个流致振动振子(31)上设置有两个约束弹簧(33)连接到底座(1)。

4.根据权利要求1所述的一种基于多机互补的集成化海流能发电装置，其特征在于，每个流致振动振子(31)上设置有两个柔性传动皮带(34)连接到扭转弹簧(32)。

5.根据权利要求1所述的一种基于多机互补的集成化海流能发电装置，其特征在于，水轮机(2)的直径为d，底座(1)长5d、宽4d；扭转弹簧(32)直径0.5d，流致振动振子(31)直径0.5d。

6.根据权利要求1所述的一种基于多机互补的集成化海流能发电装置，其特征在于，扭转弹簧(32)位于水轮机(2)所在对称轴上，其中心距水轮机(2)中心距离为2d；流致振动振子(31)平衡位置在底座上的投影距水轮机(2)所在对称轴距离为d。

7.根据权利要求1所述的一种基于多机互补的集成化海流能发电装置，其特征在于，底座导向槽(4)中心线与扭转弹簧(32)相切，流致振动振子(31)的运动方向始终垂直于水轮机(2)所在对称轴。

8.根据权利要求1所述的一种基于多机互补的集成化海流能发电装置，其特征在于，约束弹簧(33)始终受压，柔性传动皮带(34)在装置运行过程中始终受到拉力作用；柔性传动皮带(34)自切点处与扭转弹簧(32)接触后绕扭转弹簧半周，其一端与扭转弹簧(32)相连接，接触长度为0.785d。

9.根据权利要求1所述的一种基于多机互补的集成化海流能发电装置，其特征在于，水轮机(2)为s型水轮机。

技术总结
一种基于多机互补的集成化海流能发电装置，包括底座、底座导向槽、水轮机和反相联动流致振动发电装置；底座导向槽设置在底座上，水轮机和反相联动流致振动发电装置均设置在底座导向槽内；反相联动流致振动发电装置用于通过水轮机产生流致振动进行发电。本技术S型水轮机在运行过程中会周期性地脱落旋涡，在尾流区形成涡街，旋涡内压力较低，有利于流致振动产生，利用这一特性可在S型水轮机尾流区与非尾流区交界处布置流致振动发电装置，从而提高流致振动发电装置的能量收集效率。

技术研发人员：陈雅楠,史锦康,郭朋华,杨昌全,傅玉蔚,周家逸
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：20230509
技术公布日：2024/1/15