一种深远海潜浮式海流能捕获装置

1.本发明属于海流发电技术领域，尤其是涉及一种深远海潜浮式海流能捕获装置。


背景技术：

2.随着工业化的发展，传统的化石能源的消耗给生态环境带来了很大压力，同时面对资源储量问题，新型能源的开发已成为紧迫的课题，海流能作为一种高效清洁能源，相比于波浪能更加稳定，相比于风能更为高效。
3.特别地，对于深远海浮标、潜标等仪器设备进行岸电供给存在较大困难，因此需要开发一种针对性的就地发电-储能-供电方案。
4.目前，现有的海流能发电装置主要分为水平轴发电装置与竖轴发电装置两种，竖轴发电装置相比水平轴发电装置的海流能捕获效率要低得多，且稳定性较差。且以往的海流能发电装置安装地点较为随意，并未对单向且稳定的季节性洋流进行利用；另外，现有装置未能对更大流速范围的海流进行利用，低流速情况下存在稳定性与发电效益不足的缺点。


技术实现要素：

5.针对现有海流能发电装置的不足，本发明要解决的问题是提供一种深远海潜浮式海流能捕获装置，以实现较大流速范围海流能的高效利用。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种深远海潜浮式海流能捕获装置，包括顶板浮箱，海流能捕获器，平衡稳定翼，底板蓄电系统，垂荡平衡机构和锚泊机构，所述顶板浮箱安装于海流能捕获器顶部，该顶板浮箱为整个装置提供浮力，该海流能捕获器实现对海流能进行捕获并转化为电能；所述平衡稳定翼安装于海流能捕获器两侧，该平衡稳定翼用于确保装置平衡；所述底板蓄电系统安装于海流能捕获器底部，该底板蓄电系统用于对海流能捕获器产生的电能进行存储，也可直接对需供电的装置进行供电；所述垂荡平衡机构安装于底板蓄电系统底部，该垂荡平衡机构用于保证垂向平衡与减少装置震动，所述锚泊机构围绕垂荡平衡机构设置，该锚泊机构安装端安装于底板蓄电系统外沿，该锚泊机构用于提供拉力，使整个装置受力达到平衡；所述海流能捕获器包括导流罩，涡轮机，传动装置，增速箱和发电机，所述涡轮机两侧安装有浮筒，该浮筒用于对海流能捕获器本身提供浮力，该涡轮机后方安装有传动装置，所述传动装置前端与涡轮机相连，该传动装置两侧与增速箱相连，将海流能转化为机械能，所述增速箱与发电机相连，通过发电机将机械能转化为电能，实现海流能到电能的转换；所述浮筒、增速箱和发电机均安装于涡轮机两侧的捕获器壳体内；
6.所述捕获器壳体前端设置有导流斜面，所述导流斜面位于涡轮机输入侧，所述导流罩对称铰接于导流斜面端部，该导流罩可闭合和打开，并通过支撑架进行支撑和位置固
定，以实现不同的导流效果，提高海流能捕获器的捕获效益。
7.进一步地，所述顶板浮箱和底板蓄电系统之间可安装一个或多个海流能捕获器，安装多个海流能捕获器时，所述海流能捕获器之间相互连接。多个海流能捕获器间可进行组装与拆卸，以满足不同需求。
8.进一步地，所述导流罩呈弧形设计，该导流罩打开后，导流罩与导流斜面实现两级导流。
9.进一步地，所述捕获器壳体顶部设置有连接柱，该捕获器壳体两侧对称设置有装翼口，所述装翼口用于安装平衡稳定翼；所述顶板浮箱和底板蓄电系统之间安装多个海流能捕获器时，所述连接柱用于海流能捕获器间的相互组装固定。
10.进一步地，所述垂荡平衡机构包括垂荡板，所述垂荡板通过撑杆与底板蓄电系统连接，该垂荡板呈三角形，可减少流体阻力；该垂荡板在整个装置上下晃动时提供阻力，同时提供重力，使整个装置重心靠下，利于整个装置的稳定。
11.进一步地，所述底板蓄电系统包括蓄电池，所述蓄电池通过电能传输线与海流能捕获器的发电机相连，海流能捕获器产生的电能通过电能传输线传输至蓄电池进行存储。
12.进一步地，所述锚泊机构包括锚组件，所述锚组件通过钢缆与底板蓄电系统边缘的内置锚机连接，可实现缩放。
13.进一步地，所述钢缆设置有四条。
14.进一步地，所述锚组件包括埋地抓力锚和吸力锚，迎流侧的钢缆与埋地抓力锚连接，通过埋地抓力锚可为整个装置提供水平拉力，用于抵消海流能迎流方向的冲击力，另外三方向的三条钢缆与吸力锚连接，通过吸力锚可为整个装置提供水平拉力与垂向拉力，钢缆提供的拉力与整个装置浮力和重力的合力相抵消，实现整体装置的平衡稳定。
15.由于采用上述技术方案，本发明的有益效果为：（1）本发明针对单向的季节性洋流，设计为单向海流能捕获，针对性强，海流能利用率高。
16.（2）本发明的海流能捕获器数量可根据实际需求与环境条件进行添加和拆卸，对各种海流环境具有较强的适应性，应用范围广。
17.（3）本发明的平衡稳定翼与垂荡板，可确保整体装置的稳定性，同时设置导流罩，可对经过的海流进行加速，在海流流速低的情况下也可使用，实现海流能的高效捕获。此外，导流斜面的设置可以辅助导流罩进一步地实现导流加速。
18.（4）本发明利用锚机对钢缆进行放缩，实现深度变化，根据实际环境对流速最大的海流也能进行利用。
19.（5）本发明安装四个方向的钢缆对整体装置进行系泊，迎流侧的埋地抓力锚可为整体装置提供水平拉力，以抵消海流平时对整体装置的迎流向作用力，另外三个方向的吸力锚可为整体装置提供垂向拉力与部分水平向拉力，用于平衡整体装置的浮力和重力，四方位的钢缆可充分保证装置的受力平衡。
20.综上所述，本发明通过海流能捕获器的涡轮机捕获海流能，然后转化为电能储存进蓄电系统；通过顶板浮箱及海流能捕获器内的浮筒提供浮力，通过锚泊机构提供的拉力与装置自身重力，使装置达成平衡，以达到捕获流速较高的中层，上层海流能量的目的；基于配备的导流罩的导流效果，可在海流流速较低时进行加速透平利用；安装的平衡稳定翼
与垂荡板，确保作业时装置的稳定性；海流能捕获器个数可根据实际需求进行增减，具有适应广泛，使用方便，结构简单的特点。
附图说明
21.下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：图1为本发明的结构示意图。
22.图2为本发明待安装时的结构示意图。
23.图3为本发明具有单一海流能捕获器的结构示意图。
24.图4为本发明海流能捕获器的结构示意图。
25.图5为本发明海流能捕获器的内部结构示意图。
26.图6为本发明的内部结构示意图。
27.图7为本发明传动装置的结构示意图。
28.图8为本发明支撑架的结构示意图。
29.图中：1、顶板浮箱；2、海流能捕获器；3、平衡稳定翼；4、底板蓄电系统；5、垂荡平衡机构；6、锚泊机构；7、导流罩；8、涡轮机；9、传动装置；10、增速箱；11、发电机；12、浮筒；13、连接柱；14、装翼口；15、支撑架；16、垂荡板；17、撑杆；18、电能传输线；19、蓄电池；20、锚机；21、钢缆；22、埋地抓力锚；23、吸力锚；24、主圆锥齿轮；25、主传动轴；26、第一圆锥齿轮；27、外壳；28、第二圆锥齿轮；29、从动传动轴；30、轴承；31、杆件；32、c型钢架；33、连接销；34、固定架；35、连接轴；36、通孔。
具体实施方式
30.如图1至图8所示，一种深远海潜浮式海流能捕获装置，包括顶板浮箱1，海流能捕获器2，平衡稳定翼3，底板蓄电系统4，垂荡平衡机构5和锚泊机构6。
31.顶板浮箱1安装于海流能捕获器2顶部，该顶板浮箱1为整个装置提供浮力，该海流能捕获器2实现对海流能进行捕获并转化为电能；平衡稳定翼3安装于海流能捕获器2两侧，该平衡稳定翼3用于确保装置平衡；底板蓄电系统4安装于海流能捕获器2底部，该底板蓄电系统4用于对海流能捕获器2产生的电能进行存储，也可直接对需供电的装置进行供电；垂荡平衡机构5安装于底板蓄电系统4底部，该垂荡平衡机构5用于保证垂向平衡与减少装置震动，锚泊机构6围绕垂荡平衡机构5设置，该锚泊机构6安装端安装于底板蓄电系统4外沿，该锚泊机构6用于提供拉力，使整个装置受力达到平衡。
32.其中，顶板浮箱1和底板蓄电系统4之间可安装一个或多个海流能捕获器2，安装多个海流能捕获器2时，海流能捕获器2之间相互连接。多个海流能捕获器2间可进行组装与拆卸，以满足不同需求，顶板浮箱1和底板蓄电系统4之间安装一个海流能捕获器2时如图3所示。如图4和图5所示，海流能捕获器2包括导流罩7，涡轮机8，传动装置9，增速箱10和发电机11，
33.涡轮机8两侧安装有浮筒12，该浮筒12用于对海流能捕获器2本身提供浮力，该涡轮机8后方安装有传动装置9，传动装置9前端与涡轮机8相连，该传动装置9两侧与增速箱10相连，将海流能转化为机械能，增速箱10与发电机11相连，通过发电机11将机械能转化为电能，实现海流能到电能的转换。
34.其中，浮筒12、增速箱10和发电机11均安装于涡轮机8两侧的捕获器壳体内。
35.其中，捕获器壳体前端设置有导流斜面，导流斜面位于涡轮机8输入侧，导流罩7对称铰接于导流斜面端部，该导流罩7可闭合和打开，并通过支撑架15进行支撑和位置固定，以实现不同的导流效果，提高海流能捕获器2的捕获效益。
36.其中，导流罩7呈弧形设计，该导流罩7打开后，导流罩7与导流斜面实现两级导流。
37.其中，捕获器壳体顶部设置有连接柱13，该捕获器壳体两侧对称设置有装翼口14，连接柱13用于海流能捕获器2间相互组装固定，装翼口14用于安装平衡稳定翼3。
38.其中，如图7所示，传动装置9包括外壳27，外壳27内安装有主圆锥齿轮24，主圆锥齿轮24通过主传动轴25与涡轮机8相连，该主圆锥齿轮24上啮合有第一圆锥齿轮26和第二圆锥齿轮28，呈直角传动，第一圆锥齿轮26和第二圆锥齿轮28对称设置，该第一圆锥齿轮26和第二圆锥齿轮28通过从动传动轴29分别与增速箱10相连，主传动轴25和从动传动轴29与外壳27之间均设置有轴承30。
39.其中，如图8所示，支撑架15包括杆件31和c型钢架32，杆件31和c型钢架32通过连接销33铰接设置，该杆件31端部铰接有固定架34，该杆件31通过固定架34与导流罩7相连；c型钢架32端部铰接有固定架34，该c型钢架32通过固定架34与捕获器壳体相连，杆件31和c型钢架32分别通过连接轴35与固定架34相连。连接销33内安装有弹簧，c型钢架32上设置有若干通孔36，通孔36与连接销33配合设置，通过按压连接销33两端可实现连接c型钢架32上的各个通孔36，进而实现c型钢架32与杆件31的总长度变化，实现导流罩7的不同固定需求。
40.如图6所示，垂荡平衡机构5包括垂荡板16，垂荡板16通过撑杆17与底板蓄电系统4连接，该垂荡板16呈三角形，可减少流体阻力；该垂荡板16在整个装置上下晃动时提供阻力，同时提供重力，使整个装置重心靠下，利于整个装置的稳定。
41.底板蓄电系统4包括蓄电池19，蓄电池19通过电能传输线18与海流能捕获器2的发电机11相连，海流能捕获器2产生的电能通过电能传输线18传输至蓄电池19进行存储。
42.锚泊机构6包括锚组件，锚组件通过钢缆21与底板蓄电系统4边缘的内置锚机20连接，可实现缩放，本实施例中，钢缆21设置有四条。锚组件包括埋地抓力锚22和吸力锚23，迎流侧的钢缆21与埋地抓力锚22连接，通过埋地抓力锚22可为整个装置提供水平拉力，用于抵消海流能迎流方向的冲击力，另外三方向的钢缆21与吸力锚23连接，通过吸力锚23可为整个装置提供水平拉力与垂向拉力，钢缆21提供的拉力与整个装置浮力和重力的合力相抵消，实现整体装置的平衡稳定。为了结构的清楚表达，图示钢缆21的长度较短，应根据实际需求进行长度布置。
43.安装时，选取合适的单向海流区域，在待安装的装置，如图2所示，将本捕获装置放置于海床，启用锚机20释放钢缆21，通过埋地抓力锚22和吸力锚23对捕获装置进行固定，打开导流罩7并施放垂荡板16，之后启用顶板浮箱1，通过内置潜水泵排水使捕获装置上浮，并调节钢缆21长度使捕获装置停留在合适的深度。
44.以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，
不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

技术特征：
1.一种深远海潜浮式海流能捕获装置，其特征在于：包括顶板浮箱，海流能捕获器，平衡稳定翼，底板蓄电系统，垂荡平衡机构和锚泊机构，所述顶板浮箱安装于海流能捕获器顶部，所述平衡稳定翼安装于海流能捕获器两侧，所述底板蓄电系统安装于海流能捕获器底部，所述垂荡平衡机构安装于底板蓄电系统底部，所述锚泊机构围绕垂荡平衡机构设置，该锚泊机构安装端安装于底板蓄电系统外沿；所述海流能捕获器包括导流罩，涡轮机，传动装置，增速箱和发电机，所述涡轮机两侧安装有浮筒，该涡轮机后方安装有传动装置，所述传动装置前端与涡轮机相连，该传动装置两侧与增速箱相连，所述增速箱与发电机相连；所述浮筒、增速箱和发电机均安装于涡轮机两侧的捕获器壳体内；所述捕获器壳体前端设置有导流斜面，所述导流斜面位于涡轮机输入侧，所述导流罩对称铰接于导流斜面端部，通过支撑架进行支撑和位置固定。2.根据权利要求1所述的深远海潜浮式海流能捕获装置，其特征在于：所述顶板浮箱和底板蓄电系统之间安装一个或多个海流能捕获器。3.根据权利要求1所述的深远海潜浮式海流能捕获装置，其特征在于：所述导流罩呈弧形。4.根据权利要求2所述的深远海潜浮式海流能捕获装置，其特征在于：所述捕获器壳体顶部设置有连接柱，该捕获器壳体两侧对称设置有装翼口，所述装翼口用于安装平衡稳定翼；所述顶板浮箱和底板蓄电系统之间安装多个海流能捕获器时，所述连接柱用于海流能捕获器间的相互组装固定。5.根据权利要求1所述的深远海潜浮式海流能捕获装置，其特征在于：所述垂荡平衡机构包括垂荡板，所述垂荡板通过撑杆与底板蓄电系统连接，该垂荡板呈三角形。6.根据权利要求1所述的深远海潜浮式海流能捕获装置，其特征在于：所述底板蓄电系统包括蓄电池，所述蓄电池通过电能传输线与海流能捕获器的发电机相连，海流能捕获器产生的电能通过电能传输线传输至蓄电池进行存储。7.根据权利要求1所述的深远海潜浮式海流能捕获装置，其特征在于：所述锚泊机构包括锚组件，所述锚组件通过钢缆与底板蓄电系统边缘的内置锚机连接。8.根据权利要求7所述的深远海潜浮式海流能捕获装置，其特征在于：所述钢缆设置有四条。9.根据权利要求8所述的深远海潜浮式海流能捕获装置，其特征在于：所述锚组件包括埋地抓力锚和吸力锚，迎流侧的钢缆与埋地抓力锚连接，另外的三条钢缆与吸力锚连接。

技术总结
本发明提供一种深远海潜浮式海流能捕获装置，属于海流发电技术领域，包括顶板浮箱，海流能捕获器，平衡稳定翼，底板蓄电系统，垂荡平衡机构和锚泊机构，顶板浮箱安装于海流能捕获器顶部，为整个装置提供浮力；海流能捕获器实现对海流能进行捕获并转化为电能；平衡稳定翼安装于海流能捕获器两侧，用于确保装置平衡；底板蓄电系统安装于海流能捕获器底部，用于对海流能捕获器产生的电能进行存储，也可直接供电；垂荡平衡机构安装于底板蓄电系统底部，用于保证垂向平衡与减少装置震动；锚泊机构围绕垂荡平衡机构设置，用于提供拉力，使整个装置受力达到平衡；海流能捕获器个数可根据实际需求进行增减，具有适应广泛，使用方便，结构简单的特点。的特点。的特点。


技术研发人员：李振眠 吴金钊 余杨 段庆昊 余建星
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.07.18
技术公布日：2023/9/23