本发明专利技术提出了一种在水下悬浮状态的涡激振动发电装置，本发明专利技术巧妙地与潜标相结合，当海流流过装置圆柱作用体时会产生涡激振动，进而使得圆柱作用体沿导轨来回移动，从而带动齿条与齿轮啮合传动产生电能，产生的电能可以直接传输给潜标，使潜标具备长时间工作的电力，装置还可以自适应于海流方向进行位置调整，从而提高了对海流能转化效率。此外，本装置可以嫁接在潜标缆绳的任何深度位置，也可以在多个不同深度缆绳的位置分别嫁接一组装置，产生的电能可直接传输给就近缆绳所安装的设备，此外，装置产生的电能还可以储存起来为途经的潜水器或水下航行器供电。水器或水下航行器供电。
【技术实现步骤摘要】
一种在水下悬浮状态的涡激振动发电装置
[0001]本专利技术属于海洋再生能源开发与利用
，具体涉及一种在水下悬浮状态的涡激振动发电装置。
技术介绍
[0002]潜标是一种依靠缆绳与海底锚体相连并悬浮在海水中，是为了检测海水立体空间的海洋数据，通过在不同海水深度的缆绳位置安装水声、水压、水温、水质等检测设备来完成相应任务的装备。潜标通常要长期锚定在水下几百米甚至上千米深度的海域，安装的这些设备均需要电力来维持工作，这些设备的电力来源于潜标自带的电池，但电池受体积、质量、造价等因素的限制，因此潜标电池的容量有限，通常潜标在水下工作时间为8个月到20个月，当自带电池的电能耗尽后，那么潜标上携带的这些设备就会因电能耗尽而无法正常工作，由于潜标的投放成本非常高，因电池无法持续供电将会造成极大的损失。因此，关于如何使潜标具备长时间工作的电能，是当前急需解决的难题之一。
[0003]众所周知，在海洋中存在着多种可再生能源，像海流能、波浪能、潮汐能等。其中波浪能在水下近海面海域最为丰富，当水深超过10米后，海水的波动速度较慢，波浪产生的效果较小。另外，潮汐能的能量仅作用于海水表面区域。所以对于锚定在水底几百米甚至上千米的潜标而言，波浪能和潮汐能很难利用。而海流能是一种长期活跃于水下，在任何深度位置都存在的可再生能源，当潜标投放到特定海域后，时刻受海流作用，所以潜标利用海流能有着得天独厚的优势。
[0004]如专利号为CN 107733285 A的中国专利公开了一种用于水下全向位涡激振动发电装置，该装置利用圆柱杆的涡激振动效应来捕获潮流的动能，采用四个周向均匀分布的压电陶瓷通过圆柱杆挤压进行发电，当海流方向与四个周向方向平行时，此时圆柱杆对压电陶瓷是正向挤压，装置实现最优化发电效果，但实际上海流方向是具有不定向性，所以在大多数情况下，海流方向总是与压电陶瓷的正向挤压方向存在夹角，也即是圆柱杆的分力对压电陶瓷产生挤压作用，这个分力要比正向挤压力小，所以该装置对海流的利用率较低；如专利号为CN107834903A的中国专利公开了一种用于水下系留平台的涡激振动发电装置，该装置利用海流通过系留平台产生的交替旋涡，进而作用于轻质平板对压电陶瓷进行挤压发电，当海流方向平行于轻质平板时，装置实现最优化发电效果，但在大多数情况下，海流方向总是不平行于轻质平板，该装置也无法随海流方向变化而进行位置调整，所以，该装置对海流的利用率较低。诸如此类专利，目前都是提出将装置定点固定在海底进行能量回收，若将此类装置为各个不同水深段的检测设备进行供电，那么首先要解决电力长距离输送的问题，由于海底的工况条件比较复杂，对电缆要求特别高，所以解决起来非常困难，此外，对于深海而言，由于深海海底的水压很高，所以这对装置的抗压要求特别高，因此将装置安装在海底的这种方法存在突出的弊端，实施起来有明显的短板。
[0005]针对上述问题，提出一种在水下悬浮状态的涡激振动发电装置，该装置与潜标进行巧妙结合，可以嫁接在潜标缆绳的任何深度位置，另外，该装置可以根据海流方向进行位
置调整，相比于现有的其它专利技术装置，该装置的能量转化率和实际应用价值更高。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是针对上述提到的问题，提出一种在水下悬浮状态的涡激振动发电装置，本装置巧妙地与海洋潜标相结合，可以嫁接在潜标缆绳的任何深度位置，装置悬浮在水下，一端通过上部缆绳连接海洋潜标，另一端通过下部缆绳连接水底锚体，当海流流过装置的圆柱作用体时会产生涡激振动，出现交替作用的旋涡，进而使得圆柱作用体沿垂直于海流的方向来回移动，最终通过齿轮与齿条啮合传动产生电能。
[0007]本专利技术装置包括：上底座、下底座、支架、导轨连接板、导轨、圆柱作用体、上滑块、下滑块、发电机、轴封、齿轮、齿条、弹簧、上充气浮体、上阻尼板、上尾流板、下充气浮体、下阻尼板、下尾流板、转扣和转槽。
[0008]本装置的框架是由上底座和下底座通过三组支架连接组成；所述上底座和下底座均是具有一定厚度的圆柱体，上底座的厚度要大于下底座的厚度，上、下底座的直径相等且同轴心；所述支架有三组，均是采用轻质材料制成的圆杆，三组支架在上、下底座之间均匀分布且与底座外边缘相切。
[0009]所述导轨连接板共四个，其中两个导轨连接板相对安装在上底座的下平面边缘处，另外两个导轨连接板相对安装在下底座的上平面边缘处；所述导轨为圆柱杆，共有两个，一个固定在上底座的两个导轨连接板之间，另一个固定在下底座的两个导轨连接板之间。
[0010]所述发电机安装在上底座内部，在上底座的底部预设通孔，使发电机输出轴恰好通过，在发电机输出轴上装有齿轮；所述轴封设置在上底座的预设通孔处。
[0011]所述圆柱作用体采用密度和海水相同的轻质材料制成的圆柱体；所述上滑块是矩形块结构，在上滑块上开设与导轨直径相等的通孔，将上滑块固定在圆柱作用体的上底面；所述下滑块与上滑块相同，固定在圆柱作用体的下底面。在安装时，将上底座上的导轨穿过上滑块的通孔，将下底座上的导轨穿过下滑块的通孔，从而使得圆柱作用体可以沿着导轨来回移动。
[0012]所述弹簧用于连接滑块和导轨连接板，在上滑块需要用到两个弹簧分别与上底座的两个导轨连接板连接，下滑块需要用到两个弹簧分别与下底座的两个导轨连接板连接。
[0013]所述齿条安装圆柱作用体的上底面，齿条的模数、压力角与齿轮的模数、压力角相同，在安装齿条时与齿轮啮合。
[0014]所述上充气浮体设置在上底座的上平面，将上充气浮体顶面做成倾斜程度在2
°
～5
°
之间的斜面；所述下充气浮体设置在下底座的下平面，将下充气浮体底面做成倾斜程度在2
°
～5
°
之间的斜面，上充气浮体顶面与下充气浮体底面保持平行，在上充气浮体和下充气浮体中充满空气，下充气浮体中气体体积要多于上充气浮体中气体体积，在上充气浮体顶面和下充气浮体底面分别固定转扣；所述转槽分别设置在上部缆绳底端和下部缆绳顶端，上充气浮体中的转扣与上部缆绳中的转槽配合，可以实现相互转动，同理，下充气浮体中的转扣与下部缆绳中的转槽也可以相互转动。在设计上充气浮体顶面与下充气浮体底面时应保证：上部缆绳和下部缆绳在张紧时保持在同一直线上。
[0015]所述上尾流板通过连接杆与上底座刚性焊接；所述下尾流板通过连接杆与下底座
刚性焊接。
[0016]所述上阻尼板设置在上底座上平面中间位置，在结构设计之初使其与上充气浮体巧妙结合；所述下阻尼板设置在下底座下平面中间位置，在结构设计之初使其与下充气浮体巧妙结合。上、下阻尼板的板面与上、下尾流板的板面在同一平面上。
[0017]当有海流流过本装置时，海流会对圆柱作用体产生涡激振动效应，在圆柱作用体两侧出现交替作用的旋涡，进而使得圆柱作用体沿导轨来回移动，从而带动齿条与齿轮啮合传动，最终通过发电机发电；若海流方向与装置尾流板不平行，则在海流的作用下会推动尾流板转动，进而使装置上、下充气浮体上的转扣相对于缆绳上的转槽发本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种在水下悬浮状态的涡激振动发电装置，其特征在于：所述发电装置通过上部缆绳连接海洋潜标，通过下部缆绳连接水下锚体，该装置包括：上底座(1)、下底座(2)、支架(3)、导轨连接板(4)、导轨(5)、圆柱作用体(6)、上滑块(7)、下滑块(8)、发电机(9)、轴封(10)、齿轮(11)、齿条(12)、弹簧(13)、上充气浮体(14)、上阻尼板(15)、上尾流板(16)、下充气浮体(17)、下阻尼板(18)、下尾流板(19)、转扣(20)和转槽(21)，本装置的框架是由上底座(1)和下底座(2)通过三组支架连接组成；所述导轨连接板(4)分别固定在上底座(1)和下底座(2)；所述导轨(5)两端连接导轨连接板(4)；所述上滑块(7)和下滑块(8)分别固定在圆柱作用体(6)的上底面和下底面，上滑块(7)和下滑块(8)分别与导轨(5)滑动配合；所述齿条(12)固定在圆柱作用体(6)的上底面；所述发电机(9)安装在上底座(1)内部，在上底座(1)的底部预设通孔，使发电机(9)输出轴恰好通过，在发电机(9)输出轴连接齿轮(11)，所述齿轮(11)与齿条(12)啮合；所述上充气浮体(14)设置在上底座(1)的上平面，将上充气浮体(14)顶面做成倾斜程度在2
°
～5
°
之间的斜面，所述下充气浮体(17)设置在下底座(2)的下平面，将下充气浮体(17)底面做成倾斜程度在2
°
～5
°
之间的斜面，上充气浮体(14)顶面与下充气浮体(17)底面保持平行；所述转扣(20)分别设置在上充气浮体(14)顶面和下充气浮体(17)底面上，所述转槽(21)分别设置在上部缆绳与下部缆绳上，转扣(20)和转槽(21)可以实现转动配合；所述上阻尼板(15)设置在上底座(1)上平面中间位置，所述下阻尼板(18)设置在下底座(2)下平面...
【专利技术属性】
技术研发人员：李博洋，郭超，张宝收，赵晶，鲁捷，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。