【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及洋流发电，具体涉及一种可调叶片垂直轴洋流能转化模块及洋流能发电装置。
技术介绍
1、海洋占地球表面积70％以上，集中了大约97％的水量，其蕴藏着大量的能源，包括波浪能、潮汐能、洋流能、温差能和盐差能等。其中，洋流能是指海平面下流动状态的海水所蕴含的能量，由于洋流始终处于流动状态并且海洋面积巨大，其储备量巨大。
2、现有的洋流能发电装置，主要是通过洋流对水轮机上固定叶片的驱动将机械能转换成电能，但水轮机叶片在旋转过程中受到的载荷呈现升阻力交替变化，其发电效率较低，能量转换率较低。另外，由于洋流的流速经常变化，其对水轮机叶片的推力经常变化，装置运行的速率经常变化，所产生的电能不稳定、质量较低，且经常波动的电能容易对电能传输设备和储电设备造成破坏，同时发电装置的运行速率频繁变化，也会影响装置本身的使用寿命，现有的解决方案一般是水轮机搭配齿轮箱进行调节，但齿轮箱过于笨重，其机械结构复杂，较易出现问题。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种可调叶片垂直轴洋流能转化模块，采用可调叶片垂直轴水轮机，对叶片的变偏角结构进行优化可有效提高单机洋流能的转换效率，另外采用双机阵列+导流板的布置可进一步提高洋流能的转换效率；另外，本专利技术还提供了具备该可调叶片垂直轴洋流能转化模块的洋流能发电装置，采用轴向磁通永磁同步发电机搭配电子单元控制系统的设计替代了齿轮箱进行调节，可使该装置达到发电持续稳定的效果；设计的浮式智能调节平台既可以
2、本专利技术为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
3、一种可调叶片垂直轴洋流能转化模块，包括两台可调叶片垂直轴水轮机和一个导流板；
4、所述可调叶片垂直轴水轮机包括上圆盘、下圆盘、安装于所述上圆盘与下圆盘之间并沿周向布置的若干叶片，所述上圆盘与下圆盘的中部通过旋转轴固定连接，所述叶片通过转动轴分别与上圆盘和下圆盘转动连接，所述上圆盘上方设有凸轮，所述旋转轴上端穿过凸轮与发电模块连接；所述凸轮固定设置，所述叶片内端安装有滚轮，所述上圆盘与下圆盘的边缘设有滑槽，在水轮机转动时，叶片上部的滚轮沿着凸轮的边缘滑动，并通过凸轮外形轮廓的变化引导滚轮在滑槽内移动以调整叶片的角度；
5、两台可调叶片垂直轴水轮机对称设置、反向旋转，所述导流板安装于两台可调叶片垂直轴水轮机对称轴上并靠近来流的位置，利用导流板产生的遮蔽与加速效应改善水轮机的性能。
6、上述方案中，所述凸轮根据其外形轮廓对于叶片旋转角度的控制作用分为叶片全开区、叶片关闭区、叶片辅助打开区；所述叶片全开区位于顺流位置、靠近两台可调叶片垂直轴水轮机的对称轴，在叶片全开区，叶片呈完全打开状态，叶片在此区间内最大程度吸收洋流冲击的能量；所述叶片关闭区位于逆流位置、远离两台可调叶片垂直轴水轮机的对称轴，在叶片关闭区，叶片呈关闭状态，以减小反向流动阻力；所述叶片辅助打开区位于叶片全开区与叶片关闭区之间，该区间的凸轮边缘为内凹弧槽，引导叶片通过时快速打开，从而以全开状态进入叶片全开区。
7、上述方案中，以平行于对称轴且远离流向的一端为0°，所述叶片全开区为90°到225°区域，所述叶片辅助打开区为225°到270°区域，其余区域为叶片关闭区。
8、上述方案中，所述叶片上方和下方的滚轮分别通过连接轴与叶片相连，上圆盘上设置的滑槽为宽度与滚轮连接轴直径适配的小滑槽，上方滚轮的连接轴与凸轮接触并在小滑槽内移动；下圆盘上设置的滑槽为宽度等于滚轮直径的大滑槽，下方滚轮安装在下圆盘的大滑槽内并沿着大滑槽滑动。
9、相应的，本专利技术还提出一种流速自适应的可调叶片垂直轴洋流能发电装置，包括浮式智能调节平台、安装于所述浮式智能调节平台下方的洋流能转化模块、安装于所述浮式智能调节平台上方的流速自适应发电模块；
10、所述洋流能转化模块采用上述可调叶片垂直轴洋流能转化模块，洋流能转化模块的可调叶片垂直轴水轮机的旋转轴与所述流速自适应发电模块连接，凸轮与浮式智能调节平台底部固定连接；
11、所述流速自适应发电模块包括发电机组、永磁联轴器和电子单元控制系统；所述发电机组包括两台对称安装于所述浮式智能调节平台上的轴向磁通永磁同步发电机，每台轴向磁通永磁同步发电机下方通过一所述永磁联轴器与所述可调叶片垂直轴水轮机的旋转轴相连；所述轴向磁通永磁同步发电机采用双外定子单转子结构，其包括多组交流发电机块，每组交流发电机块包括一个有绕组的定子，转子位于两个定子之间，均安装于同一轴；所述电子单元控制系统包括pic微控制器、整流器、daq卡，每组交流发电机块的电流输出电路上设置一所述整流器，并连接负载电路，各交流发电机块输出是否连接到负载电路的开关动作分别由所述pic微控制器控制，所述daq卡用于采集各组交流发电机块的输出电压信号并发送至所述pic微控制器；pic微控制器设定一个额定电压值，pic微控制器根据daq卡的输出电压的增加/减少，控制连接到负载的交流发电机块的数量增加/减少，直至daq卡的输出电压达到额定值，使所述轴向磁通永磁同步发电机的转子在不同流速下以设定的稳定值运行。
12、上述方案中，所述永磁联轴器包括与水轮机端相连的导体转子和与发电机端相连的永磁转子，通过水轮机带动导体转子旋转，导体转子内部的铜环切割永磁转子上永磁体产生的磁力线，从而产生感应涡流，此感应涡流产生与导体转子运转方向相反的洛伦兹力和反向转矩从而带动与发电机端相连的永磁转子旋转。
13、上述方案中，所述浮式智能调节平台包括平台本体、浮体、方向调节机构；所述浮体安装于所述平台本体外侧，所述平台本体中部设有环形轨道，所述方向调节机构包括固定于平台本体中部的密封箱体以及转动安装于所述密封箱体底部的转动环，所述密封箱体设有洋流流向自适应系统，所述转动环由设置于其内侧的驱动装置驱动旋转，转动台外侧壁连接有三个转台，三个转台均位于所述环形轨道内，其中两个转台上安装所述轴向磁通永磁同步发电机，另一个转台下方安装导流板；所述洋流流向自适应系统监测洋流信息并确认洋流流向，控制驱动装置调节转动环的方向，实现可调叶片垂直轴水轮机的方向调节。
14、上述方案中，三个转台呈t型分布。
15、上述方案中，所述洋流流向自适应系统包括传感器、海底光缆、交换机和电子控制系统，所述传感器布置在密封箱体上侧，监测洋流信息并确认洋流流向，通过海底电缆将信号传递给密封箱体内的交换机转化成电信号，电信号输入电子控制系统，电子控制系统控制驱动装置正转或反转从而调节转动环的方向。
16、上述方案中，所述浮式智能调节平台还包括安装于所述浮体上的多组锚泊系统，每组锚泊系统包括锚、锚链、高弹性索，所述锚与高弹性索进行连接，高弹性索与锚链连接，锚链连接浮体，工作时锚固定于海床，完成装置的定位。
17、本专利技术的有益效果在于：
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【技术保护点】
1.一种可调叶片垂直轴洋流能转化模块，其特征在于，包括两台可调叶片垂直轴水轮机和一个导流板；
2.根据权利要求1所述的可调叶片垂直轴洋流能转化模块，其特征在于，所述凸轮根据其外形轮廓对于叶片旋转角度的控制作用分为叶片全开区、叶片关闭区、叶片辅助打开区；所述叶片全开区位于顺流位置、靠近两台可调叶片垂直轴水轮机的对称轴，在叶片全开区，叶片呈完全打开状态，叶片在此区间内最大程度吸收洋流冲击的能量；所述叶片关闭区位于逆流位置、远离两台可调叶片垂直轴水轮机的对称轴，在叶片关闭区，叶片呈关闭状态，以减小反向流动阻力；所述叶片辅助打开区位于叶片全开区与叶片关闭区之间，该区间的凸轮边缘为内凹弧槽，引导叶片通过时快速打开，从而以全开状态进入叶片全开区。
3.根据权利要求2所述的可调叶片垂直轴洋流能转化模块，其特征在于，以平行于对称轴且远离流向的一端为0°，所述叶片全开区为90°到225°区域，所述叶片辅助打开区为225°到270°区域，其余区域为叶片关闭区。
4.根据权利要求1所述的可调叶片垂直轴洋流能转化模块，其特征在于，所述叶片上方和下方的滚轮分别通过连接轴
5.一种流速自适应的可调叶片垂直轴洋流能发电装置，其特征在于，包括浮式智能调节平台、安装于所述浮式智能调节平台下方的洋流能转化模块、安装于所述浮式智能调节平台上方的流速自适应发电模块；
6.根据权利要求5所述的流速自适应的可调叶片垂直轴洋流能发电装置，其特征在于，所述永磁联轴器包括与水轮机端相连的导体转子和与发电机端相连的永磁转子，通过水轮机带动导体转子旋转，导体转子内部的铜环切割永磁转子上永磁体产生的磁力线，从而产生感应涡流，此感应涡流产生与导体转子运转方向相反的洛伦兹力和反向转矩从而带动与发电机端相连的永磁转子旋转。
7.根据权利要求5所述的流速自适应的可调叶片垂直轴洋流能发电装置，其特征在于，所述浮式智能调节平台包括平台本体、浮体、方向调节机构；所述浮体安装于所述平台本体外侧，所述平台本体中部设有环形轨道，所述方向调节机构包括固定于平台本体中部的密封箱体以及转动安装于所述密封箱体底部的转动环，所述密封箱体设有洋流流向自适应系统，所述转动环由设置于其内侧的驱动装置驱动旋转，转动台外侧壁连接有三个转台，三个转台均位于所述环形轨道内，其中两个转台上安装所述轴向磁通永磁同步发电机，另一个转台下方安装导流板；所述洋流流向自适应系统监测洋流信息并确认洋流流向，控制驱动装置调节转动环的方向，实现可调叶片垂直轴水轮机的方向调节。
8.根据权利要求7所述的流速自适应的可调叶片垂直轴洋流能发电装置，其特征在于，三个转台呈T型分布。
9.根据权利要求7所述的流速自适应的可调叶片垂直轴洋流能发电装置，其特征在于，所述洋流流向自适应系统包括传感器、海底光缆、交换机和电子控制系统，所述传感器布置在密封箱体上侧，监测洋流信息并确认洋流流向，通过海底电缆将信号传递给密封箱体内的交换机转化成电信号，电信号输入电子控制系统，电子控制系统控制驱动装置正转或反转从而调节转动环的方向。
10.根据权利要求7所述的流速自适应的可调叶片垂直轴洋流能发电装置，其特征在于，所述浮式智能调节平台还包括安装于所述浮体上的多组锚泊系统，每组锚泊系统包括锚、锚链、高弹性索，所述锚与高弹性索进行连接，高弹性索与锚链连接，锚链连接浮体，工作时锚固定于海床，完成装置的定位。
...【技术特征摘要】
1.一种可调叶片垂直轴洋流能转化模块，其特征在于，包括两台可调叶片垂直轴水轮机和一个导流板；
2.根据权利要求1所述的可调叶片垂直轴洋流能转化模块，其特征在于，所述凸轮根据其外形轮廓对于叶片旋转角度的控制作用分为叶片全开区、叶片关闭区、叶片辅助打开区；所述叶片全开区位于顺流位置、靠近两台可调叶片垂直轴水轮机的对称轴，在叶片全开区，叶片呈完全打开状态，叶片在此区间内最大程度吸收洋流冲击的能量；所述叶片关闭区位于逆流位置、远离两台可调叶片垂直轴水轮机的对称轴，在叶片关闭区，叶片呈关闭状态，以减小反向流动阻力；所述叶片辅助打开区位于叶片全开区与叶片关闭区之间，该区间的凸轮边缘为内凹弧槽，引导叶片通过时快速打开，从而以全开状态进入叶片全开区。
3.根据权利要求2所述的可调叶片垂直轴洋流能转化模块，其特征在于，以平行于对称轴且远离流向的一端为0°，所述叶片全开区为90°到225°区域，所述叶片辅助打开区为225°到270°区域，其余区域为叶片关闭区。
4.根据权利要求1所述的可调叶片垂直轴洋流能转化模块，其特征在于，所述叶片上方和下方的滚轮分别通过连接轴与叶片相连，上圆盘上设置的滑槽为宽度与滚轮连接轴直径适配的小滑槽，上方滚轮的连接轴与凸轮接触并在小滑槽内移动；下圆盘上设置的滑槽为宽度等于滚轮直径的大滑槽，下方滚轮安装在下圆盘的大滑槽内并沿着大滑槽滑动。
5.一种流速自适应的可调叶片垂直轴洋流能发电装置，其特征在于，包括浮式智能调节平台、安装于所述浮式智能调节平台下方的洋流能转化模块、安装于所述浮式智能调节平台上方的流速自适应发电模块；
6.根据权利要求5所述的流速自适应的可调叶片垂直轴洋流能发电装置，其特征在于，所述永磁联轴器包括与水轮机端相连的导体转子和与发电机端相连的永磁转子，通...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙亮，刘兴伟，王天煜，吴长一，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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