一种垂直式海上风力发电装置的制作方法

1.本发明涉及海上风力发电领域，特别涉及一种垂直式海上风力发电装置。


背景技术：

2.随着社会的进步，科技水平的快速提高，人们对于电力的需求也在不断的提高，常规的火力发电手段已经渐渐无法满足人们的日常用电需求，而且还对环境造成污染。所以就需要不断无污染可持续供给的风力发电技术。
3.风电的原理是通过风力带动风车叶轮旋转，进而使发电机产生电力。相对于陆地上的风电而言，海洋上的风能资源丰富而且稳定，而且还不会干扰到人类的日常生活起居。
4.目前，深海风电一般都是将风力发电设备安装在浮台上，但是工作时，浮台会受到波浪的影响发生晃动，同时使风力发电装置发生晃动，尤其是在风力较大的情况下，波浪产生的冲击力较大，浮台晃动更加剧烈，风力发电设备的风车叶轮在迎风转动的同时，还受到浮台晃动的影响，使风车叶轮同时受到横向冲击载荷和纵向的力，在风力过大时，无法利用风力，反而导致风车叶轮扭曲变形，造成损坏。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种垂直式海上风力发电装置，其具有不受浮台晃动影响，发电更加稳定的优点。
6.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种垂直式海上风力发电装置，包括浮台和发电机，浮台上设置有通过集风管道将海面上的横向风力转化为纵向风力的聚风装置；聚风装置包括沿竖直方向设置在浮台上的通风筒、设置在通风筒底部通过管道引导使风力进入通风筒的集风组件和转动连接在在通风筒顶部能随风转动并能引导通风筒内气流向上运动的引流组件；通风筒内还设置有能受纵向风力作用发生旋转并将动能传递到发电机的动力发电装置。
7.通过采用上述技术方案，通过聚风装置将海面上经过发电装置的横向气流转化为竖直方向的纵向气流，能够让动力发电装置只受到竖直方向气流的冲击载荷，使其受力方向更加统一，不会因为多方向的作用力而导致发电件被损坏，而且并在通风筒的顶端设置引流组件，对通风筒内形成一个向上吸引力，使通风筒内形成负压状态，能够增加通风筒内的风速，使发电效率更好，同时引流组件配合集风组件，能够吸引集风组件入口的气流进入装置内，进一步提升了风能的利用，增加发电效率。
8.进一步设置：集风组件包括沿通风筒侧面紧密排列且互不连通的集风管道；集风管道的口径从入风口到出风口逐渐缩小，且集风管道的出风口与通风筒内部连通；集风管道的数量大于3。
9.通过采用上述技术方案，采用相互紧密排列的集风管道能够使海平面上任意方向的气流都能进入通风筒内，使发电装置不会受限于海面上的风力方向，能够利用任意方向的风力来发电，提高了装置的适应性，而且采用管道式结构，结构简单，不需要复杂的转向
机构就满足了任意方向风能的利用，降低了成本，便于维护。同时集风管道还采用大小口的形式，能够让气流经过集风管道进入通风筒内有一个加速的效果，提高了通风筒内的气流流速，进一步提升了风能的利用率以及发电效率。
10.进一步设置：动力发电装置包括设置在风帽下方沿竖直方向转动连接在通风筒内壁的旋转叶轮、设置在靠近引流组件一侧为旋转叶轮提供支撑的支架和将旋转叶轮旋转时所产的动能传递到发电机的传动组件。
11.通过采用上述技术方案，将旋转叶轮设置在通风筒的内部，能够使叶轮旋转时不会对海面上飞行的海鸥等生物造成伤害，同时利用通风筒，使风力更为集中，使旋转叶轮旋转的速度更快。
12.进一步设置：引流组件包括通过轴承与通风筒上端转动连接的旋转基座和固定设置在旋转基座上连通外界与通风筒内部并能受自然风推动发生旋转的风帽涡轮。
13.通过采用上述技术方案，由通风筒外部的气流来带动风帽涡轮旋转，利于空气流动原理，通过风帽涡轮使通风筒内平行方向的空气流动，加速转变为由下而上垂直的空气流动，进而使从集分组件进入通风管的气流受到一个向上提升的作用，加快了通风管内气流的流速。
14.进一步设置：通风筒上还设置有避免风力过大对发电机造成损坏的保护装置；保护装置包括设置在浮台上的风速传感器、设置在通风筒顶端使通风筒上端封闭与引流组件隔断的隔断组件和与风速传感器电性连接驱动隔断组件工作的动力组件。
15.通过采用上述技术方案，能够在遭遇恶劣天气风力过大时，不会由于旋转叶轮转速过快而导致发电机的摔坏，而且在海洋上对于风力发电装置的维修和维护成本较高，通过保护装置节省了大量的人力、物力。而且保护装置是通过将引流装置与通风筒隔离开，使通风筒内上端封闭，导致进入通风筒的气流无法从上方离开，能够从相对应的另一侧集风管道离开，不会使过大的风力作用在旋转叶轮上，而且此时旋转叶轮还能通过流动到顶部的微风进行旋转工作，保证了发电的可持续性，进一步设置：隔断组件包括固定设置通风筒顶部连通引流组件与通风筒的通风孔板和转动连接在通风孔板中心处受动力组件驱动能够旋转将通风孔板的孔封闭的封闭板。
16.通过采用上述技术方案，通过旋转的方式来使通风筒与引流组件连通或阻隔，能够统一控制，结构简单，控制方便。
17.进一步设置：动力组件包括固定连接在封闭板中心处的连接齿轮、与连接齿轮相啮合的传动齿轮和驱动传动齿轮转动的驱动电机；驱动电机通过电信号与风速传感器连接。
18.通过采用上述技术方案，由驱动电机采用电信号与风速传感器连接，能够在风速传感器检测到风速大于安全值后，使驱动电机工作，进而使封闭板旋转，而且采用齿轮传动的传动结构，结构紧凑，占用空间小，不会对通风筒内的气流造成干扰，而且齿轮传动工作可靠，传动比较准确，能够保证使通风孔板的孔封闭，使用寿命也较长。
19.进一步设置：通风筒外还设置有雨水辅助发电装置；雨水辅助发电装置包括套设在通风筒外呈漏斗状的环形挡板、设置在浮体上的储水箱和连通储水箱与收集槽的水管；还包括将在水管内将水流从高到低的势能转化成电能的辅助发电组件。
20.通过采用上述技术方案，由于海洋上的气候复杂多变，会经常下雨，所以能够在利
用海洋上风力的同时，通过收集海洋下雨时的雨水，利用雨水的机械能再进行辅助发电，实现了海洋上风力发电和雨水发电的结合，更加合理的利用了海洋资源。而且利用漏斗状的收集槽能够收集更大范围的雨水，并通过唯一的水管统一排放，使雨水聚拢后在利用其下落时的能量转化为电能，使转化能量更多，辅助发电效率也更好。
21.进一步设置：辅助发电装置包括沿水平方向转动连接在水管内，且受到水流作用能够发生转动的水车叶轮、设置在浮岛内能够给保护装置提供电力的辅助发电箱和将水车叶轮的动力传递到辅助发电箱的连接组件。
22.通过采用上述技术方案，利用水流带动水车叶轮旋转，进而将动能传递到辅助发电箱，来给保护装置供电，能够将风力发电作为主发电源，向外供给，利用雨水发电作为辅助发电措施，给浮台上需要使用电力的设备进行供给，实现了电力的分级使用，提高了海洋资源的利用率。
23.进一步设置：水管入口处还设置有根据集水槽内水位来控制水流进入管道的浮球开关；水管出口处还设置有雨水自动过滤器。
24.通过采用上述技术方案，通过浮球开关使集水槽内到达一定水位才会打开水管入口，能够使进入水管内水流产生更大的势能，能够让辅助发电组件产生更多的电力。同时通过水管出口处设置的雨水自动过滤器，使进入储水箱的水都经过净化，便于应急使用。能够将浮台作为紧急救援平台，当浮台附近有船只不幸失事时，幸存人员能够游到浮台，通过储水箱内的水作为日常的供水需求，同时能在浮台上发出求救信号。
附图说明
25.图1是整体的结构示意图；图2是聚风装置的部分结构示意图；图3是集风管道的结构示意图；图4是动力发电装置的结构示意图；图5是保护装置的部分结构示意图；图6是雨水辅助发电装置的结构示意图；图7是图6中a处的结构放大示意图；图中，100、浮台；101、发电机；102、聚风装置；103、动力发电装置；104、保护装置；105、雨水辅助发电装置；200、通风筒；201、集风组件；202、集风管道；203、弧形结构；204、引流组件；300、轴承；301、旋转基座；302、风帽涡轮；400、旋转叶轮；401、支架；402、传动组件；403、第一传动轴；404、第二传动轴；405、加速齿轮组；406、第一齿轮；407、第二齿轮；500、风速传感器；501、隔断组件；502、动力组件；503、通风孔板；504、封闭板；505、连接齿轮；506、传动齿轮；507、驱动电机；600、环形挡板；601、储水箱；602、水管；603、辅助发电组件；604、水车叶轮；605、辅助发电箱；606、连接组件；607、第三传动轴；608、第四传动轴；609、锥齿轮组；700、浮球开关；701、雨水自动过滤器。
具体实施方式
26.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
27.第一种优选实施方式：一种垂直式海上风力发电装置，如图1、图2所示，包括能在海面上漂浮的浮台100和设置在浮台100内能够将机械能转化为电能的发电机101。
28.浮台100上设置能将经过浮台100上方横向运动的气流转化为纵向运动的气流的聚风装置102。
29.聚风装置102包括沿竖直方向设置在浮台100上的通风筒200和设置在通风筒200底部通过管道引导使风力进入通风筒200的集风组件201。
30.集风组件201包括沿通风筒200侧面紧密排列且互不连通的集风管道202。如图3所示，集风管道202采用圆心朝外且向上延伸的弧形结构203。
31.集风管道202的口径从入风口到出风口逐渐缩小，且集风管道202的出风口与通风筒200内部连通；集风管道202的数量大于3。
32.使用时，浮台100上的横向气流能够在进入集风管道202后，经过弧形结构203的延伸不会失去原来的动能，同时通过口径的逐渐缩小，空间的逐渐压缩，能对气流起到一个加速作用。
33.而且通风筒200顶部还设置有能通过自身旋转引导通风筒200内气流向上运动的引流组件204。
34.如图4所示，引流组件204包括通过轴承300与通风筒200上端转动连接的旋转基座301和固定设置在旋转基座301上连通外界与通风筒200内部并能受自然风推动发生旋转的风帽涡轮302。
35.工作时，通风筒200外部的自然气流来带动风帽涡轮302旋转，利于空气流动原理，通过风帽涡轮302使通风筒200内平行方向的空气流动，加速转变为由下而上垂直的空气流动。
36.通风筒200内还是设置有能够利用通风筒200内由下而的气流进行发电的动力发电装置103。
37.动力发电装置103包括设置在风帽下方沿竖直方向转动连接在通风筒200内壁的旋转叶轮400、设置在靠近引流组件204一侧为旋转叶轮400提供支撑的支架401和将旋转叶轮400旋转时所产的动能传递到发电机101的传动组件402。
38.传动组件402包括与旋转叶轮400同轴转动的第一传动轴403、将动力输入发电机101的第二传动轴404和联动第一传动轴403和第二传动轴404的加速齿轮组405。
39.加速齿轮组405包括固定设置在第一传动轴403上的第一齿轮406和固定设置在第二传动轴404上的第二齿轮407。第一第二齿轮407相互啮合，而且第一齿轮406的齿数大于第二齿轮407，启到加速传动的作用。
40.工作时，转动连接在支架401上的旋转叶轮400在气流的带动下发生旋转，并将旋转时所产生的动能通过第一传动轴403向下方传递，再经过加速齿轮组405的作用后，传递到第二传动轴404，再将动力输入至发电机101。
41.通风筒200上还设置有避免风力过大时旋转涡轮转速过快导致发电机101超负荷工作造成损坏的保护装置104；
如图5所示，保护装置104包括设置在浮台100上的风速传感器500、设置在通风筒200顶端使通风筒200上端封闭与引流组件204隔断的隔断组件501和与风速传感器500电性连接驱动隔断组件501工作的动力组件502。
42.由风速传感器500实时监测海洋上的风力，当风力超过安全阈值后，将电信号传递到动力组件502，再由动力组件502驱动阻隔组件，实现通风筒200与引流组件204的隔断。
43.隔断组件501包括固定设置通风筒200顶部连通引流组件204与通风筒200的通风孔板503和转动连接在通风孔板503中心处受动力组件502驱动能够旋转将通风孔板503的孔封闭的封闭板504。
44.使用时，通过旋转封闭板504，来堵住通风孔板503的通孔，可以有封闭板504来实现隔断的启闭。
45.动力组件502包括固定连接在封闭板504中心处的连接齿轮505、与连接齿轮505相啮合的传动齿轮506和驱动传动齿轮506转动的驱动电机507。驱动电机507通过电信号与风速传感器500连接。
46.驱动电机507在接受到风速传感器500的电信号后，驱动传动齿轮506转动，再通过驱动齿轮带动传动齿轮506转动，从而使封闭板504偏转。
47.通风筒200外还设置有能够利用雨水势能进行辅助发电的雨水辅助发电装置105；如图6、图7所示，雨水辅助发电装置105包括套设在集风管道202边沿处能将雨水蓄积在集风管道上方的环形挡板600、设置在浮体上的储水箱601和连通储水箱601与收集槽的水管602。
48.下雨时，通过环形挡板600将雨水聚拢收集在槽内，再通过水管602将水引入到储水箱601内。
49.水管602内还设置有将水流从高到低的势能转化成电能的辅助发电组件603。
50.辅助发电组件603包括沿水平方向转动连接在水管602内，且受到水流作用能够发生转动的水车叶轮604、设置在浮岛内能够给保护装置104提供电力的辅助发电箱605和将水车叶轮604的动力传递到辅助发电箱605的连接组件606。
51.连接组件606包括与水车叶轮604同步转动的第三传动轴607、沿竖直方向设置将动力输入辅助发电箱605的第四传动轴608和联动第三传动轴607与第四传动轴608的锥齿轮组609。
52.工作时，水流带动水车叶轮604旋转，通过第三传动轴607将旋转产生的动力通过锥齿轮组609传递到第四传动轴608，并由第四传动轴608将动力输入至辅助发电箱605。
53.水管602入口处还设置有根据集水槽内水位来控制水流进入管道的浮球开关700；水管602出口处还设置有雨水自动过滤器701。
54.工作时，能够通过浮球开关700，使集水槽内的水到达一定水位后，才会连通水管602，进行排水。再通过雨水自动过滤器701对将要进入储水箱601的水进行过滤净化。
55.上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。