一种海上漂浮式二次发电螺旋风机及其发电方法与流程

1.本发明涉及海上发电技术领域，尤其是一种海上漂浮式二次发电螺旋风机及其发电方法。


背景技术：

2.海上风力机分为两种：一种是固定于浅海的固定式风力机，另一种是漂浮于海上的漂浮式风机。
3.海上固定式风机由于工程和经济性要求，适应水深较浅，通常在50米以内。而现有技术中的漂浮式风机，则风机重心高，重量大，对浮式基础的要求较高，导致成本巨大。
4.另一方面，现有的海上风机均是采用三叶片水平轴式风机，不仅重心高，而且叶片自身价格也非常昂贵；并且，现有的风机受风向和风速的影响较大，发电窗口期短。在这种高成本和短发电窗口期的共同影响下，使得风力机的发展受到极大的限制。


技术实现要素：

5.本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的海上漂浮式二次发电螺旋风机及其发电方法，从而适用于各个方向均匀或非均匀的风力发电，并且能够同时进行二次发电，大大提升了风力发电的窗口期，有效减少了风力发电成本。
6.本发明所采用的技术方案如下：
7.一种海上漂浮式二次发电螺旋风机，包括螺旋集风器，螺旋集风器下部沿周向间隔设置有入风口，螺旋集风器顶部中心设置有出风口，螺旋集风器于出风口处贯通安装有风机筒；上下贯穿螺旋集风器固定安装有中轴，向上伸至风机筒内的中轴上沿着轴向间隔转动安装有多组风机，风机与相对转动的中轴之间安装有发电机构；向下伸出螺旋集风器的中轴上转动安装有浮式基础，浮式基础内部与相对转动的中轴之间安装有另一组发电机构。
8.作为上述技术方案的进一步改进：
9.所述螺旋集风器内从下部周向的入风口向着顶部中心的出风口构成多个流道，单个流道入风口处的截面积大于出风口处的截面积，从入风口处流入的风经流道导流后由出风口竖直向上流出。
10.所述螺旋集风器为薄壁壳体结构，其具体结构为：包括基板，中轴上下贯穿基板并相对固定，中轴周向外壁面与基板之间沿着周向共同安装有多组隔板，相邻隔板结合外壳板构成引导风流动的流道。
11.所述隔板包括在空间构成夹角的上水平线和下水平线，上水平线一端和下水平线一端之间衔接有竖线，上水平线另一端和下水平线另一端之间衔接有螺旋交线；所述竖线沿中轴外壁面轴向贴合设置。
12.所述隔板与外壳板汇交于螺旋交线，螺旋交线顶端以上水平线为半径延伸有弧形线，弧形线端部沿着螺旋交线的姿态延伸有汇集线，螺旋交线底端向着汇集线的端部衔接
有开口线，由弧形线、螺旋交线、开口线和汇集线构成单个流道对应的外壳板。
13.所述隔板、外壳板的数量均与流道的数量一一对应，外壳板上的汇集线与隔板上螺旋交线的上部形状一致并贴合相接，外壳板上的开口线与相邻隔板上螺旋交线下部、结合基板构成入风口；多个外壳板顶部的弧形线位于同一圆周上共同构成出风口，出风口边缘贯通连接于风机筒的底边缘。
14.位于浮式基础内部的中轴上固定安装有转子组件，浮式基础内壁面安装有定子组件，转子组件与定子组件电磁耦合相配构成发电机构。
15.所述风机筒上下贯穿，从下方螺旋集风器出风口垂直向上流动的风带动风机筒中的风机旋转；所述风机与中轴之间安装有电磁耦合相配的发电机构，风机与中轴之间的相对转动促使两者之间的发电机构进行发电。
16.所述浮式基础外壁面上沿着圆周方向向外延伸有系泊件，系泊件与海底面之间衔接有系泊缆，系泊缆呈倾斜直线结构，对漂浮于海上的浮式基础形成张紧式系泊。
17.一种所述的海上漂浮式二次发电螺旋风机的发电方法，包括如下步骤：
18.风吹至螺旋集风器入风口处，随着截面积逐渐变小的流道的引导，螺旋集风器中的风速逐渐加强，直至从上方的出风口向上流至风机筒中；
19.从下向上吹入风机筒的风带动风机转动，风最终从风机筒顶端流出，转动的风机与中轴之间构成转速差，使得两者之间的发电机构电磁感应发电；
20.同时，螺旋集风器受到吹入其内、并沿其流道流动的风力影响而转动，中轴随之转动而与浮式基础构成转速差，使得两者之间的发电机构同步电磁感应而发电；从而同步构成二次发电。
21.本发明的有益效果如下：
22.本发明结构紧凑、合理，通过螺旋集风器将周向有序或无序吹入的风集中并改向吹至风机筒，使得风机筒中的风机转动而发电，尤其适用于各个方向均匀或非均匀的风力发电；同时通过与螺旋集风器固定设置的中轴，来缓释吸收螺旋集风器集风过程中受到的扭矩，中轴转动促使与浮式基础之间的发电机构发电，从而实现海上漂浮式的二次发电；大大提升了风力发电的窗口期，有效减少了风力发电成本；
23.本发明中，由螺旋集风器采集、转换风力后吹向上方风机筒中的风机，不仅整体重心低、稳定性好，对浮式基础要求小，显著降低了建造和运营成本，而且通过螺旋集风器还能将低风速或者是方向杂乱的风转换为高速均匀风，有效增加了风力发电效率以及风力发电窗口期；
24.中轴与浮式基础之间的发电机构，由中轴的转动引发发电，为大扭矩发电机，其不仅可以释放上部螺旋集风器转动的扭矩，还形成了二次发电，一方面降低了对浮式基础结构高强度的要求，降低了建设成本，另一方面增加了发电量，能够产生额外效益。
附图说明
25.图1为本发明的结构示意图。
26.图2为本发明螺旋集风器的结构示意图。
27.图3为本发明螺旋集风器上外壳板与隔板之间的衔接示意图。
28.图4为本发明浮式基础内部发电机构的示意图。
29.图5为本发明风机筒内部风机的布设示意图。
30.图6为本发明集风引发二次发电的原理简化示意图。
31.其中：1、风机筒；2、螺旋集风器；3、中轴；4、浮式基础；5、系泊件；6、系泊缆；7、转子组件；8、定子组件；9、风机；
32.21、基板；22、隔板；23、外壳板；24、出风口；25、螺旋交线；221、上水平线；222、竖线；223、下水平线；231、开口线；232、汇集线；233、弧形线。
具体实施方式
33.下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
34.如图1所示，本实施例的一种海上漂浮式二次发电螺旋风机，包括螺旋集风器2，螺旋集风器2下部沿周向间隔设置有入风口，螺旋集风器2顶部中心设置有出风口24，螺旋集风器2于出风口24处贯通安装有风机筒1；上下贯穿螺旋集风器2固定安装有中轴3，向上伸至风机筒1内的中轴3上沿着轴向间隔转动安装有多组风机9，风机9与相对转动的中轴3之间安装有发电机构；向下伸出螺旋集风器2的中轴3上转动安装有浮式基础4，浮式基础4内部与相对转动的中轴3之间安装有另一组发电机构。
35.通过螺旋集风器2将周向有序或无序吹入的风集中并改向吹至风机筒1，使得风机筒1中的风机9转动而发电；同时通过与螺旋集风器2固定设置的中轴3，来缓释吸收螺旋集风器2集风过程中受到的扭矩，中轴3转动促使与浮式基础4之间的发电机构发电，从而实现海上漂浮式的二次发电。
36.在如图2所示的实施例中，螺旋集风器2内从下部周向的入风口向着顶部中心的出风口24构成多个流道，单个流道入风口处的截面积大于出风口24处的截面积，从入风口处流入的风经流道导流后由出风口24竖直向上流出。
37.本实施例中，流道的设置，一方面用于风流动的引导改向，另一方面还通过截面积的逐渐变小而促使流入至流出的风速逐步加强，即改向的同时大大提升了风力。
38.为了有效提升风速、风力，流道出风口24的截面积远远小于入风口处的截面积，入风口和出风口24处截面积设置的悬殊有效提升风速，同时，入风口的大面积设置亦有效助力于外部风的吹入；在截面积逐渐变小的同时，还通过螺旋流向、螺旋壁面的设置，助力于风导向流动的顺畅和顺利，并在流动的过程中减小风力的额外损耗。
39.在其中一个实施例中，螺旋集风器2可以为薄壁壳体结构，使其在进行集风、转向的同时有效降低自身重量；其具体结构可以为：包括基板21，中轴3上下贯穿基板21并相对固定，中轴3周向外壁面与基板21之间沿着周向共同安装有多组隔板22，相邻隔板22结合外壳板23构成引导风流动的流道；也就是说，螺旋集风器2整体均为薄壁结构，其整体结构上通过薄壁形成流道。
40.在如图3所示的实施例中，隔板22包括在空间构成夹角的上水平线221和下水平线223，上水平线221一端和下水平线223一端之间衔接有竖线222，上水平线221另一端和下水平线223另一端之间衔接有螺旋交线25；竖线222沿中轴3外壁面轴向贴合设置。
41.竖线222的设置，结合其顶部上水平线221，用于保证最终从出风口24流出的风为竖直向上的方向；螺旋交线25的设置，在配合竖线222构成截面逐渐减小的流道的同时，亦有效保证了流道在导向方向上的顺畅自然。
42.如图2和图3所示的实施例中，隔板22与外壳板23汇交于螺旋交线25，螺旋交线25顶端以上水平线221为半径延伸有弧形线233，弧形线233端部沿着螺旋交线25的姿态延伸有汇集线232，螺旋交线25底端向着汇集线232的端部衔接有开口线231，由弧形线233、螺旋交线25、开口线231和汇集线232构成单个流道对应的外壳板23。
43.本实施例中，隔板22、外壳板23在螺旋交线25的引导下均呈曲面结构，曲面结构能够有效引导流道中风的顺畅流动，同时，曲面结构的外壳板23亦对外部流经的风进行一定的引导使其能够通过入风口流入流道，进一步助力于集风。
44.进一步地，隔板22、外壳板23的数量均与流道的数量一一对应，外壳板23上的汇集线232与隔板22上螺旋交线25的上部形状一致并贴合相接，外壳板23上的开口线231与相邻隔板22上螺旋交线25下部、结合基板21构成入风口；多个外壳板23顶部的弧形线233位于同一圆周上共同构成出风口24，出风口24边缘贯通连接于风机筒1的底边缘。
45.在其中一个实施例中，将螺旋集风器2中的流道输送设置为三个，同步地，隔板22、外壳板23的数量均为三个，其各自沿着圆周方向呈120
°
均匀布设；隔板22顶部上水平线221与底部下水平线223之间呈空间120
°
布设，从而由相邻隔板22结合对应的外壳板23在基板21上形成三个流道的入风口，入风口呈类三角形结构，结合外壳板23的引导，能够有效收集周向360
°
方向的风能；由相邻隔板22的上水平线221结合外壳板23构成三个流道相应隔开的出风口24，单个出风口24均呈扇形结构布设于中轴3圆周方向。
46.上述的螺旋集风器2为三螺旋体形式的类海螺结构，每个螺旋体可收集120
°
扇形面内的风。
47.在如图4所示的实施例中，位于浮式基础4内部的中轴3上固定安装有转子组件7，浮式基础4内壁面安装有定子组件8，转子组件7与定子组件8电磁耦合相配构成发电机构。
48.本实施例中的浮式基础4可以根据实际需求设计成圆形或是多边形的柱体结构，通过浮式基础4提供整体装置漂浮的浮力。
49.进一步地，转子组件7可以是沿着中轴3外壁面周向进行布设，定子组件8可以是围绕着转子组件7圆周外部、固定安装于浮式基础4内壁面上；转子组件7随着中轴3、螺旋集风器2在风力作用下转动，从而相对于定子组件8进行转动，产生电磁耦合作用而发电。
50.具体地，本实施例中的转子组件7、定子组件8可以参照现有技术中的发电组件进行设置。
51.本实施例中，中轴3与浮式基础4之间的发电机构，由中轴3的转动引发发电，为大扭矩发电机，其不仅可以释放上部螺旋集风器2转动的扭矩，还形成了二次发电，一方面降低了对浮式基础4结构高强度的要求，降低了建设成本，另一方面增加了发电量，能够产生额外效益。
52.在如图5所示的实施例中，风机筒1为上下贯穿的筒型结构，从下方螺旋集风器2出风口24垂直向上流动的风带动风机筒1中的风机9旋转；风机9与中轴3之间安装有电磁耦合相配的发电机构，风机9与中轴3之间的相对转动促使两者之间的发电机构进行发电。
53.本实施例中，风机9与中轴3之间的发电机构，可以参照现有技术中垂直风力发电的相应发电结构。
54.本实施例中，可以对应于各个风机9分别与中轴3之间设置相应的发电机构，各个发电机构之间相互独立发电互不影响。
55.优选地，本实施例中的风机9采用小半径大盘面比结构，一方面通过小半径叶片的设置来减小风机筒1的大小，风机筒1的尺寸限制可以助力于下方螺旋集风器2中风速的加大，同时也减小整体体积和重量；另一方面亦通过大盘面的设置来有效增大叶片的受风面积，从而能够更好地进行发电；盘面比即为风机叶片展开面积与风机盘面的比值。
56.在其中一个实施例中，浮式基础4外壁面上沿着圆周方向向外延伸有系泊件5，系泊件5与海底面之间衔接有系泊缆6，系泊缆6呈倾斜直线结构，对漂浮于海上的浮式基础4形成张紧式系泊。
57.张紧式的系泊结构，用于系住浮式基础4不发生较大的位移，同时增加平台整体的稳定性，该系泊结构使得系泊半径明显减小，助力于提升海域上发电的有效使用面积，且适应的水深更深，适用性更好。
58.本实施例的海上漂浮式二次发电螺旋风机的发电方法，如图6所示，包括如下步骤：
59.风吹至螺旋集风器2入风口处，随着截面积逐渐变小的流道的引导，螺旋集风器2中的风速逐渐加强，直至从上方的出风口24向上流至风机筒1中；
60.从下向上吹入风机筒1的风带动风机9转动，风最终从风机筒1顶端流出，转动的风机9与中轴3之间构成转速差，使得两者之间的发电机构电磁感应发电；
61.同时，螺旋集风器2受到吹入其内、并沿其流道流动的风力影响而转动，中轴3随之转动而与浮式基础4构成转速差，使得两者之间的发电机构同步电磁感应而发电；从而同步构成二次发电。
62.本实施例中，远处吹来的海风，由螺旋集风器2采集、转换风力后吹向上方风机筒1中的风机，不仅整体重心低、稳定性好，对浮式基础4要求小，显著降低了建造和运营成本，而且通过螺旋集风器2还能将低风速或者是方向杂乱的风转换为高速均匀风，有效增加了风力发电效率以及风力发电窗口期。
63.本实施例中，螺旋集风器2收集风并改变风向的过程中，将受到绕中轴3的扭矩；通过在中轴3和浮式基础4之间设置发电机构，由螺旋集风器2带动中轴3作缓慢旋转，不仅有效释放了螺旋集风器2对中轴3的扭矩，而且造就了第二发电装置。
64.本发明为海上漂浮式风力发电提供了一种新的方式，可提升漂浮式风机在海上的适应能力，增加风力发电窗口期；并且该漂浮式螺旋风机技术简单，成本较低，环境适应性强，应用前景较广。
65.以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。