CN101139969A - 锥形螺旋波浪能和海流能通用发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种低造价、低成本、高能量转换效率，适用性广的中小型波浪能和海流能通用发电装置。可适用于从小浪到大浪的环境发电；也可适用于流速在2m/s以上水道的海流、河流、溪流等能量转换发电。装置发电量可以从几百瓦到几百千瓦不等。

Description

锥形螺旋波浪能和海流能通用发电装置

技术领域

本发明为一种波浪能和海流能通用发电装置。属于海洋波浪能和海流能的利用技术领域。

背景技术

1992年，联合国就把波浪发电列为开发海洋可再生能源的首位。据联合国教科文组织1981年的估计数字，世界海洋的波浪能为30亿千瓦。中国沿岸约有0.7亿千瓦。在1M的波浪长度范围内，当波高为2M，波浪周期为6S时，发电功率为24KW；当波高为3M，波浪周期为11S时，发电功率可达130KW。现挪威、日本、英国、美国、法国、西班牙和中国等国家已建成多个数十瓦至数百千瓦的试验性波浪发电装置。

至今为止，比较成熟的波浪发电装置基本上属于下列三种类型：

(1)空气能——用一个与海水相通的容积固定的容器装置，通过波浪产生的水面位置变化，引起容器内的空气容积发生变化而压缩容器内的空气，用压缩空气驱动叶轮带动发电装置发电，是最为广泛应用的一种。

(2)机械能——利用波浪的运动推动装置的活动部分，压缩驱动油、水等中间介质，通过中间介质推动旋转发电装置发电。

(3)水位能——通过收缩水道把海水提升，引入高位水库，使海水的动能转化为势能，再用水轮发电机低水头发电。

以上三种类型各有优缺点，但有一个共同的问题是波浪能转换成电能的中间环节，效率低，电力输出波动性大，这也是多年来影响波浪发电大规模开发利用的主要原因之一。

造价高，发电成本高，安全运行性等难题的解决，就是波浪能发电从实验走向社会普遍应用的关键。

1973年，美国试验一种为“科里奥利斯”的巨型海洋发电装置，该装置为管道式水轮发电机，机组长110米，管道口直径170米，安装在海面下30米处，在海洋流为2.3米/秒条件下，获得8.3万千瓦的功率。日本、加拿大也在大力研究试验海洋发电技术，我国的海洋发电研究也已经有样机进入试验阶段。

海流最大流速在2M/S以上的水道，其海流能均有实际开发的价值。不少水流能量密度为15-30KW/M²。全世界海流总功率达50亿千瓦左右，是海洋能中蕴藏量最大一种。我国130个水道的计算统计，我国沿岸海洋资源理论平均功率为约1.4亿千瓦。

海流发电技术除类似江河电站管道导流的水轮机外，还有类似风车桨叶式，风速计那样机械原理的装置。

发明内容

本发明为一种低造价、低成本、高能量转换效率，适用性广的中小型波浪能和海流能通用发电装置。可适用于从小浪到大浪的环境发电；也可适用于流速在2M/S以上水道的海流、河流、溪流等能量转换发电。装置发电量可以从几百瓦到几百千瓦不等。

装置结构简单、轻便，易于安装和运作。分别由发电机、可调变速箱、抗拉脱轴承、船形密封仓、可潜式双体船、锥形螺旋捕能装置等组成。用锚链固定在海床上。锥形螺旋捕能装置把波浪能和海流能的能量转换为旋转的动能，由轴绳把能量传递给抗拉脱轴承，到达可调变速箱，经可调变速箱的调节带动发电机发电。

附图说明

图1：可潜双体船设备安装组合示意图。

图2：锥形螺旋捕能装置示意图。

图3：锥形螺旋捕能装置支撑架条安装示意图。

图4：支撑条结构示意图。

图5：螺旋面及口袋排列示意图。

图6：锥形螺旋海流能发电装置工作状态示意图。

图7：锥形螺旋波浪能发电装置工作状态示意图。

1、可潜式双体船；2、船形密封仓；3、发电机；4、可调变速箱；5、抗拉脱轴承；6、栅状连接；7、半月形连接加固定套管；8、螺旋母帽；9、螺旋插杆；10、单向连接杆；11、轴绳(粗绳)；12、紧固环；13、压杆；14、大浮球；15、螺旋形带状充气浮子；16、螺旋面；17、支撑架条纵向螺旋；18、支撑架条。19、支撑架条底座；20、梯形口袋；21、锚链；22、带锚链的轴承；23、发电船。

具体实施方式

可潜式双体船(1)的每个船体由上、下两层独立空间构成。上层空间的浮力可使船体和装载的发电机(3)、变速箱(4)等可以在水中处于悬浮状态；加上下层空间的浮力可使船的整体处于半潜浮状态；每层空间上、下部位都安装有一个排气口和一个排水口，打开后，通过气压的调节，可使船体停在水面至水下的任何位置，而使到风浪较大时仍能正常工作。船体为三角流线型结构，船面与船面之间为栅状连接(6)，可方便透水。发电机(3)、变速箱(4)、抗拉脱轴承(5)等用船形密封仓(2)包裹密封，密封仓采用盖式结构，留一个可打开式密封口方便调节变速箱不同的转速来适合不同的波浪或水流。装置结构重心处于栅状连接(6)中心点。

抗拉脱轴承(5)用于锥形螺旋捕能装置(图2)与可调变速箱(4)的连接，安装在密封仓的铁架槽内，可以进行更换，轴承的轴杆为单向轴杆(10)，可防止轴杆被拉出。轴杆一头与变速箱连接，可用半月形连接加套管(9)；一头与锥形螺旋捕能装置(图2)的绳头部连接，用螺杆式连接，螺杆螺纹与锥形螺旋捕能装置的螺旋方向一致。螺杆后部为一圆环与锥形螺旋捕能装置的绳头连接。

锥形螺旋捕能装置由耐腐蚀、抗拉伸，扭力强度高的粗绳(可用尼龙编织绳)、螺旋面(16)、螺旋面支撑架条(18)、一个大的球形浮子(14)(海流能发电装置为带锚链的轴承(22))和大量较小浮子(或可充放气的螺旋形带状充气浮子(15))组成。

螺旋面(16)由耐腐蚀、抗拉伸的面布(如加有橡胶涂层的防水帆布制作)，套在固定在轴绳(11)上的支撑架条(18)上。支撑架条沿轴绳(11)以30°-90°的旋转角度等距离增长排列分布，面布上迎波面缝上连续的梯形口袋(20)，口袋的一条腰边垂直于圆心，底边的开口处于迎波上升方向，开口应较宽松，使波浪的动能较易吸收。口袋应该按前少后多，或前小后大排列以利于动能的平均分配和连续性。支撑架的架条由耐腐蚀、弹性好、强度高的材料制造。如弹性纤维或耐腐蚀的合金钢等

支撑架条的下部连接部位上方弯曲做成螺旋弹簧状(17)，以增强支撑条的伸屈性。螺旋以左旋为好，迎波面安装。螺旋装置的轴绳旋向应与螺旋旋向相反。如螺旋为右旋，轴绳(11)必须为左旋。螺旋面的夹角设20°左右为宜。螺旋直径为螺距的4-8倍。螺旋应视当地海浪的大小安装在轴绳的后方；锥形螺旋波浪能发电装置的螺旋长度应至少有1个波浪周期以上。螺旋前的轴绳长度应留约50M，视波浪的大小而定。为防止波浪干扰到发电机的稳定性。螺旋面的前方轴绳上穿上一个固定的大浮球(14)，当船体因应风浪的大小上下浮动时，可保证螺旋处于海平面水平的方向。螺旋的支撑架之间，穿上抗挤压的小浮球以保证其浮力可让螺旋处于海面，如水深超过30M的海域，可不用小浮球，而沿螺旋处轴绳系上可充放气的长条形螺旋充气浮子，当有强风暴来临时，放气。与双体船一起潜入海底，充气再上浮。如为摇控的操作装置，即可多台装置一起联合使用，管理更为方便。

上述锥形螺旋波浪能发电装置去除口袋(20)和大浮球(14)设置，在原大浮球的位置套上一轴承(21)，轴承上连接锚链(22)固定于海底，同时调节螺旋装置的浮力，使其停留固定在水下海流的位置，即可进行海流能发电。可应用于海流、河流、溪流等的发电。可潜式双体船一般停留在水面上。与适合波浪能发电的装置对比；海流能发电装置的锥形螺旋捕能装置的长度较短，而螺旋面增长的宽度较大。

Claims (10)

1.锥形螺旋波浪能和海流能通用发电装置其特征为：由可潜式双体船、船形密封仓、发电机、可调式变速箱、抗拉脱轴承及附件、大扭力粗绳、大浮球(或带锚链的轴承)、锥形螺旋捕能装置组成，用锚链固定在海床上。能适用于大小波浪的发电，也可应用于海流、河流、溪流等流体能的发电需要。

2.根据权利要求1所述的锥形螺旋波浪能和海流能通用发电装置其特征为：发电机、可调式变速箱、抗拉脱轴承等由船形密封仓封闭在内。抗拉脱轴承的轴杆一端延伸至密封仓外，加水密圈等防渗装置；与一大扭力，耐腐蚀的粗绳连接，粗绳后部为锥形螺旋捕能装置，用以捕捉能量，提供持续不断的能量供发电机发电。

3.根据权利要求1所述的锥形螺旋波浪能和海流能通用发电装置其特征为：可潜式双体船的每个船体由上、下两层独立空间构成。上层空间的浮力可使船体和装载物在水中处于悬浮状态，与下层空间的浮力相加，可使船处于半潜浮状态。每层空间上、下部位都安装有一个排气口和一个排水口，打开后，通过气压的调节，可使船体停在水面到水下的任何位置。

4.根据权利要求1所述的锥形螺旋波浪能和海流能通用发电装置其特征为：发电机、可调式变速箱、抗拉脱轴承等用船形密封仓封闭在内。密封仓采用盖式结构，下部与双体船用栅状连结在一起，上部可用密封圈，螺栓与下部连在一起，在密封仓盖上留一个可打开式水密密封口，以方便变速箱的调节，密封仓的重心在与双体船连结的中心点。

5.根据权利要求1所述的锥形螺旋波浪能和海流能通用发电装置其特征为：抗拉脱轴承安装在密封仓后部加固的铁架槽内，用于变速箱与螺旋捕能装置的连接；由轴承、单向轴杆、铁架槽、螺杆构成。轴承用压杆固定在铁架槽内。单向轴杆穿过轴承后穿出密封仓后部，加水密圈防水，与螺杆相连。螺杆螺纹与锥形螺旋捕能装置的螺旋方向一致。单向轴杆另一端用半月形连接加套管与变速箱连接。

6.根据权利要求1所述的锥形螺旋波浪能和海流能通用发电装置其特征为：装置的能量吸收和传递是通过一条可弯曲的耐腐蚀、扭力强度高的绳子来完成。

7.根据权利要求1所述的锥形螺旋波浪能和海流能通用发电装置其特征为：锥形螺旋捕能装置是由粗绳，螺旋面，螺旋面支撑架构成。螺旋面由耐腐蚀、抗拉伸的面布制作，套在固定在粗绳上的支撑架上，支撑架的架条由耐腐蚀、弹性好、强度高的材料制造。架条下部做成纵向弹簧状，以左旋为好；用以增强支撑条的屈伸性，弹簧迎波面安装。支撑架沿轴绳以30°-90°的旋转角度等距离增长排列分布，螺旋面的夹角以20°左右为宜，螺旋直径为螺距的4-8倍。螺旋装置的轴绳旋向应与螺旋装置的螺旋相反。

8.根据权利要求1所述的锥形螺旋波浪能和海流能通用发电装置其特征为：适合波浪能发电的装置：螺旋应视当地海浪的大小安装在轴绳的后方，螺旋长度至少应有一个波浪周期以上。螺旋前的轴绳长度应留50M以上，使船可下潜至30M的水下，以防止波浪干扰到发电机的稳定性。螺旋面的前方轴绳上穿上一个固定的大浮球，当船体因应风浪的大小上下浮动时，可保证螺旋处于海平面水平的方向。螺旋的支撑架之间，穿上抗挤压的小浮球以保证其浮力可让螺旋装置处于海面；如水深超过30M的海域，可不用小浮球，而沿螺旋处轴绳系上可充放气的长条形螺旋充气浮子。

9.根据权利要求1所述的锥形螺旋波浪能和海流能通用发电装置其特征为：适合波浪能发电的装置：螺旋面上迎波面缝上连续的梯形或三角形口袋。口袋的一条腰边垂直于圆心，底边的开口处于迎波上升方向，开口应较宽松，按前少后多或前小后大排列。

10.根据权利要求1所述的锥形螺旋波浪能和海流能通用发电装置其特征为：适合海流能发电的装置：螺旋面上不需要口袋，螺旋面前方的大浮球换成带锚链的轴承，控制适当的浮力，使其置于海流的中间，用带锚链的轴承固定其水平方向。与适合波浪能发电的装置对比；海流能发电装置的锥形螺旋捕能装置的长度可较短，而螺旋面增长的宽度较大。

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