CN101737234A - 海洋波浪能发电的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了海洋波浪能发电的装置，包括浮体、发电机和水轮，发电机固定在浮体上，其设计要点在于还包括有水流加速器，水流加速器与浮体之间设有能相对浮体、水流加速器转动的转轴，转轴上端穿过浮体与发电机转子相连，转轴下端穿过水流加速器与水轮固定相连，水流加速器上设有用以形成高速水流来带动水轮绕同一方向转动的水流通道，水流通道呈螺旋状，水流通道管道从进水端到出水端内径渐小。本发明的目的是提供一种动力设备设在海平面以下，发电设备浮于海平面上、发电效率高的海洋波浪能发电的装置。

Description

海洋波浪能发电的装置
[技术领域]
本发明涉及一种海洋波浪能发电的装置。
[背景技术]
由于海水发电具有无污染以及不必耗费燃料之优点，如何利用海水波浪所携带的能量来发电成为世界各国海洋工程研究人员研究的目的。我国大陆海岸线长达18000多千米，再加上各大小岛屿，海洋能源十分丰富。随着可染能源日趋紧张，研究、创新海洋发电技术是一件意义深远的工作。
海洋中，波浪发电即是以波浪发电装置将海浪动能转换成电能。波浪发电装置为了有效地吸收波能，其运转形式依据波浪的上下振动特性而设计，稳定运动机制获取动能，然后再加以来发电。由于波浪的不稳定性，现有发电设备有一种是设置在海床上，发电设备复杂，发电设备承受海水腐蚀、波浪侵袭而破坏，使用寿命短、施工及维修成本相对过高等问题；另一种是漂浮于海面上，现有这类发电机一般采用水轮来带动电机转子正、反向交替转动来发电，电机转子在换向过程中很大一部分能量白白消耗掉了，使得现有这类电机转换效率不高，同时现有水轮直接通过传动装置连接发电机转子相连，水轮转动快慢受波能大小严格限制，想增大转换效率往往采用增大水轮来实现，与水轮配合的相应结构也加大了，这样成本增高了，不利于目前波浪发电的发展。
[发明内容]
本发明的目的是克服了上述不足而提供一种动力设备设在海平面以下，发电设备浮于海平面上、发电效率高的海洋波浪能发电的装置。
为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案：
海洋波浪能发电的装置，包括浮体、发电机和水轮，发电机固定在浮体上，其特征在于还包括有水流加速器，水流加速器与所述浮体之间设有能相对浮体、水流加速器转动的转轴，转轴上端穿过浮体与所述发电机转子相连，所述转轴下端穿过所述水流加速器与所述水轮固定相连，所述水流加速器上设有用以形成高速水流来推动水轮绕同一方向转动的水流通道；
如上所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述水流通道呈螺旋状，水流通道管道从进水端到出水端内径渐小；
如上所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述水流加速器位于所述水轮上方，水流通道进水端在水流加速器上端面形成进水口，水流通道出水端在水流加速器下端面形成出水口，出水口偏离所述水流加速器中心，所述进水口远大于所述出水口；
如上所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述水轮下方还设置有第二水流加速器，所述转轴下端向下延伸并穿过第二水流加速器，第二水流加速器上设有用以形成高速水流来推动所述水轮也绕同一方向转动的通道；
如上所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述通道呈螺旋状，通道管道从进水端到出水端内径渐小，通道进水端在第二水流加速器下端面形成第二进水口，通道出水端在第二水流加速器上端面形成第二出水口，第二出水口偏离所述第二水流加速器中心，所述第二进水口远大于所述第二出水口；
如上所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述转轴分别与所述水流加速器和第二水流加速器可转动连接，转轴上设有用于防止水流加速器和第二水流加速器轴向移动的定位凸肩，水流加速器和第二水流加速器圆周均设有防止其转动的垂直挡板；
如上所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述浮体下方设置有向上开口的储水器，储水器与浮体固定连接，储水器圆周设有垂直板，所述转轴穿过所述水流加速器和第二水流加速器并能转动，水流加速器和第二水流加速器通过连接片与所述储水器固定相连；
如上所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述浮体浮于水面，浮体包括有上夹板、下夹板以及固定在上、下夹板之间浮盘，上夹板、下夹板和浮盘固定连接在一起，下夹板下侧设置有多片连接板，连接板下端与所述储水器的底部固定相连；
如上所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述水轮设有沿圆周均布有多个叶片，叶片为平滑的弧形片。
本发明的有益效果是：
1、转轴上固定有水轮，水轮随海洋波浪波动上升时，水轮上方的水流加速器内形成向下的高速水流冲击使其顺时针转动；当水轮随海洋波浪下降时，水轮下方的第二水流加速器内形成向上的高速水流冲击使其也绕同一方向转动，从而克服了水轮上升、下降时转动方向不一而造成的能量损失；水流加速器上的水流通道和第二水流加速器上的通道均呈螺旋状且管道从进水端到出水端内径渐小，由于两水流加速器上、下移动时经过其内的进、出水量相等，这样在出水口的流速势必高于进水口的流速，大大增强了水流冲击水轮时的力度，从而提高本发明转换效率；
2、浮体下方设置有向上开口的储水器，当浮体、储水器随波浪一起上升时，浮体受到向上的浮力，该浮力使得水流加速器在静水层里快速向上移动以推动水轮顺时针旋转发电；当海洋波浪到达波峰后，由于浮体和储水器受水轮反作用力，浮体和储水器不随海洋波浪同步下降，此时储水器内水的势能变化转化为第二水流加速器下移的动能，提高发电效率；
3、水流加速器上还可设置有两个以上水流通道，第二水流加速器上也可设置有两个以上通道以进一步提高转换效率；除了在增加水流通道或通道外，还可以在转轴下部间隔一定距离安装多组水流加速器、水轮和第二水流加速器形成的发电动力机构，从而能大大提高本发明转换效率的作用；
4、由于浮体浮于水面，转轴和发电机竖立放置，这样提供动力的水轮、水流加速器和第二水流加速器在海平面以下，而发电机浮于海平面上，避免了发电机及其安装部件受海水侵蚀，使用寿命延长了。
[附图说明]
下面结合附图与本发明的实施方式作进一步详细的描述：
图1为实施例一立体结构示意图；
图2为实施例一在海洋中使用状态图；
图3为实施例一中发电机、转轴及浮体剖视图；
图4为实施例一中水流加速器立体结构示意图；
图5为实施例一中第二水流加速器立体结构示意图；
图6为实施例一中水轮主视图；
图7为实施例一工作原理图；
图8为实施例二立体结构示意图；
图9为实施例二工作原理图；
图10为实施例三主视图。
[具体实施方式]
如图所示，本发明所涉及的海洋波浪能发电的装置，海包括浮体2、发电机3、水轮4和水流加速器5，发电机3固定在浮体2上，浮体2下方设置有向上开口的储水器8，储水器8与浮体2固定连接，储水器8圆周设有用于防止其转动的垂直板81。水流加速器5与浮体2之间设有能相对浮体2、水流加速器5转动的转轴1，转轴1上端穿过浮体2与发电机3转子相连，转轴1下端穿过水流加速器5与水轮4固定相连，水流加速器5上设有用以形成高速水流来推动水轮4绕同一方向转动的水流通道51。当水轮4通过转轴1带动发电机3发电时，发电机3受到与转轴1转动方向相同的驱动力，然而储水器8圆周的垂直板81浸在海水中，发电机3受到的驱动力传递到储水器8上，由于垂直板81旋转需要克服海水的阻力，而在设计时已将垂直板81旋转的阻力设计的远大于发电机3发电受到的驱动力，这样保证了发电机3发电时机座30不转动。
本发明三个实施例中，转轴1为竖直放置的长杆。水流加速器5为竖直放置的圆柱体。浮体2足够大以确保在波动过程中能始终浮于水面，浮体2包括有上夹板21、下夹板23以及固定在上、下夹板之间浮盘22，上夹板21、下夹板23和浮盘22固定连接在一起，下夹板23下侧设置有多片连接板24，连接板24下端与储水器8的底部固定相连。浮体2的上夹板21上端设置有支架9，支架9一端与上夹板21固定相连，支架9另一端与发电机3的机座30固定相连。
水轮4设有沿圆周方向分布的多个叶片41，叶片41设计成平滑的弧形片。水流加速器5位于水轮4上方，水流通道51呈螺旋状，水流通道51管道从进水端到出水端内径渐小，水流通道51进水端在水流加速器5上端面形成进水口52，水流通道51出水端在水流加速器5下端面形成出水口53，出水口53偏离水流加速器5中心，进水口52远大于出水口53。由于进水口52远大于出水口53且水流通道5管道内径渐小，使水流通道5内的海水在出水口53处能形成具有高流速的水流，高流速的水流冲击水轮4的叶片41来带动转轴1沿顺时针转动，实现发电。
水轮4下方还设置有第二水流加速器6，转轴1下端向下延伸并穿过第二水流加速器6。第二水流加速器6为竖直放置的圆柱体，第二水流加速器6上设有用以形成高速水流来推动水轮4也绕同一方向转动的通道61，通道61呈螺旋状，通道61管道从进水端到出水端内径渐小，通道61进水端在第二水流加速器6下端面形成第二进水口62，通道61出水端在第二水流加速器6上端面形成第二出水口63，第二出水口63偏离第二水流加速器6中心，第二进水口62远大于第二出水口63。由于第二进水口62远大于第二出水口63且通道61管道内径渐小，使通道61内的海水在第二出水口63处能形成具有高流速的水流，高流速的水流冲击水轮4的叶片41来带动转轴1也沿顺时针转动，实现发电。
如图1至7所示实施例一，水流加速器5上设置有一个水流通道51，第二水流加速器6上设置有一个通道61，转轴1分别与水流加速器5和第二水流加速器6可转动连接，转轴1上设有用于防止水流加速器5和第二水流加速器6轴向移动的定位凸肩11，这样转轴1在工作过程中能相对水流加速器5和第二水流加速器6转动，同时又带着水流加速器5和第二水流加速器6一起上、下移动，而水流加速器5和第二水流加速器6圆周均设有防止其转动的垂直挡板64，垂直挡板64的作用在于克服水流加速器5和第二水流加速器6内形成高速水流反作用力影响，避免水流加速器5和第二水流加速器6转动而影响转换效率。
本发明实施例一工作过程如下：
第一阶段，当浮体2随波浪上移时，水轮4在静水层作上升移动，海水经水流加速器5上的进水口52、水流通道51和出水口53后，在出水口53处形成比进水口52处水流速度快得多的高速水流，水流高速冲击水轮4带动转轴1顺时针转动，实现第一阶段发电。此时，第二水流加速器6处于不工作状态。上升时，浮体2向上移动为不均速运动，当到达波峰时，水流加速器5在静水层中停止上移，水轮4由于惯性继续转动，此时，转轴1继续转动。随后浮体2和其下方的储水器8，以及储水器8内存储的海水在重力作用下随波浪的下移时进入第二阶段。
第二阶段，水流加速器5处于不工作状态，海水经第二水流加速器6上的第二进水口62、通道61和第二出水口63后，在第二出水口63处形成比第二进水口62处水流速度快得多的高速水流，水流高速冲击水轮4带动转轴1也沿顺时针转动，实现第二阶段发电。下移时，浮体2向下移动为不均速运动，当到达波谷时，第二水流加速器6在静水层中停止下移，此时水轮4由于惯性继续转动。随后本发明随波浪一起再次上移，进行周期性发电。如上所述，本发明上移和下移过程中，转轴1始终顺时针转动，避免转轴1正、反两方向转动而造成的能量损失。
本发明在海洋上工作时，由于海洋海水近表面一定深度内波浪运动使得处在其内的物质也随着一起浮动，称之波动层，海水往下一定深度后水处于静止状态，称之为静水层，使用时浮体2位于海洋水平上，处在波动层，浮体2随着波浪的起伏而上下浮动，水轮4、水流加速器5和第二水流加速器6处在静止层，这样本发明可利用海洋海水波浪运动的特点来实现将波浪能转化为机械动能，再将机械动能转化为电能；同时由于浮体2浮于水面，转轴1和发电机3竖立放置，这样提供动力的水轮4、水流加速器5和第二水流加速器6在海平面以下，而发电机3浮于海平面上，避免了发电机3及其安装部件受海水侵蚀，使用寿命延长了。
实际使用时转轴1除了能始终保持顺时针转动外，还可通过改变水流通道51或通道61的螺旋方向来实现转轴1始终逆时针方向转动，其工作原理完全一样。在实际使用过程中是在一定面积的海面上放置很多个本发明中装置之后，再将所有装置所产生的电量收集再传输到岸上进行进一步的电能质量加工及处理。收集各装置所发出的电能可通过浮架来实现，在电能收集方面，可以通过分别进行电能处理后再收集，也可以先收集后再统一进行电能处理；还可以就近电离海水生成氢气，再将氢气送上岸利用。
如图8和图9所示实施例二，水流加速器5上设置有两个水流通道51，以及与各水流通道51对应的进水口52和出水口53以进一步提高转换效率；同时第二水流加速器6上也设置有两个通道61，以及与各通道61对应的两个第二进水口62和第二出水口63以进一步提高转换效率。转轴1分别与水流加速器5和第二水流加速器6可转动连接，转轴1上设有用于防止水流加速器5和第二水流加速器6轴向移动的定位凸肩11，这样转轴1在工作过程中能相对水流加速器5和第二水流加速器6转动，同时又带着水流加速器5和第二水流加速器6一起上、下移动，而水流加速器5和第二水流加速器6圆周均设有防止其转动的垂直挡板64。在实施例二中，除了在增加水流通道51或通道61外，还可以在转轴1下部间隔一定距离安装多组水流加速器5、水轮4和第二水流加速器6形成的发电动力机构(图中未视出)，同样也可以起到提高转换效率的作用。
如图10所示实施例三，水流加速器5、第二水流加速器6上可以设有一个或多个水流通道(图中未示出)。转轴1穿过水流加速器5和第二水流加速器6并能转动，水流加速器5和第二水流加速器6通过连接片7与所述储水器8固定相连。由于储水器8圆周的垂直板81阻挡作用不转动，这样水流加速器5和第二水流加速器6也不转动，克服水流加速器5和第二水流加速器6转动而影响转换效率。

Claims (9)

1.海洋波浪能发电的装置，包括浮体(2)、发电机(3)和水轮(4)，发电机(3)固定在浮体(2)上，其特征在于还包括有水流加速器(5)，水流加速器(5)与所述浮体(2)之间设有能相对浮体(2)、水流加速器(5)转动的转轴(1)，转轴(1)上端穿过浮体(2)与所述发电机(3)转子相连，所述转轴(1)下端穿过所述水流加速器(5)与所述水轮(4)固定相连，所述水流加速器(5)上设有用以形成高速水流来推动水轮(4)绕同一方向转动的水流通道(51)。
2.根据权利要求1所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述水流通道(51)呈螺旋状，水流通道(51)管道从进水端到出水端内径渐小。
3.根据权利要求1或2所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述水流加速器(5)位于所述水轮(4)上方，水流通道(51)进水端在水流加速器(5)上端面形成进水口(52)，水流通道(51)出水端在水流加速器(5)下端面形成出水口(53)，出水口(53)偏离所述水流加速器(5)中心，所述进水口(52)远大于所述出水口(53)。
4.根据权利要求3所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述水轮(4)下方还设置有第二水流加速器(6)，所述转轴(1)下端向下延伸并穿过第二水流加速器(6)，第二水流加速器(6)上设有用以形成高速水流来推动所述水轮(4)也绕同一方向转动的通道(61)。
5.根据权利要求4所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述通道(61)呈螺旋状，通道(61)管道从进水端到出水端内径渐小，通道(61)进水端在第二水流加速器(6)下端面形成第二进水口(62)，通道(61)出水端在第二水流加速器(6)上端面形成第二出水口(63)，第二出水口(63)偏离所述第二水流加速器(6)中心，所述第二进水口(62)远大于所述第二出水口(63)。
6.根据权利要求5所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述转轴(1)分别与所述水流加速器(5)和第二水流加速器(6)可转动连接，转轴(1)上设有用于防止水流加速器(5)和第二水流加速器(6)轴向移动的定位凸肩(11)，水流加速器(5)和第二水流加速器(6)圆周均设有防止其转动的垂直挡板(64)。
7.根据权利要求5所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述浮体(2)下方设置有向上开口的储水器(8)，储水器(8)与浮体(2)固定连接，储水器(8)圆周设有垂直板(81)，所述转轴(1)穿过所述水流加速器(5)和第二水流加速器(6)并能转动，水流加速器(5)和第二水流加速器(6)通过连接片(7)与所述储水器(8)固定相连。
8.根据权利要求7所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述浮体(2)浮于水面，浮体(2)包括有上夹板(21)、下夹板(23)以及固定在上、下夹板之间浮盘(22)，上夹板(21)、下夹板(23)和浮盘(22)固定连接在一起，下夹板(23)下侧设置有多片连接板(24)，连接板(24)下端与所述储水器(8)的底部固定相连。
9.根据权利要求1所述的海洋波浪能发电的装置，其特征在于所述水轮(4)设有沿圆周均布有多个叶片(41)，叶片(41)为平滑的弧形片。
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