CN102661232B - 一种海浪发电站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海浪发电站，旨在提供一种能同时利用海浪冲击的能量和海浪波动的能量的发电站，其包括海浪捕能器和发电装置，所述发电装置包括水轮机，所述海浪捕能器包括水管、竖直设置的中心轴、套于中心轴上且可上下滑动的用于提供浮力的浮体、套于所述中心轴上且与所述浮体固定连接并可随浮体上下滑动的连接轴筒、与连接轴筒下端连接且可在所述浮体上下滑动过程中将外部海水压入水管的第一抽水活塞、与所述连接轴筒连接的大梁、与所述大梁连接的多个立杆、连接在立杆上且可相对立杆转动以在海浪冲击下推动所述连接轴筒转动的挡板和与连接轴筒连接且可在所述连接轴筒旋转过程中将外部海水压入水管的第二抽水活塞。本发明可用于海浪发电。

Description

一种海浪发电站

技术领域

本发明涉及发电设备，尤其是涉及一种海浪发电站。

背景技术

由于海浪蕴含巨大的能量，因此，利用海浪发电是人们梦寐以求的理想。海浪发电通常包括用于捕获海浪能量的海浪捕能器和与海浪捕能器连接且将捕获的能量转化成电能的发电装置。目前，海浪发电成熟的技术为点头鸭式海浪发电站，但是，其制作成本高，而且利用效率不高，发电稳定性差。随着技术的发展，最近几年发展起来另一种海浪发电站——浮筒式海浪发电站，但是，其只能利用海浪的上下波动的能量，无法利用海浪冲击的能量。显然，现有技术海浪发电站无法同时利用海浪冲击的能量和海浪波动的能量。而且，现有技术海浪发电站均存在发电电力不稳定的问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术海浪发电站无法同时利用海浪冲击的能量和海浪波动的能量的技术问题，提供了一种海浪发电站。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为设计一种海浪发电站，包括海浪捕能器和与海浪捕能器连接的发电装置，所述发电装置包括水轮机，所述海浪捕能器包括与水轮机连接的用于注入海水至所述水轮机驱动其转动的水管，所述海浪捕能器还包括竖直设置的中心轴、套于中心轴上且可上下滑动的用于提供浮力的浮体、套于所述中心轴上且与所述浮体固定连接并可随浮体上下滑动的连接轴筒、与连接轴筒下端连接且可在所述浮体上下滑动过程中将外部海水压入水管的第一抽水活塞、与所述连接轴筒连接的大梁、与所述大梁连接的多个立杆、连接在立杆上且可相对立杆转动以在海浪冲击下推动所述连接轴筒转动的挡板和与连接轴筒连接且可在所述连接轴筒旋转过程中将外部海水压入水管的第二抽水活塞。

所述海浪发电站还包括储能缓冲器，所述储能缓冲器包括一用于储存海水的储水箱、设置在所述储水箱与水管之间的且当压入的海水能量大于发电装置的额定需求时控制部分海水注入到储水箱储存起来并当压入的海水能量小于发电装置的额定需求时控制所述储水箱内的海水通过水管注入到水轮机的液体控制阀和连接在液体控制阀及储水箱之间的储水管；所述水管包括与所述第一抽水活塞和第二抽水活塞连接的进水管和与所述水轮机连接的总水管，所述液体控制阀设置在所述进水管、总水管和储水管的交接处。

所述液体控制阀包括与进水管连接的仅允许海水流入的单向阀。

所述第一抽水活塞的两端和第二抽水活塞的两端均设置有进水口和出水口，所述进水口设置有仅供海水进入的单向进水阀，所述出水口设置有仅供海水流出的单向出水阀，所述出水口与所述水管相连。

所述挡板和立杆设置在大梁的同一侧，所述挡板的宽度大于相邻立杆之间的间隙。

所述连接轴筒上设置有随所述连接轴筒旋转而旋转的凸轮，所述第二抽水活塞包括与所述凸轮连接且在所述凸轮驱动下做往复运动的活塞杆。

所述第一抽水活塞竖直设置，所述第二抽水活塞水平设置。

所述活塞杆上固定有轴承，所述轴承的内环与活塞杆固定连接，所述凸轮的端面内侧挖有一个宽度略大于轴承外环的槽，所述轴承收容于所述槽内。

所述水轮机包括固定的静止盘和设于静止盘内且可相对所述静止盘运动的运动盘，所述静止盘上设置有用于进水的注水口和用于出水的泄水口，所述运动盘上设置有承受注水口注入的海水推力而使运动盘转动的立板。

所述发电装置还包括传动装置、发电机以及控制输出系统，所述传动装置与所述运动盘连接。

本发明通过将海浪捕能器设置成包括竖直设置的中心轴、套于中心轴上且可上下滑动的浮体、套于所述中心轴上且与所述浮体固定连接并可随浮体上下滑动的连接轴筒、与连接轴筒下端连接且可在所述浮体上下滑动过程中将外部海水压入水管的第一抽水活塞、与所述连接轴筒连接的大梁、与所述大梁连接的多个立杆、连接在立杆上且可相对立杆转动以在海浪冲击下推动所述连接轴筒转动的挡板和与连接轴筒连接且可在所述连接轴筒旋转过程中将外部海水压入水管的第二抽水活塞，从而既可利用海浪冲击的能量，又可利用海浪波动的能量。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明海浪发电站的结构示意图；

图2是本发明海浪发电站的浮体的局部剖面示意图；

图3是本发明海浪发电站的连接轴筒与第一抽水活塞的结构示意图；

图4是本发明海浪发电站的第一抽水活塞与第二抽水活塞的结构示意图；

图5是本发明海浪发电站的第二抽水活塞与连接轴筒的主视结构示意图；

图6是本发明海浪发电站的第二抽水活塞与连接轴筒的俯视结构示意图；

图7是本发明海浪发电站的液体控制阀的结构示意图；

图8是本发明海浪发电站的运动盘的主视结构示意图；

图9是本发明海浪发电站的运动盘的侧视结构示意图；

图10是本发明海浪发电站的静止盘的主视结构示意图；

图11是本发明海浪发电站的静止盘的侧视结构示意图。

具体实施方式

请参见图1至图11。本发明海浪发电站主要由海浪捕能器1、储能缓冲器2和发电装置3三部分组成。海浪捕能器1用于捕获海浪的能量并产生发电需要的水流，储能缓冲器2主要用于稳定发电电力，发电装置3与海浪捕能器连接，主要用于在海浪捕能器产生的水流作用下发电。

海浪捕能器1包括中心轴11、浮体12、连接轴筒13、第一抽水活塞14、大梁15、立杆16、挡板17、第二抽水活塞18和水管19。其中：

中心轴11竖直设置，其固定在海底上，或固定于某一支架上。

浮体12套于中心轴上且可沿中心轴上下滑动并可绕中心轴转动，浮体主要用于提供浮力以吸收海浪的上下波动能量。浮体12可以为立方体、圆球体等，其结构特征为内部中空，中心有通道，用于穿过中心轴。

连接轴筒13套于所述中心轴上且与所述浮体固定连接并可随浮体上下滑动。

第一抽水活塞14与连接轴筒下端连接，主要用于在所述浮体上下滑动过程中将外部海水压入水管19。

大梁15与所述连接轴筒连接。大梁固定在连接轴筒上，两者不能发生相对运动。大梁是捕获海水冲击水轮的主要受力构件，可以做成“V”字形等刚度好的设计结构。

立杆16设有多个，其与所述大梁连接。立杆交叉固定在大梁上，立杆与大梁固定连接，不能发生相对运动。

挡板17连接在立杆上且可相对立杆转动，主要用于在海浪冲击下推动所述连接轴筒转动。挡板的跨度稍大于相邻两立柱之间的缝隙宽度，即挡板的宽度大于相邻立杆之间的间隙。挡板能绕立杆转动。挡板和立杆均设置在大梁的同一侧，比如前侧。

第二抽水活塞18与连接轴筒连接，主要用于在所述连接轴筒旋转过程中将外部海水压入水管。

第一抽水活塞和第二抽水活塞统称为抽水活塞，其主要像注射器一样，通过活塞杆41的推拉运动，进行吸水和注水动作。

第一抽水活塞14在所述浮体上下滑动过程中活塞杆41做往复的推拉运动，从而将外部海水压入水管19。第一抽水活塞与连接轴筒的连接结构可如图3所示。连接轴筒和活塞杆是滑动连接，且能带动活塞杆上下运动，可以在连接轴筒外表面靠近活塞杆的一端紧套上一个轴承5，而轴承的外侧则与活塞杆固定连接在一起，一般采用焊接。有时活塞杆不能和轴承外圈相接，采用折弯活塞杆也是可行方案。

第二抽水活塞18与连接轴筒通过凸轮传动连接，其与连接轴筒的连接结构可如图5和图6所示。连接轴筒13上设置有随所述连接轴筒旋转而旋转的凸轮131，所述第二抽水活塞的活塞杆41与所述凸轮连接且在所述凸轮驱动下往复运动，从而注入海水至水管内。在本具体实施例中，所述第一抽水活塞竖直设置，所述第二抽水活塞水平设置。凸轮只能随着连接轴筒的旋转而旋转，而不能上下平动，可以采用内圆外方形状的连接轴筒来实现该连接等。要求凸轮中间打孔，外形与连接轴筒外形相似，但尺寸大于连接轴筒的尺寸，凸轮与连接轴筒间隙配合，从而保证凸轮只绕连接轴筒旋转而不上下平动。凸轮与活塞杆滑动连接，即活塞杆不仅需要托住凸轮使其不能上下平动，而且还需要随着凸轮的端面起伏而做推拉运动。在本具体实施例中，活塞杆41上固定有轴承6，所述轴承6的内环与活塞杆固定连接，所述凸轮的端面内侧挖有一个宽度略大于轴承外环的槽，所述轴承收容于所述槽内。轴承的内环与活塞杆可采用焊接或胶接等。第二抽水活塞主要借助凸轮的旋转转变为活塞杆的反复推动运动，从而完成抽水过程。

抽水活塞的结构如图4所示。抽水活塞的两端均设置有进水口42和出水口43，所述进水口设置有仅供海水进入的单向进水阀421，所述出水口设置有仅供海水流出的单向出水阀431，所述出水口与所述水管相连，从而使得活塞在往复运动过程中均可以朝水管内压入海水。

水管19主要用于连接抽水活塞、储能缓冲器和发电装置，其与发电装置的水轮机连接，并将抽水活塞或储能缓冲器中的海水注入水轮机驱动其转动从而在发电装置中产生电能。

水管19包括与所述第一抽水活塞和第二抽水活塞连接的进水管191和与所述水轮机连接的总水管192。

储能缓冲器2包括储水箱21和液体控制阀22。储水箱与所述水管连接，主要用于储存过量的海水以稳定发电量，当抽水活塞压入的海水能量大于发电装置的额定需求时将部分海水注入到储水箱储存起来，当抽水活塞压入的海水能量小于发电装置的额定需求时将存储在所述储水箱内的海水通过水管注入到水轮机。液体控制阀22设置在所述储水箱与水管之间。在本具体实施例中，储水箱与液体控制阀之间设置有储水管23。液体控制阀22设置在所述进水管、总水管和储水管的交接处。液体控制阀主要用于当压入的海水能量大于发电装置的额定需求时控制部分海水注入到储水箱储存起来，而当压入的海水能量小于发电装置的额定需求时控制所述储水箱内的海水通过水管注入到水轮机。储水箱21可通过支架211支撑固定在海底等支撑物上，或者放在海岸的某一高处。

液体控制阀包括单向阀。

液体控制阀22可以采用多通阀加上一个单向阀实现，通常选单向阀221加三通阀222来实现，其结构示意图如图7所示。单向阀221与进水管连接，其仅允许海水流入。进水管191和单向阀221连接，再通过单向阀221连接到三通阀222的一个端口上。单向阀只允许海水流到三通阀内，而不允许海水从三通阀向进水管流动。三通阀的另外两个端口分别接储水管和总水管。

储水箱的高度主要根据调节通往发电装置的压力来设置，也就是说液体控制阀控制海水流向的关键参数额定压力是靠储水箱的高度来实现的。储水箱的高度越高对三通阀的压力越大，当进水管进来的压力大于储水箱内被举高的水对三通阀口的压力时，一部分水就会往储水箱里注水，反之储水箱中的水流出，去补充进水管压力不足的水，并和进水管的水一起通过总水管注入发电装置。

发电装置3主要包含水轮机、传动装置和发电机以及控制输出系统。总水管中具有一定能量的海水输出到水轮机上，然后带动水轮机转动，通过传动装置将转动能量传到发电机上，带动电动机转动发电。

请一并参见图8、图9、图10和图11。水轮机31包括固定的静止盘311和设于静止盘内且可相对所述静止盘运动的运动盘312。静止盘311上设置有用于进水的注水口3111、用于出水的泄水口3112和空腔3113。所述运动盘上设置有承受注水口注入的海水推力的立板3121，由于这个推力从而致使运动盘旋转。立板的形状需保证将水的动能转化为机械能，且要求效率最大，其形状根据实验测试而定。

注水口3111与总水管相连接，静止盘的空腔与运动盘的立板配合，运动盘堵住所述空腔构成一个封闭的腔体。运动盘与传动装置的传动轴相连。总水管中带有能量的水冲击水轮机的运动盘，带动水轮机的运动盘转动，然后水轮机通过转动装置调整旋转的转速，将水轮机传来的能量转给发电机，带动发电机发电，最后将发出的电通过控制输出系统经过整流、调压后输送给用户。

海浪捕能器、储能缓冲器以及发电装置的数量可以是多对多的关系，不一定都是一个，可以根据情况设置多个海浪捕能器、多个储能缓冲器以及多个发电装置，他们之间的连接采用水管或其他连接，发电装置输出可以通过整流调压等电力操作后并在一个输出电网上，而多个储能缓冲器或多个海浪捕能器他们之间可以用水管并联起来。比如将多个海浪捕能器输出水管合并到一个水管上，再由这个水管分流成多个输出分支，每个分支输出到对应的储能缓冲器的液体控制阀上。

本发明的工作原理为：当海浪过来时，伴随着海浪的上下波动和海水流动冲击，作用于海浪捕能器。首先海浪的波动会导致浮体上下运动，浮体的上下运动就会带动与之相连的连接轴筒，从而带动活塞杆上下运动。通过该种方式将海浪的上下波动能传递到活塞杆上，致使第一抽水活塞抽水，从而将海水压入水管。另一方面海水的流动冲击会作用在挡板上，两边的挡板，在海水冲击下会一侧敞开，海水流过，而另一侧则封住立柱间的间隙，这样海水就不能流过，不能流过海水的一侧受力就大些，就会产生压力差，由压力差来推动大梁等捕获海水冲击的构件转动，从而带动连接轴筒转动。转动的能量通过与连接轴筒相连的凸轮传到第二抽水活塞上，而使第二抽水活塞加压抽水，从而将海水压入水管。通过抽水活塞压入水管的海水具有一定的压力，因而具有一定的能量。当压入的海水的压力较大，并大于发电装置的额定工作压力时，多余的能量的水就会被液体控制阀控制注入到储水箱中；当水压力较小，小于发电装置额定压力时，液体控制阀就会将储水箱中的水补充注入到与发电装置连接的总水管中。总水管中的有能量有压力的水推动水轮机转动并通过传动装置带动发电机发电。

本发明通过海浪捕能器捕捉海浪上下波动和海水流动能量，并通过储能缓冲器将发电时多余的海浪能量储存起来，并不时的对发电装置提供补充，以保证能量稳定的输出。既解决了现有技术海浪发电站无法同时利用海浪冲击的能量和海浪波动的能量的问题，还解决了现有技术海浪发电站发电电力不稳定的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种海浪发电站，包括海浪捕能器和与海浪捕能器连接的发电装置，所述发电装置包括水轮机，所述海浪捕能器包括与水轮机连接的用于注入海水至所述水轮机驱动其转动的水管，其特征在于：所述海浪捕能器还包括竖直设置的中心轴、套于中心轴上且可上下滑动的用于提供浮力的浮体、套于所述中心轴上且与所述浮体固定连接并可随浮体上下滑动的连接轴筒、与连接轴筒下端连接且可在所述浮体上下滑动过程中将外部海水压入水管的第一抽水活塞、与所述连接轴筒连接的大梁、与所述大梁连接的多个立杆、连接在立杆上且可相对立杆转动以在海浪冲击下推动所述连接轴筒转动的挡板和与连接轴筒连接且可在所述连接轴筒旋转过程中将外部海水压入水管的第二抽水活塞；

所述挡板和立杆设置在大梁的同一侧，所述挡板的宽度大于相邻立杆之间的间隙；

所述连接轴筒上设置有随所述连接轴筒旋转而旋转的凸轮，所述第二抽水活塞包括与所述凸轮连接且在所述凸轮驱动下做往复运动的活塞杆；

所述活塞杆上固定有轴承，所述轴承的内环与活塞杆固定连接，所述凸轮的端面内侧挖有一个宽度略大于轴承外环的槽，所述轴承收容于所述槽内。

2.根据权利要求1所述的海浪发电站，其特征在于：所述海浪发电站还包括储能缓冲器，所述储能缓冲器包括一用于储存海水的储水箱、设置在所述储水箱与水管之间的且当压入的海水能量大于发电装置的额定需求时控制部分海水注入到储水箱储存起来并当压入的海水能量小于发电装置的额定需求时控制所述储水箱内的海水通过水管注入到水轮机的液体控制阀和连接在液体控制阀及储水箱之间的储水管；所述水管包括与所述第一抽水活塞和第二抽水活塞连接的进水管和与水轮机连接的总水管，所述液体控制阀设置在所述进水管、总水管和储水管的交接处。

3.根据权利要求2所述的海浪发电站，其特征在于：所述液体控制阀包括与进水管连接的仅允许海水流入的单向阀。

4.根据权利要求1所述的海浪发电站，其特征在于：所述第一抽水活塞的两端和第二抽水活塞的两端均设置有进水口和出水口，所述进水口设置有仅供海水进入的单向进水阀，所述出水口设置有仅供海水流出的单向出水阀，所述出水口与所述水管相连。

5.根据权利要求1所述的海浪发电站，其特征在于：所述第一抽水活塞竖直设置，所述第二抽水活塞水平设置。

6.根据权利要求1所述的海浪发电站，其特征在于：所述水轮机包括固定的静止盘和设于静止盘内且可相对所述静止盘运动的运动盘，所述静止盘上设置有用于进水的注水口和用于出水的泄水口，所述运动盘上设置有承受注水口注入的海水推力而使运动盘转动的立板。

7.根据权利要求6所述的海浪发电站，其特征在于：所述发电装置还包括传动装置、发电机以及控制输出系统，所述传动装置与所述运动盘连接。