CN102691610A

CN102691610A - 中心浮子式波浪能发电装置

Info

Publication number: CN102691610A
Application number: CN2012102137211A
Authority: CN
Inventors: 曹守启; 赵洋; 张丽珍; 付淑漫
Original assignee: Shanghai Maritime University
Current assignee: Shanghai Maritime University; Shanghai Ocean University
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: CN102691610B

Abstract

本发明涉及中心浮子式波浪能发电装置，用于波浪能的发电，属于海洋能利用技术领域。其结构包括中心大浮体、连接体以及围绕中心大浮体分布的多个独立振荡式波浪能转换装置，所述振荡式波浪能转换装置通过连杆及连接体与中心大浮体相连。本发明发电装置的中心大浮体在波浪中做垂荡运动，围绕在中心大浮体周边的多个振荡式波浪能转换装置类似于传统的波浪能吸收装置，可以独立吸收和转换波浪能。而当中心大浮体的垂荡固有频率与波浪运动的频率相等或者相接近时，中心大浮体与海水发生共振，此时波浪将带动中心大浮体剧烈运动，通过连杆将中心大浮体的振荡传到各个振荡式波浪能转换装置处，放大其振荡运动，具有高吸收率及转化率和抗冲击性。

Description

中心浮子式波浪能发电装置

技术领域

本发明涉及一种波浪能发电装置，尤其是涉及一种中心浮子式波浪能发电装置，属于海洋能利用领域。

背景技术

海洋能源是指从海洋中所获取的能量。如今海洋覆盖率占地球表面约70％左右，海洋已成为世界上最大的太阳能集热器和储能系统。理论上，60万平方公里的热带海洋每天吸收太阳辐射量，相当于250亿万桶石油所蕴含的能量。而在所有海洋能中，波浪能的能量密度最高，且在开发过程中对环境影响小且以机械能形式存在，因此，波浪能是最理想最值得利用的海洋能。

由于波浪能的能量密度高、分布面广、且是一种取之不竭的可再生清洁能源，在全世界范围的波浪能中，运用相应技术，每年可以产生约140-750亿千瓦时能量。而且随着可预测的长期技术改进，波浪能的可利用量还可以增加两到三倍。

目前，波浪能利用装置的种类繁多，这些装置主要都是基于以下的基本机理，一是利用物体在波浪作用下的升沉和摇摆运动将波浪能转换为机械能；二是利用波浪沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。总的来说，绝大多数波浪能转换系统由三级能量转换机构组成。一级能量转换机构将波浪能转换成某个载体的机械能；二级能量转换机构将一级能量转换所得到的能量转换成旋转机械如水力透平、空气透平、液压电动机、齿轮增速机构等的机械能；三级能量转换通过发电机将旋转机械的机械能转换为目标能量。

海洋能的利用发展在海洋开发与海防方面将起到关键作用。但由于波浪的不稳定性导致其转换装置经常处于非设计工况，其转换率并不是很理想。此外，恶劣的海洋环境造成的转换装置腐蚀、海生物附着也有可能造成装置某些环节的失效。为此相关人员对转换装置进行研究，使其能够进一步提高转换装置的转换效率以及提高其可靠性，这也是波浪能利用技术发展的关键。

目前制约波浪能吸收装置效率的主要瓶颈在于吸收装置只能吸收当地的能量，即装置所覆盖区域的能量，为一个点或者一条线，而难以将一个平面的能量收集起来。

发明内容

本发明所有解决的技术问题是克服上述现有技术中波浪能转化过程中能量吸收率低，转化效率不理想以及抗冲击能力差等缺点，而提供一种抗冲击能力强、能量吸收及转化效率高的中心浮子式波浪能发电装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的，中心浮子式波浪能发电装置，包括中心大浮体、连接体以及围绕中心大浮体均匀分布的多个独立振荡式波浪能转换装置，所述连接体设置在中心大浮体的外侧壁上，所述多个振荡式波浪能转换装置通过连杆与连接体相连。

所述振荡式波浪能转换装置由空心浮筒体、套筒、传动轴、增速器、叶轮及发电机组成，所述传动轴上端通过增速器与发电机相连，所述传动轴下端与叶轮相连，所述传动轴及叶轮位于套筒内，所述增速器和发电机置于空心浮筒体内。

所述套筒上设有入水口。

所述入水口为多个，设置在套筒的侧壁上。

所述增速器由固定在每个传动轴上端的大齿轮及分别与大齿轮相啮合的小齿轮组成，所述各小齿轮分别与对应的发电机同轴。

所述叶轮由两片相对的上下叶片组成。

所述独立振荡式波浪能转换装置为四个。

所述中心大浮体的外侧壁上设有凹槽，所述连接体通过凹槽与中心大浮体相连，所述凹槽是由中心大浮体外侧多级不同高度的凹槽组成。

所述中心大浮体的上部中心设有吊耳。

所述中心大浮体为空心圆柱体结构，其半径R与高度L的关系为

Figure 2012102137211100002DEST_PATH_IMAGE001

。

本发明的有益效果，本发明利用中心大浮体的振荡可将振荡式波浪能转换装置的振荡放大。本发明发电装置的中心大浮体在波浪中做垂荡运动，围绕在中心大浮体周边的多个振荡式波浪能转换装置类似于传统的波浪能吸收装置，可以独立吸收和转换波浪能。而当中心大浮体的垂荡固有频率与波浪运动的频率相等或者相接近时，中心大浮体与海水发生共振，此时波浪将带动中心大浮体剧烈运动，而通过连杆，可将中心大浮体的振荡传到各个振荡式波浪能转换装置处，放大其振荡运动，进而加强各个振荡式波浪能转换装置的作用，可以充分利用波浪能，提高吸收和转化效率，达到将一个面的能量集中收集的效果。

振荡式波浪能转换装置中套筒结构的设计有效隔离了转换装置与海洋的接触，减少了海草等不利因素对振荡式波浪能转换装置的影响，进而提高了振荡式波浪能转换装置的使用寿命，也提高了整体的抗冲击能力和可靠性。

应用本发明可以为离岸海上设备供电，减少输电设施，延长设备的使用寿命和使用效率，具有广阔的市场前景和应用价值。例如可以对灯塔、海洋浮标等海上的建筑提供持续电能，是可靠且可行的方案。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1：本发明波浪能发电装置结构示意图。

图2：本发明振荡式波浪能转换装置内部结构示意图。

其中，图中的标号说明如下：

1—中心大浮体，2--凹槽，3--吊耳，4--连接体，5--振荡式波浪能转换装置，6--空心浮筒体，7--套筒，8--入水口，9--传动轴，10--增速器，11--发电机，12—叶轮，13--大齿轮，14--小齿轮，15--上叶片，16--下叶片，17-连杆。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的中心浮子式波浪能发电装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

如图1所示，本发明中心浮子式波浪能发电装置，包括中心大浮体1、凹槽2、吊耳3、连接体4以及振荡式波浪能转换装置5。

所述中心大浮体1为空心圆柱体结构，在中心大浮体1的外侧圆周边设有凹槽2，所述凹槽2是由中心大浮体1外侧多级不同高度的凹槽组成，通过多级不同高度的凹槽2将连接体4与中心大浮体1连接。从而使所述中心大浮体1本身具有了调整作用，在使用时，可根据海域波浪情况，通过调整连接体4与凹槽2的连接级别，即调整连接体4与中心大浮体1的连接位置，来改变中心大浮体1吃水深度，从而达到改变中心大浮体1的垂荡运动的频率，以此来保证中心大浮体1与波浪产生共振，以最大程度吸收波浪能。

所述吊耳3设置在所述中心大浮体1上部中心位置，在大片海域中，通过吊耳3系接其它中心大浮体1，以便组成一个装置组系列进行工作。

如图2所示，为振荡式波浪能转换装置5的内部结构示意图。所述多个振荡式波浪能转换装置5通过连杆17与连接体4相连。图中显示所述独立振荡式波浪能转换装置为四个，可以根据使用环境对独立振荡式波浪能转换装置5的数量进行选择。

所述振荡式波浪能转换装置5由空心浮筒体6、套筒7、传动轴9、增速器10、发电机11及叶轮12组成。

所述空心浮筒体6为圆柱形状，其下部与套筒7相连，所述套筒7上设有多个入水口8。

所述传动轴9的上端经由增速器10与发电机11相连；所述传动轴9下端与叶轮12相连，所述传动轴9和叶轮12位于套筒7内。所述增速器10和发电机11位于上部空心浮筒体6内。

所述叶轮12是由两片相对的上叶片15和下叶片16组成。当振荡式波浪能转换装置5向上振荡时，上部的海水冲击上叶片15使叶轮12转动。当振荡式波浪能转换装置5向下振荡时，下部海水冲击下叶片16转动。这种方式保证了传动轴9的同向转动，减小了叶轮12上下运动时的阻力，且可充分利用单位面积中的波浪能，有效提供转换效率。

所述增速器10由固定在每个传动轴9上端的大齿轮13与分别与大齿轮13相啮合的小齿轮14组成，所述各个小齿轮14分别与对应的发电机11同轴。

所述空心浮筒体6可以随波浪上下运动，带动振荡式波浪能转换装置5整体的运动，当海水通过套筒7上的入水口8进入到套筒7时，与叶轮12产生相对运动，带动叶轮12转动，而叶轮12通过传动轴9带动一对啮合大齿轮13和小齿轮14增速器10转动，通过增速器10进而带动发电机11发电。

本发明发电装置使用时，中心大浮体1在波浪中做垂荡运动，围绕在中心大浮体1周边的多个振荡式波浪能转换装置5类似于传统的波浪能吸收装置，可以独立吸收和转换波浪能。而当中心大浮体1的垂荡固有频率与波浪运动的频率相等或者相接近时，中心大浮体1与海水发生共振，此时波浪将带动中心大浮体1剧烈运动，通过连杆17，可将中心大浮体1的振荡传到各个振荡式波浪能转换装置5处，从而也放大了各个振荡式波浪能转换装置5的振荡运动，进而使波浪能转换成电能的效率大幅提高，而中心大浮体1的半径和高度

的关系满足

时，中心大浮体1易产生共振。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.中心浮子式波浪能发电装置，其特征在于：包括中心大浮体、连接体以及围绕中心大浮体均匀分布的多个独立振荡式波浪能转换装置，所述连接体设置在中心大浮体的外侧壁上，所述每个振荡式波浪能转换装置通过连杆与连接体相连。

2.根据权利要求1所述的中心浮子式波浪能发电装置，其特征在于：所述振荡式波浪能转换装置由空心浮筒体、套筒、传动轴、增速器、叶轮及发电机组成，所述传动轴上端通过增速器与发电机相连，所述传动轴下端与叶轮相连，所述传动轴及叶轮位于套筒内，所述增速器和发电机置于空心浮筒体内。

3.根据权利要求2所述的中心浮子式波浪能发电装置，其特征在于：所述套筒上设有入水口。

4.根据权利要求3所述的中心浮子式波浪能发电装置，其特征在于：所述入水口为多个，设置在套筒的侧壁上。

5.根据权利要求2所述的中心浮子式波浪能发电装置，其特征在于：所述增速器由固定在每个传动轴上端的大齿轮及分别与大齿轮相啮合的小齿轮组成，所述各小齿轮分别与对应的发电机同轴。

6.根据权利要求2所述的中心浮子式波浪能发电装置，其特征在于：所述叶轮由两片相对的上下叶片组成。

7.根据权利要求1所述的中心浮子式波浪能发电装置，其特征在于：所述振荡式波浪能转换装置为四个。

8.根据权利要求1所述的中心浮子式波浪能发电装置，其特征在于：所述中心大浮体的外侧壁上设有凹槽，所述连接体通过凹槽与中心大浮体相连，所述凹槽是由中心大浮体外侧多级不同高度的凹槽组成。

9.根据权利要求1所述的中心浮子式波浪能发电装置，其特征在于：所述中心大浮体的上部中心设有吊耳。

10.根据权利要求1所述的中心浮子式波浪能发电装置，其特征在于：所述中心大浮体为空心圆柱体结构，其半径R与高度L的关系为

。