CN102734054A - 双流道波浪能发电装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双流道波浪能发电装置及其方法。它包括漏斗形内流道装置,漏斗形内流道装置顶端设有横梁,漏斗形内流道装置上部外侧设有涡轮型外流道,涡轮型外流道上端与横梁相连,涡轮型外流道下表面设有圆环形浮箱,圆环形浮箱与漏斗形内流道装置中部相连,中心转轴上端与横梁活动连接,中心转轴与同心轴通过滚动轴承径向固定,同心轴下端与发电装置永磁铁相连,中心转轴底部通过中心转轴推力轴承与发电装置壳体底部相连,带有轴流式轮机叶片的同心轴底部通过同心轴推力轴承与发电装置壳体底部相连。本发明结合了现有波浪能发电装置的优势,并通过双流道的设计大大提高了波浪能利用率,具有效率高、可靠性强、结构简单等特点。

Description

双流道波浪能发电装置及其方法
技术领域
本发明涉及波浪能发电装置,尤其涉及一种双流道波浪能发电装置及其方法。
背景技术
    海洋覆盖了地球百分之七十的表面,蕴藏着巨大的能量。海洋能清洁可再生,如果能有效地利用好这部分能量,就有可能缓解当前世界面临的能源紧张及污染排放的问题。
现在的海洋能利用主要有波浪能、潮汐能、潮流能、温差能等,其中波浪能的储量大,但利用技术还不成熟,主要技术有振荡水柱式波浪能利用、振荡浮子式波浪能利用和越浪式波浪能利用,这些技术大多处在研究阶段,现有的成型利用装置还有较大改进空间。以越浪式装置为例,越浪技术是利用水道将波浪引入高水位水库形成水位差(水头),利用水头直接驱动水轮发电机组发电。越浪式技术包括收缩波道技术、波龙技术和槽式技术,优点是具有较好的输出稳定性、效率以及可靠性,缺点是尺寸较大,建造困难。目前研制的装置有挪威的350kW收缩波道式电站、丹麦的Wave Dragon波力装置、挪威的SSG槽式装置,而这些均处于示范或试验阶段。
本发明所提出的越浪式冲转波浪能发电装置对传统波浪能转化思路进行了转变,将装置内外分隔,不仅能够利用波浪势能,还能利用波浪冲转装置外部,对波浪的横向动能进行利用,使得能量转化效率得到提高,在相同的设备体积和投入上得到更大的产出。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种双流道波浪能发电装置及其利用方法。
双流道波浪能利用装置包括漏斗形内流道装置,漏斗形内流道装置顶端设有横梁,漏斗形内流道装置上部外侧设有涡轮型外流道,涡轮型外流道上端与横梁相连,涡轮型外流道下表面设有圆环形浮箱,圆环形浮箱与漏斗形内流道装置中部相连,中心转轴上端与横梁活动连接,中心转轴与带有轴流式轮机叶片的同心轴通过滚动轴承径向固定,带有轴流式轮机叶片的同心轴下端与发电装置永磁铁相连,中心转轴底部通过中心转轴推力轴承与发电装置壳体底部相连,带有轴流式轮机叶片的同心轴底部通过同心轴推力轴承与发电装置壳体底部相连。
波浪能利用方法:当波浪冲向所述装置时,远离中心转轴的波浪会冲击涡轮型外流道带动外流道正向转动,经过横梁的传动,中心转轴会以与涡轮型外流道相同的转速转动,带动与之相连的发电装置线圈正向转动;与此同时,靠近中心转轴的波浪进入漏斗形内流道装置后带动带有轴流式轮机叶片的同心轴的叶片转动,从而带动与带有轴流式轮机叶片的同心轴相连的发电装置永磁铁反向转动,通过发电装置线圈正向转动与发电装置永磁铁反向转动获得更大的相对转速而提高发电效率。
本发明与现有技术相比,具有的有益效果:
1)方便大规模应用,本装置设计工况要求低,只要能漂浮于海面上就可在适当海浪高度下发电,可以大规模应用于小型波浪能利用。
2)发电效率高,由于采取了内流道水头发电结合外流道叶片带动轴转动两种发电方式。
3)本装置在解决了低波浪能能量密度发电问题的同时,还能提高能量利用率。
4)制造简单,整个装置大部分都采用机械控制和简单电路控制,造价低廉。
附图说明
图1是双流道波浪能发电装置结构示意图;
图2 是本发明的外流道结构示意图;
图3 是本发明的内外流道工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明进行进一步的说明:
如图1所示,双流道波浪能利用装置包括漏斗形内流道装置1,涡轮型外流道2,横梁3,中心转轴4,圆环形浮箱5,发电装置线圈6,带有轴流式轮机叶片的同心轴7,发电装置永磁铁8,发电装置壳体9,轴流式发电流道10;漏斗形内流道装置1顶端设有横梁3,漏斗形内流道装置1上部外侧设有涡轮型外流道2,涡轮型外流道2上端与横梁3相连,涡轮型外流道2下表面设有圆环形浮箱5,圆环形浮箱5与漏斗形内流道装置1中部相连,中心转轴4上端与横梁3活动连接,中心转轴4与带有轴流式轮机叶片的同心轴7通过滚动轴承径向固定,带有轴流式轮机叶片的同心轴7下端与发电装置永磁铁8相连,中心转轴4底部通过中心转轴推力轴承与发电装置壳体9底部相连,带有轴流式轮机叶片的同心轴7底部通过同心轴推力轴承与发电装置壳体9底部相连。
本装置发电部分采用双转子永磁同步电机(PMSM),其发电原理为:根据电磁感应原理,导体在磁场中运动切割磁力线产生的感应电动势大小为:
————(1)          
式中,N为线圈匝数,
Figure 2012102026473100002DEST_PATH_IMAGE003
为主磁通的幅值(Wb),
Figure 117055DEST_PATH_IMAGE004
为旋转角速度(rad/s),t为时间(s)。双转子永磁同步电机(PMSM)与普通PMSM的区别在于其电枢部分也可以旋转,两个转子旋转的动力来源于永磁体与电枢所产生磁场间的相互作用,因此,两个转子必将沿着相反的方向旋转由式(1)可见,若采用双转子结构,即使绝对转速很低,也可使磁场与绕组之间的相对转速变大。
可得此时感应电动势大小为:
————(2)
其中,
Figure 2012102026473100002DEST_PATH_IMAGE007
分别为内、外转子的旋转角速度。比较式(1)和式(2)可知,在相同的条件下,
双转子发电机的风能利用率和发电能力都提高了,即使转速很低也能运行,降低了起动速度,加宽了发电机的工作速度的范围。
波浪能利用方法:波浪冲向所述装置之后,远离中心转轴4的波浪会冲击涡轮型外流道2带动外流道正向转动,经过横梁3的传动,中心转轴4会以与涡轮型外流道2相同的转速转动,带动与之相连的发电装置线圈6正向转动;与此同时,靠近中心转轴4的波浪进入漏斗形内流道装置1后带动带有轴流式轮机叶片的同心轴7的叶片转动,从而带动与带有轴流式轮机叶片的同心轴7相连的发电装置永磁铁8反向转动,通过发电装置线圈6正向转动与发电装置永磁铁8反向转动,从而带动发电装置完成整个发电过程。

Claims (2)

1.一种双流道波浪能利用装置,其特征在于包括漏斗形内流道装置(1),涡轮型外流道(2),横梁(3),中心转轴(4),圆环形浮箱(5),发电装置线圈(6),带有轴流式轮机叶片的同心轴(7),发电装置永磁铁(8),发电装置壳体(9),轴流式发电流道(10);漏斗形内流道装置(1)顶端设有横梁(3),漏斗形内流道装置(1)上部外侧设有涡轮型外流道(2),涡轮型外流道(2)上端与横梁(3)相连,涡轮型外流道(2)下表面设有圆环形浮箱(5),圆环形浮箱(5)与漏斗形内流道装置(1)中部相连,中心转轴(4)上端与横梁(3)活动连接,中心转轴(4)与带有轴流式轮机叶片的同心轴(7)通过滚动轴承径向固定,带有轴流式轮机叶片的同心轴(7)下端与发电装置永磁铁(8)相连,中心转轴(4)底部通过中心转轴推力轴承与发电装置壳体(9)底部相连,带有轴流式轮机叶片的同心轴(7)底部通过同心轴推力轴承与发电装置壳体(9)底部相连。
2.一种使用如权利要求1所述装置的波浪能利用方法,其特征在于当波浪冲向所述装置时,远离中心转轴(4)的波浪会冲击涡轮型外流道(2)带动外流道正向转动,经过横梁(3)的传动,中心转轴(4)会以与涡轮型外流道(2)相同的转速转动,带动与之相连的发电装置线圈(6)正向转动;与此同时,靠近中心转轴(4)的波浪进入漏斗形内流道装置(1)后带动带有轴流式轮机叶片的同心轴(7)的叶片转动,从而带动与带有轴流式轮机叶片的同心轴(7)相连的发电装置永磁铁(8)反向转动,通过发电装置线圈(6)正向转动与发电装置永磁铁(8)反向转动获得更大的相对转速而提高发电效率。
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