CN102943730B - 一种波力直驱水轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种波力直驱水轮机，包括由导流管、导流轮管以及蓄水池组成的一个L型本体；导流轮管内设置有固定式导流叶片、用于将波浪能转换为电能的转轮以及用于放置发动机组的导流体，转轮外侧沿圆周方向均匀设有若干转轮叶片，导流体外壁设有两组用于将波浪导流至转轮叶片上从而带动转轮转动的固定式导流叶片。导流管将波浪收集到水轮机中，蓄水池起到储存流过水轮机流道的流量的作用。在一个波周期内，水流在水轮机内流入和流出形成往复水流，且水流总是驱动转轮朝同一方向旋转。本发明集波能俘获和转换于一体，结构简单，安装维修方便，波力直驱水轮机有宽广的高效率区，对波高变化的适应性强。

Description

一种波力直驱水轮机
技术领域
本发明涉及一种水轮机，尤其是涉及一种波力直驱水轮机。
背景技术
为满足人类对能源的需求，发展低碳经济、积极开发可再生能源己是各国政府一项十分重要的任务。如何从覆盖地球面积70%以上的海洋中获取再生能源，成了能源行业关注的焦点。其中，波浪能由于开发过程对环境影响小且以机械能形式存在，是品位最高的海洋能，且储量巨大、分布广泛，是未来海洋能利用发展的主要方向，在海洋开发和海防方面将起到关键作用。利用波浪能发电可为边远海岛和海上设施等提供清洁能源，还可利用波浪能提供的动力进行海水淡化、从深海提取低温海水进行空调制冷以及制氢等。
针对波浪随机波动的特性及恶劣的海洋环境等不利因素，能否研制出科学合理、经济适用的波浪能发电装置，不仅直接影响到波浪能的转化效率及制造、维护成本的高低，而且往往决定了实际利用波浪能总体技术的成败。
为开发利用波浪能，研究人员开发了多种不同型式的波浪能转换装置。在这些转换系统中，振荡水柱式OWC是最有代表性的一种，它采用空气作为工作介质来驱动转轮，具有峰值效率比较高，启动性能好，适于在变工况条件下工作等特点，但这种转换系统的平均效率比较低，且流动噪声较大。而与气流相比，水流的能量密度更高，因而如能用水流来直接驱动水轮机型能量转换装置，则可大大改善转换系统的性能。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种集波能俘获和转换于一体，结构简单，安装维修方便，效率高、噪声小，具有宽广的高效率区，对波高变化的适应性强的一种波力直驱水轮机。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种波力直驱水轮机，其特征在于，包括由导流管、导流轮管以及蓄水池组成的一个L型本体；导流轮管内设置有固定式导流叶片、用于将波浪能转换为电能的转轮以及用于放置发动机组的导流体，所述转轮包括转轮轮毂以及沿转轮轮毂外侧周向均匀设置的若干转轮叶片，所述导流体外壁设有两组用于将波浪导流至转轮叶片上从而带动转轮转动的固定式导流叶片。
其中，导流管用于波能俘获，转轮用于转换波浪能，蓄水池用于储存水流。随着波浪的起伏，水流流入或流出水轮机，并驱动转轮朝同一方向旋转。
整个装置集波能俘获和转换于一体，直接由波力驱动转轮，水流能顺畅流过转轮做功，启动性能好，具有高的转换效率。
转轮可与感应式异步发电机或永磁同步发电机相连，组成波力发电机组，实现波浪能－机械能－电能的完整转换。
本发明的波力直驱水轮机既可以是近岸固定型的，也可以是海上漂浮型的。固定型的可安装在近海或近岸水域的挡水处，如结合防波堤等海工和港工设施建造成波力电站。由于电站的土建可以结合工程进行，波力发电的成本可大为降低，设备也易于安装和维护。且电站的吸能作用，还可减轻作用在海工建筑上的波浪载荷，增加海工建筑可靠性。
在上述的一种波力直驱水轮机，所述的导流体包括第一空心桶和第二空心桶，均固定在导流轮管内，上述转轮设置在第一空心桶和第二空心桶之间；所述第一空心桶和第二空心桶一端分别固定有一半球形顶盖。
在上述的一种波力直驱水轮机，所述转轮叶片为圆弧状，沿周向均匀设置在转轮外侧；所述固定式导流叶片为两组，两组固定式导流叶片分别设置在第一空心桶和第二空心桶与转轮靠近的一端外壁。
在上述的一种波力直驱水轮机，所述固定式导流叶片为两段组成，靠近转轮叶片处的一段为直线，直线后的一段为圆弧；两组固定式导流叶片呈八字形对称分部在转轮两侧。
作为另一种技术方案，在上述的一种波力直驱水轮机，所述固定式导流叶片为平板型，两组固定式导流叶片呈八字形对称分部在转轮两侧。
在上述的一种波力直驱水轮机，导流管为用于进出波浪的导流口，呈喇叭形，或其它有利于水流流入流出的流线型；所述蓄水池为圆柱形。
因此，本发明具有如下优点：集波能俘获和转换于一体，结构简单，安装维修方便，效率高、噪声小，具有宽广的高效率区，对波高变化的适应性强。
附图说明
附图1是本发明的一种立体结构示意图。
附图2是图1中转轮及转轮叶片的立体结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，导流管1、导流轮管2、蓄水池3、转轮4、导流体5、固定式导流叶片6、第一空心桶7、第二空心桶8、半球形顶盖9、转轮轮毂10、转轮叶片11。
实施例1：
本发明包括由导流管1、导流轮管2以及蓄水池3组成的一个L型本体；导流管1为喇叭形，用于波能俘获；导流轮管2内设置有用于将波浪能转换为电能的转轮4以及用于放置发动机组的导流体5，转轮轮毂10外壁沿周向均匀设有若干转轮叶片11，导流体5外壁设有用于将波浪导流至转轮叶片11上从而带动转轮4转动的若干固定式导流叶片6；蓄水池3为圆柱形。
导流体5包括第一空心桶7和第二空心桶8，均固定在导流轮管2内，上述转轮4设置在第一空心桶7和第二空心桶8之间；所述第一空心桶7和第二空心桶8一端分别固定有一半球形顶盖9。转轮叶片11为圆弧状，周向均匀设置在转轮轮毂10外侧；所述固定式导流叶片6为两组，两组固定式导流叶片6分别设置在第一空心桶7和第二空心桶8与转轮4靠近的一端外壁。固定式导流叶片6为两段组成，靠近转轮叶片处的一段为直线，直线后的一段为圆弧；两组固定式导流叶片6呈八字形对称分部在转轮4两侧。
随着波浪的起伏，水流将流入或流出水轮机，并可驱动转轮始终朝同一方向旋转，进而带动发电机转动，从而将波浪能转换为电能。所发电能可为边远海岛和海上设施等提供清洁能源，还可利用波浪能提供的动力进行海水淡化、从深海提取低温海水进行空调制冷以及制氢等。
本发明的波力直驱水轮机可为近岸固定型，也可为海上漂浮型。
若为固定型，可安装在近海或近岸水域的挡水处，如防波堤等海工和港工设施内。固定式导流叶片6、转轮叶片11、导流体5外壳均可由等厚成型钢板或塑钢类合适材料制成。外壳材料可依据水轮机尺寸选定：水轮机尺寸较小时，外壳无需钢板衬砌，可直接由混凝土浇筑成型；水轮机尺寸较大或波高较大时，需在混凝土外衬砌钢板，起到紧固作用。
若为海上漂浮型，水轮机需与发电机、漂浮构架和锚固装置等组成发电站，以网状安置在海洋中。此时水轮机外壳也由等厚成型钢板或塑钢类合适材料制作成型。
可根据不同的海洋环境，选择与之匹配的水轮机尺寸，优化水轮机参数如导叶、转轮叶片个数，叶片弦长，径间比，轮毂比等，获得最佳的转换效率。
实施例2
在本实施例中，固定式导流叶片6采用纯平板型，没有圆弧段，两组固定式导流叶片6呈八字形对称分部在转轮4两侧。其他均与实施例1相同，在此不再赘述。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了导流管1、导流轮管2、蓄水池3、转轮4、导流体5、固定式导流叶片6、第一空心桶7、第二空心桶8、半球形顶盖9、转轮轮毂10、转轮叶片11等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (4)

1.一种波力直驱水轮机，其特征在于，包括由导流管(1)、导流轮管(2)以及蓄水池(3)组成的一个L型本体；导流轮管(2)内设置有用于将波浪能转换为电能的转轮(4)以及用于放置发动机组的导流体(5)，所述转轮(4)包括转轮轮毂(10)以及沿转轮轮毂(10)外侧周向均匀设置的若干转轮叶片(11)，所述导流体(5)外壁设有用于将波浪导流至转轮叶片(11)上从而带动转轮(4)转动的若干固定式导流叶片(6)；波力直驱水轮机可为近岸固定型，也可为海上漂浮型；
若为固定型，可安装在近海或近岸水域的挡水处；固定式导流叶片(6)、转轮叶片(11)、导流体(5)外壳均可由等厚成型钢板或塑钢合适材料制成；外壳材料可依据水轮机尺寸选定：水轮机尺寸较小时，外壳无需钢板衬砌，可直接由混凝土浇筑成型；水轮机尺寸较大或波高较大时，需在混凝土外衬砌钢板，起到紧固作用；
若为海上漂浮型，水轮机需与发电机、漂浮构架和锚固装置组成发电站，以网状安置在海洋中；此时水轮机外壳也由等厚成型钢板或塑钢合适材料制作成型；
导流体(5)包括第一空心桶(7)和第二空心桶(8)，均通过固定式导流叶片(6)固定在导流轮管(2)内，上述转轮(4)设置在第一空心桶(7)和第二空心桶(8)之间；所述第一空心桶(7)和第二空心桶(8)一端分别固定有一半球形顶盖(9)；
所述固定式导流叶片(6)为两段组成，靠近转轮叶片处的一段为直线，直线后的一段为圆弧；两组固定式导流叶片(6)呈八字形对称分部在转轮(4)两侧。
2.一种波力直驱水轮机，其特征在于，包括由导流管(1)、导流轮管(2)以及蓄水池(3)组成的一个L型本体；导流轮管(2)内设置有用于将波浪能转换为电能的转轮(4)以及用于放置发动机组的导流体(5)，所述转轮(4)包括转轮轮毂(10)以及沿转轮轮毂(10)外侧周向均匀设置的若干转轮叶片(11)，所述导流体(5)外壁设有用于将波浪导流至转轮叶片(11)上从而带动转轮(4)转动的若干固定式导流叶片(6)；波力直驱水轮机可为近岸固定型，也可为海上漂浮型；
若为固定型，可安装在近海或近岸水域的挡水处；固定式导流叶片(6)、转轮叶片(11)、导流体(5)外壳均可由等厚成型钢板或塑钢合适材料制成；外壳材料可依据水轮机尺寸选定：水轮机尺寸较小时，外壳无需钢板衬砌，可直接由混凝土浇筑成型；水轮机尺寸较大或波高较大时，需在混凝土外衬砌钢板，起到紧固作用；
若为海上漂浮型，水轮机需与发电机、漂浮构架和锚固装置组成发电站，以网状安置在海洋中；此时水轮机外壳也由等厚成型钢板或塑钢合适材料制作成型；
导流体(5)包括第一空心桶(7)和第二空心桶(8)，均通过固定式导流叶片(6)固定在导流轮管(2)内，上述转轮(4)设置在第一空心桶(7)和第二空心桶(8)之间；所述第一空心桶(7)和第二空心桶(8)一端分别固定有一半球形顶盖(9)；
所述固定式导流叶片(6)为两段组成，靠近转轮叶片处的一段为直线，直线后的一段为圆弧；两组固定式导流叶片(6)呈八字形对称分部在转轮(4)两侧；
所述固定式导流叶片(6)为平板型，两组固定式导流叶片(6)呈八字形对称分部在转轮(4)两侧。
3.根据权利要求1或2所述的一种波力直驱水轮机，其特征在于，所述转轮叶片(11)为圆弧状，周向均匀设置在转轮轮毂(10)外壁；所述固定式导流叶片(6)为两组，两组固定式导流叶片(6)分别设置在第一空心桶(7)和第二空心桶(8)与转轮(4)靠近的一端外壁。
4.根据权利要求1或2所述的一种波力直驱水轮机，其特征在于，导流管(1)用于进出波浪，为喇叭形，或其它有利于水流流入流出的流线型；所述蓄水池(3)为圆柱形。
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