CN103343727A

CN103343727A - 越浪式波能发电装置

Info

Publication number: CN103343727A
Application number: CN2013103166593A
Authority: CN
Inventors: 刘臻; 史宏达; 韩治; 郭云霞; 徐照研; 王安忆; 卢天鹤
Original assignee: Ocean University of China
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2033-07-26
Also published as: CN103343727B

Abstract

本发明涉及一种兼具高效率和高可靠性的越浪式波能发电装置。其包括波能收集系统、发电系统和自启闭电控系统。波能收集系统包括蓄水池和引浪台，蓄水池外侧固定连接引浪台。发电系统包括出水槽、水轮机、发电机。出水槽一端位于蓄水池底部中空结构内，另一端位于蓄水池外侧。水轮机位于出水槽内，发电机位于水轮机上方，两者通过转轴连接。自启闭电控系统设在工作平台上，包括配重、阀门和电控箱。电控箱包括电源、浮子开关和提升电机，提升电机通过滑轮和缆绳与阀门连接。本发明率先实现了越浪型发电装置的动态蓄能和稳定的电力输出，极大地提高了波能利用率及转化效率。

Description

越浪式波能发电装置

技术领域

本发明涉及利用波浪能的发电装置，特别涉及一种兼具高效率和高可靠性的越浪式波能发电装置。

背景技术

目前，越浪式波浪能发电装置在使用时主要存在以下几个问题：安全可靠性和波能转换率不能兼顾，建造成本较高，受地形或海况条件限制较强，不能很好地实现规模化、产业化应用；受浪高的影响较大，发电不稳定。

申请号为200810121813.0的专利申请公开了一种漂浮围堰式波浪能发电装置，其利用潮汐涨落时波浪的势能和动能，通过水轮发电机转化成电能。其缺陷在于：波能发电装置部件过于复杂，维修不方便，且其漂浮于海面上，可靠性差，波浪能转化率低，难以实现实际应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高效率、高可靠性、发电稳定的越浪式波能发电装置。

本发明的技术方案是：一种越浪式波能发电装置，包括波能收集系统、发电系统和自启闭电控系统。

所述波能收集系统包括蓄水池和引浪台，蓄水池外侧固定连接引浪台，引浪台为侧面为直角三角形的楔形结构，波浪沿引浪台的引浪面进入蓄水池中。引浪台顶端与蓄水池侧面顶端连接，引浪台底端倾斜延伸至蓄水池底部平面，引浪台的引浪面坡度设置为2:3，适于波浪爬升与攀越。蓄水池上部中空、为进水口A，中间设有工作平台，工作平台上设有出水口A，出水口A上设有控制出水的阀门。

所述发电系统包括出水槽、水轮机、发电机。出水槽一端位于蓄水池底部中空结构内，另一端位于蓄水池外侧。出水槽的进水口B位于蓄水池的出水口A下方，水轮机位于出水槽内，发电机位于水轮机上方，两者通过转轴连接。上下设置的方式可以最大限度地减小在传动过程中的能量损耗，提高能量地转换效率。出水槽的进水口B处设置导流板，导流板的高度高于水轮机，用于增加水流势差。

所述发电机外部设置密封套，密封套固定于蓄水池的外侧。密封套的设置可以避免在使用过程中海水对发电机的侵蚀，以延长发电机的使用寿命。

所述转轴外设置轴套。

所述出水槽底部出水口B处设有十字型挡板，十字型挡板上设有轴承，转轴通过轴承固定。

所述自启闭电控系统设在蓄水池的工作平台上，包括配重、阀门和电控箱。电控箱固定于蓄水池的工作平台上，配重和阀门位于电控箱箱体内，电控箱顶部设有电控电路。电控电路包括电源、浮子开关和提升电机，提升电机的输出轴上固接滑轮，滑轮通过缆绳与阀门连接。电控箱底部设有孔槽，用于进水，孔槽形状优选条形。

所述自启闭电控系统设有限位机构，包括限位杆和限位球；配重顶部设有纵向限位杆，两侧设有横向限位杆，缆绳穿过纵向限位杆与阀门连接，纵向限位杆下方、缆绳上设有限位球；配重和阀门均位于横向限位杆内侧。纵向限位杆和限位球用于限制配重在垂直方向上的运动，横向限位杆用于限制配重和阀门在水平方向上的摆动。

所述电控箱箱体上设有调压孔，用以调节箱体内外气压。

蓄水池不但可以防止波浪爬升过程中往两侧滑落，以尽可能多的捕获波浪能，而且有利于波浪爬升过程中增加波高。

蓄水池出水口A直径为蓄水池进水口A径向距离的1/4。

所述水轮机为轴流浆叶式水轮机，包括转轮和叶片，其叶片垂直于轴流浆叶式水轮机的轴心线安装于其转轮上，叶片数量为4-6片。本技术方案提供的轴流浆叶式水轮机可以在低水头差下运行，减小了波能发电装置对水头的要求。

本发明的有益效果在于：（1）本发明属于固定式波能发电装置，波能利用率高，（2）波能转换率较高，可以适用于不同海况及水深条件，不受潮差影响，可以实现商业化生产，降低发电成本；（3）水轮机可以在低水头下运行，减小了波能发电装置对水头的要求；（4）可靠性高，装置的活动部件较少，整体稳定性高，可靠度好，能兼顾结构的可靠性及波能转换率；（5）可根据水位变化自行启动蓄能发电装置，增加发电稳定性，率先实现了越浪型发电装置的动态蓄能和稳定的电力输出，对越浪式发电装置是一次极大地改进，使波浪能发电形式更加多样，极大地提高了波能利用率及转化效率。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图之一；

图2是本发明的整体结构示意图之二；

图3是本发明的部分剖面图；

图4是本发明中发电系统的示意图；

图5是本发明中水轮机的示意图；

图6是本发明中自启闭电控系统的结构示意图之一；

图7是本发明中自启闭电控系统的结构示意图之二；

图8是本发明中自启闭电控系统的电路图。

其中，101—蓄水池，102—引浪台，103—引浪面，104—进水口A，105—工作平台，106—出水口A；201—发电机，202—出水槽，203—转轴，204—水轮机，205—导流板，206—十字型挡板，207—出水口B，208—进水口B，209—密封套，210—叶片，211—转轮；301—电控箱，302—阀门，303—配重，304—缆绳，305—限位球，306—纵向限位杆，307—横向限位杆，308—提升电机，309—浮子开关，310—滑轮，311—电源，312—电控箱顶部箱体板，313—孔槽,314—调压孔。

具体实施方式

以下结合实施例具体说明本发明。

实施例1：

参见图1-图8，本发明包括波能收集系统、发电系统和自启闭电控系统。波能收集系统包括蓄水池101和引浪台102，引浪台102为侧面为直角三角形的楔形结构，波浪沿引浪台102的引浪面103进入蓄水池101中。蓄水池101外侧固定连接引浪台102，引浪台102顶端与蓄水池101侧面顶端连接，引浪台102底端倾斜延伸至蓄水池101底部平面，引浪台102的引浪面103坡度设置为2:3，适于波浪爬升与攀越。蓄水池101上部中空、为进水口A104，中间设有工作平台105，工作平台105上设有出水口A106，出水口B106上设有控制出水的阀门302。发电系统包括出水槽202、水轮机204、发电机201。出水槽202一端位于蓄水池101底部中空结构内，另一端位于蓄水池101外侧。出水槽202的进水口B208位于蓄水池101的出水口A106下方，水轮机204位于出水槽202内，发电机201位于水轮机204上方，两者通过转轴203连接。上下设置的方式可以最大限度地减小在传动过程中的能量损耗，提高能量地转换效率。出水槽202的出水口B207处设置导流板205，导流板205的高度高于水轮机204，用于增加水流势差。发电机201外部设置密封套209，密封套209固定于蓄水池101的外侧。密封套209的设置可以避免在使用过程中海水对发电机201的侵蚀，以延长发电机201的使用寿命。转轴203外设置轴套。出水槽202底部出水口B207处设有十字型挡板206，十字型挡板206上设有轴承，转轴203通过轴承固定。自启闭电控系统设在蓄水池101的工作平台105上，包括配重303、阀门302和电控箱301。电控箱301固定于蓄水池101的工作平台105上，配重303、阀门302位于电控箱301箱体内，电控箱301顶部设有电控电路。电控电路包括电源311、浮子开关309和提升电机308，提升电机308的输出轴上固接滑轮310，滑轮310通过缆绳304与阀门302连接。电控箱301底部设有条形孔槽313，用于进水。电控箱301箱体上设有调压孔314，用以调节箱体内外气压。

蓄水池101不但可以防止波浪爬升过程中往两侧滑落，以尽可能多的捕获波浪能，而且有利于波浪爬升过程中增加波高。

蓄水池出水口A106直径为蓄水池进水口A104径向距离的1/4。

工作过程如下：

波浪沿引浪台102的引浪面103进入蓄水池101，并通过电控箱301底部的孔槽313进入电控箱301内部，水位逐渐上升，当水位达设定水位时，浮子开关309连通，提升电机308通电。提升电机308的输出轴带动滑轮310转动，滑轮310通过缆绳304提升阀门302，蓄水池101的出水口A106打开出水。在此过程中，将较不稳定的入射波能转换为蓄水池101内水体的势能。

出水经出水槽202的导流板205作用于水轮机204上，水轮机204工作带动转轴203转动，转轴203最终带动发电机201发电。水经出水槽202的出水口B207排出。水流由上而下击打在水轮机204的叶片210上，在水流冲击力的作用下，叶片210旋转，带动与之相连的转轴203一起转动，从而带动发电机201工作，最终转换成电能，水沿出水口B207排出。

缆绳304提升至限位球305与纵向限位杆306接触时，缆绳304同时带动配重303上升，直到升至纵向限位杆306与电控箱顶部箱体板312接触。

蓄水池101出水后水位下降，水位下降至设定的关闭水位时，浮子开关309断开，提升电机308断电。水位下降浮力减小，配重303在重力的作用下回落，同时，阀门302在限位球305的作用下跟随配重303回落，直至关闭蓄水池101出水口A106。

如果波浪持续进水，则蓄水池101内一直保持高水位，则水轮机204持续发电，当蓄水池101进水较少时，发电装置在自启闭电控系统的控制下会暂停发电，直至蓄水池101内水位达到设定数值。

实施例2：

除以下区别外，其他同实施例1。

参见图5，水轮机204为轴流浆叶式水轮机，包括转轮211和叶片210，其叶片210垂直于轴流浆叶式水轮机的轴心线安装于其转轮211上，叶片210数量为4-6片。本技术方案提供的轴流浆叶式水轮机204可以在低水头差下运行，减小了波能发电装置对水头的要求。

Claims

1.一种越浪式波能发电装置，其特征在于，包括波能收集系统、发电系统和自启闭电控系统；

其中波能收集系统包括蓄水池（101）和引浪台（102），蓄水池（101）外侧固定连接引浪台（102），引浪台（102）为侧面为直角三角形的楔形结构，引浪台（102）顶端与蓄水池（101）侧面顶端连接，引浪台（102）底端倾斜延伸至蓄水池（101）底部平面，蓄水池（101）上部中空、为进水口A（104），中间设有工作平台（105），工作平台（105）上设有出水口A（106）,出水口A（106）上设有阀门（302）；

所述发电系统包括出水槽（202）、水轮机（204）和发电机（201）；出水槽（202）一端位于所述蓄水池（101）的底部中空结构内，另一端位于蓄水池（101）外侧；出水槽的进水口B（）位于所述蓄水池（101）的出水口A（106）下方，水轮机（204）位于出水槽（202）内，发电机（201）位于水轮机（204）上方，两者通过转轴（203）连接，出水槽（202）的进水口B（208）处设置导流板（205），导流板（205）的高度高于水轮机（204）；

所述自启闭电控系统设在蓄水池（101）的工作平台（105）上，包括配重（303）、阀门（302）和电控箱（301）；所述电控箱（301）固定于所述蓄水池（101）的工作平台（105）上，配重（303）和阀门（302）位于电控箱（301）箱体内，电控箱（301）顶部设有电控电路，电控电路包括电源（311）、浮子开关（309）和提升电机（308），所述提升电机（308）的输出轴上固接滑轮（310），滑轮（310）通过缆绳（304）与所述阀门（302）连接，电控箱（301）底部设有孔槽（313）。

2.根据权利要求1所述的越浪式波能发电装置，其特征在于，所述自启闭电控系统设有限位机构，包括限位杆和限位球（305）；所述配重（303）顶部设有纵向限位杆（306），两侧设有横向限位杆（307），所述缆绳（304）穿过纵向限位杆（306）与阀门（302）连接，所述纵向限位杆（306）下方、缆绳（304）上设有限位球（305），配重（303）和阀门（302）均位于横向限位杆（307）内侧。

3.根据权利要求1所述的越浪式波能发电装置，其特征在于，所述出水槽（202）底部出水口B（207）处设有十字型挡板（206），十字型挡板（206）上设有轴承，转轴（203）通过轴承固定。

4.根据权利要求1所述的越浪式波能发电装置，其特征在于，所述发电机（201）外部设置密封套（209），密封套（209）固定于蓄水池（101）的外侧。

5.根据权利要求1所述的越浪式波能发电装置，其特征在于，所述转轴（203）外设置轴套。

6.根据权利要求1所述的越浪式波能发电装置，其特征在于，所述水轮机（204）为轴流浆叶式水轮机，包括转轮（211）和叶片（210），其叶片（210）垂直于水轮机（204）的轴心线安装于其转轮（211）上，叶片（210）数量为4-6片。

7.根据权利要求1所述的越浪式波能发电装置，其特征在于，所述孔槽（313）形状为条形。

8.根据权利要求1所述的越浪式波能发电装置，其特征在于，所述蓄水池出水口A（106）直径为蓄水池进水口A（104）径向距离的1/4。

9.根据权利要求1所述的越浪式波能发电装置，其特征在于，所述电控箱（301）箱体上设有调压孔（314）。