CN103452741A - 离岸式水力发电平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水电设备。一种离岸式水力发电平台，包括浮筒和发电机，所述浮筒内设有气室和位于气室内的活塞，所述气室的下端设有波浪进口，所述气室的上端设有进出气口，所述活塞位于所述进出气口和波浪进口之间，所述进出气口设有驱动所述发电机的空气叶轮机，所述波浪进口水平方向的两侧上设有波浪收集板，波浪收集板之间形成“V”型聚浪槽。本发明的第一个目的旨在提供一种能够浮在水域中的任一位置以利用波浪进行发电的离岸式水力发电平台，解决了现有的波浪发电装置不能够机动地设置在水域中进行波浪发电的问题。

Description

离岸式水力发电平台

技术领域

    本发明涉及水电设备，尤其涉及一种离岸式水力发电平台。 

背景技术

利用水的力量进行发电的水电设备有很多。按照动力的不同，可以分为两大类：一类为利用波浪的能量进行发电的水电设备（以下称为波浪发电装置），如在中国专利号为201220645685、授权公告日为2013年5月29日、名称为“靠岸式波浪发电装置”的专利文件中公开了一种安装在岸边利用波浪进行发电的装置；另一类为利用水流动的动能进行发电的水电设备（以下称为水流发电装置），如发电站。现有的波浪发电装置存在以下不足：只能安装在岸边而利用波浪进行发电，但是波浪最大的地方往往位于水域的中央区域、因此不能按照需要而灵活机动地位于水域中波浪大的地方进行波浪发电；同一水域中的波浪的方向是会产生改变的，而波浪发电装置不能够自动迎向波浪，故在同波浪行进方向有夹角时发电效果差、尤其是在背浪时；不能利用水域中的水流进行发电、功能单一。 

发明内容

本发明的第一个目的旨在提供一种能够浮在水域中的任一位置以利用波浪进行发电的离岸式水力发电平台，解决了现有的波浪发电装置不能够机动地设置在水域中进行波浪发电的问题。 

本发明的第二个目的旨在第一个目的的基础上进一步提高一种波浪进口能够自动迎向波浪的离岸式发电平台，解决波浪发电装置在同波浪行进方向有夹角时、尤其是在背浪时发电效果差的问题。 

本发明的第三个目的旨在第一个目的和/或第二个目的的基础上进一步提供一种能够利用水域中的暗流进行发电的离岸式发电平台，解决波浪发电装置不能利用水域中的水流进行发电、功能单一的问题。 

以上技术问题是通过下列技术方案解决的：一种离岸式水力发电平台，包括浮筒和发电机，所述浮筒内设有气室和位于气室内的活塞，所述气室的下端设有波浪进口，所述气室的上端设有进出气口，所述活塞位于所述进出气口和波浪进口之间，所述进出气口设有驱动所述发电机的空气叶轮机，所述波浪进口水平方向的两侧上设有波浪收集板，波浪收集板之间形成 “V”形聚浪槽。使用时，将浮筒漂浮在水域中波浪大的地方且使波浪进口迎向波浪，波浪经聚浪槽而到达波浪进口后进入气室，波浪经波浪进口进入气室而形成上下振动的水柱，水柱作上下振动运动时使活塞在气室内做上下运动，活塞上下运动时使得气室位于活塞上方部分中的气体往复通过进出气口，气体往复通过进出气口时驱动空气叶轮机转动，空气叶轮机带动发电机发电。 

作为优选，所述气室内设有气流旋转引导器，所述气流旋转引导器上设有至少两个连通气室位于气流旋转引导器上下两侧部分的斜孔，所述气流旋转引导器密封固接在所述气室内，所述气流旋转引导器位于所述活塞和进出气口之间。活塞上升时在气室内产生的上升气流经气流旋转引导器上的斜孔后从进出气口喷出而驱动叶轮机，气流经过斜孔时压力增大且产生旋流、从而能够对叶轮机产生更大的转矩，从而起到提高发电效果的作用。斜孔是沿活塞的轴向贯通气流旋转引导器的，使得气流同进出气口的轴线的夹角较小，气流从斜孔进入进出气口时的换向角度小，气流流动时的阻力小，从进出气口喷出的气流的压力大。 

作为优选，所述进出气口的内端设有圆锥形修正腔，所述进出气口和所述修正腔同轴线，所述修正腔的小端同所述进出气口对接。气流从斜孔喷射到圆锥形修正腔的腔壁上时，修正腔使气流形成螺旋的形式向进出气口前行，使得从进出气口喷出的气流呈锥形螺旋行进，喷射力度大且对空气叶轮机产生的扭矩大，发电效率更高。 

本发明还包括波浪进口换位电机、波浪进口换位电机控制单元和波浪流向传感器，所述浮筒设有转动段，所述波浪进口和波浪收集板设置于所述转动段，所述波浪进口换位电机控制单元用于根据所述波浪流向传感器的输入去通过所述波浪进口换位电机使转动段转动到所述波浪进口迎向波浪。当波浪的方向改变或浮筒移动而导致波浪进口朝向改变时、能够自动使波浪进口转动到保持在迎向（朝向）波浪的方向。解决了上述的第二个技术问题以实现第二个发明目的。 

作为优选，所述气室内设有朝向波浪进口的弧形波浪引导面，所述弧形波浪引导面末端的切线平行于所述活塞的轴线。能够使进入气室的波浪所产生的水柱沿活塞的轴向推动活塞，活塞和气室之间的磨损小，对波浪能量的利用效果好。 

本发明还包括水流发电机构，所述水流发电机构包括径流叶轮、挡水块、挡水块换位电机、挡水块换位电机控制单元和水流流向传感器，所述径流叶轮包括竖置的转轴和若干设置于转轴的叶片，所述叶片为平板结构，所述叶片所在的平面和所述转轴平行，所述挡水块换位电机控制单元用于根据所述水流流向传感器的输入去通过所述挡水块换位电机使挡水块转动到阻挡在径流叶轮的迎水侧而使水流能够对径流叶轮产生不平衡扭矩。无论本发明以怎样的角度浮在水面上时，淹没在水中的水流发电机构都能够利用水流的动能进行发电。实现了本发明的第三个发明目的。径流叶轮较之轴流结构的叶轮而言，同样动能的水流在叶轮上所产生的扭矩大。 

作为优选，所述挡水块设有供所述叶片躲避水流冲击的静流形成腔。能够更为有效地使水流驱动径流叶轮转动。 

作为优选，所述转轴的轴线和静流形成腔起始端所确定的平面同所述转轴的轴线和静流形成腔终止端所确定的平面之间的夹角为A，90°≤A≤180°。水流在径流叶轮径向两侧所产生的扭矩差最大，使得径流叶轮利用水流动能的效果最佳。 

本发明还包括动力耦合机构，所述转轴和空气叶轮机通过所述动力耦合机构同所述发电机连接在一起。结构紧凑性好，波浪发电和水流发电机构能够彼此支持而克服简单的叠加而导致机构臃肿。 

作为优选，所述动力耦合机构为行星轮系，所述发电机连接在所述行星轮系的行星轮架上，所述转轴和空气叶轮二者分别连接在所述第一行星轮系的齿圈和第一行星轮系的太阳轮架上。耦合效果好。 

作为优选，所述浮筒设有使用状态时淹没于水中的平衡翼，所述平衡翼连接有定位坠。由于浮式发电时发电装置会随着波浪上下移动，该上下振动会导致发电效率降低。该技术方案能够减慢浮筒的上下振动作用。 

本发明具有下述优点：能够按照机动灵活地放置在水域中任意地方进行波浪发电，使用时的灵活机动性好，能更好地对波浪能量进行收集；聚浪槽的设计能够使波浪在聚浪槽内不断收缩而波高不断增大、速度不断提升，从而起到提高进出气口的气流的流速、以提高发电效率的作用。 

附图说明

图1为本发明实施例一的立体结构示意图。 

图2为本发明实施例一的剖视示意图。 

图3为气流旋转引导器的俯视示意图。 

图4为图3的A—A剖视示意图。 

图5为实施例一的使用状态示意图。 

图6为本发明实施例二的结构示意图。 

图7为图3的B—B剖视示意图。 

图8为转轴和叶轮机二者同发电机的连接示意图。 

图9为实施例二的使用状态示意图。 

图10为水流发电机构的使用状态示意图。 

图中：浮筒1、进出气口11、波浪进口12、波浪收集板13、聚浪槽14、气室15、弧形波浪引导面151、活塞16、修正腔17、底座18、转动段19、固定段10、发电机2、空气叶轮机3、平衡翼4、定位坠41、气流旋转引导器5、斜孔51、水面6、波浪61、波浪进口换位电机7、波浪进口换位电机控制单元71、波浪流向传感器72、水流发电机构8、径流叶轮81、转轴811、叶片812、挡水块82、静流形成腔821、挡水块的径向外端面822、旋转轴823、挡水块的径向内端面824、挡水块换位电机83、挡水块换位电机控制单元84、水流流向传感器85、动力耦合机构9、弧形波浪引导面末端的切线L、转轴的轴线和静流形成腔起始端所确定的平面S1、转轴的轴线和静流形成腔终止端所确定的平面S2。 

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。 

实施例一，参见图1，一种离岸式水力发电平台，包括浮筒1和发电机2。浮筒1的上端部设有进出气口11。进出气口11内安装有空气叶轮机3。空气叶轮机3为双向空气叶轮机。空气叶轮机3和发电机2连接在一起。 

浮筒1的侧面下端设有波浪进口12和平衡翼4。波浪进口12水平方向的两侧上设有波浪收集板13。波浪收集板13之间形成同波浪进口12对齐的“V”形聚浪槽14。平衡翼4有4片。平衡翼4沿浮筒1的周向分布。 

参见图2，浮筒1的内部构成气室15。进出气口11位于气室15的顶部。波浪进口12位于气室15的下端。气室15内设有活塞16和气流旋转引导器5。活塞16位于进出气口11和波浪进口12之间。 

气流旋转引导器5位于活塞16和进出气口11之间。气流旋转引导器5上设有2个连通气室15位于气流旋转引导器5上下两侧部分的斜孔51。气流旋转引导器5密封固接在气室15内。进出气口11的内端设有圆锥形修正腔17。进出气口11和修正腔17同轴线。修正腔17的小端同进出气口11对接。 

参见图3，斜孔51均匀分布在气流旋转引导器5的上端面上。均匀分布能够提高旋流形式的气流的均匀性，使空气叶轮机3转动时的平稳性提高，从而起到降低使用过程中产生的振动的作用。 

参见同4，斜孔51贯通气流旋转引导器5的上下端面，斜孔51的上端部距离气室中心线距离大于下端面距离气室中心线的距离。 

参见图5，使用时，将浮筒1漂浮在水域中波浪大的地方且使波浪进口12迎向波浪61。平衡翼4淹没在水面6下。平衡翼4位于水面下能够降低波浪对平衡翼的影响，保持平衡的效果好。波浪61经聚浪槽14而到达波浪进口12后进入气室15而形成上下振动的水柱，水柱作上下振动运动时使活塞16在气室15内做上下运动，活塞上下运动时气室位于活塞16上方的部分中的气体往复通过进出气口11，气体往复通过进出气口11时驱动空气叶轮机3转动，空气叶轮机3带动发电机2发电。活塞16上方的气体经过气流旋转引导器5时在斜孔51的作用下以旋转的形式加速进入修正腔17，在修正腔17的进一步校正下以旋转状态去驱动空气叶轮机3。波浪61流经聚浪槽14时，在聚浪槽17的作用下波浪61的浪高增加且速度变快即对波浪61起到放大效应而进入气室15，使得气室15内产生的振动水柱高且冲击力大。 

实施例二，参见图6，还包括波浪进口换位电机7、波浪进口换位电机控制单元71、波浪流向传感器72、水流发电机构8和动力耦合机构9。波浪流向传感器72和水流发电机构8二者同波浪进口换位电机控制单元71电连接在一起。 

浮筒1自下而上依次设有底座18、转动段19和固定段10。固定段10和底座18固定在一起，转动段19可以相对于底座18旋转。 

平衡翼4固定在底座18上。在平衡翼4上悬挂有定位坠41。波浪进口换位电机7安装在底座18上。 

波浪进口12和波浪收聚板13设置在转动段19上。气室15内设有朝向波浪进口12的弧形波浪引导面151。弧形波浪引导面末端的切线L平行于活塞16的轴线。波浪流向传感器72连接于转动段19外部。 

活塞16设置于固定段10。空气叶轮机3通过动力耦合机构9和发电机2连接在一起。 

水流发电机构8包括径流叶轮81、挡水块82、挡水块换位电机83、挡水块换位电机控制单元84和水流流向传感器85。径流叶轮81包括竖置的转轴811和若干设置于转轴的叶片812。转轴811通过动力耦合机构9和发电机2连接在一起。叶片812为平板结构。叶片812所在的平面和转轴811平行。挡水块82设有供叶片躲避水流冲击的静流形成腔821。挡水块82通过旋转轴823和挡水块换位电机83连接在一起。旋转轴823和转轴811同轴。挡水块换位电机83和水流流向传感器85固定于底座18。挡水块换位电机83和水流流向传感器85二者同挡水块换位电机控制单元84电连接在一起。 

参见图7，叶片812有6片。叶片812沿转轴811的周向均匀分布。挡水块的径向外端面822为和转轴811同轴的圆柱面。能够降低转动挡水块时的水阻。挡水块的径向内端面824为和转轴811同轴的圆柱面。能够降低径流叶轮81转到时的阻力。转轴的轴线和静流形成腔起始端所确定的平面S1同转轴的轴线和静流形成腔终止端所确定的平面S2之间的夹角为A，A的值为160°。只要使90°≤A≤180°都能够使水流驱动径流叶轮的扭矩最大化。 

参见图8，动力耦合机构9为行星轮系，转轴811与行星轮系的齿圈相连接，空气叶轮机3连接在行星轮系的太阳轮架上，发电机2连接在行星轮系的行星架上。 

参见图9，本发明放置到水面6中时假设波浪61是从右向左移动的、而波浪进入口12为垂直于纸面。此时： 

波浪流向传感器72将检测到的波浪61的流向信息传输给波浪进口换位电机控制单元71，波浪进口换位电机控制单元71通过波浪进口换位电机7使转动段19转动到波浪进口12迎向波浪61即朝右，使得波浪61能够通畅地经波浪进入口12而进入气室15。波浪61进入气室15而撞击到弧形波浪引导面151时在弧形波浪引导面151的导向作用下，改变为竖直向上而去上推活塞16。

参见图10并结合图6，假设挡水块82的初始状态如图7所示，水流是按照图10中的C向流动的，水流流向传感器85将检测到的水流的流向信息传输给挡水块换位电机控制单元84，挡水块换位电机控制单元84通过挡水块换位电机83使挡水块82以旋转轴823为轴转动到挡水块82阻挡在径流叶轮81的迎水侧，使得水流能够对径向叶轮82产生不平衡扭矩而转动。 

Claims (10)

1.一种离岸式水力发电平台，其特征在于，包括浮筒和发电机，所述浮筒内设有气室和位于气室内的活塞，所述气室的下端设有波浪进口，所述气室的上端设有进出气口，所述活塞位于所述进出气口和波浪进口之间，所述进出气口设有驱动所述发电机的空气叶轮机，所述波浪进口水平方向的两侧上设有波浪收集板，波浪收集板之间形成 “V”形聚浪槽。

2.根据权利要求1所述的离岸式水力发电平台，其特征在于，所述气室内设有气流旋转引导器，所述气流旋转引导器上设有至少两个连通气室位于气流旋转引导器上下两侧部分的斜孔，所述气流旋转引导器密封固接在所述气室内，所述气流旋转引导器位于所述活塞和进出气口之间。

3.根据权利要求2所述的离岸式水力发电平台，其特征在于，所述进出气口的内端设有圆锥形修正腔，所述进出气口和所述修正腔同轴线，所述修正腔的小端同所述进出气口对接。

4.根据权利要求1或2或3所述的离岸式水力发电平台，其特征在于，还包括波浪进口换位电机、波浪进口换位电机控制单元和波浪流向传感器，所述浮筒设有转动段，所述波浪进口和波浪收集板设置于所述转动段，所述波浪进口换位电机控制单元用于根据所述波浪流向传感器的输入去通过所述波浪进口换位电机使转动段转动到所述波浪进口迎向波浪。

5.根据权利要求1或2或3所述的离岸式水力发电平台，其特征在于，所述气室内设有朝向波浪进口的弧形波浪引导面，所述弧形波浪引导面末端的切线平行于所述活塞的轴线。

6.根据权利要求1或2或3所述的离岸式水力发电平台，其特征在于，还包括水流发电机构，所述水流发电机构包括径流叶轮、挡水块、挡水块换位电机、挡水块换位电机控制单元和水流流向传感器，所述径流叶轮包括竖置的转轴和若干设置于转轴的叶片，所述叶片为平板结构，所述叶片所在的平面和所述转轴平行，所述挡水块换位电机控制单元用于根据所述水流流向传感器的输入去通过所述挡水块换位电机使挡水块转动到阻挡在径流叶轮的迎水侧而使水流能够对径流叶轮产生不平衡扭矩。

7.根据权利要求6所述的离岸式水力发电平台，其特征在于，所述挡水块设有供所述叶片躲避水流冲击的静流形成腔。

8.根据权利要求7所述的离岸式水力发电平台，其特征在于，所述转轴的轴线和静流形成腔起始端所确定的平面同所述转轴的轴线和静流形成腔终止端所确定的平面之间的夹角为A，90°≤A≤180°。

9.根据权利要求6所述的离岸式水力发电平台，其特征在于，还包括动力耦合机构，所述转轴和空气叶轮机通过所述动力耦合机构同所述发电机连接在一起。

10.根据权利要求1或2或3所述的离岸式水力发电平台，其特征在于，所述浮筒设有使用状态时淹没于水中的平衡翼，所述平衡翼连接有定位坠。

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