CN104405570A - 一种利用水轮机的伞形波浪能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新型可再生能源技术和海洋装备领域，特别涉及一种利用水轮机的伞形波浪能发电装置。它包括漂浮桅杆主体、浮子、主连杆、传动装置、进水水流箱、主水流通道和水轮发电机。其特征是：浮子分布于桅杆主体的周围；浮子和桅杆主体之间采用主连杆进行连接；主连杆通过传动装置与进水水流箱中的活塞连接；浮子随海面水位的变化而上下运动并带动传动装置运动，带动活塞推动进水水流箱内水体流动，水体汇聚到主水流通道并流经水轮机驱动其转动发电。本发明设计能利用海面水位随波浪传递产生的变化，高效地将波浪能转化为电能，适用于深水区域，为海上航标灯、观测站等离岸设施提供电力，同时具有较高的可靠性，易于安装和移动。

Description

一种利用水轮机的伞形波浪能发电装置
技术领域
本发明属于新型可再生能源技术和海洋装备领域，特别是一种利用水轮机的伞形波浪能发电装置。
背景技术
随着经济的快速发展和全球化的进程，人类活动对于能源的需求越来越大。但是，传统的化石资源特别是煤炭和石油的总量是有限的，其资源的再生速度也极为缓慢。由此，可再生能源等绿色能源的开发越来越受到各国政府和科学家的重视。其中，海洋波浪能由于其储量巨大和分布广泛而受到科学家和工程师们的青睐。目前，主流的波浪能装置可根据其布放的位置分为三类：离岸式、近岸式和岸基式。在早期的探索阶段，近岸式和岸基式波浪能装置由于易于安装和维护、建设成本低等特点受到了广泛的研究。然而，近岸地区相对较低的波浪能密度大大限制了这两类装置对波浪能的利用和波浪能技术的发展。
相反地，在水深较深(水深大于40米)的地区，波浪能的密度较高。同时，离岸式波浪能电站也不会占用宝贵的陆地资源，这一点对于经济较为发达的港口城市尤为重要。近些年来，深水区离岸式波浪能装置得到了一定的发展，其具有代表性的是位于苏格兰的波浪能发电公司Pelamis在葡萄牙开发的Agucadoura波浪能发电站中的“海蛇”发电装置，其单机发电功率可达500KW。然而，深水区域的风浪也较大且随机因素(台风、高潮等)影响更大，这给波浪能装置的安装和维护都带来了挑战。由此，对于安装在深水海域的波浪能发电装置，工程师们不得不重点考虑装置的稳定性和安全性。在保证波浪能转换装置能适应不同的天气状况的同时，需要考察设计在极端天气条件下的生存策略和生存能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服上述现有波浪能技术的布放地区能量密度低、安全性差等不足，提供一种利用水轮机的伞形波浪能发电装置，它能利用海面水位随波浪传递产生的变化，高效地将波浪能转化为电能，适用于深水区域，为海上航标灯、观测站等离岸设施提供电力，同时具有较高的可靠性，易于安装和移动。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种利用水轮机的伞形波浪能发电装置，包括漂浮桅杆主体、浮子、主连杆、传动装置、进水水流箱、主水流通道和水轮发电机。其特征是：浮子分布于桅杆主体的周围；浮子和桅杆主体之间采用主连杆进行连接；主连杆的中部连接传动装置，并通过传动装置与位于桅杆主体内部的进水水流箱中的活塞连接；浮子随着海面水位的变化而上下运动并带动主连杆和传动装置运动，传动装置连接活塞往复运动推动进水水流箱内水体流动，水体汇聚到主水流通道并流经水轮机驱动其转动发电。
所述的一种利用水轮机的伞形波浪能发电装置，其特征是：主连杆的两端均为铰接连接。
所述的一种利用水轮机的伞形波浪能发电装置，其特征是：传动装置由一个长连杆和一个短连杆组成，两个连杆之间铰接连接。
所述的一种利用水轮机的伞形波浪能发电装置，其特征是：传动装置与主连杆连接是铰接连接，与活塞连接是刚性连接。
所述的一种利用水轮机的伞形波浪能发电装置，其特征是：长连杆上下都安装有密封垫片。
所述的一种利用水轮机的伞形波浪能发电装置，其特征是：活塞所处通道两侧都安装有止动挡板。
所述的一种利用水轮机的伞形波浪能发电装置，其特征是：进水水流箱内安装有两组进水、出水单向阀。
漂浮桅杆主体采用锚链配合大抓力锚固定于海底，其可以安装于水深较深的区域。装置的主体部分可以采用在岸上预制，利用驳船拖动到指定位置，沉入水中进行安装。装置主要利用波浪引起的水面高程的变化，与来波方向无关，是一种点吸收式波浪能装置。其浮子的数目也可以合理增加，以提高波浪能的捕获效率。当风浪条件较为恶劣时，可以方便地将浮子拆掉并运输离开，保障装置的安全性。遇到台风等灾害性天气时，可以断开漂浮桅杆主体和海底之间的连接，将波浪能装置拖至避风港暂时存放。
当波浪传递到波浪能装置时，前后浮子会随着水面高程的变化而上下运动，进而带动主连杆在以其和桅杆主体铰接点为轴的圆形轨道上转动，主连杆运动的同时带动传动装置，传动装置中的短连杆和长连杆运动，与长连杆刚性连接的活塞也随之运动。在波浪的波峰和波谷的往复交替作用下，活塞的水平运动也是往复的。当浮子向下运动时，与长连杆连接的活塞向右运动，左侧进水单向阀打开并进水，同时右侧出水单向阀打开出水，水体流入到主水流通道并驱动水轮机工作发电。当浮子向上运动时，与长连杆相连的活塞向左水平运动，右侧进水单向阀打开并进水，同时左侧出水单向阀打开出水，水体流入到主水流通道并驱动水轮机工作发电。由于漂浮桅杆主体周围安装有多个浮子，这些浮子之间相互独立，进水系统也互不影响，有利于整体波浪能装置电能输出的稳定性。
本发明的有益效果是：
本发明适用于波浪能资源较为丰富的深水区域，采用多浮子单桅杆主体的设计，能够适应各个方向的来波；其发电原理简单，形式稳定；发电系统安装于桅杆主体内部，安全性高；装置整体采用漂浮式设计，形式简单，便于安装和转移。
附图说明
图1是本发明的安装示意图。
图2是本发明在浮子向下运动时的内部结构示意图。
图3是本发明在浮子向上运动时的内部结构示意图。
图中，1-漂浮桅杆主体，2-主连杆，3-进水水流箱，4-浮子，5-传动装置，6-主水流通道，7-水轮发电机，8-铰接点，9-铰接点，10-短连杆，11-铰接点，12-长连杆，13-密封垫片，14-活塞，15-缓冲垫片，16-左侧进水单向阀，17-右侧进水单向阀，18-左侧出水单向阀，19-右侧出水单向阀，20-止动挡板，21-出水口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
如图1所示，浮子4分布于桅杆主体1的周围；浮子4和桅杆主体1之间采用主连杆2进行连接；主连杆2的中部连接传动装置5，并通过传动装置5与位于桅杆主体1内部的进水水流箱3中的活塞14连接；浮子4随着海面水位的变化而上下运动并带动主连杆2和传动装置5运动，传动装置5连接活塞14往复运动推动进水水流箱3内水体流动，水体汇聚到主水流通道6并流经水轮机7驱动其转动发电；主连杆2的两端均为铰接连接。
如图2所示，主连杆2与漂浮主体1通过铰接8连接；传动装置5连接进水水流箱3内的活塞14，活塞14在其通道内具有水平方向的单一自由度；传动装置5由一个长连杆12和一个短连杆10组成，两个连杆之间铰接11连接；传动装置5与摆板2连接是铰接9连接，与活塞14连接是刚性连接；长连杆12左侧上下都安装有密封垫片13；活塞14所处通道两侧都安装有止动挡板20；进水水流箱3内安装有两组进水(16和17)、出水(18和19)单向阀。
如图3所示，活塞14的运动方向改变时，单向阀所控制的进水、出水方式也随之变化。
本实施例的工作原理：
实际使用时，桅杆主体1处于漂浮状态，其上部表面位于水平面附近。当波浪传递到波浪能装置时，前后浮子4会随着水面高程的变化而上下运动，进而带动主连杆2在以其和桅杆主体1铰接点6为轴的圆形轨道上转动，主连杆2运动的同时带动传动装置5，传动装置5中的短连杆8和长连杆10运动，与长连杆12刚性连接的活塞14也随之运动。在波浪的波峰和波谷的往复交替作用下，活塞14的水平运动也是往复的。当浮子4向下运动时，与长连杆12连接的活塞14向右运动，左侧进水单向阀16打开并进水，同时右侧出水单向阀19打开出水，水体流入到主水流通道4并驱动水轮机6工作发电。当浮子4向上运动时，与长连杆12相连的活塞14向左水平运动，右侧进水单向阀17打开并进水，同时左侧出水单向阀18打开出水，水体流入到主水流通道4并驱动水轮机6工作发电。由于漂浮桅杆主体1周围安装有多个浮子4，这些浮子4之间相互独立，进水系统也互不影响，有利于整体波浪能装置电能输出的稳定性。
尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。

Claims (7)

1.一种利用水轮机的伞形波浪能发电装置，包括漂浮桅杆主体、浮子、主连杆、传动装置、进水水流箱、主水流通道和水轮发电机，其特征是：浮子分布于桅杆主体的周围；浮子和桅杆主体之间采用主连杆进行连接；主连杆的中部连接传动装置，并通过传动装置与位于桅杆主体内部的进水水流箱中的活塞连接；浮子随着海面水位的变化而上下运动并带动主连杆和传动装置运动，传动装置连接活塞往复运动推动进水水流箱内水体流动，水体汇聚到主水流通道并流经水轮机驱动其转动发电。
2.根据权利要求1所述的利用水轮机的伞形波浪能发电装置，其特征在于：主连杆的两端均为铰接连接。
3.根据权利要求1所述的利用水轮机的伞形波浪能发电装置，其特征在于：传动装置由一个长连杆和一个短连杆组成，两个连杆之间铰接连接。
4.根据权利要求1所述的利用水轮机的伞形波浪能发电装置，其特征在于：传动装置与主连杆连接是铰接连接，与活塞连接是刚性连接。
5.根据权利要求1所述的利用水轮机的伞形波浪能发电装置，其特征在于：长连杆上下都安装有密封垫片。
6.根据权利要求1所述的利用水轮机的伞形波浪能发电装置，其特征在于：活塞所处通道两侧都安装有止动挡板。
7.根据权利要求1所述的利用水轮机的伞形波浪能发电装置，其特征在于：进水水流箱内安装有两组进水、出水单向阀。
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