CN104405572A - 一种利用气轮机的重力摆式波浪能装置 - 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，特别是一种利用气轮机的重力摆式波浪能装置。它包括发电舱、摆板、立柱、定滑轮、钢缆、活塞、单向阀、转轴和气轮机。其特征是：装置整体通过立柱安放在海底基础上；立柱上方安装发电舱，发电舱内安装气轮机发电装置；两个立柱之间布放转轴和摆板，转轴固定于发电舱底板；摆板通过钢缆和定滑轮与气压舱中的活塞连接。本发明设计适用于波浪能资源较为丰富的近海区域，发电原理简单，效率稳定；气压发电装置安装于装置主体内部，安全性高；装置整体，形式简单，便于制造和安装。

Description

一种利用气轮机的重力摆式波浪能装置
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，特别是一种利用气轮机的重力摆式波浪能装置。
背景技术
随着世界经济的发展、人口的增加、社会生活水平的不断提高，各国对能源的需求迅速增长。近年，受化石能源日趋枯竭、能源供应安全和保护环境等的驱动，作为主要可再生能源之一的海洋能事业取得很大发展，海洋能应用技术日趋成熟，为人类在21世纪充分利用海洋能展示了美好前景。
目前，世界上主要的波浪能装置可根据其位置分布划分为三类：离岸式(离岸超过2.5Km)、近岸式和岸基式。其中，近岸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。同时，其所处区域波浪能密度相对较高，又不容易受到台风等恶劣天气的影响。近些年来，这类波浪能装置得到了较大的发展。然而，考虑到海水的特殊物理化学性质以及波浪的随机性和其极端天气下巨大的破坏力，对于安装在海中的波浪能发电装置，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稳定性低、安全性差等不足，提供一种利用气轮机的重力摆式波浪能装置，它能利用海水流速随波浪传递产生的变化，高效地将波浪能转化为气流的动能，进而转化为电能，适用于近海区域，为海上航标灯、观测站等离岸设施提供电力，也易于直接发电联网，同时具有较高的可靠性，易于制造和安装。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种利用气轮机的重力摆式波浪能装置，包括发电舱、摆板、立柱、定滑轮、钢缆、活塞、单向阀、转轴和气轮机。其特征是：装置整体通过立柱安放在海底基础上；立柱上方安装发电舱，发电舱内安装气轮机发电装置；两个立柱之间布放转轴和摆板，转轴固定于发电舱底板；摆板通过钢缆和定滑轮与气压舱中的活塞连接。
所述的一种利用气轮机的重力摆式波浪能装置，其特征是：摆板左右两侧都连接有钢缆并通过定滑轮与气压舱连接。
所述的一种利用气轮机的重力摆式波浪能装置，其特征是：气压舱中布放有两组进气、出气单向阀。
所述的一种利用气轮机的重力摆式波浪能装置，其特征是：活塞两侧分别与钢缆铰接连接。
所述的一种利用气轮机的重力摆式波浪能装置，其特征是：活塞所处通道的两端布放有制动挡板。
所述的一种利用气轮机的重力摆式波浪能装置，其特征是：摆板通过转轴固定，具有转动自由度。
波浪能装置通过立柱直接安放在海底基础上，适用于近海海域。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体往复运动的动能的变化，其摆板的尺寸也可以合理增加，以提高波浪能的捕获效率。当风浪条件较为恶劣时，可以方便地将摆板拆掉并运输离开，保障装置的安全性。
没有波浪作用时，摆板的浮力和重力达到平衡状态，摆板静止不动。当波浪传递到波浪能装置时，摆板会随着水体流速的变化而围绕转轴转动，进而带动钢缆和活塞作往复运动。当结构物附近水体向左运动时，同时带动摆板围绕转轴顺时针转动，拉动摆板右侧的钢缆一起向左运动。摆板右侧的钢缆通过定滑轮的转向，拉动活塞向右运动，活塞的运动同时带动气压舱内的气体流动，左侧进气单向阀打开并进气，同时右侧出气单向阀打开出气，气体流入到主气流通道并驱动气轮机工作发电。当结构物附近水体运动方向发生变化时，水体向右运动同时带动摆板逆时针转动，摆板围绕转轴转动并拉动摆板左侧的钢缆向右运动，进而通过钢缆带动活塞向左加速，也带动气压舱中的气体流动，流动方向与上一过程相反，右侧进气单向阀打开并进气，同时左侧出气单向阀打开出气，气体流入到主气流通道并驱动气轮机工作发电。于是，活塞随着波浪的作用进入到一个往复运动的循环，在气压舱内的气体也进行往复流动，气体不停的流经气轮机，进而驱动气轮机转动发出电力。在波浪振幅较大时，活塞两侧安装的制动挡板能够有效的控制活塞的运动幅度，以免损坏机械设备。
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近海区域，采用单摆板的利用气轮机的重力摆式波浪能装置的设计，能够适应各种类型的来波；其发电原理采用了气体驱动气轮机的方式，形式简单，效率稳定；气压发电装置安装于装置主体内部，安全性高；装置整体，形式简单，便于制造和安装。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明摆板逆时针转动时的工作状态示意图。
图3是本发明摆板顺时针转动时的工作状态示意图。
图4是本发明在近海布放的示意图。
图中，1-发电舱，2-摆板，3-立柱，4-定滑轮，5-自由水面，6-海底，7-钢缆，8-活塞，9-气轮机，10-主气流通道，11-制动挡板，12-左侧进气单向阀，13-右侧进气单向阀，14-左侧出气单向阀，15-右侧出气单向阀，16-气压舱，17-转轴。
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，装置整体通过立柱3安放在海底基础6上；立柱3上方安装发电舱1，发电舱1内安装气压发电装置；两个立柱3之间布放摆板2和转轴17，转轴17固定于发电舱1底板上，摆板2通过转轴17固定；摆板2通过钢缆7和定滑轮4与气压发电装置连接；摆板2左右两侧都连接有钢缆7并通过定滑轮4与气压发电装置连接；气压舱16中布放有两组进气、出气单向阀；活塞8两侧分别与钢缆7铰接连接；活塞8所处通道的两端布放有制动挡板11。
如图2所示，摆板2逆时针转动时单向阀的工作状态。
如图3所示，摆板2顺时针转动时单向阀的工作状态。
如图4所示，数个利用气轮机的重力摆式波浪能装置可以并排布放，形成一个波浪能发电场。
本实施例的工作原理：
实际使用中在没有波浪作用时，摆板2的浮力和重力达到平衡状态，摆板2静止不动。当波浪传递到波浪能装置时，摆板2会随着水体流速的变化而围绕转轴17转动，进而带动钢缆7和活塞8作往复运动。当结构物附近水体向左运动时，同时带动摆板2围绕转轴17顺时针转动，拉动摆板2右侧的钢缆7一起向左运动。摆板7右侧的钢缆7通过定滑轮4的转向，拉动活塞8向右运动，活塞8的运动同时带动气压舱16内的气体流动，左侧进气单向阀12打开并进气，同时右侧出气单向阀15打开出气，气体流入到主气流通道10并驱动气轮机9工作发电。当结构物附近水体运动方向发生变化时，水体向右运动同时带动摆板2逆时针转动，摆板2围绕转轴17转动并拉动摆板2左侧的钢缆7向右运动，进而通过钢缆7带动活塞8向左加速，也带动气压舱16中的气体流动，流动方向与上一过程相反，右侧进气单向阀13打开并进气，同时左侧出气单向阀14打开出气，气体流入到主气流通道10并驱动气轮机9工作发电。于是，活塞8随着波浪的作用进入到一个往复运动的循环，在气压舱16内的气体也进行往复流动，气体不停的流经气轮机9，进而驱动气轮机9转动发出电力。在波浪振幅较大时，活塞8两侧安装的制动挡板11能够有效的控制活塞8的运动幅度，以免损坏机械设备。
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 (6)

1.一种利用气轮机的重力摆式波浪能装置，包括发电舱、摆板、立柱、定滑轮、钢缆、活塞、单向阀、转轴和气轮机，其特征是：装置整体通过立柱安放在海底基础上；立柱上方安装发电舱，发电舱内安装气轮机发电装置；两个立柱之间布放转轴和摆板，转轴固定于发电舱底板；摆板通过钢缆和定滑轮与气压舱中的活塞连接。
2.根据权利要求1所述的利用气轮机的重力摆式波浪能装置，其特征在于：摆板左右两侧都连接有钢缆并通过定滑轮与气压舱连接。
3.根据权利要求1所述的利用气轮机的重力摆式波浪能装置，其特征在于：气压舱中布放有两组进气、出气单向阀。
4.根据权利要求1所述的利用气轮机的重力摆式波浪能装置，其特征在于：活塞两侧分别与钢缆铰接连接。
5.根据权利要求1所述的利用气轮机的重力摆式波浪能装置，其特征在于：活塞所处通道的两端布放有制动挡板。
6.根据权利要求1所述的利用气轮机的重力摆式波浪能装置，其特征在于：摆板通过转轴固定，具有转动自由度。
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