CN104832350A - 海洋波浪能水轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种海洋波浪能水轮机，解决现有波浪能发电大多采用摆动往复，效率低，对发电机损耗大的问题。一种海洋波浪能水轮机，包括浮动在海面上的浮体，浮体内设有发电机，发电机连接有从侧面水平伸出浮体的叶轮，其特征在于：所述叶轮表面均匀开设有若干V形槽，V形槽沿轴向延伸，V形槽内设有可摆动扣合\展开的叶片，叶片的摆动轴沿V形槽的槽底设置，V形槽的两侧壁分别为扣合面和展开面，展开面与叶轮径向的夹角小于扣合面与叶轮径向的夹角，叶轮贴靠扣合面时，叶片外端与叶轮中心的径向距离最小，叶轮贴合展开面时，叶片外端与叶轮中心的径向距离最大。本发明水轮机的叶轮在波浪起伏过程中能始终保持一个方向旋转；本发明还能在利用波浪能的同时利用洋流的能量推动叶轮。

Description

海洋波浪能水轮机
技术领域
本发明涉及一种利用海洋洋流的发电装置，特别涉及一种海洋波浪能水轮机。
背景技术
海洋中潮起潮落、洋流流动、波浪起伏都蕴含着巨大的能源，在能源日益紧张的今日，海洋能源是一个巨大的宝库，海洋潮汐能、波浪能清洁无污染，且潜能巨大，而目前人们对海洋能源的开发还只是沧海一粟。
目前针对海洋波浪能的利用，传统思路是设置带发电装置的浮子，利用波浪的起伏驱动摆锤摆动，来驱动发电机工作。如中国专利局2013年7月17日公开的CN103206338A号专利申请文件，记载了一种波浪能发电装置，该装置就是利用浮子内的摆锤随波浪起伏而摆动，利用摆动带动转轴转动进行发电。波浪起伏可视为一种往复运动，摆锤摆动也是一种往复运动，往复运动在转向的过程中需要消耗大量的能量，也就是说，大量的波浪能在摆锤往复运动过程中被转向所消耗，而且，摆锤摆动-停止-转向的过程中，发电机转速变化大，对机体寿命也有影响。
发明内容
本发明的目的在于解决现有波浪能发电大多采用摆动往复，效率低，对发电机损耗大的问题，提供一种利用叶轮保持一个方向转动的海洋波浪能水轮机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种海洋波浪能水轮机，包括浮动在海面上的浮体，浮体内设有发电机，发电机连接有从侧面水平伸出浮体的叶轮，所述叶轮表面均匀开设有若干V形槽，V形槽沿轴向延伸，V形槽内设有可摆动扣合\展开的叶片，叶片的摆动轴沿V形槽的槽底设置，V形槽的两侧壁分别为扣合面和展开面，展开面与叶轮径向的夹角小于扣合面与叶轮径向的夹角，叶轮贴靠扣合面时，叶片外端与叶轮中心的径向距离最小，叶轮贴合展开面时，叶片外端与叶轮中心的径向距离最大。浮体在海面上浮动，叶轮从侧面水平伸出，叶轮可以半露在水面以上，也可以在海水平面以下，叶轮旋转过程中，一侧为上升侧，一侧为下降侧，受波浪和洋流驱动分为三种情况：1、波浪上升过程中，叶轮上升侧的叶片被上升的波浪推动贴合到V形槽展开面呈展开状态，承受波浪的浮力；而下降侧的叶片则被上升的波浪反向推动贴靠到V形槽扣合面上，不对上升的波浪形成阻挡；2、波浪下降过程中，叶轮下降侧的叶片被落下的波浪推动贴合到V形槽展开面呈展开状态，承受波浪落下的重力；而上升侧的叶片则被落下的波浪反向推动贴靠到V形槽扣合面上，不对落下的波浪形成阻挡；3、洋流的作用，如果叶轮半露在水面上，当叶轮转动方向顺着洋流方向，叶轮底侧的叶片被洋流推动展开，当叶轮转动方向逆着洋流方向，则叶轮底侧的叶片被洋流推动扣合；如果叶轮完全没入水面以下，则无论叶轮转动方向如何，顺着洋流方向的叶片被洋流推动展开，逆着洋流方向的叶片被洋流推动扣合。海面上波浪和洋流情况复杂，但是无论以上三种状态如何结合，本装置的叶轮总是保持一个旋转方向，减少了转向的能量损失和对机体的冲击。
作为优选，以叶轮中心与V形槽槽底连线为基准线，V形槽扣合面和展开面位于基准线的同一侧面。叶片展开时和扣合时均位于基准线同一侧，没有越过径向临界点，使扣合和展开状态变换时冲击小，损失的能量也小。同时，叶轮展开状态的工作面与叶轮切线夹角小于90度，起到聚流作用，充分利用水流冲击力。
作为优选，所述叶片贴合扣合面时，叶片的外端突出于叶轮的外轮廓线之外。叶片外端在扣合时略为突出叶轮表面，使叶片转动到顺流方向时，能借助海水推动迅速展开。
作为优选，所述叶片为弧形，叶片内弧面朝向扣合面，扣合面为凸起外弧面，所述扣合面的弧面半径小于叶片的弧面半径。使叶片扣合状态时不会与扣合面完全贴合造成展开阻力过大。
作为优选，所述展开面的表面与叶片对应位置的表面形状适配。展开状态的叶片所受压力较大，因此展开面设计为与叶片适配的平面或者弧度相同的弧面，形成大面积的稳定支撑。
作为优选，所述叶片的根部与展开面贴合的位置开设有排水孔。在叶片展开到扣合转换过程中，V形槽中的水可以从排水孔流出，避免形成过大的阻力
作为优选，所述叶片为中部折弯的V形叶片，弯折线与摆动轴垂直，叶片从根部到端部V形弯折程度逐渐加大。V形叶片形成聚流作用，最先限度利用水流冲力。
作为优选，所述发电机和叶轮之间通过单向传动的棘轮连接，所述发电机的另一侧还连接有飞轮。波浪和洋流变化不定，在叶轮转速小于飞轮转速时，棘轮脱开，飞轮利用惯性带动发电机发电，当飞轮转速下降到叶轮转速时，棘轮又重新连接传动。
作为优选，浮体内还包括机油泵，机油泵通过单独伸出浮体外的叶轮驱动，机油泵叶轮与发电机叶轮结构相同，所述机油泵为发电机泵送机油，发电机的机油回流至机油泵的油箱形成机油回路。利用波浪和洋流同时驱动机油回路，代替电泵，节约电力。
本发明采用叶轮收集波浪能，波浪驱动展开和扣合叶轮的叶片，使水轮机的叶轮在波浪起伏过程中能始终保持一个方向旋转；同时，本发明还能在利用波浪能的同时利用洋流的能量推动叶轮。
附图说明
图1是本发明一种结构示意图。
图2是本发明波浪上升过程叶轮状态示意图。
图3是本发明波浪下降过程叶轮状态示意图。
图4是本发明在洋流作用下的叶轮状态示意图。
图5是本发明叶片正面结构图。
图6是本发明图5中叶片A、B、C位置的弯折程度对比图。
图中：1.飞轮，2.发电机，3.棘轮，4.叶轮，5.叶片，6.展开面，7.扣合面，8.摆动轴，9.排水孔，10.机油泵，11.浮体。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。
实施例：一种海洋波浪能水轮机，如图1所示。本装置包括漂浮在海水水面上的浮体11，浮体内设有发电机2和机油泵10。发电机的一侧设有大惯性的飞轮1，另一侧通过单向传动的棘轮连接发电机的叶轮4，叶轮从侧面水平伸出浮体半没入海水中。机油泵连接有独立的机油泵叶轮4，机油泵的叶轮同样身处浮体外半没入海水中，机油泵通过机油泵叶轮驱动为发电机、棘轮泵送机油，发电机、棘轮的机油回流至机油泵油箱形成回路。叶轮也可以设置在完全没入海平面以下。
发电机的叶轮4和机油泵的叶轮4结构相同，以下以发电机叶轮为例阐述结构。如图2、3、4所示，叶轮4表面均匀开设V形槽，V形槽沿叶轮轴向设置，V形槽的一侧壁为展开面6，另一侧为扣合面7，展开面与径向的夹角小于扣合面与径向的夹角。且以叶轮中心与V形槽槽底连线为基准线，V形槽扣合面和展开面位于基准线的同一侧面。叶片5摆动设置在V形槽内，叶片的摆动轴8沿V形槽的槽底设置。叶片贴靠扣合面时，叶片外端与叶轮中心的径向距离最小，叶轮贴合展开面时，叶片外端与叶轮中心的径向距离最大。叶片4为弧形叶片，叶片内弧面朝向扣合面7。扣合面的弧形半径小于叶片的弧形半径，展开面的弧形半径与叶片弧形半径一致。叶片贴靠扣合面时，不能完全贴合，且叶片的外端突出于叶轮的外轮廓线。叶片贴合展开面时，叶片根部与展开面完全贴合形成面支撑。叶片根部与展开面贴合位置开设有一列排水孔9。
如图5、6所示，叶片沿中线V形折弯，弯折线与摆动轴8垂直，如图6所示，叶片的弯折程度从根部到端部逐渐加大。
叶轮旋转过程中，一侧为上升侧，一侧为下降侧，受波浪和洋流驱动分为三种情况：1、波浪上升过程中，叶轮上升侧的叶片被上升的波浪推动贴合到V形槽展开面呈展开状态，承受波浪的浮力；而下降侧的叶片则被上升的波浪反向推动贴靠到V形槽扣合面上，不对上升的波浪形成阻挡；2、波浪下降过程中，叶轮下降侧的叶片被落下的波浪推动贴合到V形槽展开面呈展开状态，承受波浪落下的重力；而上升侧的叶片则被落下的波浪反向推动贴靠到V形槽扣合面上，不对落下的波浪形成阻挡；3、海底洋流的作用，如果叶轮半露在水面上，当叶轮转动方向顺着洋流方向，叶轮底侧的叶片被洋流推动展开，当叶轮转动方向逆着洋流方向，则叶轮底侧的叶片被洋流推动扣合；如果叶轮完全没入水面以下，则无论叶轮转动方向如何，顺着洋流方向的叶片被洋流推动展开，逆着洋流方向的叶片被洋流推动扣合。海面上波浪和洋流情况复杂，但是无论以上三种状态如何结合，本装置的叶轮总是保持一个旋转方向，减少了转向的能量损失和对机体的冲击。

Claims (9)

1.一种海洋波浪能水轮机，包括浮动在海面上的浮体，浮体内设有发电机，发电机连接有从侧面水平伸出浮体的叶轮，其特征在于：所述叶轮表面均匀开设有若干V形槽，V形槽沿轴向延伸，V形槽内设有可摆动扣合\展开的叶片，叶片的摆动轴沿V形槽的槽底设置，V形槽的两侧壁分别为扣合面和展开面，展开面与叶轮径向的夹角小于扣合面与叶轮径向的夹角，叶轮贴靠扣合面时，叶片外端与叶轮中心的径向距离最小，叶轮贴合展开面时，叶片外端与叶轮中心的径向距离最大。
2.根据权利要求1所述的海洋波浪能水轮机，其特征在于：以叶轮中心与V形槽槽底连线为基准线，V形槽扣合面和展开面位于基准线的同一侧面。
3.根据权利要求1所述的海洋波浪能水轮机，其特征在于：所述叶片贴合扣合面时，叶片的外端突出于叶轮的外轮廓线之外。
4.根据权利要求1或2或3所述的海洋波浪能水轮机，其特征在于：所述叶片为弧形，叶片内弧面朝向扣合面，扣合面为凸起外弧面，所述扣合面的弧面半径小于叶片的弧面半径。
5.根据权利要求1或2或3所述的海洋波浪能水轮机，其特征在于：所述展开面的表面与叶片对应位置的表面形状适配。
6.根据权利要求1或2或3所述的海洋波浪能水轮机，其特征在于：所述叶片的根部与展开面贴合的位置开设有排水孔。
7.根据权利要求1或2或3所述的海洋波浪能水轮机，其特征在于：所述叶片为中部折弯的V形叶片，弯折线与摆动轴垂直，叶片从根部到端部V形弯折程度逐渐加大。
8.根据权利要求1或2或3所述的海洋波浪能水轮机，其特征在于：所述发电机和叶轮之间通过单向传动的棘轮连接，所述发电机的另一侧还连接有飞轮。
9.根据权利要求1或2或3所述的海洋波浪能水轮机，其特征在于：浮体内还包括机油泵，机油泵通过单独伸出浮体外的叶轮驱动，机油泵叶轮与发电机叶轮结构相同，所述机油泵为发电机泵送机油，发电机的机油回流至机油泵的油箱形成机油回路。
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