CN105114237A - 一种利用波浪能的升力型叶轮发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用波浪能的升力型叶轮发电装置,其特征在于:包括基座、与基座铰接的支架以及设置在所述支架前端的升力型叶片,在所述支架上还设置有一使所述升力型叶片位于设定水深并在水流作用下加速上升或下降的浮体;在所述基座前设有缓冲装置,缓冲装置的上端与所述支架连接。本发明通过往复式运动的效果,充分利用了波浪能量和水流流动的动能,使得进入叶轮流体的有效速度增大,通过叠加叶轮的转速和绕基座的角速度,增大了叶轮的合成速度,从而提高了发电效率,实现对波浪能的有效利用。

Description

一种利用波浪能的升力型叶轮发电装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种利用波浪能的发电装置,具体涉及一种利用波浪能的立轴式升力型叶轮发电装置。
背景技术
[0002] 随着时代的进步和社会的发展,人们对能源的需求正在飞速增长。如今,煤、石油、天然气等不可再生能源均面临着储量枯竭、价格上涨的困境、而且对地球环境也造成了严重的污染。开发和利用可再生清洁能源,是实现可持续发展的必经之路。在各种清洁能源中,水力发电作为一种取之不尽又无污染的能源,一直以来都受到人们的青睐。海洋蕴藏大量能量,包括波浪能、潮汐能、海洋温差能、盐梯度能、洋流能等。而波浪能作为海洋能源中最丰富、最普遍、能量密度比较高的能源之一,占海洋能源的比重最大,并得到了广泛的利用。波浪能具有的特点是,不但水流往前或者往后运动,同时伴随着浪的存在,水面有上下的波动。然而,常见的沿岸式波浪能发电装置往往仅利用单一的水流推力或水面的上下波动,未能很好的将两者进行综合利用。
发明内容
[0003] 发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供了一种同时可以利用水流前进和波浪上下涌动的利用波浪能的升力型叶轮发电装置。
[0004] 技术方案:为解决上述技术问题,本发明的方案是:
[0005] —种利用波浪能的升力型叶轮发电装置,其特征在于:包括基座、与基座铰接的支架以及设置在所述支架前端的升力型叶片,在所述支架上还设置有一使所述升力型叶片位于设定水深并在水流作用下加速上升或下降的浮体。
[0006] 在所述基座前设有缓冲装置,缓冲装置的上端与所述支架连接。
[0007] 所述浮体为一浮板。
[0008] 所述浮板为船型浮板。
[0009] 所述支架包括两根连接杆以及位于两根连接杆前端的主轴,所述升力型叶片设置在所述主轴上。
[0010] 本发明升力型叶轮发电装置,叶片采用立轴式升力型叶片,水平放置。充分利用了立轴式叶轮不受流体流向限制的优势。
[0011] 整个叶轮常浸没在水面下,如果水面平静,那么叶轮可以直接利用海水流动的动能,来转化成电能。
[0012] 如果水面有波浪,则当浪来的时候,由于水面高度上升,船型浮板受到浮力,提升叶轮向上运动,浪越大,来的速度越快,提升的速度就越快。在提升的过程中,叶轮本身受两股流体作用,一股为主流流体,表现为水平流动、前进的流体;另一股为相对于叶轮提升而从上向下进入叶轮的切向流动的流体。二者作用使得进入叶轮的流体流速大于主流流速。
[0013]当浪平息的时候,水面下降,船型浮板向上的浮力减弱或消失,这时在叶轮、船体和连接杆的自重作用下,叶轮以基座为中心产生向下的速度。同样,此时叶轮受到两股流体气流的作用,一股为主流流体、反向水平流动的流体;另一股为相对于叶轮下降而切向进入的,向上流动的流体。二者作用使得进入叶轮的流体流速大于主流流速。
[0014] 由于波浪来来往往,不断涌动。所以叶轮始终处于这样的上下起伏的运动中。进入叶轮的流体有效速度也比主流流速增大了很多。
[0015] 船型浮板与连接杆采用活动铰链连接,无论波浪来还是去,船型浮板始终浮在水面,从而将通过与浮板连接的支架末端的升力型叶轮保持在一定的水位上。船型浮板面向大海的前端采用上翘式设计,可以很好的捕捉波浪能。后端可以采用水平设计,也可采用上翘式设计。
[0016]由于本结构中叶片布置方式构成了立轴式旋转叶轮,其本身具有不随流向发生改变的优点。因此,流体以任意角度流入叶轮,叶轮都以固定旋转方向做功。
[0017] 现有传统技术往往仅单一利用波浪的能量或者水流的能量。与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明通过往复式运动的效果,充分利用了波浪能量和水流流动的动能,使得进入叶轮流体的有效速度增大,通过叠加叶轮的转速和绕基座的角速度,增大了叶轮的合成速度,从而提高了发电效率,实现对波浪能的有效利用。
附图说明
[0018] 图1是本发明的结构示意图;
[0019] 图2是图1的俯视图;
[0020]图3是当波浪袭来时,叶片的速度分析图;
[0021] 图4是当波浪退去时,叶片的速度分析图。
[0022] 图中标记如下:1.叶片;2.主轴;3.连接杆;4.船型浮板;5.缓冲装置;6.基座。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0024] 如图1所示,叶片I通过支撑结构固定在主轴2上,叶片I的展向方向与主轴2平行,构成立轴式旋转叶轮。主轴2长度大于叶片长度,通过轴承将主轴固定在连接杆3上。叶片I和主轴2构成的叶轮常浸没在水面下,依靠叶片的升力来推动叶片旋转,这样可以充分利用海水流动的动能。
[0025] 如图1所示,本发明还在连接杆之间,叶片的后方,设置了一个船型浮板4,利用船型浮板产生较大的浮力,来克服自身的重力、叶轮的重力以及连接杆的重力,最终船型浮板4始终漂浮于水面。
[0026] 如图1所示,两根连接杆3另一端与基座6铰接,基座6前设有缓冲装置5,与连接杆3固定。缓冲装置用于限制下沉位置以及上抬位置,防止连接杆撞到基座或整个装置抬升过高。
[0027] 如图1所示,叶轮的叶片采用翼型形状,在无浪季节,叶轮吸收海水流动的动能。叶片产生升力,叶片的圆头端带着尖尾巴旋转,在图1中为逆时针旋转。叶轮将叶片旋转的机械能转化为电能。
[0028] 如图3所示,当有浪推向岸边的时候,海流本身向岸边基座6方向流动,此时叶片旋转吸收海流流动的动能。同时,波浪使水平面提高,升高的水位抬高了浮在水面上的船型浮板4。在连接杆的限制下,船型浮板带动叶片和主轴,以基座为圆心,产生向上的提升运动。相对于叶轮,流体以U速度进入叶轮。这样,此时横向流动流速V和向下流动速度U叠加,产生斜向下的合速度W,这个合速度W大于横向流动流速U,吸收了海流流动的动能和波浪的能量。
[0029] 如图4所示,如果浪退去离开岸边时,海流向远离岸边基座的方向流动,此时叶片旋转吸收海流流动的动能,叶片逆时针旋转。同时波浪退去或这一波浪平息的时候,水面高度下降。下降的水面使得船型浮板的浮力减小,在自身重力、叶轮的重力以及连接杆的重力作用下,船型浮板带动叶片和主轴,使得叶轮以基座为圆心,产生向下的下沉运动。相对于叶轮下沉,流体以上升速度U’进入叶轮。这样,此时横向流动流速V’和向上流动速度U’叠加,产生斜向上的合速度w’,这个速度r大于横向流动流速V’,吸收了海流流动的动能和波浪的能量。
[0030] 随着波浪来来往往,不断涌动,叶轮始终处于这样的上下起伏的运动中。船型浮板与连接杆采用活动铰链连接,无论波浪来还是去,船型浮板始终浮在水面,然后通过活动铰链提升连接杆。
[0031] 如图1、3、4所示,浮板面向大海的前端为上翘式设计。当波浪来的时候,上翘浮板前端可以很好捕捉波浪,推动浮板向上运动。

Claims (5)

1.一种利用波浪能的升力型叶轮发电装置,其特征在于:包括基座、与基座铰接的支架以及设置在所述支架前端的升力型叶片,在所述支架上还设置有一使所述升力型叶片位于设定水深并在水流作用下加速上升或下降的浮体。
2.根据权利要求1所述的升力型叶轮发电装置,其特征在于:在所述基座前设有缓冲装置,缓冲装置的上端与所述支架连接。
3.根据权利要求1或2所述的升力型叶轮发电装置,其特征在于:所述浮体为一浮板。
4.根据权利要求3所述的升力型叶轮发电装置,其特征在于:所述浮板为船型浮板。
5.根据权利要求3所述的升力型叶轮发电装置,其特征在于:所述支架包括两根连接杆以及位于两根连接杆前端的主轴,所述升力型叶片设置在所述主轴上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2348249B (en) * 1999-03-01 2003-11-05 John Richard Carew Armstrong Buoyant water current turbine
JP2007009830A (ja) * 2005-07-01 2007-01-18 Souki Sekkei:Kk 浮体型水力発電装置
CN104595099A (zh) * 2014-12-22 2015-05-06 中国科学院电工研究所 一种一体化潮流能发电装置

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