CN105257467A - 一种越浪式波浪发电浮标 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种越浪式波浪发电浮标，应用于海洋能开发及海洋监测领域。通过倾斜的引浪面将波浪引入装置内部的储水腔，利用储水腔内外水头差，驱动储水腔底部涡轮发电机组持续、高效的发电，供浮标各种用电设备工作，同时引浪面兼顾防波堤功能，保证浮标在极端波浪载荷下不受破坏。有益效果是：利用倾斜的引浪面将波浪引到储水腔内，将不稳定的波浪能转化为稳定的势能，驱动涡轮发电机组持续、稳定的发电。并且可有效减小波浪载荷对浮标的破坏，提高浮标抵抗恶劣环境的能力。同时浮标迎浪面内部为空腔结构，用于储水或空气，借助重力和浮力实现浮标的拖航、下沉、上浮及回收。

Description

一种越浪式波浪发电浮标

技术领域

本发明涉及一种浮标，特别是一种利用波浪进行发电的浮标，应用于海洋能开发及海洋监测领域。

背景技术

海洋波浪能是一种无污染的可再生能源，波能发电装置具有能量转换原理简单，建造和维护方便等优点而倍受青睐。越浪式波浪发电是利用倾斜的水道将波浪引入高位水库形成水头差，将不稳定的波浪能转化为稳定的势能，涡轮发电机组安装于水库底部，利用水库内外水头差驱动涡轮发电机组发电。

海洋浮标是一种投放在海洋中的海洋观测设施，能够收集海洋环境资料，如海洋表面水文参数和洋面气象参数的分布，也可对海洋生态环境、海水的物化特性等一系列参数进行整体综合监测，并能实现数据的自动采集、标示和发送，即使是在恶劣的海洋环境中依然能安全可靠的工作，具有海洋观测岸站和海洋调查船等不具备的功能。海洋浮标一般采用光伏发电，光伏发电功率小，且受气候影响大。受波浪不稳定影响，传统的波浪发电装置难以持续、高效、稳定的发电，并且海洋环境恶劣，极端波浪载荷易造成海洋浮标的破坏。

发明内容

为解决海洋浮标的用电难题，本发明公开了一种越浪式波浪发电浮标，引浪面将波浪引入装置内部的储水腔，利用储水腔内外水头差，驱动储水腔底部涡轮发电机组持续、高效的发电，供浮标各种用电设备工作，同时引浪面兼顾防波堤功能，保证浮标在极端波浪载荷下不受破坏。

为了达到上述目的，本发明才用的技术方案是：

一种越浪式波浪发电浮标，分为越浪结构、发电结构和密封结构三部分，所述的越浪结构包括倾斜的引浪面和引浪面内部设有的密封舱，在引浪面底部设有与其连接为一体的泄水通道，泄水通道与引浪面和密封舱之间形成的储水腔相贯通；所述的发电结构包括涡轮发电机，以及与涡轮发电机相连接的蓄电池、逆变器、用电设备，所述的涡轮发电机底部的旋转轴上设有叶片，其中的蓄电池、逆变器、用电设备密闭于密封结构的密封舱内，由涡轮发电机和叶片组成的涡轮发电机组设置于泄水通道内。

进一步的，所述的引浪面为顶部向储水腔中心倾斜的斜面，其倾斜角为30°。

进一步的，所述的引浪面与储水腔之间设有换气腔，换气腔顶部设有换气螺钉。

进一步的，所述的密封舱通过支撑架固定在储水腔内部。

进一步的，所述的涡轮发电机通过电源线连接蓄电池，并通过固定螺钉将蓄电池固定在密封舱底部。

进一步的，所述的逆变器和用电设备通过固定支架与密封舱固定。

进一步的，所述的密封舱和蓄电池之间设有密封圈，密封舱顶部设有舱盖。

进一步的，所述的舱盖外侧设有把手。

进一步的，所述的引浪面与泄水通道结合部底部位置设有吊耳。

波浪通过倾斜的引浪面跃入储水腔内，波浪能转化为储水腔内水的势能，形成内外水头差，涡轮发电机组安装于储水腔底部的泄水通道内，水头差使水从腔内流到腔外，驱使涡轮发电机旋转发电，将波浪能转化为电能，储存在蓄电池中，通过逆变器供给用电设备使用，满足海洋浮标用电需求。

波浪发电浮标实现岸上预制、组装，此时换气腔内为空气，浮标具有较大的浮力，船只使用锚链拴住浮标舱盖的把手和底部的吊耳，借助浮力将浮标拖航到指定区域，打开通气螺钉，往换气腔内注水，借助重力使浮标慢慢下沉，根据波浪条件进行重力调整，使引浪面最高处比水面略高，一个周期内波浪跃进储水腔的水量刚好完全排出，形成周期性的循环，供给涡轮发电机稳定的水流，使发电机持续高效的发电。

引浪面具有防波堤的功能，当波浪较大时，防波堤可有效保护浮标不受极端载荷的破坏。

本发明的有益效果是：

(1)利用倾斜的引浪面将波浪引到储水腔内，将不稳定的波浪能转化为稳定的势能，驱动涡轮发电机组持续、稳定的发电。

(2)收缩管道式的出口设计，增大了下泄水流的流速，提高了涡轮发电机的发电效率。

(3)浮标迎浪面内部为空腔结构，用于储水或空气，借助重力和浮力实现浮标的拖航、下沉、上浮及回收。

(4)防波堤形式的引浪面可有效减小波浪载荷对浮标的破坏，提高浮标抵抗恶劣环境的能力。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的海上示意图；

图3为本发明另一角度仰视的内部结构示意图。

其中：1、泄水通道；2、吊耳；3、引浪面；4、换气腔；5、支撑架；6、储水腔；7、换气螺钉；8、密封舱；9、舱盖；10、密封螺钉；11、把手；12、用电设备；13、固定螺钉；14、固定支架；15、逆变器；16、蓄电池；17、密封圈；18、电机螺钉；19、涡轮发电机；20、旋转轴；21、轮毂；22、叶片。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明的具体实施做进一步描述。

该发明公开了一种越浪式波浪发电浮标，将越浪式波浪发电与海洋浮标相结合，是一种结构简单、运行稳定、安装回收方便、能抵抗恶劣海洋环境的浮标。

越浪式波浪发电浮标实现岸上预制、安装，参见附图1和附图3，本发明最外侧为引浪面3，用于汇集波浪；最内部为密封舱8，用于放置用电设备12；引浪面1与密封舱8之间为储水腔6，用于抬高储水腔6内水头，形成水头差；涡轮发电机19安装于储水腔6下侧的泄水通道1内，使用电机螺钉18固定在密封舱8底部，用于将波浪能转化为电能。

设计引浪面3倾斜角为30°，试验证明倾斜角30°时波浪易跃入储水腔6内，转换为储水腔6的势能较大，储水腔6下端为收缩管道式的泄水通道1，增大了下泄水流的流速，有利于涡轮发电机19发电。轮毂21上安装6个叶片22，叶片22转动带动旋转轴20转动，旋转轴20一端与轮毂21连接，另一端与涡轮发电机19连接，涡轮发电机19通过电机螺钉18固定在密封舱8底端，电源线穿过密封圈17伸到密封舱8内，对密封圈17周围进行密封处理，防止漏水。密封舱8内，涡轮发电机19电源线连接蓄电池16，用于储存电能，使用固定螺钉将蓄电池16固定在密封舱8底部，蓄电池16连接逆变器15，用于将交流电转变成直流电，供用电设备12使用，使用固定支架14和固定螺钉13将逆变器15和用电设备12与密封舱8固定。使用密封螺钉10将舱盖9与密封舱8固定，防止海水流入密封舱8内对用电设备12造成破坏。舱盖9外侧设置把手11，方便打开与关闭密封舱8。

正常波浪条件下涡轮发电机19发电平稳，极端海洋环境下，引浪面3兼顾防波堤功能，大大减小极端波浪载荷对海洋浮标的冲击力，保护整体结构不受损坏。

引浪面3与储水腔6之间设有换气腔4，顶部设有与换气腔4贯通的换气螺钉7。浮标投放时，换气腔4内部为空气，借助浮力可方便进行拖航，使用船只的锚链拉住舱盖9的把手11，将其拖到指定位置，打开换气螺钉7，向换气腔4内注水，依靠重力使浮标下沉，当下沉到合适深度后，闭合换气螺钉7。浮标回收时，将换气腔4内部水排出，浮标整体飘出水面(参见附图2)，借助浮力使用船只进行拖航回收。

海洋浮标下端设置两个吊耳2，使用锚链和重物将浮标固定在某片区域，防止浮标丢失。

Claims (9)

1.一种越浪式波浪发电浮标，分为越浪结构、发电结构和密封结构三部分，其特征是：所述的越浪结构包括倾斜的引浪面(3)和引浪面(3)内部设有的密封舱(8)，在引浪面(3)底部设有与其连接为一体的泄水通道(1)，泄水通道(1)与引浪面(3)和密封舱(8)之间形成的储水腔(6)相贯通；所述的发电结构包括涡轮发电机(19)，以及与涡轮发电机(19)相连接的蓄电池(16)、逆变器(15)、用电设备(12)，所述的涡轮发电机(19)底部的旋转轴(20)上设有叶片(22)，其中的蓄电池(16)、逆变器(15)、用电设备(12)密闭于密封结构的密封舱(8)内，由涡轮发电机(19)和叶片(22)组成的涡轮发电机组设置于泄水通道(1)内。

2.根据权利要求1所述的越浪式波浪发电浮标，其特征是：所述的引浪面(3)为顶部向储水腔(6)中心倾斜的斜面，其倾斜角为30°。

3.根据权利要求1所述的越浪式波浪发电浮标，其特征是：所述的引浪面(3)与储水腔(6)之间设有换气腔(4)，换气腔(4)顶部设有换气螺钉(7)。

4.根据权利要求1所述的越浪式波浪发电浮标，其特征是：所述的密封舱(8)通过支撑架(5)固定在储水腔(6)内部。

5.根据权利要求1所述的越浪式波浪发电浮标，其特征是：所述的涡轮发电机(19)通过电源线连接蓄电池(16)，并通过固定螺钉(13)将蓄电池(16)固定在密封舱(8)底部。

6.根据权利要求1所述的越浪式波浪发电浮标，其特征是：所述的逆变器(15)和用电设备(12)通过固定支架(14)与密封舱(8)固定。

7.根据权利要求5所述的越浪式波浪发电浮标，其特征是：所述的密封舱(8)和蓄电池(16)之间设有密封圈(17)，密封舱(8)顶部设有舱盖(9)。

8.根据权利要求6所述的越浪式波浪发电浮标，其特征是：所述的舱盖(9)外侧设有把手(11)。

9.根据权利要求1所述的越浪式波浪发电浮标，其特征是：所述的引浪面(3)与泄水通道(1)结合部底部位置设有吊耳(2)。