CN105569914B - 一种利用海洋能发电的能量搜集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用海洋能发电的能量搜集装置，其特征在于，它包括聚波单元和蓄水池，所述聚波单元包括聚波板、铰链、主动杆、电机、坡度控制器、水平支撑架、滑槽、滑块、从动杆；所述聚波板通过铰链分别与主动杆以及从动杆连接，聚波板位于水平支撑架上方，坡度控制器控制聚波板的坡度大小；所述主动杆通过转轴与电机连接；聚波板与水平支撑架形成可自动张缩坡角的坡道，所述水平支撑架一侧设有滑槽，所述滑块通过铰链与从动杆连接，滑块在从动杆作用下在滑槽的左右两端往返滑动。可根据实地实时的海洋波高和波长实施自动调节，最大化的获取海洋波浪的能量，提高发电机组发电总效率和总出力，适用于替代现有越浪式波浪发电装置的能量搜集装置。

Description

一种利用海洋能发电的能量搜集装置
技术领域
本发明属于流体机械及水利水电工程设备技术领域，特别是涉及一种利用海洋能发电的能量搜集装置。
背景技术
传统能源即将枯竭并且带来了严重的环境问题，迫切需要寻找和开发可替代的新型能源。世界海洋资源丰富，其中波浪蕴藏着巨大能量。利用海洋波浪发电，既不需要燃料，同时对环境影响很小，具有重大的开发利用价值。
中国专利申请201320156401.7“液压式水面发电装置”公开了一种利用波浪的垂直位移，将垂直波浪能转换为机械能，带动涡轮机发电的装置，提高了波浪能转换效率。但由于活动部件过多，结构复杂，极易在波浪作用下发生破坏，丧失工作能力，且难以进行维修及保护
中国专利申请201310316659.3公开了一种“越浪式波能发电装置”，包括波能收集系统、发电系统和自启闭电控系统，该装置实现了越浪型发电装置的动态蓄能和稳定的电力输出。但由于该装置的水轮机对水头要求较高，如在低水头时存在效率和出力较低的问题。
中国专利申请201020644139.7公开了一种“波能收集转换装置”，包括蓄水池、引浪板、聚波板和出水管型。解决了目前波能收集转换装置波能转换效率较低，设备的使用寿命较短，生产成本过高等问题。但是由于该装置的引浪板坡度一定，不能依据当地实时波高和波长自动调节，获取波浪的能量依然有限。
综上所述，现有波浪发电装置普遍存在波能转换率低、输出功率小、稳定性差、装置有效工作时间短等缺陷，如何克服现有技术的不足已成为当今流体机械及水利水电工程设备技术领域中亟待解决的重点难题之一。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种利用海洋能发电的能量搜集装置，本发明能够根据实地实时的海洋波高和波长实施自动调节最大化的获取海洋波浪的能量，提高发电机组发电总效率和总出力，适用于替代现有各种越浪式波浪发电装置的能量搜集装置。
根据本发明提出的一种利用海洋能发电的能量搜集装置，其特征在于，它包括聚波单元和蓄水池，所述聚波单元包括聚波板、铰链、主动杆、电机、坡度控制器、水平支撑架、滑槽、滑块、从动杆；所述聚波板通过铰链分别与主动杆以及从动杆连接，聚波板位于水平支撑架上方，坡度控制器控制聚波板的坡度大小；所述主动杆通过转轴与电机连接；聚波板与水平支撑架形成坡角，所述水平支撑架一侧设有滑槽，所述滑块通过铰链与从动杆连接，滑块在从动杆作用下在滑槽的左右两端往返滑动；所述聚波单元可根据实地实时的海洋波浪资源参数形成外形为喇叭形的可自动张缩坡角的坡道，该坡道与海洋连通的一面开口宽，然后逐渐收缩通过边墙与蓄水池连通。
本发明提出的一种利用海洋能发电的能量搜集装置的进一步的优选方案是：
所述坡度控制器包括电源和电机控制单元，所述电机控制单元根据聚波板的两个极限位置控制电机起停和正反转向。
所述滑槽的左右两侧端点与滑块运动轨迹的左右极限端点重合。
所述蓄水池包括带有出水流道的蓄水单元和流量控制器，所述流量控制器控制带有出水流道的蓄水单元。
所述出水流道为椭圆形截面，出水流道最远端椭圆形截面的短轴与长轴之比为黄金分割比，即从出水流道最远端椭圆形截面的短轴与长轴之比呈线性递增，至出水流道最近端椭圆形截面短轴与长轴之比转变为1，即出水流道最近端椭圆形截面转变为反向圆形截面。
本发明的实现原理是：本发明聚波单元的坡度控制器根据海洋波浪浪高大小控制电机工作，电机带动主动杆转动做功，滑块在从动杆作用下在滑槽内运动，从而使聚波板与水平支撑架形成可自动张缩角度的坡道，将海洋的波浪能量最大化的搜集并转化为蓄水池内海水的势能；海水经水轮机进水口段在轴流式水轮机的上导叶处汇合并进入水轮机的转轮室，水流冲击转轮叶片，通过转轮叶片转换能量带动轴流式水轮机输出轴旋转，将蓄水池内的势能转换为水轮机动能带动发电机发电，水流再经下导叶，通过出水口段流向大海。本发明因采用了坡度可调的聚波单元和蓄水池，能够根据实地实时波高和波长自动调节，所以可最大化的获取波浪的能量，提高后续发电机组发电的总效率和总出力。
本发明与现有技术相比其显著优点在于：
一是本发明提出的一种利用海洋能发电的能量搜集装置，采用坡度可调的聚波单元和蓄水池，能够依据实地实时的海洋波高和波长自动调节，能够最大化的获取波浪的能量，提高发电机组发电的总效率和总出力。
二是本发明的出水流道为椭圆形截面，出水流道最远端椭圆形截面的短轴与长轴之比为黄金分割比，即从出水流道最远端椭圆形截面的短轴与长轴之比呈线性递增，至出水流道最近端椭圆形截面短轴与长轴之比转变为1，即出水流道最远端椭圆形截面转变为最近端反向圆形截面，大大降低了三维建模及制造难度，从而保证水流在椭圆形流道中平滑、顺畅和流动对称，也使得机组总体发电效率和总出力进一步提高。
三是本发明能够搜集任意波高的波浪能量，实现了越浪型发电装置的动态蓄能和稳定的电力输出，具有波能转换率高，对水头要求低，装置有效工作时间长，稳定性好等优点。本发明适用于替代现有各种越浪式波浪发电装置的能量搜集装置。
附图说明
图1是本发明提出的一种利用海洋能发电的能量搜集装置的整体结构示意图。
图2是本发明提出的一种利用海洋能发电的能量搜集装置的聚波单元极限位置A结构示意图。
图3是本发明提出的一种利用海洋能发电的能量搜集装置的聚波单元极限位置B结构示意图。
图4是本发明提出的一种利用海洋能发电的能量搜集装置的出水流道结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
结合图1，本发明提出的一种利用海洋能发电的能量搜集装置适用于利用海洋能发电的轴流式水轮机系统，该系统包括能量搜集装置和水轮机(4)，所述能量搜集装置包括聚波单元(2)和蓄水池(3)，聚波单元(2)可根据实时的海洋波浪(1)资源参数形成外形为喇叭形的可自动张缩坡角的坡道，该自动张缩坡角的坡道与海洋连通的一面开口宽，然后逐渐收缩通过边墙(9)与蓄水池(3)连通；所述蓄水池(3)通过流量控制器控制带有出水流道的蓄水单元，出水流道口设有向下延伸的释放势能推动水轮机旋转发电的出水管；所述水轮机(4)根据实时流经水轮机(4)的流量和水头情况，由智能导叶开度控制器自动调节导叶开度，使水轮机(4)输出最大功率和最高效率。
结合图2和图3，本发明提出的一种利用海洋能发电的能量搜集装置，包括聚波单元(2)和蓄水池(3)，所述聚波单元(2)包括聚波板(2-1)、铰链(2-2)、主动杆(2-3)、电机(2-4)、坡度控制器(5)、水平支撑架(2-6)、滑槽(2-7)、滑块(2-8)、从动杆(2-9)；所述聚波板(2-1)通过铰链(2-2)分别与主动杆(2-3)以及从动杆(2-9)连接，聚波板(2-1)位于水平支撑架(2-6)上方，坡度控制器(5)控制聚波板(2-1)的坡度大小；所述主动杆(2-3)通过转轴与电机(2-4)连接；聚波板(2-1)与水平支撑架(2-6)形成坡角度，所述水平支撑架(2-6)一侧设有滑槽(2-7)，所述滑块(2-8)通过铰链(2-2)与从动杆(2-9)连接，滑块(2-8)在从动杆(2-9)作用下在滑槽(2-7)的左右两端往返滑动；所述聚波单元(2)可根据实地实时的海洋波浪(1)资源参数形成外形为喇叭形的可自动张缩坡角的坡道，该坡道与海洋连通的一面开口宽，然后逐渐收缩通过边墙(9)与蓄水池(3)连通。其中：
所述坡度控制器(5)包括电源和电机控制单元，所述电机控制单元根据聚波板(2-1)的两个极限位置控制电机(2-4)起停和正反转向。
所述滑槽(2-7)的左右两侧端点与滑块(2-8)运动轨迹的左右极限端点重合。
所述蓄水池(3)包括带有出水流道的蓄水单元和流量控制器，所述流量控制器控制带有出水流道的蓄水单元。
结合图4，本发明所述的出水流道为椭圆形截面，出水流道最远端椭圆形截面的短轴与长轴之比为黄金分割比，即从出水流道最远端椭圆形截面的短轴与长轴之比呈线性递增，至出水流道最近端椭圆形截面短轴与长轴之比转变为1，即出水流道最近端椭圆形截面转变为反向圆形截面。
本发明提出的一种利用海洋能发电的能量搜集装置的运行状态是，所述坡度控制器5根据海洋波浪浪高的大小来控制电机(2-4)运行，电机(2-4)带动主动杆(2-3)转动做功，滑块(2-8)在从动杆(2-9)作用下在滑槽(2-7)内运动，从而使聚波板(2-1)与水平支撑架(2-6)形成可自动张缩坡角的坡道，将海洋的波浪能量最大化的搜集并转化为蓄水池内海水的势能。
本发明的具体实施方式中未涉及的说明属于本领域公知的技术，可参考公知技术加以实施。
本发明经反复试验验证，取得了满意的试用效果。
以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种利用海洋能发电的能量搜集装置技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (2)

1.一种利用海洋能发电的能量搜集装置，包括聚波单元(2)和蓄水池(3)，其特征在于，所述聚波单元(2)包括聚波板(2-1)、铰链(2-2)、主动杆(2-3)、电机(2-4)、坡度控制器(5)、水平支撑架(2-6)、滑槽(2-7)、滑块(2-8)、从动杆(2-9)；所述聚波板(2-1)通过铰链(2-2)分别与主动杆(2-3)以及从动杆(2-9)连接，聚波板(2-1)位于水平支撑架(2-6)上方，坡度控制器(5)控制聚波板(2-1)的坡度大小；所述主动杆(2-3)通过转轴与电机(2-4)连接；聚波板(2-1)与水平支撑架(2-6)形成坡角，所述水平支撑架(2-6)一侧设有滑槽(2-7)，所述滑块(2-8)通过铰链(2-2)与从动杆(2-9)连接，滑块(2-8)在从动杆(2-9)作用下在滑槽(2-7)的左右两端往返滑动；所述聚波单元(2)可根据实地实时的海洋波浪(1)资源参数形成外形为喇叭形的可自动张缩坡角的坡道，该坡道与海洋连通的一面开口宽，然后逐渐收缩通过边墙(9)与蓄水池(3)连通；其中：
所述坡度控制器(5)包括电源和电机控制单元，所述电机控制单元根据聚波板(2-1)的两个极限位置控制电机(2-4)起停和正反转向；
所述滑槽(2-7)的左右两侧端点与滑块(2-8)运动轨迹的左右极限端点重合；
所述蓄水池包括带有出水流道的蓄水单元和流量控制器，所述流量控制器控制带有出水流道的蓄水单元。
2.根据权利要求1所述的一种利用海洋能发电的能量搜集装置，其特征在于，所述出水流道为椭圆形截面，出水流道最远端椭圆形截面的短轴与长轴之比为黄金分割比，即从出水流道最远端椭圆形截面的短轴与长轴之比呈线性递增，至出水流道最近端椭圆形截面短轴与长轴之比转变为1，即出水流道最远端椭圆形截面转变为反向圆形截面。
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