CN107061123B - 底开式球筏空气涡轮机波浪换能器 - Google Patents

底开式球筏空气涡轮机波浪换能器 Download PDF

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Abstract

一种底开式球筏空气涡轮机波浪换能器，包括带有浮力舱的球筏本体、锚泊立梁和涡轮发电机构，锚泊立梁与半开放结构的球筏本体滑动连接且锚泊立梁的下端固定于海床上，涡轮发电机构设置于球筏本体上，并以球筏本体在海平面上下浮动过程中产生的内腔压差作为动力实现发电，本发明可大幅减轻海洋波浪能发电装置在海浪的作用下的六自由度运动，因而可大幅降低发电设备发生故障损毁的风险，降低维修成本的同时不会对海洋环境造成严重的污染；当在海面上产生超大幅值的畸形波时，闭锁控制机构会使波浪换能器停机，因而可避免对波浪能发电装置造成损毁。同时本发明所提出的波浪换能器不需要占据陆地面积，因而可达到最佳的技术经济效果。

Description

底开式球筏空气涡轮机波浪换能器
技术领域
本发明涉及的是一种海浪发电领域的技术，具体是一种底开式球筏空气涡轮机波浪换能器。
背景技术
随着全球经济的快速发展，人类的能源需求将快速地增加，然而煤炭等传统的化石能源却正在加速枯竭。另一方面，煤炭等传统的化石能源还会导致严重的环境污染问题。已有的数据显示，源自于化石能源的排放可占到全世界温室气体排放总量的三分之二，是导致严重的环境污染的一个重要的因素。因而人们越来越把目光投向了清洁的可再生能源。海洋波浪能作为一种取之不尽用之不竭的绿色可再生能源，以其具有的能量密度高、可预报性强和分布范围广等优点，而受到人们越来越多的关注。截止目前，人们已经提出了一些不同种类的海洋波浪能发电装置。
然而一般的海洋波浪能发电装置在海浪的作用下会产生六自由度的剧烈运动，包括纵荡、横荡、升沉、横摇、纵摇和首尾摇，混乱的晃动会增加液压缸、液压马达和发电机损坏的风险,漏泄的液压油还会对海洋环境造成严重的污染；更为重要的是，海面上有时会产生超大幅值的畸形波，会严重损毁一般的未设置闭锁控制机构的海洋波浪能发电装置。另外一个方面，现存的有些种类的海洋波浪能发电装置也要占据一定的陆地面积，因而达不到最佳的技术经济效果。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种底开式球筏空气涡轮机波浪换能器，可大幅减轻海洋波浪能发电装置在海浪的作用下的六自由度运动，因而可大幅降低发电设备发生故障损毁的风险，降低维修成本。同时本发明所提出的波浪换能器不会对海洋环境造成严重的污染；更为重要的是，当在海面上产生超大幅值的畸形波时，本发明中的闭锁控制机构会使波浪换能器停机，因而可避免对波浪能发电装置造成损毁。同时本发明所提出的波浪换能器不需要占据陆地面积，因而可达到最佳的技术经济效果。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：带有浮力舱的球筏本体、锚泊立梁和涡轮发电机构，其中：锚泊立梁与半开放结构的球筏本体滑动连接且锚泊立梁的下端固定于海床上，涡轮发电机构设置于球筏本体上，并以球筏本体在海平面上下浮动过程中产生的内腔压差作为动力实现发电。
所述的球筏本体为半开放结构，其底部与海面连通，球筏本体内部包含空气腔。
所述的滑动连接，通过设置于锚泊立梁和球筏本体之间的导向滚轮机构实现。
所述的锚泊立梁的下端依次设有万向节和锚，从而实现相对位置固定。
所述的锚泊立梁的上端部分设有闭锁控制机构。
所述的浮力舱通过竖直设置于球筏本体内的内封板实现。
所述的球筏本体底部优选进一步设有加强撑杆，该加强撑杆的两端分别与内封板和球筏本体相连。
所述的涡轮发电机构通过空气管设置于球筏本体上，该空气管与球筏本体内部的空气腔相连通。
所述的涡轮发电机构在垂直和水平方向上与球筏本体固定间距设置，且高于海平面；该涡轮发电机构包括：空气涡轮机和与之相连的发电机，其中：空气涡轮机设置于空气管的末端。
优选地，所述的空气涡轮机高度在海平面以上10～25米。
技术效果
与现有技术相比，本发明可大幅减轻海洋波浪能发电装置在海浪的作用下的六自由度运动，因而可大幅降低发电设备发生故障损毁的风险，降低维修成本。同时本发明所提出的波浪换能器不会对海洋环境造成严重的污染；更为重要的是，当在海面上产生超大幅值的畸形波时，本发明中的闭锁控制机构会使波浪换能器停机，因而可避免对波浪能发电装置造成损毁。同时本发明所提出的波浪换能器不需要占据陆地面积，因而可达到最佳的技术经济效果。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图中：球筏本体壳1、浮力舱2、锚泊立梁3、导向滚轮4、闭锁控制机构5、空气管6、内封板7、加强撑杆8、空气涡轮机9、发电机10、万向节11、锚12。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例包括：球筏本体1、浮力舱2、锚泊立梁3、导向滚轮机构、万向节11、锚12、空气管、空气涡轮机9和发电机10，其中：球筏本体1在底部有开口，外界的海水由此开口进入球筏本体1内；浮力舱2通过内封板与球筏本体1内的海水隔离，浮力舱2对与球筏本体1提供浮力。加强撑杆同时对浮力舱内封板和球筏本体壳起支撑加强作用。导向滚轮机构可以很容易地沿锚泊立梁3上下滑动，锚泊立梁3通过锚12固定于海床内。万向节11与锚泊立梁3的下端部分相连，由于此万向节11的作用，本发明所述的这种底开式球筏空气涡轮机波浪换能器在海浪的作用下仅会产生横摇、纵摇和升沉三个自由度的运动，而且横摇和纵摇两个自由度上的运动幅值将会是很小的。也就是说，滚轮机构带动球筏本体壳沿锚泊立梁3的上下升沉运动将是本发明波浪换能器在海浪作用下的主要运动。在本发明中，空气管穿出球筏本体壳并延伸到外界大气层中去，空气涡轮机9设置于空气管中，发电机10设置于空气管外并与空气涡轮机9轴连接。
所述的发电机10在垂直和水平方向上与球筏本体壳固定间距设置，且高于海平面。
所述的锚泊立梁3的上端部分设置有闭锁控制机构5。
优选地，所述的空气涡轮机9高度在海平面以上17米。
优选地，所述的万向节11和锚12之间设有一段很短的锚泊立梁。
本实施例的工作过程如下：
当海面上兴起风浪时，海浪会沿球筏本体1的底部开口进入球筏本体1内，当本发明波浪换能器位于波峰位置时，球筏本体1内的液面会急剧升高，并压缩位于球筏本体1内的液面与球筏本体壳之间的空腔内的空气，受到压缩的空气的压力急剧上升，并沿空气管6冒出，这些高压空气将会驱动空气涡轮机9旋转，并通过轴驱动发电机10旋转并发出电力。
当本发明波浪换能器位于波谷位置时，球筏本体1内的液面会急剧下降，并增大球筏本体1内的液面与球筏本体壳之间的空腔的容积，导致此空腔容积内的空气的压力急剧下降并大大低于外界大气的压力，这样外界的大气就会沿空气管6流入此空腔内，在此过程中这些流入的外界大气也会驱动空气涡轮机9旋转，并通过轴驱动发电机10旋转并发出电力。
当在海面上产生超大幅值的畸形波时，导向滚轮机构带动球筏本体壳沿锚泊立梁3快速上升，触碰到闭锁控制机构5后锁死球筏本体壳沿锚泊立梁3的上升运动，球筏本体壳随即将固定于此位置。此时本发明中的闭锁控制机构5使波浪换能器停机，因而可避免对波浪能发电装置造成损毁。
如图1所示，优选地，所述的球筏本体1的直径为30m，球筏本体壳采用24mm厚的低碳钢板制成。
优选地，所述的球筏本体1的底部开口圆截面的直径为11.5m。
优选地，所述的内封板7采用50mm厚的低碳钢板制成。
优选地，加强撑杆8采用截面直径为50mm的圆钢制成。
优选地，锚泊立梁3采用截面为250mm×250mm的方钢制成。
优选地，空气管6是直径为3m的圆管。
优选地，所述的发电机10的额定功率为5500kW。
与现有技术相比，本发明可大幅减轻海洋波浪能发电装置在海浪的作用下的六自由度运动，因而可大幅降低发电设备发生故障损毁的风险，降低维修成本。同时本发明所提出的波浪换能器不会对海洋环境造成严重的污染；更为重要的是，当在海面上产生超大幅值的畸形波时，本发明中的闭锁控制机构会使波浪换能器停机，因而可避免对波浪能发电装置造成损毁。同时本发明所提出的波浪换能器不需要占据陆地面积，因而可达到最佳的技术经济效果。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (2)

1.一种底开式球筏空气涡轮机波浪换能器，其特征在于，包括：带有浮力舱的球筏本体、锚泊立梁和涡轮发电机构，其中：锚泊立梁与半开放结构的球筏本体滑动连接且锚泊立梁的下端固定于海床上，涡轮发电机构设置于球筏本体上，并以球筏本体在海平面上下浮动过程中产生的内腔压差作为动力实现发电；
所述的球筏本体为半开放结构，其底部与海面连通，球筏本体内部包含空气腔；
所述的滑动连接，通过设置于锚泊立梁和球筏本体之间的导向滚轮机构实现；
所述的锚泊立梁的下端依次设有万向节和锚，从而实现相对位置固定；
所述的锚泊立梁的上端部分设有闭锁控制机构；
所述的浮力舱通过竖直设置于球筏本体内的内封板实现；
所述的球筏本体底部进一步设有加强撑杆，该加强撑杆的两端分别与内封板和球筏本体相连；
所述的涡轮发电机构通过空气管设置于球筏本体上，该空气管与球筏本体内部的空气腔相连通；
所述的涡轮发电机构在垂直和水平方向上与球筏本体固定间距设置，且高于海平面；该涡轮发电机构包括：空气涡轮机和与之相连的发电机，其中：空气涡轮机设置于空气管的末端。
2.根据权利要求1所述的底开式球筏空气涡轮机波浪换能器，其特征是，所述的空气涡轮机高度在海平面以上10～25米。
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