CN107191310A - 基于磁流体技术的海洋综合发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁流体技术的海洋综合发电装置，设有风力发电机和安装风力发电机的基座浮台，所述风力发电机包括风轮和塔杆，所述基座浮台包括均匀分布的浮筒和桁架结构，所述桁架结构包括连接塔杆与浮筒的内桁架和连接相邻浮筒的外桁架，其特征在于，所述综合发电装置设有磁流体发电设备。所述磁流体发电设备包括设置在风轮叶片内部的环形通道，所述环形通道内装有液态金属磁流体，环形通道外围安装有提供磁场的磁体，液态金属磁流体在磁场中流动，切割磁感应线产生电能，所述环形通道上安装有导出所述电能的电极条。本发明发电装置能源利用率高，设计科学合理，且具有较高的抗冲击性和结构稳定性，安全可靠。

Description

基于磁流体技术的海洋综合发电装置

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体为一种利用海洋波浪能的发电设备。

背景技术

液态金属磁流体波浪能发电技术，是与传统发电技术或传统液态金属磁流体发电技术完全不同的新概念，它利用海洋波浪的往复运动，直接驱动置于磁场内发电通道内部的液态金属作上下往复循环运动，从而在发电通道内部产生感生电动势，连接上闭合电路负载后输出电能。SARA在美国海军ONR的支持下于2002年研制出一套MHD波浪能直接发电系统的演示装置，并成功进行了发电实验演示，验证了该方法的可行性，并于2008年研制出一台100KW的液态金属磁流体波浪能直接发电实验样机。

波浪水柱式波浪能发电装置又被称为空气透平式波浪能发电装置，是最为常见的一种波能发电的转换装置，该转换装置中具有气室，在波浪力作用下，气室下部水柱被驱动做垂直振动，从而压缩气室内的空气从喷嘴中喷出，即将波浪能转换成空气的压力势能和动能，具有势能和动能的空气可带动透平机，透平机与发电机共轴从而带动发电机发电。

发明内容

本发明的目的在于开发新的绿色能源利用形式，提供一种基于磁流体技术的海洋综合发电装置，填补现有绿色能源利用形式的空白和解决现有海洋平台减振抗冲击方面的不足。

本发明提供的技术方案为：

一种基于磁流体技术的海洋综合发电装置，设有风力发电机和安装风力发电机的基座浮台，所述风力发电机包括风轮和塔杆，所述基座浮台包括均匀分布的浮筒和桁架结构，所述桁架结构包括连接塔杆与浮筒的内桁架和连接相邻浮筒的外桁架，其特征在于：

所述综合发电装置设有磁流体发电设备，所述磁流体发电设备包括设置在风轮叶片内部的环形通道，所述环形通道内装有液态金属磁流体，环形通道外围安装有提供磁场的磁体，液态金属磁流体在磁场中流动，切割磁感应线产生电能，所述环形通道上安装有导出所述电能的电极条。

在风力带动下，风轮转动，驱动发电机发电，而处于风轮叶片内的液态磁流体受重力作用可在所述环形通道内流动，做切割磁感应线的运动，从而也产生电能，提高了资源利用率。

在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：

所述环形通道中在靠近叶片根部的位置设有一球状容器，所述球状容器的容腔与环形通道连通，球状容器的直径大于环形通道的管径，所述球状容器可进行磁流体的存储，提高磁流体的运动距离，提升发电效率。

所述塔杆的底部外侧设有套筒，所述套筒由多个同心管和设置在同心管之间的抗冲击填充层构成，所述抗冲击填充层由呈环形排布的多个防振块构成，且位于同一抗冲击填充层内的相邻防振块之间留有间隙，相邻抗冲击填充层的防振块则采用内外错缝的方式布置。

所述防振块优选采用聚氨酯材料，所述套筒与塔杆之间通过氯丁胶层粘接。

所述浮筒和内桁架通过球形管箍结构连接，所述球形管箍结构包括球形外壳和管状包套，所述管状包套与所述球形外壳刚性连接，且管状包套与球形外壳内腔连通。所述球形外壳套在浮筒上，球形外壳内设有抗冲击减振装置，所述抗冲击减振装置设有抗冲击层和第一能量释放层，所述抗冲击层为贴附于球形外壳内表面的碳化硅层，所述第一能量释放层由填充在碳化硅层内部的泡沫铝材料构成，所述抗冲击减振装置与处于球形外壳内部的浮筒部分通过氯丁胶层粘接。所述管状包套则箍在内桁架上，内桁架杆体的外端接触到球形外壳内的抗冲击减振装置。

所述桁架杆体与管状包套之间设有第二能量释放层，所述第二能量释放层由聚氨酯材料制成，所述第二能量释放层与桁架杆体之间通过氯丁胶层连接。

所述球形管箍结构包括左右两个对称的部分，两个对称部分通过铆钉固定连接，方便拆卸和安装。

所述综合发电装置还设有桁架波浪能发电设备，所述桁架波浪能发电设备包括所述外桁架，所述外桁架包括底板、顶板和左右两个侧板，外桁架的前后两端被封堵，形成封闭空间。所述侧板的底端通过转轴与底板铰接，顶板左右两侧设有圆心落在所述转轴轴心上的弧形导轨，使侧板可沿着导轨左右摆动。所述顶板上设有透气通道和单向进气口，所述透气通道内安装有涡轮机，所述单向进气口内安装有单向阀。

所述桁架波浪能发电设备包括设置在所述封闭空间内的左右两个飞轮，两侧板分别通过曲柄连轴器与两飞轮上的偏心轴连接，侧板摇摆时可带动相应飞轮转动，所述飞轮可通过传动机构驱动发电机。

上述转轴为外层转轴，所述外层转轴为套筒结构，其内部设有同心的内层转轴，所述内层转轴通过传动机构与发电机的驱动机构连接，所述外层转轴内表面设有齿牙，内层转轴外表面设有与所述齿牙啮合的单向齿轮，通过外层转轴可带动内层转轴持续单向转动。

有益效果：

1）本发明将风力发电设备与磁流体发电有效的结合在一起，既不影响原风力发电装置的运行，又能提高对资源的利用率。

2）本发明桁架波浪能发电设备可通过多种能源转化形式充分的利用波浪能，将其转化为电能，有效的提高发电量，进一步提高了对绿色能源的利用率，结构设计新颖，科学合理，且在对波浪能的吸收过程中，能够产生消波的作用。

3）本发明发电装置可有效的缓解塔杆及浮台基座各连接处在风浪作用下的弹性变形响应和应力集中的问题，设备具有较高的抗冲击性和结构稳定性，安全性高。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明中基座的俯视结构示意图；

图3为扇叶内部磁流体发电设备的机构示意图；

图4为本发明中磁流体发电设备的结构示意图；

图5为图4发电装置的俯视结构示意图；

图6为本发明中套筒与塔杆之间的减振结构示意图；

图7为本发明中浮筒上球形抗冲击装置的示意图；

图8为本发明中桁架上弧形波浪能吸收及内部发电装置示意图；

图9为本发明中迎水面弧形板与桁架连接处的持续转动装置图。

具体实施方式

为了阐明本发明的技术方案和技术原理，下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的介绍。

如图1至图9所示的一种基于磁流体技术的海洋综合发电装置，包括以下组成部分：

1）基座浮台

所述基座浮台由均匀分布的多个浮筒6和桁架结构构成，所述桁架结构包括连接塔杆与浮筒的内桁架7和连接相邻浮筒的外桁架。

所述浮筒和内桁架通过球形管箍结构连接，所述球形管箍结构包括球形外壳和管状包套，所述管状包套与所述球形外壳刚性连接，且管状包套与球形外壳内腔连通。

所述球形外壳套在浮筒上，球形外壳内设有抗冲击减振装置，所述抗冲击减振装置包括抗冲击层和第一能量释放层，所述抗冲击层为贴附于球形外壳内表面的高硬度碳化硅层18，形成全面受力消力，降低受力平面压强。所述第一能量释放层则由填充在碳化硅层内部的泡沫铝材料19构成，最大程度的吸收和四方冲击带来的能量。所述抗冲击减振装置与处于球形外壳内部的浮筒部分通过强粘度的氯丁胶层20连接，可以有效的降低刚性连接处产生的最大应力，提高连接强度。

所述管状包套箍在内桁架杆体上，内桁架杆体的外端接触到球形外壳内的抗冲击减振装置。所述桁架杆体与管状包套之间设有第二能量释放层，所述第二能量释放层由实心聚氨酯材料22制成，所述第二能量释放层与桁架杆体之间通过氯丁胶层23连接。

为了便于安装与拆卸，所述球形管箍结构由左右两个对称的部分构成，安装时，两个对称部分通过铆钉固定连接，且铆钉连接处21也填充聚氨酯材料，以释放振动冲击的能量，提高连接处的减振强度。

2）风力发电机

所述风力发电机包括风轮和塔杆2，风轮安装在塔杆2顶端，塔杆2安装在所述基座浮台上，本实施例中采用普通的三叶风轮。

为了减轻风浪对塔杆的冲击影响，所述塔杆2的底部，连接基座浮台的位置外侧设有套筒3，所述套筒3由多个抗冲击材料板制成的同心管15和设置在同心管15之间的抗冲击填充层16构成，所述抗冲击填充层16由呈环形排布的多个防振块构成，且位于同一抗冲击填充层内的相邻防振块之间留有间隙，相邻抗冲击填充层16的防振块则采用内外错缝的方式布置，可提高抗冲击的能力。所述防振块为聚氨酯材料制成，所述套筒与塔杆之间通过氯丁胶层17粘接。

3）磁流体发电设备

所述磁流体发电设备包括设置风轮叶片1内部的呈椭圆形的环形通道10，所述环形通道10内装有不满的液态金属磁流体，每个叶片里的环形通道独立存在，互不干扰，且三个叶片1的环形通道旋转对称。所述环形通道10外围安装有提供磁场的磁体14，所述磁体14优选采用磁感强度较大的连续磁体。液态金属磁流体在磁场中流动，切割磁感应线产生了电能，所述环形通道壁面上安装有导出所述电能的电极条11，所述电极条11与蓄电或耗电装置连接。

所述环形通道中在靠近叶片1根部的位置还设有一球状容器9，所述球状容器9的容腔与环形通道连通，球状容器9的直径要大于所述环形通道的管径，用于存储磁流体。所述环形通道除了与球状容器连接的两端外，应保持平滑，不存在转折。

4）桁架波浪能发电设备

所述外桁架也为桁架波浪能发电设备的组成部分，外桁架包括底板、顶板24和左右两个弧形侧板5，外桁架的前后两端被封堵，形成封闭空间。所述弧形侧板5的凹弧面迎浪，所述弧形侧板5的底端通过转轴与底板铰接，顶板左右两侧设有圆心落在所述转轴轴心上的弧形导轨29，使侧板5可沿着导轨左右摆动，且所述弧形导轨29在合适的位置设有轨道滑止器28，防止侧板脱轨。所述顶板上设有多个透气通道26，所述透气通道26内均安装有涡轮机25，部分涡轮机的气流方向为自内向外，部分涡轮机的气流方向为自外向内。

所述桁架波浪能发电设备还包括设置在所述封闭空间内的左右两个飞轮33，两侧板5分别通过曲柄连轴器32与两飞轮33上的偏心轴连接，所述曲柄联轴器32两端通过铰链结构31与偏心轴和侧板5活动连接。侧板5摇摆时可带动相应飞轮转动，所述飞轮通过传动机构驱动发电机。

当两个弧形侧板5受波浪冲击向内侧摆动时，所述封闭空间内的气体受到挤压，通过透气通道26释放，可驱动部分涡轮机工作，从而带动发电机工作。为了保障空气压力，所述透气通道内可加装二次加压设备。当波浪落下，所述封闭空间内形成负压，大气中的空气可通过所述透气通道26进气封闭空间，可驱动另一部分涡轮机转动。由于波浪下落间隙短，若封闭空间来不及回复气压，可在透气通道旁加装单向通气口27，加速空气回流，所述单向进气口27内安装有单向阀。

两弧形侧板5受波浪冲击时，可同时带动飞轮转动，通过飞轮带动发电机工作。

侧板底端的转轴为外层转轴35，其内部设有同心的内层转轴36，所述外层转轴35、内层转轴36均为套筒结构，所述内层转轴36内部还设有同心的定轴37。所述内层转轴36通过传动机构与发电机的驱动机构连接，所述外层转轴35内表面设有齿牙40，内层转轴36外表面设有与所述齿牙40啮合的单向齿轮。所述外层转轴35跟随侧板做往复旋转时，通过所述单向齿轮29对内层转轴36进行动力的传递。如图8所示，所述单向齿轮29的齿牙39通过铰链与内层转轴36连接，并设有阻挡机构38，使其只能向一个方向转动，所以，外层转轴35向一侧旋转时可联动内层转轴36，向另一侧旋转时，内层转轴36上的齿牙就绕着铰链旋转，不受外层转轴上齿牙的联动，达到内层转轴36持续单向转动的目的，驱动发电机发电。

本实施例综合发电装置将风能发电、波浪能发电和磁流体发电有效的结合在一起，可显著的提高对绿色能源转化效率，资源利用率高，且具有很好的抗冲击性，结构稳定，安全可靠。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于磁流体技术的海洋综合发电装置，设有风力发电机和安装风力发电机的基座浮台，所述风力发电机包括风轮和塔杆，所述基座浮台包括均匀分布的浮筒和桁架结构，所述桁架结构包括连接塔杆与浮筒的内桁架和连接相邻浮筒的外桁架，其特征在于，所述综合发电装置设有磁流体发电设备：

所述磁流体发电设备包括设置在风轮叶片内部的环形通道，所述环形通道内装有液态金属磁流体，环形通道外围安装有提供磁场的磁体，液态金属磁流体在磁场中流动，切割磁感应线产生电能，所述环形通道上安装有导出所述电能的电极条。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁流体技术的海洋综合发电装置，其特征在于：

所述环形通道中在靠近叶片根部的位置设有一球状容器，所述球状容器的容腔与环形通道连通，球状容器的直径大于环形通道的管径。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁流体技术的海洋综合发电装置，其特征在于：

塔杆的底部外侧设有套筒，所述套筒由多个同心管和设置在同心管之间的抗冲击填充层构成，所述抗冲击填充层由呈环形排布的多个防振块构成，且位于同一抗冲击填充层内的相邻防振块之间留有间隙，相邻抗冲击填充层的防振块则采用内外错缝的方式布置。

4.根据权利要求3所述的一种基于磁流体技术的海洋综合发电装置，其特征在于：

所述防振块为聚氨酯材料，所述套筒与塔杆之间通过氯丁胶层粘接。

5.根据权利要求1所述的一种基于磁流体技术的海洋综合发电装置，其特征在于：

所述浮筒和内桁架通过球形管箍结构连接，所述球形管箍结构包括球形外壳和管状包套，所述管状包套与所述球形外壳刚性连接，且管状包套与球形外壳内腔连通；

所述球形外壳套在浮筒上，球形外壳内设有抗冲击减振装置，所述抗冲击减振装置设有抗冲击层和第一能量释放层，所述抗冲击层为贴附于球形外壳内表面的碳化硅层，所述第一能量释放层由填充在碳化硅层内部的泡沫铝材料构成，所述抗冲击减振装置与处于球形外壳内部的浮筒部分通过氯丁胶层粘接；

所述管状包套箍在内桁架杆体上，内桁架杆体的外端接触到球形外壳内的抗冲击减振装置。

6.根据权利要求5所述的一种基于磁流体技术的海洋综合发电装置，其特征在于：

所述桁架杆体与管状包套之间设有第二能量释放层，所述第二能量释放层由聚氨酯材料制成，所述第二能量释放层与桁架杆体之间通过氯丁胶层连接。

7.根据权利要求5或6所述的一种基于磁流体技术的海洋综合发电装置，其特征在于：所述球形管箍结构包括左右两个对称的部分，两个对称部分通过铆钉固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于磁流体技术的海洋综合发电装置，其特征在于，设有桁架波浪能发电设备：

所述桁架波浪能发电设备包括所述外桁架，所述外桁架包括底板、顶板和左右两个侧板，外桁架的前后两端被封堵，形成封闭空间；

所述侧板的底端通过转轴与底板铰接，顶板左右两侧设有圆心落在所述转轴轴心上的弧形导轨，使侧板可沿着导轨左右摆动；

所述顶板上设有透气通道和单向进气口，所述透气通道内安装有涡轮机，所述单向进气口内安装有单向阀。

9.根据权利要求8所述的一种基于磁流体技术的海洋综合发电装置，其特征在于，所述桁架波浪能发电设备包括设置在所述封闭空间内的左右两个飞轮，两侧板分别通过曲柄连轴器与两飞轮上的偏心轴连接，侧板摇摆时可带动相应飞轮转动，所述飞轮通过传动机构驱动发电机。

10.根据权利要求8或9所述的一种基于磁流体技术的海洋综合发电装置，其特征在于：上述转轴为外层转轴，所述外层转轴为套筒结构，其内部设有同心的内层转轴，所述内层转轴通过传动机构与发电机的驱动机构连接，所述外层转轴内表面设有齿牙，内层转轴外表面设有与所述齿牙啮合的单向齿轮，通过外层转轴可带动内层转轴持续单向转动。