CN109162861A - 一种漂浮式垂直轴波浪能发电设备及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种漂浮式垂直轴波浪能发电设备及其应用，该发电设备包括一箱体，在箱体上设置有波浪能吸收装置和发电装置，所述波浪能吸收装置包括一水轮转子，水轮转子的顶部垂直连接所述的发电装置，箱体上开设有流道，当海浪进入流道冲击水轮转子时，水轮转子转动，从而使发电装置产生电能。本发明漂浮式垂直轴波浪能发电设备，采用垂直驱动式联接，省去了中间的能量转换装置，使得能量转换效率显著提升。本发明漂浮式垂直轴波浪能发电设备，水轮转子处于弧形流道的势能最低处，能够保证海浪的重力势能最大程度上转换为水轮转子的动能，最大程度上提高发电效率。

Description

一种漂浮式垂直轴波浪能发电设备及其应用
技术领域
本发明涉及一种漂浮式垂直轴波浪能发电设备及其应用，属于海洋能发电技术领域。
背景技术
山东省人民政府2018年2月颁布实施了《山东省新旧动能转换重大工程实施规划》，国务院批复《山东新旧动能转换综合试验区建设总体方案》，成立山东省新旧动能转换综合试验区。该《规划》对于发展海洋经济，重点突破风能、光能、海洋能发电等新能源电力技术瓶颈有了明确部署，着重强调增强经略海洋意识，科学、绿色、立体开发海洋，探索人海和谐、陆海统筹、彰显特色的科学发展模式，加快建设海洋强省，打造具有国际先进水平的海洋经济改革发展示范区，依靠本省3000多公里海岸线大力发展现代海洋产业。
垂直轴波浪能发电装置在波浪能利用装置中发展潜力巨大，叶轮与发电设备同轴，能量转化率高，运行稳定。
我国沿岸理论波功率为70MkW。中国2010年底的发电装机容量为9.5亿kW，波能功率差不多占总发电装机功率的10％。于1990年在大万山岛建成国内第一座3kW岸式振荡水柱波力电站，后来又于1996年在原3kW结构基础上建成20kW岸式振荡水柱式波力电站，2001年，又在广东汕尾建成了我国第一座100kW级岸式振荡水柱波力电站。在“七五”到“九五”期间，我国中科院广州能源研究所又研建了5kW后弯管漂浮式振荡水柱波力装置一座，10W航标灯用点吸收式波力发电装置700余台。
加拿大温哥华的Finavera可再生能源公司开发了波浪能发电装置AquabuOY。该装置使用了振荡浮子技术，AquabuOY由一个浮子和软管泵组成，在波浪质点上下运动时，会推动里头的一个活塞，通过一对软管泵产生高压水流，带动一台涡轮机发电。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种漂浮式垂直轴波浪能发电设备。
本发明还提供上述一种漂浮式垂直轴波浪能发电设备的工作方法。
本发明的技术方案如下：
一种漂浮式垂直轴波浪能发电设备，包括一箱体，在箱体上设置有波浪能吸收装置和发电装置，所述波浪能吸收装置包括一水轮转子，水轮转子的顶部垂直连接所述的发电装置，箱体上开设有流道，当海浪进入流道冲击水轮转子时，水轮转子转动，从而使发电装置产生电能。
优选的，所述箱体的底部安装有垂荡板。此设计的好处是，单独增设的垂荡板，可以增大装置的垂向阻尼和附加质量，当装置被波浪冲击时，可以起到消弱和减小装置垂向运动的目的，同时可以使装置随波浪频率纵摇，最大限度的转化波浪能量。
优选的，所述流道为弧形流道，弧形流道位于箱体内并通过两侧的流水口与外界连通。
优选的，所述弧形流道两侧宽、中间窄。此设计的好处是，装置随波浪起伏左高右低时，左侧弧形流道前宽后窄，这种形状可以增大流道内海水的动能和势能，使得海水集中冲击螺旋转轮；装置随波浪起伏左低右高时相反。
优选的，所述水轮转子和发电装置位于箱体的中部，水轮转子置于弧形流道内最低位置处。此设计的好处是，利用流水口进入的海浪冲击水轮转子时，能够在最低位置处获得最大的动能，从而最大效率地带动水轮转子转动。
优选的，所述水轮转子包括回转体、转动轴、螺旋叶片及叶片固定板，螺旋叶片通过回转体两端的叶片固定板固定在回转体的外周，转动轴贯穿回转体和叶片固定板。
优选的，所述水轮转子的转动轴通过平面磁力联轴器与发电装置连接。
优选的，所述发电装置选用发电机，发电机与平面磁力联轴器通过一密封罩进行封装。
一种漂浮式垂直轴波浪能发电设备的工作方法，包括以下步骤：
(1)将漂浮式垂直轴波浪能发电设备整体放置在海洋中，随海浪的起伏而起伏；
(2)当海浪从流水口冲进弧形流道时，海浪冲击水轮转子转动；
(3)水轮转子转动的同时，通过平面磁力联轴器带动发电装置发电。
本发明的有益效果在于：
1)本发明漂浮式垂直轴波浪能发电设备，采用垂直驱动式联接，省去了中间的能量转换装置，使得能量转换效率显著提升。
2)本发明漂浮式垂直轴波浪能发电设备，水轮转子处于弧形流道的势能最低处，能够保证海浪的重力势能最大程度上转换为水轮转子的动能，最大程度上提高发电效率。
3)本发明采用箱体与密封罩的结合设计，能够有效减轻波浪对设备的侵蚀破坏，使用寿命长，发电效率较高。整体结构稳定性好、经济成本低、适合于近海发电、海上仪器供电、智能深远海渔业网箱养殖供电等，系统生存能力较强，同时也为解决远洋海岛供电问题开辟了新途径。
附图说明
图1为本发明发电设备的立体图；
图2为本发明中局部流道的示意图；
图3a为本发明发电设备的工作状态图(左高右低)；
图3b为本发明发电设备的工作状态图(左低右高)；
图4为本发明中发电装置的结构示意图；
图5a为本发明中水轮转子的立体图；
图5b为本发明中水轮转子的截面图；
其中：1、垂荡板；2、箱体；3、流道；4、发电装置；5、流水口；6、水轮转子；7、发电机；8、密封罩；9、磁力联轴器；10、电机固定板；11、螺旋叶片；12、叶片固定板；13、转动轴。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
如图1至图5b所示，本实施例提供一种漂浮式垂直轴波浪能发电设备，包括一箱体2，在箱体2上设置有波浪能吸收装置和发电装置4，波浪能吸收装置包括一水轮转子6，水轮转子6的顶部垂直连接所述的发电装置4，箱体2上开设有流道，当海浪进入流道冲击水轮转子6时，水轮转子6转动，从而使发电装置4产生电能。
箱体2的底部安装有垂荡板1。垂荡板1根据所放区域的海浪环境通过计算设计，其结构为一大于箱体底面积的平板，其可以增大装置的垂向阻尼和附加质量，当装置被波浪冲击时，可以起到消弱和减小装置垂向运动的目的，同时可以使装置随波浪频率纵摇，最大限度的转化波浪能量。
流道3为弧形流道，弧形流道位于箱体2内并通过两侧的流水口5与外界连通。该弧形流道两侧宽、中间窄，即从两侧流水口5向流道中部宽度逐渐变窄。装置随波浪起伏左高右低时，左侧弧形流道前宽后窄，这种形状可以增大流道内海水的动能和势能，使得海水集中冲击螺旋转轮；装置随波浪起伏左低右高时相反。
水轮转子6和发电装置4位于箱体2的中部，水轮转子6置于弧形流道内最低位置处。利用流水口进入的海浪冲击水轮转子时，能够在最低位置处获得最大的动能，从而最大效率地带动水轮转子转动。
水轮转子6包括回转体、转动轴13、螺旋叶片11及叶片固定板12，螺旋叶片11通过回转体两端的叶片固定板12固定在回转体的外周，转动轴13贯穿回转体和叶片固定板12。螺旋叶片11在波浪冲击转动的过程中，可以起到缓冲和增大转子转速的作用。水轮转子6回转体的内部为空腔结构，通过叶片固定板12固定各螺旋叶片11。
发电装置选用发电机7，水轮转子6的转动轴通过平面磁力联轴器9与发电机7的转子连接。发电机7与平面磁力联轴器9通过一密封罩8进行封装，防止进水。
本实施例中，箱体、水轮转子、密封罩都采用防止海水腐蚀的不锈钢材料制作而成。
实施例2：
如图3a和图3b所示，本实施例提供一种漂浮式垂直轴波浪能发电设备的工作方法，包括以下步骤：
(1)将漂浮式垂直轴波浪能发电设备整体放置在海洋中，当有海浪冲击时，发电设备随海浪的起伏而起伏；
(2)当海浪从流水口5冲进弧形流道时，不管是从左侧流水口还是从右侧流水口进入，海浪都能够有效冲击水轮转子6转动，将海浪冲击的势能转动为水轮转子6的动能；
(3)水轮转子6转动的同时，通过转动轴、平面磁力联轴器9带动发电机7的转子转动，进而发电机7产生电流发电，最后由电缆供给外部用电设备或储电设备。

Claims (9)

1.一种漂浮式垂直轴波浪能发电设备，包括一箱体，其特征在于，在箱体上设置有波浪能吸收装置和发电装置，所述波浪能吸收装置包括一水轮转子，水轮转子的顶部垂直连接所述的发电装置，箱体上开设有流道，当海浪进入流道冲击水轮转子时，水轮转子转动，从而使发电装置产生电能。
2.如权利要求1所述的漂浮式垂直轴波浪能发电设备，其特征在于，所述箱体的底部安装有垂荡板。
3.如权利要求1所述的漂浮式垂直轴波浪能发电设备，其特征在于，所述流道为弧形流道，弧形流道位于箱体内并通过两侧的流水口与外界连通。
4.如权利要求3所述的漂浮式垂直轴波浪能发电设备，其特征在于，所述弧形流道两侧宽、中间窄。
5.如权利要求3所述的漂浮式垂直轴波浪能发电设备，其特征在于，所述水轮转子和发电装置位于箱体的中部，水轮转子置于弧形流道内最低位置处。
6.如权利要求1所述的漂浮式垂直轴波浪能发电设备，其特征在于，所述水轮转子包括回转体、转动轴、螺旋叶片及叶片固定板，螺旋叶片通过回转体两端的叶片固定板固定在回转体的外周，转动轴贯穿回转体和叶片固定板。
7.如权利要求6所述的漂浮式垂直轴波浪能发电设备，其特征在于，所述水轮转子的转动轴通过平面磁力联轴器与发电装置连接。
8.如权利要求7所述的漂浮式垂直轴波浪能发电设备，其特征在于，所述发电装置选用发电机，发电机与平面磁力联轴器通过一密封罩进行封装。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的漂浮式垂直轴波浪能发电设备的工作方法，包括以下步骤：
(1)将漂浮式垂直轴波浪能发电设备整体放置在海洋中，随海浪的起伏而起伏；
(2)当海浪从流水口冲进弧形流道时，海浪冲击水轮转子转动；
(3)水轮转子转动的同时，通过平面磁力联轴器带动发电装置发电。
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