CN109185029A - 一种利用波浪能的发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型波浪能发电装置，包括水下发电机防水壳体、水下发电机、健、发电机转轴连轴器、翼片连接器、翼片与扭簧。水面浮体跟随海面波浪的起伏而做垂荡运动，并通过缆索将自身的垂荡运动传递给与缆索相连的水下发电装置的水下发电机壳体；水下发电机固定在水下发电机防水壳体上，发电机转子的转轴伸出壳体之外并通过键与发电机转轴连轴器相连接，发电机转轴连轴器通过螺栓与翼片连接器相连接，可以随着发电机转子的转轴一起转动；翼片与翼片连接器相连接。本发明的发电装置具有组成结构简单，便于制造安装，能充分利用海洋中的波浪能的优点，对解决目前所面临的能源紧缺的问题具有重要的意义。

Description

一种利用波浪能的发电装置
技术领域
本发明属于海洋装备技术领域，具体涉及一种利用波浪能的发电装置。
背景介绍
能源是支撑现代人类社会生存和发展的柱石。随着世界经济的发展与如煤炭，石油资源的日益枯竭，传统化石能源以远远不能满足人类的需求，因此，清洁能源和可再生能源对于未来世界的发展和进步显得尤为重要。
海洋能因其蕴藏丰富，分布广，清洁无污染进入了人们的视野。海洋能主要包括波浪能、潮汐能、海流能、盐差能、温差能。波浪能具有能量密度高、分布面广等特点，并且其全球实际可开发量在所有海洋能中最大，约为3×108kW。目前，海洋能开发利用的方式主要是发电。
传统的波浪能发电装置主要有振荡水柱式发电装置、越浪式发电装置和运动式发电装置三大类。但目前常用的几种发电装置受到体积庞大、仪器设施安装复杂等因素的限制，很难将波浪能大规模的转化为可供人们直接利用的电能。因此亟需一种装置简单，体积较小的新型波浪能发电装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种新型的波浪能发电装置：所提供的发电装置安装方便快捷，运行稳定安全，易于维修保养，发电效率较高，能够全天候，不间断的进行发电，对解决当前的能源紧缺问题具有重要的意义。
本发明所提供的波浪能发电装置，包括有通过连接缆索2悬挂在水面浮体1下的水下发电机4；所述的水下发电机4的发电机转轴连接器8与翼片连接器6固定连接；翼片5安装在翼片连接器6上；
其中翼片5总数为8个，分上下两层排列，同一层的相邻翼片之间的夹角为90度；两层翼片之间的安装角度相差45度；
所述的翼片5，其横剖面形状为NACA0012型；
更进一步的，所述的翼片5，其上下两层翼片间的间隔为202mm；
上述翼片尺寸长600mm，宽240mm。
所述的发电机转轴连接器8通过螺栓螺母9与翼片连接器6相连接，
所述的水下发电机4安装在发电机防水壳体3内；
所述的翼片连接器上安有扭簧10，用来限制翼片的转动角度。
所述的水面浮体利用自身浮力浮在海面上；
作为优选，在水面浮体1上安装有太阳能电池板或GPS定位系统。
本发明的技术优点在于：
(1)本发明利用波浪能直接驱动转换器进而带动电机发电，属于机械式波浪能发电装置，相较于传统的利用燃煤发电或者水力发电，无需能量的二次转换，提高了能源的利用率。于此同时，海洋中的波浪能取之不尽，用之不竭，无时无刻存在与海洋之中，具有巨大的开发潜力，无需担心能源的枯竭问题。
(2)本发明相对于传统机械式波浪能发电装置、化石能源发电装置和水利发电装置具有可靠性高、体积小、机械结构简单、易于安装操作的优点。
(3)本发明安装布置在海面之上，可利用的布置空间巨大，因此不仅可以单独发电，也可在海面上布置发电机群组集中发电，进一步提高了海洋中波浪能的利用率。
附图说明
图1：本发明一种新型的波浪能发电机的整体结构示意图；
图2：本发明水下发电装置部分的整体结构示意图；
图3为缆索的结构图
图4：本发明波浪能发电机随波浪上升运动时，翼片的转动角度及带动转子转动方向示意图；
图5：本发明波浪能发电机随波浪上升运动时，翼片的受力情况；
图6：本发明波浪能发电机随波浪下降运动时，翼片的转动角度及带动转子转动方向示意图；
图7：本发明波浪能发电机随波浪下降运动时，翼片的受力情况；
图8：本发明的翼片布置方式图；
图9：本发明的翼片尺寸图；
其中，1为水面浮体，2为连接缆索，3为发电机防水壳体，4为水下发电机，5为翼片，6为翼片连接器，其内部装有限制翼片转动角度的扭簧，7为键，8为发电机转轴连接器，9为螺栓螺母10为扭簧。
具体实施方式
本发明装置通过水面浮体，将波浪的运动转化为水面浮体的垂荡运动，通过缆索，一次带动水下发电装置中发电机防水壳、发电机、转轴连接器、翼片连接器和翼片做垂荡运动。在翼片垂荡运动的过程中，翼片产生一定角度的偏转，因此产生一个转动的力矩，带动水下发电装置其他部分的转动，进而带动发电机转子的转动进行发电。
以下对本发明技术方案的具体实施方式详细描述，但本发明不限于以下描述内容。
本发明提供了一种新型波浪能发电装置，包括有通过连接缆索2悬挂在水面浮体1下的水下发电机4；所述的水下发电机4的发电机转轴连接器8与翼片连接器6固定连接；翼片5安装在翼片连接器6上；如图1与图2所示：
水面浮体1漂浮在海面之上，随波浪的起伏做垂荡运动；连接缆索2的一端与水面浮体1相连，另一端与水下发电机防水壳体3相连；上述缆索与水面浮体和下部发电机防水壳直接相连并且为整个发电系统传递动力，缆索内层为钢制缆绳，起到受力与传递电力的作用；缆索外层为防水橡胶，起到防止海水腐蚀的作用(图3所示)。
上述水面浮体利用自身浮力浮在海面上并随着海上波浪的起伏做垂荡运动。除此之外，在水面浮体上加装太阳能电池板以及GPS定位系统方便实时监测所处位置。
水下发电机4固定在水下发电机壳体3内，且水下发电机4的转子的转轴伸出壳体之外；水下发电机的转轴通过键7和发电机转轴连接器8相连接；上述发电机转轴连接器8通过键与发电机转轴连轴器相连接，发电机转轴连接器转动时带动发电机转子转动，发出电力。
发电机转轴连接器8通过螺栓与螺栓螺母9和翼片连接器6相连接；翼片5连接在翼片连接器上。扭簧10固定在翼片连接器6上，通过过盈配合与翼片5进行装配，翼片受力转动时，扭簧会提供一个与翼片转动方向相反的力矩，从而限制翼片转动的角度。
上述翼片连接在翼片连接器上，随着水面浮体的运动做垂荡运动，在做垂荡运动的过程中，翼片发生偏转，且每对翼片会产生一个转动力矩，带动翼片连接器、发电机转轴连接器转动，进而带动发电机转子的转轴转动，产生电能。
其中翼片5总数为8个，分上下两层排列，上述翼片总数为8个4对，翼片的排列分为上下两层，同一层的相邻翼片之间的夹角为90度；两层翼片之间的安装角度相差45度；所述的翼片5，其截面形状为NACA0012型。
按翼片5其上下两层翼片间的间隔为202mm；上述翼片尺寸长600mm，宽240mm的尺寸，本发明装置的发电机转矩由T＝f*L，f为翼片上所受水的作用力的大小。如图5与图6所示；L为力臂，为翼片质心到转轴中心的距离，如图8所示。假设在三级海况时，波高0.88m，周期3.9s，根据莫里森方程，A*Cd*uy*|uy|*cosθ，其中ρ为海水密度，取值1025kg/m3；A为翼片面积，取值0.144m2；Cd为水阻力系数，取值1.26；uy上浮体随波浪上升或下降时的平均速度，取值0.8m/s；θ为翼片的转角，最大值为20度；得出垂直与翼片方向水的作用力为f＝55.92N；上升时，翼片的运动状态如图4所示，翼片的受力情况如图5所示，下降时，翼片的运动状态如图6所示，翼片的受力情况如图7所示；根据说明书附图中力的分解关系，水平方向的合力为F＝f*sin20＝19.13N；翼片质心到转轴中心的距离L＝0.57m，则每一个翼片所提供的转矩T＝19.13*0.57＝10.91N/m；故整个翼片装置的转矩发电机的功率P＝T×n/9550＝87.23*25/9550＝0.228KW。

Claims (10)

1.一种波浪能发电装置，其特征在于，所述的发电装置包括有通过连接缆索(2)悬挂在水面浮体(1)下的水下发电机(4)；所述的水下发电机(4)的发电机转轴连接器(8)与翼片连接器(6)固定连接；翼片(5)安装在翼片连接器(6)上；其中翼片(5)总数为8个，分上下两层排列，同一层的相邻翼片(5)之间的夹角为90度；两层翼片(5)之间的安装角度相差45度。
2.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述的翼片(5)，其横剖面形状为NACA0012型。
3.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述的翼片(5)，其上下两层翼片间的间隔为202mm。
4.如权利要求1-3任一项所述的发电装置，其特征在于，所述的翼片(5)的尺寸长600mm，宽240mm。
5.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述的发电机转轴连接器(8)通过螺栓螺母(9)与翼片连接器(6)相连接。
6.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述的水下发电机(4)安装在发电机防水壳体(3)内。
7.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述的翼片连接器(6)上安有用来限制翼片(5)的转动角度扭簧(10)。
8.如权利要求8所述的发电装置，其特征在于，所述的扭簧(10)通过盈配合与翼片(5)进行装配。
9.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述的水面浮体(1)利用自身浮力浮在海面上。
10.如权利要求1或9所述的发电装置，其特征在于，所述的水面浮体(1)上安装有太阳能电池板和/或GPS定位系统。
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