CN109723601B - 潮汐能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋能技术领域，具体为潮汐能发电装置，主气室固接在海底的主气室底坡上，主气室底部开设有主气室进出口，主气室的顶平台上方固定安装第一滑轮和第二滑轮，主气室内的支撑平台固定安装第三滑轮和第四滑轮，四个滑轮上下对称安装在同一竖直平面内；主气室内还固定安装有垂直的活塞气室，活塞和浮子通过钢索连接，钢索依次缠绕在四个滑轮上；主气室与活塞气室分别通过输风管道与空气透平连接，空气透平与发电机连接；输风管道还与大气连通，每个输风管道上均有单向阀。本发明将振荡水柱和振荡浮子相结合，通过输风管道结构和单向阀门控制，形成更强劲单向风流，同时主气室的渐缩型结构，使装置的整体效率得到三次提高。

Description

潮汐能发电装置

技术领域

本发明属于海洋能技术领域，具体为潮汐能发电装置。

背景技术

目前，能源问题成为全球关注的热点，传统化石能源利用导致环境污染日益严重，且大多数传统化石能源为不可再生能源。可再生新能源的开发利用受到各国高度重视，成为当今能源领域发展的重要方向。海洋作为占地球面积70％的主体，不仅拥有丰富的水产、石油等资源，更蕴藏着巨大的能源，海洋能源主要是以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在。其中波浪能和潮汐能在海洋中具有丰富的蕴藏量和可循环再生性。

由于波浪能和潮汐能具有良好的开发利用价值，因此世界上各个国家都十分重视并且花大力气研究与开发，尤其是研究和开发波浪能发电装置。如今，世界上主要发展和研制的波浪能发电装置主要有“点头鸭”式、振荡水柱式、推摆式、聚波蓄能式、振荡浮子式、阀式等装置。潮汐能发电作为新兴的电力能源，具有良好的综合利用效益。目前主要的潮汐电站主要有单库单向式、单库双向式、双库连续发电式等形式。

现有的海浪发电设备如鸭式、阀式装置，结构复杂且不少活动部件暴露于海水中，维护困难、稳定性低，工程实践效果不理想。

发明内容

为解决目前海洋能装置发电效率低、结构复杂的不足，本发明提供了一种将振荡水柱和振荡浮子结合的潮汐能发电装置。该装置能有效利用波浪在主气室起伏形成振荡水柱产生的空气动能，而且可以利用海水潮位变化实现主气室中气体压强变化达到发电目的；同时结构简单，可靠性较好。

为达到此目的，本发明提供如下技术方案：

具体技术方案为：

潮汐能发电装置，包括主气室、主气室底坡、活塞气室、空气透平和发电机；

所述的主气室固接在海底的主气室底坡上，主气室底坡具有底坡坡角，主气室底部开设有主气室进出口，海水经主气室进出口出入主气室；立柱位于主气室内，并且竖直固定在主气室底坡上；支撑平台固定在立柱上；主气室的顶平台上方固定安装第一滑轮和第二滑轮，支撑平台固定安装第三滑轮和第四滑轮，四个滑轮上下对称安装在同一竖直平面内；主气室内还固定安装有垂直的活塞气室，活塞气室内安装有垂直运动的活塞，钢索为闭合环形，活塞和浮子通过钢索连接，钢索依次缠绕在四个滑轮上，在四个滑轮的限制下活塞与浮子做反向运动；钢索与主气室之间活动密封；主气室连接有第二输风管道和第五输风管道，第二输风管道上安装有第二单向阀，第五输风管道上安装有第五单向阀；活塞气室连接第三输风管道和第四输风管道，第三输风管道上安装有第三单向阀，第四输风管道上安装有第四单向阀；第二输风管道、第三输风管道分别与第一输风管道连通，第五输风管道、第四输风管道分别与第六输风管道连通，第一输风管道和第六输风管道分别与空气透平连接，空气透平与发电机连接；第一输风管道还通过第一单向阀与大气连通；第六输风管道通过第六单向阀与大气连通。

基于单向阀门的性质和分布位置，高速气流恒为单向通过空气透平，有效提高了能量转换效率。

进一步的，所述的钢索穿过主气室的上端面小孔，上端面小孔正上方的顶平台通过螺栓固定有密封件，所述的密封件包括金属压板和橡胶密封垫，所述的金属压板和橡胶密封垫之间设有金属垫片，钢索穿过橡胶密封垫，实现钢索与上端面小孔密封。

主气室上还安装有安全阀，安全阀包括正压安全阀和负压安全阀。

所述主气室自下而上的直径逐渐缩小，为渐缩型结构。

主气室内部设有随波浪上下浮动的浮子；活塞气室内安装活塞，活塞通过钢索与浮子连接。浮子吸收潮汐的位能，经钢索转换为活塞气室的压能；同时波浪在主气室中的起伏形成振荡水柱，产生空气动能；活塞气室形成的压能和主气室中振荡水柱产生的空气动能同时压缩和抽吸，形成更强劲风能，通过单向阀进入输风管道冲击空气透平，从而带动发电机发电。

与现有潮汐能发电装置相比，本发明的有益效果是：

本发电装置将振荡水柱和振荡浮子相结合；并且通过特殊的输风管道结构和单向阀门控制，形成更强劲单向风流过空气透平，避免了使用成本高昂的威尔斯透平；同时主气室的渐缩型结构有效地提高进、出口气流的流速，三者共同作用，使装置的整体效率得到三次提高。空气透平、发电机等重要设备均不与海水直接接触，装置的可靠性及寿命得到保证；装置结构简单，安装方便，具有较高的实用性和经济性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图之一；

图2是是本发明的结构示意图之二；

图3是本发明的横截面结构示意图；

图4是本发明的密封件剖面结构示意图；

图5是本发明的密封件俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施例作进一步详述：

如图1、图2和图3所示，潮汐能发电装置，包括主气室1、主气室底坡2、主气室液体进出口3、活塞气室5，活塞6，钢索7，浮子8，支撑平台9，立柱10、空气透平13、发电机14；还包括有四个滑轮，分别命名为第一滑轮4-1、第二滑轮4-2、第三滑轮4-3、第四滑轮4-4；六段输风管道，分别命名为第一输风管道11-1、第二输风管道11-2、第三输风管道11-3、第四输风管道11-4、第五输风管道11-5、第六输风管道11-6；对应输风管道有六个单向阀门，分别命名为第一单向阀12-1、第二单向阀12-2、第三单向阀12-3、第四单向阀12-4、第五单向阀12-5、第六单向阀12-6；安全阀有两个，分别是正压安全阀15-1，负压安全阀15-2。

主气室1固接在海底的主气室底坡2上，主气室底坡2具有底坡坡角，主气室1底部开设有主气室进出口3，海水经主气室进出口3出入主气室1；立柱10位于主气室1内，并且竖直固定在主气室底坡2上；支撑平台9固定在立柱10上；主气室1的顶平台上方固定安装第一滑轮4-1和第二滑轮4-2，支撑平台9固定安装第三滑轮4-3和第四滑轮4-4，四个滑轮上下对称安装在同一竖直平面内，第一滑轮4-1和第二滑轮4-2的底座分别与主气室1的顶平台采用螺栓联接，第三滑轮4-3和第四滑轮4-4分别与支撑平台9采用螺栓联接；主气室1内还安装有垂直的活塞气室5，活塞气室5固定在主气室1顶部中心下方，活塞气室5内安装有垂直运动的活塞6，钢索7为闭合环形，活塞6和浮子8通过钢索7连接，钢索7依次缠绕在四个滑轮上，在四个滑轮的限制下活塞6与浮子8做反向运动。主气室1连接有第二输风管道11-2和第五输风管道11-5，第二输风管道11-2上安装有第二单向阀12-2，第五输风管道11-5上安装有第五单向阀12-5；活塞气室5连接第三输风管道11-3和第四输风管道11-4，第三输风管道11-3上安装有第三单向阀12-3，第四输风管道11-4上安装有第四单向阀12-4；第二输风管道11-2、第三输风管道11-3分别与第一输风管道11-1连通，第五输风管道11-5、第四输风管道11-4分别与第六输风管道11-6连通，第一输风管道11-1和第六输风管道11-6分别与空气透平13连接，空气透平13与发电机14连接；第一输风管道11-1还通过第一单向阀12-1与大气连通；第六输风管道11-6通过第六单向阀12-6与大气连通。通过输风管道和单向阀门12的控制，使主气室1、活塞气室5和大气之间的空气流动恒为单向流过空气透平13，从而带动发电机14发电。基于单向阀门的性质和分布位置，高速气流恒为单向通过空气透平，有效提高了能量转换效率。

如图4和图5所示，钢索7穿过主气室1的上端面小孔，上端面小孔正上方的顶平台通过螺栓16固定有密封件，如图4所示，所述的密封件包括金属压板17和橡胶密封垫19，金属压板17和橡胶密封垫19之间设有金属垫片18，钢索7穿过橡胶密封垫19，实现钢索7与上端面小孔密封；

主气室1上还安装有安全阀15，安全阀15包括正压安全阀15-1和负压安全阀15-2。正压安全阀15-1开启，当主气室1气压过低时，负压安全阀15-2开启，以快速调节主气室1压力保护装置安全。

所述主气室1自下而上的直径逐渐缩小，为渐缩型结构，可有效提高管道中气流的流速。

所述浮子8是纵截面呈近似“沙漏”的形状。

单向阀门打开是靠气流的推动，阀门关闭是由于气流反向推动阻碍阀门打开，阀门的闭合又与其两侧的压强变化有关，基于此原理形成单向气流通过空气透平，提高发电效率。

单向阀门12-1处进气口为喇叭状，起到提高进口气流速度的效果。

本发明的具体工作原理如下：

当浮子8上升时，活塞6向下压缩空气，同时，主气室1中海水液面上升，向上压缩空气，活塞6和主气室1海水液面形成双向压缩气流，第二单向阀门12-2打开，气流经第二单向阀门12-2流入第二输风管道11-2，冲击空气透平13带动发电机14发电；随后部分气流经第四单向阀门12-4所在第四输风管道11-4流入活塞气室5，其余从第六单向阀门12-6所在第六输风管道11-6流入大气。

当浮子8下降时，活塞6向上运动，同时，主气室1中海水液面下降，使主气室1压强减小；部分气流经第三单向阀门12-3从活塞气室5流出，部分气流经第一单向阀门12-1从第一输风管道11-1大气流入，两部分气流相遇合流，冲击空气透平13带动发电机14发电；随后，在压强差作用下，气流从第五单向阀门12-5所在第五输风管道11-5流入主气室1。

该发电装置将振荡水柱和振荡浮子相结合，通过特殊布置的输风管道结构和单向阀门控制，形成更强劲单向风流过空气透平，避免了使用成本高昂的威尔斯透平，同时主气室的渐缩型结构有效地提高进、出口气流的流速。同传统振荡水柱式海洋能发电装置相比，该装置的整体效率得到三次提高。

上述实例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求保护的范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.潮汐能发电装置，其特征在于，包括主气室(1)、主气室底坡(2)、活塞气室(5)、空气透平(13)和发电机(14)；

所述的主气室(1)固接在海底的主气室底坡(2)上，主气室底坡(2)具有底坡坡角，主气室(1)底部开设有主气室进出口(3)，海水经主气室进出口(3)出入主气室(1)；立柱(10)位于主气室(1)内，并且竖直固定在主气室底坡(2)上；支撑平台(9)固定在立柱(10)上；主气室(1)的顶平台上方固定安装第一滑轮(4-1)和第二滑轮(4-2)，支撑平台(9)固定安装第三滑轮(4-3)和第四滑轮(4-4)，四个滑轮上下对称安装在同一竖直平面内；主气室(1)内还固定安装有垂直的活塞气室(5)，活塞气室(5)内安装有垂直运动的活塞(6)，钢索(7)为闭合环形，活塞(6)和浮子(8)通过钢索(7)连接，钢索(7)依次缠绕在四个滑轮上，在四个滑轮的限制下活塞(6)与浮子(8)做反向运动；钢索(7)与主气室(1)之间活动密封；主气室(1)连接有第二输风管道(11-2)和第五输风管道(11-5)，第二输风管道(11-2)上安装有第二单向阀(12-2)，第五输风管道(11-5)上安装有第五单向阀(12-5)；活塞气室(5)连接第三输风管道(11-3)和第四输风管道(11-4)，第三输风管道(11-3)上安装有第三单向阀(12-3)，第四输风管道(11-4)上安装有第四单向阀(12-4)；第二输风管道(11-2)、第三输风管道(11-3)分别与第一输风管道(11-1)连通，第五输风管道(11-5)、第四输风管道(11-4)分别与第六输风管道(11-6)连通，第一输风管道(11-1)和第六输风管道(11-6)分别与空气透平(13)连接，空气透平(13)与发电机(14)连接；第一输风管道(11-1)还通过第一单向阀(12-1)与大气连通；第六输风管道(11-6)通过第六单向阀(12-6)与大气连通。

2.根据权利要求1所述的潮汐能发电装置，其特征在于，所述的钢索(7)穿过主气室(1)的上端面小孔，上端面小孔正上方的顶平台通过螺栓(16)固定有密封件，所述的密封件包括金属压板(17)和橡胶密封垫(19)，所述的金属压板(17)和橡胶密封垫(19)之间设有金属垫片(18)，钢索(7)穿过橡胶密封垫(19)，实现钢索(7)与上端面小孔密封。

3.根据权利要求1所述的潮汐能发电装置，其特征在于，主气室(1)上还安装有安全阀，安全阀包括正压安全阀(15-1)和负压安全阀(15-2)。

4.根据权利要求1所述的潮汐能发电装置，其特征在于，所述主气室(1)自下而上的直径逐渐缩小。

Images