CN110145429A - 一种波浪和垂荡耦合式发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波浪和垂荡耦合式发电装置，支撑机构设置为支撑筒结构，虹吸机构包括虹吸孔和导流扇台，导流扇台沿着支撑筒的外壁向外凸出延伸设置，虹吸孔相对于导流扇台的下端设置在支撑筒的外壁上；自提式机构包括滑轮座、一对大滑轮和一对小滑轮；波能转换机构的线圈组件的内线圈、外线圈分别设置于支撑筒的内部、外部，磁体组件的内磁体、外磁体之间通过缆绳连接，缆绳依次缠绕在小滑轮、大滑轮上，通过缆绳的拉力实现线圈组件和磁体组件沿竖直方向相对移动。本发明具有体积小、运行安全可靠的优点，对环境无污染，通过多位点排布方式，可有效提高发电效率，达到相对动态平衡稳定的供电效果，具有适应性强等特点。

Description

一种波浪和垂荡耦合式发电装置

技术领域

本发明属于海洋波浪能发电技术领域，具体涉及一种波浪和垂荡耦合式发电装置。

背景技术

波浪能的发电利用技术就是通过转换装置将波浪能转换为电能，输送至用电设备或并入电网进行供电。就目前的波浪能发电技术的发展状况来看，大致可以分为以下几类：①气动式波浪能发电装置。该类发电装置的关键部件为空气涡轮机，通过利用摇摆运动和震荡运动状态下的波浪，在密闭的气室内推动空气柱的上下运动，即将波浪能转换为空气的内能，空气的压力和动力推动空气涡轮机进行发电。②液动式波浪能发电装置。无论是摆式截止式波浪能转换装置还是消耗型筏式波浪能转换装置，技术的关键在于利用液压装置收集波浪运动过程中所蕴含的能量，然后液压装置通过驱动发电机来进行发电。③蓄水式波浪能发电装置。蓄水式波浪能发电主要通过利用岸边波浪爬升高度所具有的势能，使得高水头冲击水轮机转动通过水轮机驱动发电机进行发电。

波浪能发电技术的研究由来已久，但是真正进入应用领域则应该追溯到20世纪60年代。最早开发利用波浪能资源的国家是法国，随后欧洲其他国家相继展开研究。目前，英国的波浪能利用技术处于世界领先水平。

日本海洋科学技术中心(JAMSTEC)在1987年启动了“巨鲸”波浪能发电装置开发研究项目。“巨鲸”波能发电船是基于振荡水柱波能发电原理的浮式波浪能发电装置，利用波浪进入气室产生的振荡水柱，推动透平发电机组发电。该装置于1997年在三重县海域下水，于1998年9月开始持续两年的运行，最大总发电效率为12％，其优势在于既能进行波浪能发电，又可以作为独立平台使用。

英国波浪能装置大部分量级为百千瓦(如蚝式Oyster)、少数已达到兆瓦量级(如海蛇Pelamis)，即单机容量最大的波浪能装置—海蛇。其发展趋势为装置的大型化与高可靠化，同时提出阵列布置的方案，主要研究内容为能量摄取(PTO)最大化、波浪－用户全链条(WavetoWire)优化、阵列(Array)布置策略、高海况生存可靠性(Survivability)等。

我国的波浪能开发利用起始于20世纪70年代，于1975年制成并投入试验了1台1000W的波浪能发电装置，并进行了改良和升级。2009年，广州能源所研制的10kW鸭式一号波浪能发电装置成功下水。该装置的海试地点位于广东珠海万山海域。装置通过鸭体与水下浮体之间的相对运动俘获波浪能量，将波浪能量转化为液压能再进行发电。现有装置的俘获效率较高，但存在浮态不稳，发电设备进水等问题。

综上所述，目前我国波浪能研发装置类型较多，但均存在结构复杂性及限制性，需要附设其他机械结构进行驱动，针对性差，单机的装机容量较小，阵列化布置兼容性弱。所以对于波浪能的发电装置的设计，还有很大的提升空间。

发明内容

针对现有技术中发电装置的结构复杂性以及限制性的技术问题，本发明的目的在于提供一种波浪和垂荡耦合式发电装置。

本发明采取的技术方案为：

一种波浪和垂荡耦合式发电装置，包括支撑机构、自提式机构、虹吸机构、波能转换机构，支撑机构设置为支撑筒结构，虹吸机构包括虹吸孔和导流扇台，所述导流扇台沿着支撑筒的外壁向外凸出延伸设置，虹吸孔相对于导流扇台的下端设置在支撑筒的外壁上；自提式机构包括滑轮座、一对大滑轮和一对小滑轮，小滑轮、大滑轮均设置为定滑轮；波能转换机构包括线圈组件和磁体组件，线圈组件包括内线圈和外线圈，内线圈、外线圈分别设置于支撑筒的内部、外部，磁体组件包括内磁体和外磁体，内磁体、外磁体之间通过缆绳连接，缆绳依次缠绕在小滑轮、大滑轮上，通过缆绳的拉力实现线圈组件和磁体组件沿竖直方向相对移动。

进一步的，所述支撑筒设置为中空圆柱筒体结构，支撑筒的底部固定在海床上，支撑筒的顶端延伸至波浪位上方。

更进一步的，所述支撑筒的顶端设置有顶盖，顶盖上和支撑筒相互连通开设有缆绳孔。

进一步的，所述导流扇台设置为上端开口的中空倒圆台结构。

进一步的，所述虹吸孔设置为通孔结构，相邻的虹吸孔沿着支撑筒的外壁呈环形等间距排布设置。

进一步的，所述内磁体设置为圆柱体结构，其外径小于支撑筒的内径。

进一步的，所述内磁体和支撑筒的底壁之间设置有弹簧。

进一步的，所述外磁体设置为横截面呈环形的柱体结构，其内径大于支撑筒的外径。

进一步的，所述自提式机构还包括浮板，浮板设置在外磁体的底部，浮板设置为环形板状结构，其外径大于外磁体的外径。

进一步的，所述内线圈、外线圈相交接处的支撑筒的内壁、外壁分别设置有内限位板、外限位板。

进一步的，所述滑轮座设置在支撑筒的顶部，滑轮座上分别设置有大滑轮轴、小滑轮轴，大滑轮活动套设在大滑轮轴上，小滑轮活动套设在小滑轮轴上。

本发明的有益效果为：

本发明单纯借助于海洋中的波浪能进行发电，具有体积小、运行安全可靠的优点，对环境无污染，通过多位点排布方式，可有效提高发电效率，达到相对动态平衡稳定的供电效果，具有适应性强等特点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为图1中的俯视图。

图3为图1中的侧视图。

其中，1、海床；2、支撑筒；3、内磁体；4、导流扇台；5、外线圈；6、外磁体；7、内线圈；8、顶盖；9、滑轮座；10、小滑轮轴；11、小滑轮；12、大滑轮；13、大滑轮轴；14、波浪位；15、缆绳；16、浮板；17、外限位板；18、内限位板；19、弹簧。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本申请的技术方案。

实施例1

如图1、图2和图3所示，一种波浪和垂荡耦合式发电装置，包括支撑机构、自提式机构、虹吸机构、波能转换机构，支撑机构设置为支撑筒2结构，虹吸机构包括虹吸孔和导流扇台4，所述导流扇台4沿着支撑筒2的外壁向外凸出延伸设置，虹吸孔相对于导流扇台4的下端设置在支撑筒2的外壁上；自提式机构包括滑轮座9、一对大滑轮12和一对小滑轮11；波能转换机构包括线圈组件和磁体组件，线圈组件包括内线圈7和外线圈5，内线圈7、外线圈5分别设置于支撑筒2的内部、外部，磁体组件包括内磁体3和外磁体6，内磁体3、外磁体6之间通过缆绳15连接，缆绳15依次缠绕在小滑轮11、大滑轮12上，通过缆绳15的拉力实现线圈组件和磁体组件沿竖直方向相对移动。

支撑筒2设置为中空圆柱筒体结构，支撑筒2的底部固定在海床1上，支撑筒2的顶端延伸至波浪位14上方。支撑筒2起到稳定的支撑作用，且为磁体组件的内磁体3、外磁体6的相对移动提供了限位空间，保证了磁体切割线圈的移动平稳性，可达到相对动态平衡稳定的供电效果。

支撑筒2顶端的自提式机构有效地避免了海水的腐蚀，提高了系统的可靠性，自提式机构将虹吸机构和和波能转换机构结合到一起，有效地降低建造成本，增加装置的实用性和耐用性，便于海上和陆上的安装维护。

支撑筒2的顶端设置有顶盖8，顶盖8上和支撑筒2相互连通开设有缆绳孔。顶盖8对支撑筒2起到一定的防护作用，缆绳15采用凯夫拉缆，穿过缆绳孔进行安装，安装方便快捷。

导流扇台4设置为上端开口的中空倒圆台结构。支撑筒2内的海水随着内磁体3下移，从虹吸孔向外排至导流扇台4内，再沿着导流扇台4向外排出；当内磁体3沿着支撑筒2内向上移动时，导流扇台4内的海水沿着虹吸孔进入支撑筒2内。

虹吸孔设置为通孔结构，相邻的虹吸孔沿着支撑筒2的外壁呈环形等间距排布设置。虹吸孔可以设置为圆形通孔、多边形通孔或不规则几何通孔结构。

内磁体3和支撑筒2的底壁之间设置有弹簧19。弹簧19的增设可以平衡部分内磁体3与支撑筒2壁支架的摩擦阻力，便于提高内磁体3沿着支撑筒2上下移动的稳定性。

内磁体3设置为圆柱体结构，其外径小于支撑筒2的内径。外磁体6设置为横截面呈环形的柱体结构，其内径大于支撑筒2的外径。内磁体3和外磁体6的结构新颖，其与支撑筒2相互适配，可降低二者上、下相对移动的阻力，间接提高电能转换率。

滑轮座9设置在支撑筒2的顶部，滑轮座9上分别设置有大滑轮轴13、小滑轮轴10，大滑轮12活动套设在大滑轮轴13上，小滑轮11活动套设在小滑轮轴10上。滑轮座9起到稳定的支撑作用，保证了支撑平稳性。

自提式机构还包括浮板16，浮板16设置在外磁体6的底部，浮板16设置为环形板状结构，其外径大于外磁体6的外径。浮板16的表面积较大，其与波浪的接触面积大，有利于充分吸收波浪产生的浮力，通过波浪的浮力带动外磁体6上下移动。

内线圈7、外线圈5相交接处的支撑筒2的内壁、外壁分别设置有内限位板18、外限位板17。内限位板18对内磁体3形成限位作用，当内磁体3向上移动至内限位板18处时，停止位移；外限位板17对外磁体6形成限位作用，当外磁体6向下移动至外限位板17处时，停止位移；内、外限位板17的增设，有利于保证内磁体3切割内线圈7，外磁体6切割外线圈5，内外线圈5独立产生电流互不影响，同时有利于将两个线圈中的电流时时叠加传输，发电效率更高。

具体运行过程为：

将发电装置竖直固定在波浪能充足海域，按照多位点排布的方式安装数个发电装置，海平面为平静状态时为初始位置，支撑筒2内、外的内磁体3和外磁体6处于同一水平面上；当波浪经过发电装置周围时，会带动外磁体6向上运动，带动外磁体6下的海水往上运动，支撑筒2内下部海水会在虹吸效应作用下从支撑筒2外壁的虹吸孔中被吸出，使内磁体3沿着支撑筒2下移，通过凯夫拉缆绳15和小滑轮11、大滑轮12又能拉动外磁体6上移。根据右手螺旋定则，此时内线圈7在外磁体6的作用下产生顺时针电流，同时在内磁体3的作用下也产生顺时针的电流，两部分电流同向，电流强度大大增大。此时外线圈5在内磁体3作用下，产生顺时针方向的电流，且两个线圈中的电流频率和相位相同，可以叠加。反之，当波浪下降时，外磁体6在重力作用下下移，带动内磁体3上移，则产生的电流方向相反。将两个线圈串联起来，则可以将两个线圈中的电流时时叠加传输，发电效率更高。整个装置中，内磁体3和支撑筒2的底壁之间增设弹簧19，可增加内、外磁体6相对移动的稳定性。在串联的两个线圈的外端连接电能储存或传送装置，可以收集或转移生成的电能。

以上所述并非是对本发明的限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实质范围的前提下，还可以做出若干变化、改型、添加或替换，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，包括支撑机构、自提式机构、虹吸机构、波能转换机构，支撑机构设置为支撑筒结构，虹吸机构包括虹吸孔和导流扇台，所述导流扇台沿着支撑筒的外壁向外凸出延伸设置，虹吸孔相对于导流扇台的下端设置在支撑筒的外壁上；自提式机构包括滑轮座、一对大滑轮和一对小滑轮；波能转换机构包括线圈组件和磁体组件，线圈组件包括内线圈和外线圈，内线圈、外线圈分别设置于支撑筒的内部、外部，磁体组件包括内磁体和外磁体，内磁体、外磁体之间通过缆绳连接，缆绳依次缠绕在小滑轮、大滑轮上，通过缆绳的拉力实现线圈组件和磁体组件沿竖直方向相对移动。

2.根据权利要求1所述一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，所述支撑筒设置为中空圆柱筒体结构，支撑筒的底部固定在海床上，支撑筒的顶端延伸至波浪位上方。

3.根据权利要求2所述一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，所述支撑筒的顶端设置有顶盖，顶盖上和支撑筒相互连通开设有缆绳孔。

4.根据权利要求1所述一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，所述导流扇台设置为上端开口的中空倒圆台结构。

5.根据权利要求1所述一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，所述虹吸孔设置为通孔结构，相邻的虹吸孔沿着支撑筒的外壁呈环形等间距排布设置。

6.根据权利要求1所述一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，所述内磁体设置为圆柱体结构，其外径小于支撑筒的内径；外磁体设置为横截面呈环形的柱体结构，其内径大于支撑筒的外径。

7.根据权利要求1或6所述一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，所述内磁体和支撑筒的底壁之间设置有弹簧。

8.根据权利要求1所述一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，所述自提式机构还包括浮板，浮板设置在外磁体的底部，浮板设置为环形板状结构，其外径大于外磁体的外径。

9.根据权利要求1所述一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，所述内线圈、外线圈相交接处的支撑筒的内壁、外壁分别设置有内限位板、外限位板。

10.根据权利要求1所述一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，所述滑轮座设置在支撑筒的顶部，滑轮座上分别设置有大滑轮轴、小滑轮轴，大滑轮活动套设在大滑轮轴上，小滑轮活动套设在小滑轮轴上。