CN110195682A - 一种漂浮式垂直轴波浪能发电设备及其应用 - Google Patents

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。发电设备整体通过悬链式系泊方式把装置面对迎浪侧锚泊于海平面，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

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。

优选的，所述垂荡板通过锚链与海底连接固定。此设计的好处是，发电装置选用锚链与海底固定，通过海底电缆传输电力；发电装置面对迎浪侧，锚链的固定使得发电装 置随波浪在垂直和水平方向在一定范围内运动。

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；

图6为为本发明发电设备的锚泊示意图；

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；14、锚链。

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。

发电装置的垂荡板1通过四个锚链14面对迎浪侧系泊，锚链的固定使得装置随波浪 在垂直和水平方向有限度的摆动，不至于随波逐流，以保证整体的发电运动状态。发电装置的电力通过海底电缆进行传输到岸上进行利用。

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 (10)

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.如权利要求2所述的漂浮式垂直轴波浪能发电设备，其特征在于，所述垂荡板通过锚链与海底连接固定。

10.一种如权利要求1-9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。