CN110410266A - 一种压浪式波浪能转换装置 - Google Patents
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Abstract
一种压浪式波浪能转换装置，它包含气室、排气管道、空气涡轮机、发电机；所述的气室采用前端开口且前后贯通的半封闭箱体，气室纵向的长度大于一又四分之一波长；气室包含气室一、气室二、气室三；气室一上的顶板一的内壁前端距静水面的高度大于二分之一波高；顶板二的内壁距静水面的高度小于二分之一波高，顶板二的尾部内壁设置纵向凸槽；顶板三的顶板内壁距静水面的高度大于等于二分之一波高；本发明解决了传统气动式波浪能发电技术中的周期性的往复气流问题，空气涡轮机持续稳定旋转，能量转换率显著提升。
Description
技术领域
本发明涉及一种能量转换装置，具体涉及一种压浪式波浪能转换装置。
背景技术
海洋波浪能是—种在风的作用下产生的，并以位能和动能的形式由短周期波储存的机械能。波浪能是一种清洁的可再生能源。波浪能利用的主要形式为波力发电。波力发电装置通常包括采集系统和转换系统两大部分。采集系统是将波浪能转化为机械运动或以其它介质的机械能，即一次转换，主要形式有纵摇式、垂荡式、振荡水柱式等；转换系统是把一次转换中俘获的波浪能转换为机械能或电能，即二次转换，主要有空气透平、低水头水轮机、发电机等。
按照能量传递方式划分，波浪能转换装置可以分成气动式、液压式和机械式。气动式波浪能转换装置就是通过空气吸收波浪能并将波浪能传给空气涡轮机。气动式波浪能转换装置的优点是空气涡轮机、发电系统等较为脆弱的部分不与海水接触，提高了抗冲击性能和抗腐蚀能力，有利于机械、发电系统及控制系统的维护。
振荡水柱波能转换装置是气动式的典型，是目前各国最为重视、公认的最有前途、投入研究力量最大、建成使用最多的一种装置。目前建成的波浪能电站，多数也为振荡水柱式。振荡水柱波能转换装置是将波浪能转换为空气的机械能，利用波浪的上下起伏推动半封闭空间内的空气进行往复流动进而驱动空气涡轮机带动发电机发电。整套装置没有水下活动部件，结构简单的气室能有效的将低速运动的波浪转换成高速运动的空气流动，装置可靠性好。由于用空气做能量转换的中间载体，空气涡轮发电机组不与海水直接接触，避免了海水腐蚀、海洋生物附着、机组密封等问题，提高了装置在海洋环境下的生存能力。
传统的气动式波浪能转换装置的缺点是效率较低，通常只有10%—30%，主要原因是由于空气流在一个波浪周期里要经历两次换向、两个速度为零的点，使得作为能量转换器的空气涡轮机处于非常不利的变工况状态，因而导致其转换效率低下。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单、能量转换率高的压浪式波浪能转换装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：它包含气室、排气管道、空气涡轮机、发电机；所述的气室采用前端开口且前后贯通的半封闭箱体，气室纵向的长度大于一又四分之一波长；所述的气室由顶板一、顶板二、顶板三、尾部垂直挡板和两面垂直侧挡板组成；气室包含三段小气室，由迎浪端往后依次为气室一、气室二、气室三；顶板一、顶板二和顶板三分别设在气室一、气室二和气室三的上部；顶板一倾斜设置；顶板一的内壁前端距静水面的高度大于二分之一波高；顶板一的尾端和顶板二的前端之间圆弧过渡，并且固定连接为一体；顶板一与顶板二之间的夹角为135度～178度；顶板二的内壁距静水面的高度小于二分之一波高，顶板二的尾部内壁设置纵向凸槽；纵向凸槽与气室三连通；纵向凸槽内壁顶端距静水面的高度不小于二分之一波高，纵向凸槽长度大于等于八分之一波长；顶板三的顶板内壁距静水面的高度大于等于二分之一波高；
进一步地，所述的排气管道设在气室三的上端，并与气室三连通。
采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的一种压浪式波浪能转换装置，解决了传统气动式波浪能发电技术中的周期性的往复气流问题，空气涡轮机持续稳定旋转，能量转换率显著提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的侧视图；
图2是图1中A-A方向的剖视图；
图3是本发明俘获波浪能转换为电能的原理示意图。
附图标记说明：
1、顶板一；2、顶板二；3、顶板三；4、垂直侧挡板；5、尾部垂直挡板；6、纵向凸槽；7、排气管道；8、空气涡轮机；9、发电机；10、静水面；11、第一个波峰；12、第二个波峰；13、第一个波峰对应的气室外波峰；14、第二波峰对应的气室外波峰。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步的说明。
参看图1-2所示，本具体实施方式采用的技术方案是：它包含气室、排气管道7、空气涡轮机8、发电机9；所述的气室采用前端开口且前后贯通的半封闭箱体，气室纵向的长度大于一又四分之一波长；所述的气室由顶板一1、顶板二2、顶板三3、尾部垂直挡板5和两面垂直侧挡板4组成；气室包含三段小气室，由迎浪端往后依次为气室一、气室二、气室三；排气管道7设在气室三的上端，并与气室三连通；空气涡轮机8设在排气管道7内；发电机9与空气涡轮机8轴连接；顶板一1、顶板二2和顶板三3分别设在气室一、气室二和气室三的上部；顶板一1倾斜设置；顶板一1的内壁前端距静水面10的高度大于二分之一波高；顶板一1的尾端和顶板二2的前端之间圆弧过渡，并且固定连接为一体；顶板一1与顶板二2之间的夹角为135度～178度；顶板二2的内壁距静水面10的高度小于二分之一波高，顶板二2的尾部内壁设置纵向凸槽6；纵向凸槽6与气室三连通；纵向凸槽6内壁顶端距静水面10的高度不小于二分之一波高，纵向凸槽6长度大于等于八分之一波长；顶板三3的顶板内壁距静水面10的高度大于等于二分之一波高。
参看图3所示，俘获波浪能转换为电能的原理为：从气室敞口的迎浪端进入气室的第一个波浪11的波峰顶端接触到上翘的顶板一1后，第一个波峰11就与顶板一1、垂直侧挡板4及前面的波峰一起将进入气室的空气封闭起来；随着顶板一1高度的降低和第一个波峰11向前的推进，第一个波峰11持续推动挤压空气，被封闭的空气压强逐渐升高，在波面与顶板一1、顶板二2的内壁之间形成空气层，被封闭的压缩空气可以从空气层逃逸，但是由于第一个波峰11对顶板一1、顶板二2的内壁持续施加静水压强和冲击压强，压缩空气从波面与顶板之间逃逸的速度较小，大部分压缩空气被第一个波峰11挤压推动从顶板三3的排气管道7喷出，推动与发电机9轴连接的空气涡轮机8旋转，带动发电机9输出电能；当第一个波峰11到达顶板二2后部时，第二个波峰12又进入气室一并封闭、挤压位于第一个波峰11、第二个波峰12之间的空气；由于第一个波峰11在挤压、推动空气发电的过程中波浪能被持续吸收、转换为电能，波高、行进速度均降低，因此，在第一个波峰11、第二个波峰12在气室内并存期间，第二个波峰12的行进速度快于第一个波峰11，第二个波峰12持续挤压第一个波峰11、第二个波峰12之间被封闭在气室内的空气；同时，由于行进速度降低，第一个波峰11到达顶板二2后部时，已经明显落后于气室外的同组波峰（即第一个波峰对应的气室外波峰13），被其封闭在气室内的压缩空气在气室外波峰的静水压力作用下仍然保持较高的压强，持续做功输出电能；当第一个波峰11到达顶板二2尾部时，第一个波峰11不能封闭顶板二2尾端上的纵向凸槽6，第一个波峰11前、后的压缩空气通过顶板二2的纵向凸槽6内的空气通道汇合为一体，保证了压缩空气持续稳定的从排气管道喷出，从而解决了传统气动式波浪能发电技术中的波浪的周期性产生的往复气流固有的断续发电问题。
为减少空气从波面与顶板一1、顶板二2内壁之间逃逸，可以在顶板一1、顶板二2内壁上安装固定的挡板或柔韧的挡帘，用于阻断空气逃逸层，减少波浪能的损失。
由于顶板二2低于波峰，在气室上部设置一圈闭合的围挡，围挡与气室的顶板组合成船舱，可以有效保护附属设备，提高设备抵御风浪的能力。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (2)
1.一种压浪式波浪能转换装置，它包含气室、排气管道、空气涡轮机、发电机；其特征在于气室采用前端开口且前后贯通的半封闭箱体，气室纵向的长度大于一又四分之一波长；所述的气室由顶板一、顶板二、顶板三、尾部垂直挡板和两面垂直侧挡板组成；气室包含三段小气室，由迎浪端往后依次为气室一、气室二、气室三；顶板一、顶板二和顶板三分别设在气室一、气室二和气室三的上部；顶板一倾斜设置；顶板一的内壁前端距静水面的高度大于二分之一波高；顶板一的尾端和顶板二的前端之间圆弧过渡，并且固定连接为一体；顶板一与顶板二之间的夹角为135度～178度；顶板二的内壁距静水面的高度小于二分之一波高，顶板二的尾部内壁设置纵向凸槽；纵向凸槽与气室三连通；纵向凸槽内壁顶端距静水面的高度不小于二分之一波高，纵向凸槽长度大于等于八分之一波长；顶板三的顶板内壁距静水面的高度大于等于二分之一波高。
2.根据权利要求1所述的一种压浪式波浪能转换装置，其特征在于所述的排气管道设在气室三的上端。
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