CN110966134A - 一种漂浮振荡水柱式波浪能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种漂浮振荡水柱式波浪能发电装置，包括转轮室一和保护帽，转轮室一内安装有喷嘴，喷嘴下方与其同中轴线处安装有导流锥，导流锥呈圆锥形，尖端朝下布置，喷嘴上方与其同中轴线处安装有叶轮，叶轮上方同轴线处安装有发电机，保护帽安装在转轮室一顶部，二者边缘具有供空气流通的间隙。本发明采用了带导流锥结构的喷嘴设计，导流锥设计可以实现引导气流流动方向，加快装置内气流流动速度，并且同时能够减缓转轮室内波浪上涌现象，保护装置内部元器件，同时通过保护帽，有效保护其内的发电机、控制器等元器件，免受雨水、海气的侵蚀，延长使用寿命。

Description

一种漂浮振荡水柱式波浪能发电装置
技术领域
本发明涉及海洋可再生能源利用技术领域，具体涉及一种利用波浪能发电的漂浮振荡水柱式波浪能发电装置。
背景技术
海洋面积约占地球表面积的71％，海洋中蕴藏着丰富的波浪能。波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源，但它作为一种清洁的可再生能源，其分布范围广且易于大规模开采利用。波浪能的开发利用主要是波浪能发电，海水淡化以及为其它海上设备提供动力等。波浪能的开发利用是当今各国可再生能源研究领域的一个重要方向，特别是一些沿海国家投入大量经费研究各种波浪能转换利用装置，为波浪能利用技术的发展做出巨大贡献。
波浪能利用技术种类繁多，其分类方法多种多样。根据工作原理的不同，波能利用技术主要分为振荡浮子技术、越浪式技术、振荡水柱技术。振荡浮子技术主要是利用两个或多个结构物在波浪的作用下产生相对运动，将波浪能转化为结构物的机械能，然后连接液压系统或机械结构，驱动发电装置发电，或者直接使用直线电机将波浪能直接转化为电能。该类型的装置存在着材料利用率低(双或多浮体)、浮体间相撞问题不可避免、投放时间长(浮态调节需要时间和设备)，结构复杂、装置基体体积大不可拆分、其性价比的提高受到技术限制。越浪式技术主要是利用波浪的爬坡特性，利用水道的变窄将其引入到高位水库，将波浪能转化为势能利用水轮机发电。该类型装置的发电量取决于转换载体的重量，因此其结构扎实并规模庞大，系泊系统设计复杂，海生物附着影响大，成本高昂，维护维修不便利。振荡水柱技术是以空气为工作介质，利用往复振荡的水柱像活塞一样推动气室内的空气往复通过喷嘴，往复气流推动空气透平旋转带动电机发电。该类型装置的特点是单浮体，材料利用率高、不存在相撞问题，透平和发电机位于水面上不受海生物影响，但该类型装置目前还存在结构复杂、体积大、拆装和更换不方便的问题，导致其与浮标等小型海上装置的配合性差。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、制造成本低、可维护性强、海生物附着影响小、可靠性高、转换效率高的漂浮振荡水柱式波浪能发电装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种漂浮振荡水柱式波浪能发电装置，包括转轮室一和保护帽，转轮室一内安装有喷嘴，喷嘴下方与其同中轴线处安装有导流锥，导流锥呈圆锥形，尖端朝下布置，喷嘴上方与其同中轴线处安装有叶轮，叶轮上方同轴线处安装有发电机，保护帽安装在转轮室一顶部，二者边缘具有供空气流通的间隙。
作为本发明的一种改进，所述的转轮室一为圆柱形结构，内部中空，其轮毂结构上设有多个向内开合的圆形气阀。
作为本发明的一种改进，所述的保护帽为半圆球形壳体结构，球面朝上扣在转轮室一的圆周外缘上。
作为本发明的一种改进，所述的保护帽的球面上均布设置有多个透气孔。
作为本发明的一种改进，所述的保护帽的球面上喷涂有颜色标识层。
作为本发明的一种改进，所述的喷嘴位于圆形气阀的上方，其中间为圆盘结构，外部为圆环结构，两个结构之间以轴线为中心呈发射状等间距分布导流叶片。
作为本发明的一种改进，所述的发电机上方安装有控制器，其尺寸与发电机一致。
作为本发明的一种改进，所述的转轮室一的正下方还安装有转轮室二，且二者上下相通。
作为本发明的一种改进，所述的转轮室二为长方体或正方体结构，内部中空，每个侧面均设有向内开合的矩形气阀。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用了带导流锥结构的喷嘴设计。导流锥设计可以实现引导气流流动方向，加快装置内气流流动速度，并且同时能够减缓转轮室内波浪上涌现象，保护装置内部元器件。
2、设计有保护帽，可以有效保护其内的发电机、控制器等元器件，免受雨水、海气的侵蚀，延长使用寿命。保护帽表面还可以喷涂警示颜色，起到警示识别作用。
3、发电机与控制器一体化设计。发电机与控制器集成安装，一体化设计既可尽最大可能节省装置内部空间，减少电缆布置，实现密封，又能利用叶轮流出的风给发电机和喷嘴散热降温。
4、多转轮室设计，可以根据不同海况，采用不同的转轮室，实现不同的输出功率。圆柱形转轮室和方形转轮室既可以单独使用，也可以叠加使用。在小功率输出时，采用圆柱形转轮室。在大功率输出时，采用圆柱形转轮室和方体转轮室叠加。两种功率之间，采用方体转轮室。在两种转轮室叠加使用的时候，将圆柱形转轮室的气阀封闭，只留方体转轮室的阀门作为补气口。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图；
图2是本发明实施例二的结构示意图；
附图标记说明：1-转轮室一；2-圆形气阀；3-喷嘴；4-导流锥；5-叶轮；6-发电机；7-控制器7；8-保护帽；9-转轮室二；10-矩形气阀。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，一种漂浮振荡水柱式波浪能发电装置，包括转轮室一1、喷嘴3、导流锥4、叶轮5、发电机6、控制器7和保护帽8。
转轮室一1为圆柱形结构，内部中空，其轮毂结构上设有多个圆形气阀2。圆形气阀2 由阀门框架和阀门组成，阀门可采用软性材料，例如，橡胶片，安装在阀门框架顶部，阀门只能向内做开合运动，用于转轮室一1内出现负压时进行补气，具体开合结构采用常规的铰接方式即可，在此不再赘述。
喷嘴3安装在转轮室一1中上部，位于圆形气阀2上方，用于将挤压进转轮室一1的空气加速推进至叶轮5。喷嘴3中间为圆盘结构，外部为圆环结构，两个结构之间以轴线为中心呈发射状等间距分布导流叶片，导流叶片为经过特殊设计的不规则形状，可加速空气流动速度与方向。
喷嘴3下方与其同中轴线处安装有导流锥4，导流锥4由一个圆柱体和一个圆锥体组成，两者同轴，安装时圆锥体尖端朝下。导流锥4可以实现引导气流流动方向，加快装置内气流流动速度，并且同时能够减缓转轮室内波浪上涌现象，保护装置内部元器件。
喷嘴3上方与其同中轴线处安装有叶轮5，叶轮5的叶片以中轴线为中心成发射状均匀分布，叶片为特殊设计的形状，可空气流动快速通过，减小空气阻力。叶轮5上方同中轴线处安装有圆柱形发电机6，发电机6直径小于转轮室1，内装有发电机定子及转子。控制器7尺寸与发电机6一致，并直接安装其上方，发电机6与控制器7集成安装，一体化设计既可尽最大可能节省装置内部空间，减少电缆布置，实现密封，又能利用叶轮流出的风给发电机和控制器7散热降温。
保护帽8类似于半圆球体，球面朝上扣在转轮室一1的圆周外缘上，具体地，转轮室一1圆周外缘沿径向伸出多个安装凸台，保护帽8通过螺栓与凸台固定，如此，保护帽8与转轮室一1的圆周外缘之间形成供空气流通的间隙。为了加速空气的流通，保护帽8的球面上还可以设置透气孔，并在透气孔上套上胶套或胶塞，不用时，可以将透气孔塞住。保护帽8的设计，可以有效保护其内的发电机6、控制器7等元器件，免受雨水、海气的侵蚀，延长使用寿命。保护帽8表面还可以喷涂警示颜色，优选红色，可以起到警示识别作用。
本发明的漂浮振荡水柱式波浪能发电装置的工作原理是：
漂浮振荡水柱式波浪能发电装置安装在具有气道的浮标上，例如，可参考发明人的在先申请(CN110406635A一种带中心管的多级供电功率浮标)，漂浮振荡水柱式波浪能发电装置通过法兰与中心管连通。在波浪的作用下，浮标整体进行反复的上下升沉运动，使中心管内的水柱在管内做相对振荡运动。振荡运动的水柱面相当于一个活塞，推动中心管内的空气往复运动，从而使气室内的空气获得动能，运动的空气通过漂浮振荡水柱式波浪能发电装置内部的喷嘴3推动叶轮5旋转，从而带动发电机6发电，产生的电力通过控制器7一方面提供给浮标上的用电设备使用，另一方面储存在蓄电池中。
实施例2
在实施例1的基础上增加了转轮室二9，具体的，转轮室二9安装于转轮室一1的正下方，两者之间通过橡胶密封。转轮室二9为长方体或正方体结构，内部中空，方体转轮室9的每个竖直面中心位置都有一个矩形气阀10；矩形气阀10由阀门框架和阀门组成，阀门采用软性材料，安装在阀门框架顶部，阀门只能向内做开合运动，具体结构同圆形气阀2。
需要说明的是，虽然实施例1采用的是圆柱形转轮室，但是可以经过简单的设计，将其替换为实施例2的方形转轮室，如此，本发明的漂浮振荡水柱式波浪能发电装置，可以根据不同海况，采用不同的转轮室，实现不同的输出功率。转轮室一1和转轮室二9既可以单独使用，也可以叠加使用。在小功率输出时，采用圆柱形转轮室。在大功率输出时，采用圆柱形转轮室和方体转轮室叠加。在两种功率之间时，采用方形转轮室。在两种转轮室叠加使用的时候，将转轮室一1的圆形气阀2封闭，只留转轮室二9的矩形气阀10作为补气口。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种漂浮振荡水柱式波浪能发电装置，其特征在于：包括转轮室一(1)和保护帽(8)，转轮室一(1)内安装有喷嘴(3)，喷嘴(3)下方与其同中轴线处安装有导流锥(4)，导流锥(4)呈圆锥形，尖端朝下布置，喷嘴(3)上方与其同中轴线处安装有叶轮(5)，叶轮(5)上方同轴线处安装有发电机(6)，保护帽(8)安装在转轮室一(1)顶部，二者边缘具有供空气流通的间隙。
2.根据权利要求1所述的一种漂浮振荡水柱式波浪能发电装置，其特征在于：所述的转轮室一(1)为圆柱形结构，内部中空，其轮毂结构上设有多个向内开合的圆形气阀(2)。
3.根据权利要求2所述的一种漂浮振荡水柱式波浪能发电装置，其特征在于：所述的保护帽(8)为半圆球形壳体结构，球面朝上扣在转轮室一(1)的圆周外缘上。
4.根据权利要求3所述的一种漂浮振荡水柱式波浪能发电装置，其特征在于：所述的保护帽(8)的球面上均布设置有多个透气孔。
5.根据权利要求3所述的一种漂浮振荡水柱式波浪能发电装置，其特征在于：所述的保护帽(8)的球面上喷涂有颜色标识层。
6.根据权利要求2所述的一种漂浮振荡水柱式波浪能发电装置，其特征在于：所述的喷嘴(3)位于圆形气阀(2)的上方，其中间为圆盘结构，外部为圆环结构，两个结构之间以轴线为中心呈发射状等间距分布导流叶片。
7.根据权利要求1所述的一种漂浮振荡水柱式波浪能发电装置，其特征在于：所述的发电机(6)上方安装有控制器(7)，其尺寸与发电机(6)一致。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种漂浮振荡水柱式波浪能发电装置，其特征在于：所述的转轮室一(1)的正下方还安装有转轮室二(9)，且二者上下相通。
9.根据权利要求7述的一种漂浮振荡水柱式波浪能发电装置，其特征在于：所述的转轮室二(9)为长方体或正方体结构，内部中空，每个侧面均设有向内开合的矩形气阀(10)。
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