CN114060205A - 一种提高能量利用率的海洋能综合发电方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高能量利用率的海洋能综合发电方法及装置，该方法通过建设海上悬浮平台，在平台上安装直线发电机和与直线发电机定子机械连接的阻尼板，将直线发电机的动子固定安装在悬浮平台上，阻尼板下潜入海水中；在平台上安装旋转发电机，计算悬浮平台整体的重力与浮力的关系，确定悬浮平台的吃水深度，从而确定叶轮的安装位置，并与旋转发电机机械连接，叶轮的叶片沿水面垂直于流体流动方向布置，叶轮的上部位于海面上，下部潜入海水中，海流能推动叶轮转动，波浪能带动悬浮平台上下浮动，从而带动直线发电机和旋转发电机产生电能，不仅能综合利用海洋能的动能以及势能，还保证势能和动能的利用效率最佳，大大提高了海洋能发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种海上发电设备，特别是一种海洋能综合发电方法及装置。
背景技术
在21世纪，人类主要依靠石油以及煤炭等化石能源满足人类的需求，但上述的不可再生能源终将会在某一天消耗殆尽，人类将可能面临严重的能源危机，因此，提升清洁能源在能源中的比重是大势所趋，减少污染、提高能源使用效率尤为重要；占地球表面积71％的海洋蕴藏着丰富的能量，包括波浪能和海流能，随着近年来对海洋能的开发和研究中，尤其是对波浪能和海流能的利用方法以及装置各种各样，但目前出现的波浪能和海流能发电装置大多是利用单一能源进行发电，且发电的转化效率比较低，或者建立庞大的海上平台，造成施工困难及成本耗费较高；这就迫切需要一种如何实现提高波浪能以及海流能的综合利用效率并减少施工建造成本的发电方法以及装置。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种在利用波浪能发电的同时还能最高效率的利用海流能进行发电的提高能量利用率的海洋能综合发电方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种提高能量利用率的海洋能综合发电方法，该方法通过建设海上悬浮平台，在平台上安装直线发电机和与直线发电机定子机械连接的阻尼板，将直线发电机的动子固定安装在悬浮平台上，阻尼板下潜入海水中；在平台上安装旋转发电机，计算悬浮平台整体的重力与浮力的关系，确定悬浮平台的吃水深度，从而确定叶轮的安装位置，并与旋转发电机机械连接，叶轮的叶片沿水面垂直于流体流动方向布置，叶轮的上部位于海面上，下部潜入海水中，海流能推动叶轮转动，波浪能带动悬浮平台上下浮动，从而带动直线发电机和旋转发电机产生电能。
一种实现上述方法的海洋能综合发电装置，包括悬浮平台，所述悬浮平台包括振荡浮子和阻尼板，所述振荡浮子的底部滑动连接有连接杆，所述连接杆的下端与所述阻尼板连接，所述振荡浮子内安装有直线发电机，所述直线发电机的定子底部与所述连接杆的上端连接，所述直线发电机的动子安装在所述振荡浮子上，所述振荡浮子的两侧通过传动轴对称安装有叶轮，所述传动轴的末端连接有旋转发电机，所述叶轮的叶片沿水面垂直于流体流动方向布置，所述叶轮的上部位于海面上，下部潜入海水中。
所述振荡浮子上设置有容置腔，所述容置腔的开口处安装有端盖，所述容置腔内安装有密封箱，所述密封箱内安装有转换储电箱，所述直线发电机和旋转发电机均安装在所述密封箱内，且与所述转换储电箱电连接。
所述密封箱安装有直线发电箱，所述直线发电机安装在所述直线发电箱内，所述直线发电机的定子顶部与所述直线发电箱之间安装有缓冲弹簧。
所述密封箱通过螺栓固定在所述容置腔内。
所述直线发电机的定子通过联轴器与所述连接杆连接。
所述叶轮还包括旋转轴，所述叶片包括第一弧形部、第二弧形部和第三弧形部，所述第一弧形部的内圆弧与所述旋转轴相切，所述第二弧形部以所述第一弧形部末端为切点与所述第一弧形部相切，所述第三弧形部以所述第二弧形部末端为切点与所述第二弧形部相切。
所述旋转轴的外壁径向设置有与所述第一弧形部相连的连接部。
所述叶片呈弧状且在所述旋转轴的周向上均匀分布。
所述阻尼板的边缘安装有锚链。
本发明的有益效果是：本发明通过建设海上悬浮平台，在悬浮平台上安装发电装置，叶轮通过传动轴安装在振荡浮子上，通过计算装置整体的重力与浮力的关系，可以使得安装在振荡浮子上的叶轮始终处于半潜的位置，叶轮的上部位于海面上，下部潜入海水中，同时，叶轮叶片形状的设计，减少了叶轮进出水面所受的阻力，大大提高了发电效率；振荡浮子在保证叶轮始终处于半潜的最佳发电效率的同时，振荡浮子本身还随着波浪上下起伏直接利用波浪能进行发电，不仅能综合利用海洋能的动能以及势能，还保证了势能和动能的利用效率最佳，大大提高了海洋能发电效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的俯视图；
图3是叶轮的结构示意图；
图4是叶片的结构示意图。
具体实施方式
参照图1至图4，一种提高能量利用率的海洋能综合发电方法，其特征在于该方法通过建设海上悬浮平台，在平台上安装直线发电机和与直线发电机定子机械连接的阻尼板，将直线发电机的动子固定安装在悬浮平台上，阻尼板下潜入海水中；在平台上安装旋转发电机，计算悬浮平台整体的重力与浮力的关系，确定悬浮平台的吃水深度，从而确定叶轮的安装位置，并与旋转发电机机械连接，叶轮的叶片沿水面垂直于流体流动方向布置，叶轮的上部位于海面上，下部潜入海水中，海流能推动叶轮转动，波浪能带动悬浮平台上下浮动，从而带动直线发电机和旋转发电机产生电能。
一种实现上述方法的海洋能综合发电装置，包括悬浮平台，所述悬浮平台包括振荡浮子1和阻尼板2，所述振荡浮子1的底部滑动连接有连接杆3，所述连接杆3的下端与所述阻尼板2连接，所述振荡浮子1内安装有直线发电机4，所述直线发电机4由定子和动子组成，所述动子套装在所述定子上，所述直线发电机4的定子底部与所述连接杆3的上端连接，所述直线发电机4的动子安装在所述振荡浮子1上，由于定子与阻尼板固定连接，使的位置固定，动子安装在振荡浮子1内，当振荡浮子1随着波浪上下运动时，直线发电机4的动子与定子发生相对运动进行发电，使振荡浮子本身可直接利用波浪上下起伏产生的波浪能进行发电；所述振荡浮子1的两侧通过传动轴5对称安装有叶轮6，采用对称布置的方式是为了使得振荡浮子1受力平衡，所述传动轴5的末端连接有旋转发电机7，所述叶轮6的叶片16沿水面垂直于流体流动方向布置，所述叶轮6的上部位于海面上，下部潜入海水中，即所述叶轮6处于半潜位置，所述叶轮6下半周的叶片16位置海平面之下，剩余叶片暴露在空气中，海水中的叶片16受海水推动做功发电，水上部分叶片16则空载转动，使得叶片16不断地做周向运动进行发电，综合利用海洋能的动能以及势能，大大提高了海洋能发电效率。
在本实施例中，为了确保振荡浮子1上的叶轮6始终处于半潜的位置，需要通过计算装置整体的重力与浮力的关系，具体计算方式如下：
通过设计确定振荡浮子1的尺寸(包括半径R、高度h的尺寸)以及材料，由此我们可计算出振荡浮子1的质量m1以及振荡浮子1水截面面积A，结合其它部件的质量得到装置整体的总质量m，当装置整体处于静水状态时，装置整体所受的浮力与重力相等，即：㎎＝ρgAd；
由此可以计算出振荡浮子1的初始吃水深度d，根据计算振荡浮子1的初始吃水深度，确定叶轮6的安装位置，使得叶轮6的安装位置与浮体的吃水深度一致，由此可以保证叶轮处于半潜的位置，保证了势能和动能的利用效率最佳。
所述振荡浮子1上设置有容置腔8，所述容置腔8的开口处安装有端盖21，所述容置腔8内安装有密封箱9，所述密封箱9内安装有转换储电箱10，所述直线发电机4和旋转发电机7均安装在所述密封箱9内，且与所述转换储电箱10电连接，把所发的电转换之后进行储存，储存之后的电通过输出电缆输送到电网或者给海上设备供电。
所述密封箱9安装有直线发电箱11，所述直线发电机4安装在所述直线发电箱11内，所述直线发电机4的定子顶部与所述直线发电箱11之间安装有缓冲弹簧12，所述缓冲弹簧12不仅可以防止动子和定子产生的相对运动幅度过大造成系统的损坏，保护整个系统，还可以起到复位恢复的作用，提高发电效率。
所述密封箱9通过螺栓13固定在所述容置腔8内，结构简单可靠。
所述直线发电机4的定子通过联轴器14与所述连接杆3连接，结构简单可靠。
所述叶轮6还包括旋转轴15，所述叶片16包括第一弧形部17、第二弧形部18和第三弧形部19，所述第一弧形部17的内圆弧与所述旋转轴15相切，所述第二弧形部18以所述第一弧形部17末端为切点与所述第一弧形部17相切，所述第三弧形部19以所述第二弧形部18末端为切点与所述第二弧形部18相切，在本实施例中，以所述旋转轴15为基础，与旋转轴15直径成一定的比例画一个圆与叶轮相切，截取相切部分的一段圆弧，再以与此圆弧的直径成一定的比例画一个圆与此圆弧相切，再截取部分圆弧，以此类推，直到所需叶片的形状，叶片由空气进入水面画成圆弧形状，所受水的阻力较小，极大地减小了功的损耗，从而提高了海洋能的转换效率。
由于第一弧形部17与旋转轴15为相切连接，导致两者之间的连接部位间隙较小，生产难度较高，为了降低生产难度并且使结构更加简单，所述旋转轴15的外壁径向设置有与所述第一弧形部17相连的连接部20，即所述连接部20沿旋转轴15的径向方向伸出，并与第一弧形部17相连，所述连接部20为平板状，在叶轮6潜入海水时，所述连接部20不与海水接触。
所述叶片16呈弧状且在所述旋转轴15的周向上均匀分布，在本实施例中，所述叶片16的数量在4-6片。
所述阻尼板2的边缘安装有锚链21，在本实施例中，阻尼板2通过四根锚链21固定连接到海底的锚座上，可以使得整个发电装置处于固定的位置，不会随着海浪四处漂走。
此外振荡浮子1、阻尼板2、叶轮6、锚链21的表面均喷涂有防腐蚀涂料，防止发电装置长期浸泡受海水腐蚀，增加使用寿命。
以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。
Claims (10)
1.一种提高能量利用率的海洋能综合发电方法，其特征在于该方法通过建设海上悬浮平台，在平台上安装直线发电机和与直线发电机定子机械连接的阻尼板，将直线发电机的动子固定安装在悬浮平台上，阻尼板下潜入海水中；在平台上安装旋转发电机，计算悬浮平台整体的重力与浮力的关系，确定悬浮平台的吃水深度，从而确定叶轮的安装位置，并与旋转发电机机械连接，叶轮的叶片沿水面垂直于流体流动方向布置，叶轮的上部位于海面上，下部潜入海水中，海流能推动叶轮转动，波浪能带动悬浮平台上下浮动，从而带动直线发电机和旋转发电机产生电能。
2.一种实现上述方法的海洋能综合发电装置，包括悬浮平台，其特征在于所述悬浮平台包括振荡浮子（1）和阻尼板（2），所述振荡浮子（1）的底部滑动连接有连接杆（3），所述连接杆（3）的下端与所述阻尼板（2）连接，所述振荡浮子（1）内安装有直线发电机（4），所述直线发电机（4）的定子底部与所述连接杆（3）的上端连接，所述直线发电机（4）的动子安装在所述振荡浮子（1）上，所述振荡浮子（1）的两侧通过传动轴（5）对称安装有叶轮（6），所述传动轴（5）的末端连接有旋转发电机（7），所述叶轮（6）的叶片（16）沿水面垂直于流体流动方向布置，所述叶轮（6）的上部位于海面上，下部潜入海水中。
3.根据权利要求2所述的提高能量利用率的海洋能综合发电装置，其特征在于所述振荡浮子（1）上设置有容置腔（8），所述容置腔（8）的开口处安装有端盖（21），所述容置腔（8）内安装有密封箱（9），所述密封箱（9）内安装有转换储电箱（10），所述直线发电机（4）和旋转发电机（7）均安装在所述密封箱（9）内，且与所述转换储电箱（10）电连接。
4.根据权利要求3所述的提高能量利用率的海洋能综合发电装置，其特征在于所述密封箱（9）安装有直线发电箱（11），所述直线发电机（4）安装在所述直线发电箱（11）内，所述直线发电机（4）的定子顶部与所述直线发电箱（11）之间安装有缓冲弹簧（12）。
5.根据权利要求3所述的提高能量利用率的海洋能综合发电装置，其特征在于所述密封箱（9）通过螺栓（13）固定在所述容置腔（8）内。
6.根据权利要求2所述的提高能量利用率的海洋能综合发电装置，其特征在于所述直线发电机（4）的定子通过联轴器（14）与所述连接杆（3）连接。
7.根据权利要求2所述的提高能量利用率的海洋能综合发电装置，其特征在于所述叶轮（6）还包括旋转轴（15），所述叶片（16）包括第一弧形部（17）、第二弧形部（18）和第三弧形部（19），所述第一弧形部（17）的内圆弧与所述旋转轴（15）相切，所述第二弧形部（18）以所述第一弧形部（17）末端为切点与所述第一弧形部（17）相切，所述第三弧形部（19）以所述第二弧形部（18）末端为切点与所述第二弧形部（18）相切。
8.根据权利要求7所述的提高能量利用率的海洋能综合发电装置，其特征在于所述旋转轴（15）的外壁径向设置有与所述第一弧形部（17）相连的连接部（20）。
9.根据权利要求7所述的提高能量利用率的海洋能综合发电装置，其特征在于所述叶片（16）呈弧状且在所述旋转轴（15）的周向上均匀分布。
10.根据权利要求2所述的提高能量利用率的海洋能综合发电装置，其特征在于所述阻尼板（2）的边缘安装有锚链（21）。
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