CN202325994U - 双层双向叶轮波浪能发电装置 - Google Patents

双层双向叶轮波浪能发电装置 Download PDF

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姜琳琳
胡庆松
吴爱平
施添麒
何晶
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Abstract

本实用新型涉及一种双层双向叶轮波浪能发电装置，用于海洋波浪能的发电。其结构包括中空浮子，以及与浮子相连的套筒，套筒中设有两组发电结构组件，每组结构组件一端伸入中空浮子，通过齿轮机构与发电机相连，另一端连接双向叶轮。装置中叶轮、转轴、齿轮、发电机顺序连接，将波浪的重力势能转化为叶轮的旋转动能，从而带动发电机发电，进而将旋转动能转化为电能。套筒与浮子间装有开放式保持架，释放多余的空气压力和海水压力。本装置具有发电效率高，成本低，结构紧凑，耐冲击等优点。

Description

双层双向叶轮波浪能发电装置
技术领域
本实用新型涉及一种波浪能发电装置，属于海洋能研究领域。
背景技术
海洋中有丰富的波浪能和水，其中波浪能是品位最高(以机械能形式而存在)、最易于直接利用、取之不竭的可再生清洁能源。海洋中的波浪能量巨大，波浪能发电技术是通过波浪能装置，将波浪能首先转换为机械能，再最终转换成电能。随着现代工业的发展，对能源的需求也日益增加。为此，人们不断探索和开发安全、清洁、且可再生的新能源。地球上海洋面积占72％，全世界理论上可再生的海洋能总量为766亿千瓦，技术允许利用功率为64亿千瓦，约为目前全世界发电机容量的2倍。其中，海洋波浪里的能量密度最高，约为20亿千瓦，比风里的能量高出约1000倍。全球有经济价值的波浪能开采量估计为1～10亿kW。中国波浪能的理论储量为7000万kW左右。大规模波浪能发电的成本还难与常规能源发电竞争，但特殊用途的小功率波浪能发电，已在导航灯浮标、灯桩、灯塔等上获得推广应用。在边远海岛，小型波浪能发电已可与柴油发电机组发电竞争。在能流密度高的地方，每1米海岸线上的能流就足以为20个家庭提供照明。预计随着化石能源资源的日趋枯竭，技术的进步，波浪能发电将在波浪能丰富的国家逐步占有一定的地位。
这一技术兴起于上世纪80年代初，西方海洋大国利用新技术优势纷纷展开实验，尽管海洋波浪能发展潜力巨大，然而人类对海洋能源的利用微乎其徽，没有得到合理利用，其原因是波浪能难以掌控。各种结构都存在体积大，抗冲击能力差，功率密度低等缺陷。波浪能的利用并不容易，波浪能是可再生能源中最不稳定的能源。波浪不能定期产生，各地区波高也不一样，由此造成波浪能利用上的困难。利用波浪能发电要依靠波浪发电装置。但是由于海浪具有力量强、速度慢和周期性变化的特点，100多年来，世界各国科学家提出300多种设想，发明了各种各样的波浪能发电装置，但是普遍发电功率很小，而且效果差。
想要充分地利用波浪能发电，有几顶难题需要解决。一是独立发电问题，最早的波浪能发电装置需要与柴油机并联工作，这样会造成污染；后来则需要依靠电网，先把波浪能转化的电能供应到电网上，然后才可以利用。这样又会受到电网覆盖范围的限制，造成发电成本高昂、发电功率小、质量差等问题。二是稳定性问题，由于受技术限制，波浪能发电装置只能将吸收来的波浪能转化为不稳定的能量，这样再转化的电能也是不稳定的。英国、葡萄牙等欧洲国家采用昂贵的发电设施，仍无法得到稳定的电能。三是控制问题，由于波浪的运动没有规律性和周期性，浪大时能量有剩余，浪小时能量供应不足。这就需要有一种设备在浪大时将多余的波浪能储存、再利用。
发明内容
本实用新型针对现有波浪能发电装置中存在的装置成本高、抗冲击能力差以及发电效率低等缺陷，而提供一种低成本、抗冲击能力强、能量转化效率高的双层双向叶轮波浪能发电装置。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：双层双向叶轮波浪能发电装置，包括中空浮子，以及与浮子相连的套筒，在套筒中设有两组发电结构组件，每组结构组件一端伸入中空浮子，通过齿轮机构与发电机相连，另一端连接双向叶轮。两组发电结构组件由法兰和轴承固定于套筒上，距离设为零点五倍海浪高度。双向叶轮由九片叶片组成，叶片形状中心对称。中空浮子与套筒同轴安装，中间安装开方式保持架。中空浮子下依次连接开方式保持架、上套筒和下套筒，上套筒和下套筒中间通过下法兰相连，上套筒和下套筒中间依次装有两组叶轮上叶轮和下叶轮，上叶轮上端通过外转轴与上齿轮相连，上齿轮通过右发电机的轴端齿轮和右发电机进行啮合，右发电机固定于中空浮子上，外转轴通过轴承固定于上法兰上，上法兰固定于开方式保持架和上套筒之间，下叶轮通过内转轴与下齿轮相连，下齿轮通过左发电机轴端齿轮与左发电机啮合，外转轴是空心结构，内转轴从外转轴中间穿过并通过轴承固定于外转轴上，内转轴通过轴承固定于下法兰上。
本实用新型的有益效果是，利用双向叶片将海洋波浪的重力势能转换为叶片的旋转动能，通过齿轮机构进一步把旋转动能转换为电能，采用形状中心对称的叶片，在波浪上升和下降的同时都能带动叶轮旋转发电，具有发电效率高，成本低，结构紧凑，耐冲击等优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1：本实用新型波浪能发电装置外部结构示意图。
图2：本实用新型波浪能发电装置半剖面结构示意图。
图3：本实用新型波浪能发电装置内部结构示意图。
图4：单边叶轮结构示意图。
图5：双向叶轮结构示意图。
其中，附图中的标号说明如下：
1-中空浮子，2-开方式保持架，3-上套筒，4-下套筒2，5-左发电机，6-上齿轮，7-下齿轮，8-右发电机，9-外转轴，10-上法兰，11-上叶轮，12-内转轴，13-下法兰，14-下叶轮。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型进行具体说明，参见图1、图2和图3所示。本实用新型双层双向叶轮波浪能发电装置，包括中空浮子(1)，中空浮子(1)下依次连接开方式保持架(2)、上套筒(3)和下套筒(4)，上套筒(3)和下套筒(4)中间通过下法兰(13)相连，上套筒(3)和下套筒(4)中间依次装有两组叶轮上叶轮(11)和下叶轮(14)，上叶轮(11)上端通过外转轴(9)与上齿轮(6)相连，上齿轮(6)通过右发电机(8)的轴端齿轮和右发电机(8)进行啮合，右发电机(8)固定于中空浮子(1)上，外转轴(9)通过轴承固定于上法兰(10)上，上法兰(10)固定于开方式保持架(2)和上套筒(3)之间，下叶轮(14)通过内转轴(12)与下齿轮(7)相连，下齿轮(7)通过左发电机(5)轴端齿轮与左发电机(5)啮合，外转轴(9)是空心结构，内转轴(12)从外转轴(9)中间穿过并通过轴承固定于外转轴(9)上，内转轴(12)通过轴承固定于下法兰(13)上。
本实用新型的工作原理是：当海浪经过本双层双向叶轮波浪能发电装置时，海水进入上套筒(3)和下套筒(4)中，套筒中的海水与套筒外的海水形成高度差，套筒中的水位高度高于套筒外，套筒中上层空气则随着开放式保持架(2)排出装置外，当海浪特别大时，多余的海水也能从开放式保持架(2)排除装置外。在海水进入套筒的同时带动下叶轮(14)旋转，下叶轮(14)通过内转轴(12)将与下叶轮(14)同轴的下齿轮(7)带动旋转，下齿轮(7)通过左发电机(5)轴端齿轮与左发电机(5)啮合，从而带动左发电机(5)发电；同理，在海水进入套筒的同时带动上叶轮(11)旋转，上叶轮(11)通过外转轴(9)将与上叶轮(11)同轴的上齿轮(6)带动旋转，上齿轮(6)通过右发电机(8)轴端齿轮与右发电机(8)啮合，从而带动右发电机(8)发电；由于本装置的叶片采用中心对称的形状，当一个海浪波峰经过本装置时，套筒中的水位高度高于套筒之外，当海浪波峰离开后，套筒中的水位下降，带动下叶轮(14)旋转，将存储的重力势能转换为叶轮的旋转动能，下叶轮(14)通过内转轴(12)将与内叶轮(14)同轴的下齿轮(7)带动旋转，下齿轮(7)通过左发电机(5)轴端齿轮与左发电机(5)啮合，从而带动左发电机(5)发电；同理当海浪波峰离开后，套筒中的水位下降，带动上叶轮(11)旋转，将存储的重力势能转换为叶轮的旋转动能，上叶轮(11)通过外转轴(9)将于上叶轮(11)同轴的上齿轮(6)带动旋转，上齿轮(6)通过右发电机(8)轴端齿轮与右发电机(8)啮合，从而带右动发电机(8)发电。
上述实施方式的描述，是本实用新型较佳的实施方式，但不能以此限定本实用新型的保护范围，但凡以此方式所做的变化及修饰，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.双层双向叶轮波浪能发电装置，包括中空浮子、与中空浮子相连的套筒、法兰、轴承、开放式保持架和双向叶轮等组成，其特征在于：套筒中设有两组发电结构组件，每组结构组件一端伸入中空浮子，通过齿轮机构与发电机相连，另一端连接双向叶轮。
2.根据权利要求1所述的双层双向叶轮波浪能发电装置，其特征在于：所述两组发电结构组件由法兰和轴承固定于套筒上。
3.根据权利要求1所述的双层双向叶轮波浪能发电装置，其特征在于：所述两组发电结构组件相互距离设为零点五倍海浪高度。
4.根据权利要求1所述的双层双向叶轮波浪能发电装置，其特征在于：所述双向叶轮由九片叶片组成，叶片形状中心对称。
5.根据权利要求1所述的双层双向叶轮波浪能发电装置，其特征在于：所述中空浮子与套筒同轴安装，中间安装开方式保持架。
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