CN204591574U - 全方位波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种全方位波浪能发电装置，解决现有波浪能发电大多采用摆动往复，效率低，对发电机损耗大的问题。本装置设置在海面上的船体内，船体内设有发电机，发电机连接有从侧面水平伸出船体的叶轮，其特征在于：所述叶轮表面均布开设有若干偏置的V形槽，V形槽沿轴向延伸，V形槽内设有可摆动扣合\展开的叶片，叶片的摆动轴沿V形槽的槽底设置，V形槽的两侧壁分别为扣合面和展开面，叶片内腔还夹设有可从叶片外端伸出加大叶片受力面积的延长叶。本实用新型发电装置的叶轮在波浪起伏过程中能始终保持一个方向旋转；且能适应洋流、波浪复杂的水流组合形式来推动叶轮；还能在叶片在展开时伸出延长片，提高能量收集效率；本装置利用海洋能源对船用能源形成补充。

Description

全方位波浪能发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种利用海洋能源的发电装置，特别涉及一种全方位波浪能发电装置。

背景技术

海洋中潮起潮落、洋流流动、波浪起伏都蕴含着巨大的能源，在能源日益紧张的今日，海洋能源是一个巨大的宝库，海洋潮汐能、波浪能清洁无污染，且潜能巨大，而目前人们对海洋能源的开发还只是沧海一粟。

目前针对海洋波浪能的利用，传统思路是设置带发电装置的浮子，利用波浪的起伏驱动摆锤摆动，来驱动发电机工作。如中国专利局2013年7月17日公开的CN103206338A号专利申请文件，记载了一种波浪能发电装置，该装置就是利用浮子内的摆锤随波浪起伏而摆动，利用摆动带动转轴转动进行发电。波浪起伏可视为一种往复运动，摆锤摆动也是一种往复运动，往复运动在转向的过程中需要消耗大量的能量，也就是说，大量的波浪能在摆锤往复运动过程中被转向所消耗，而且，摆锤摆动-停止-转向的过程中，发电机转速变化大，对机体寿命也有影响。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有波浪能发电大多采用摆动往复，效率低，对发电机损耗大的问题，提供一种利用叶轮保持一个方向转动的船用全方位波浪能发电装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全方位波浪能发电装置，设置在海面上的船体内，船体内设有发电机，发电机连接有从船体侧面水平伸出船体的叶轮，其特征在于：所述叶轮表面均布开设有若干偏置的V形槽，V形槽沿轴向延伸，V形槽内设有可摆动扣合\展开的叶片，叶片的摆动轴沿V形槽的槽底设置，V形槽的两侧壁分别为扣合面和展开面，展开面与叶轮径向的夹角小于扣合面与叶轮径向的夹角；所述叶片为外端开口中空壳状，中空的叶片内腔还夹设有可从叶片外端伸出的延长叶，所述延长叶的根部与叶片内腔的之间设有弹性拉紧装置，所述叶片根部在与展开面贴合的高度设有若干贯通叶片内腔与两侧面的排水孔，所述叶片的内腔在排水孔靠叶片外端的一侧设置有限制延长叶根部内缩位置的限位柱。叶轮贴靠扣合面时，叶片外端与叶轮中心的径向距离小、叶片处于收缩状态尽可能小的受海水冲击；叶轮贴合展开面时，叶片外端与叶轮中心的径向距离大，叶片处于展开状态收集海水的动能。船体在海面行驶或者停泊过程中，叶轮从侧面水平伸出，叶轮可以半露在水面以上，也可以在海水平面以下但可以明显感受到海浪起伏的高度，因此叶轮高度可设置在低于船只空载的吃水线高度；也可以设置当船体载重达到一定量以后，叶轮在没入水中；也可以设置另外的调高装置根据船体吃水高度进行适应性调节。叶轮旋转过程中，一侧为上升侧，一侧为下降侧，受波浪和洋流驱动分为三种情况：1、波浪上升过程中，叶轮上升侧的叶片被上升的波浪推动贴合到V形槽展开面呈展开状态，承受波浪的浮力；而下降侧的叶片则被上升的波浪反向推动贴靠到V形槽扣合面上，不对上升的波浪形成阻挡；2、波浪下降过程中，叶轮下降侧的叶片被落下的波浪推动贴合到V形槽展开面呈展开状态，承受波浪落下的重力；而上升侧的叶片则被落下的波浪反向推动贴靠到V形槽扣合面上，不对落下的波浪形成阻挡；3、洋流的作用，如果叶轮半露在水面上，当叶轮转动方向顺着洋流方向，叶轮底侧的叶片被洋流推动展开，当叶轮转动方向逆着洋流方向，则叶轮底侧的叶片被洋流推动扣合；如果叶轮完全没入水面以下，则无论叶轮转动方向如何，顺着洋流方向的叶片被洋流推动展开，逆着洋流方向的叶片被洋流推动扣合。海面上波浪和洋流情况复杂，但是无论以上三种状态如何结合，本装置的叶轮总是保持一个旋转方向，减少了转向的能量损失和对机体的冲击。对于单个叶片，限位柱限制延长叶的根部位置，使延长叶处于排水孔外侧不会阻挡排水孔，当叶片迎着水流方向被推动贴合V形槽展开面时，排水孔的一端被展开面堵住，此时，海水进入排水孔后在叶片内部向外推动延长叶，使延长叶克服弹性拉紧装置的拉力从叶片的端部伸出，加大叶片的受力面积，水流冲击叶片的力越大，延长叶所伸出的长度也越长，叶轮受到的推动力也越大；当叶片脱离展开面时，排水孔两端贯通，海水从排水孔泻出，延长叶缩回。

作为优选，以叶轮中心与V形槽槽底连线为基准线，V形槽扣合面和展开面位于基准线的同一侧面。叶片展开时和扣合时均位于基准线同一侧，没有越过径向临界点，使扣合和展开状态变换时冲击小，损失的能量也小。同时，叶轮展开状态的工作面与叶轮切线夹角小于90度，起到聚流作用，充分利用水流冲击力。

作为优选，所述叶片贴合扣合面时，叶片的外端突出于叶轮的外轮廓线之外。叶片外端在扣合时略为突出叶轮表面，使叶片转动到顺流方向时，能借助海水推动迅速展开。

作为优选，所述叶片为弧形，叶片内弧面朝向扣合面，扣合面为凸起外弧面，所述扣合面的弧面半径小于叶片的弧面半径。使叶片扣合状态时不会与扣合面完全贴合造成展开阻力过大。

作为优选，所述展开面的表面与叶片对应位置的表面形状适配。展开状态的叶片所受压力较大，因此展开面设计为与叶片适配的平面或者弧度相同的弧面，形成大面积的稳定支撑。

作为优选，所述延长叶的长度不超过限位柱与叶片外端之间的距离。使延长叶在叶片贴靠到扣合面时能完全缩入叶片内腔中。

作为优选，所述弹性拉紧装置包括设置在摆动轴内的预紧轴和拉索，预紧轴与摆动轴同轴设置并通过扭簧预紧，拉索一端绕设在预紧轴上，另一端固定在延长叶的根部。通过预紧轴的预紧和转动来拉近延长叶，由于预紧轴的转动是两端同步的，可以保证延长叶的宽度方向上同步伸缩。

作为优选，所述拉索设置有多根，在延长叶根部等间距设置，所述拉索从排水孔之间的位置与延长叶根部相连。

作为优选，所述发电机和叶轮之间通过单向传动的棘轮连接，所述发电机的另一侧还连接有飞轮。波浪和洋流变化不定，在叶轮转速小于飞轮转速时，棘轮脱开，飞轮利用惯性带动发电机发电，当飞轮转速下降到叶轮转速时，棘轮又重新连接传动。

作为优选，浮体内还包括机油泵，机油泵通过单独伸出浮体外的叶轮驱动，机油泵叶轮与发电机叶轮结构相同，所述机油泵为发电机泵送机油，发电机的机油回流至机油泵的油箱形成机油回路。利用波浪和洋流同时驱动机油回路，代替电泵，节约电力。

本实用新型采用叶轮收集波浪能，波浪驱动展开和扣合叶轮的叶片，使水轮机的叶轮在波浪起伏过程中能始终保持一个方向旋转；同时，本实用新型还能在利用波浪能的同时利用洋流的能量推动叶轮，适应各种复杂的波浪、洋流情况；本实用新型还设计了带延长叶的叶片，在叶片展开后延长叶能在海水驱动下延展，提高了能量收集效率，本装置适用于船体使用，通过海洋能源对船载能源进行补充。

附图说明

图1是本实用新型一种结构示意图。

图2是本实用新型波浪上升过程叶轮状态示意图。

图3是本实用新型波浪下降过程叶轮状态示意图。

图4是本实用新型在洋流作用下的叶轮状态示意图。

图5是本实用新型叶片正面结构图。

图6是本实用新型叶片内部结构示意图。

图7是本实用新型图6中A处结构放大图。

图中：1.飞轮，2.发电机，3.棘轮，4.叶轮，5.叶片，6.展开面，7.扣合面，8.摆动轴，9.排水孔，10.船体，11.延长叶，12.预紧轴，13.拉索，14.限位柱。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型进一步说明。

实施例：一种全方位波浪能发电装置，如图1所示。本装置设置在船体10内，船体内设有发电机2。发电机的内侧连接有大惯性的飞轮1，外侧通过单向传动的棘轮连接发电机的叶轮4，叶轮从侧面水平伸出浮体半没入海水中。叶轮在船体大载重的时候也可以整体完全没入海平面以下。

发电机的叶轮4和机油泵的叶轮4结构相同，以下以发电机叶轮为例阐述结构。如图2、3、4所示，叶轮4表面均匀开设V形槽，V形槽沿叶轮轴向设置，V形槽的一侧壁为展开面6，另一侧为扣合面7，展开面与径向的夹角小于扣合面与径向的夹角。且以叶轮中心与V形槽槽底连线为基准线，V形槽扣合面和展开面位于基准线的同一侧面。叶片5摆动设置在V形槽内，叶片的摆动轴8沿V形槽的槽底设置。叶片贴靠扣合面时，叶片外端与叶轮中心的径向距离最小，叶轮贴合展开面时，叶片外端与叶轮中心的径向距离最大。叶片5为弧形叶片，叶片内弧面朝向扣合面7。扣合面的弧形半径小于叶片的弧形半径，展开面的弧形半径与叶片弧形半径一致。叶片贴靠扣合面时，不能完全贴合，且叶片的外端突出于叶轮的外轮廓线。叶片贴合展开面时，叶片根部与展开面完全贴合形成面支撑。叶片根部与展开面贴合位置开设有一列排水孔9。

如图5、6、7所示，叶片5为外端开口的中空结构，叶片的内腔夹设有可从叶片外端开口处伸缩的延长叶11。摆动轴8为空心轴，摆动轴内部同轴设置有预紧轴12，预紧轴通过扭簧产生预紧力。拉索13的一端绕设在预紧轴上，另一端固定延长叶的根部，拉索设置有多根，沿预紧轴轴向即延长叶的宽度方向等间距均布。排水孔9贯通叶片的内腔和两侧，叶片内腔在排水孔靠近外端的一侧设有限位柱14，用于限制延长叶根部内缩的位置，使延长叶不会遮挡排水孔。延长叶的长度不超过限位柱与叶片外端之间的距离。

叶轮旋转过程中，一侧为上升侧，一侧为下降侧，受波浪和洋流驱动分为三种情况：1、波浪上升过程中，叶轮上升侧的叶片被上升的波浪推动贴合到V形槽展开面呈展开状态，承受波浪的浮力；而下降侧的叶片则被上升的波浪反向推动贴靠到V形槽扣合面上，不对上升的波浪形成阻挡；2、波浪下降过程中，叶轮下降侧的叶片被落下的波浪推动贴合到V形槽展开面呈展开状态，承受波浪落下的重力；而上升侧的叶片则被落下的波浪反向推动贴靠到V形槽扣合面上，不对落下的波浪形成阻挡；3、海底洋流的作用，如果叶轮半露在水面上，当叶轮转动方向顺着洋流方向，叶轮底侧的叶片被洋流推动展开，当叶轮转动方向逆着洋流方向，则叶轮底侧的叶片被洋流推动扣合；如果叶轮完全没入水面以下，则无论叶轮转动方向如何，顺着洋流方向的叶片被洋流推动展开，逆着洋流方向的叶片被洋流推动扣合。海面上波浪和洋流情况复杂，但是无论以上三种状态如何结合，本装置的叶轮总是保持一个旋转方向，减少了转向的能量损失和对机体的冲击。进一步的，当叶片迎着海水方向被推动贴合V形槽展开面时，排水孔的一端被展开面堵住，此时，海水进入排水孔后在叶片内腔向外推动延长叶，使延长叶克服拉索的拉力从叶片的外端伸出，潮流冲击叶片的力越大，延长叶所伸出的长度也越长，叶轮受到的推动力也越大；当叶片脱离展开面时，排水孔两端贯通，海水从排水孔泻出，延长叶缩回。

Claims (9)

1.一种全方位波浪能发电装置，设置在海面上的船体内，船体内设有发电机，发电机连接有从船体侧面水平伸出船体的叶轮，其特征在于：所述叶轮表面均布开设有若干偏置的V形槽，V形槽沿轴向延伸，V形槽内设有可摆动扣合\展开的叶片，叶片的摆动轴沿V形槽的槽底设置，V形槽的两侧壁分别为扣合面和展开面，展开面与叶轮径向的夹角小于扣合面与叶轮径向的夹角；所述叶片为外端开口中空壳状，中空的叶片内腔还夹设有可从叶片外端伸出的延长叶，所述延长叶的根部与叶片内腔的之间设有弹性拉紧装置，所述叶片根部在与展开面贴合的高度设有若干贯通叶片内腔与两侧面的排水孔，所述叶片的内腔在排水孔靠叶片外端的一侧设置有限制延长叶根部内缩位置的限位柱。

2.根据权利要求1所述的全方位波浪能发电装置，其特征在于：以叶轮中心与V形槽槽底连线为基准线，V形槽扣合面和展开面位于基准线的同一侧面。

3.根据权利要求1所述的全方位波浪能发电装置，其特征在于：所述叶片贴合扣合面时，叶片的外端突出于叶轮的外轮廓线之外。

4.根据权利要求1或2或3所述的全方位波浪能发电装置，其特征在于：所述叶片为弧形，叶片内弧面朝向扣合面，扣合面为凸起外弧面，所述扣合面的弧面半径小于叶片的弧面半径。

5.根据权利要求1或2或3所述的全方位波浪能发电装置，其特征在于：所述展开面的表面与叶片对应位置的表面形状适配。

6.根据权利要求1或2或3所述的全方位波浪能发电装置，其特征在于：所述延长叶的长度不超过限位柱与叶片外端之间的距离。

7.根据权利要求1或2或3所述的全方位波浪能发电装置，其特征在于：所述弹性拉紧装置包括设置在摆动轴内的预紧轴和拉索，预紧轴与摆动轴同轴设置并通过扭簧预紧，拉索一端绕设在预紧轴上，另一端固定在延长叶的根部。

8.根据权利要求7所述的全方位波浪能发电装置，其特征在于：所述拉索设置有多根，在延长叶根部等间距设置，所述拉索从排水孔之间的位置与延长叶根部相连。

9.根据权利要求1或2或3所述的全方位波浪能发电装置，其特征在于：所述发电机和叶轮之间通过单向传动的棘轮连接，所述发电机的另一侧还连接有飞轮。