CN215633496U - 水塔式波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种水塔式波浪能发电装置，装置包括：水下活塞单元、活塞运动驱动单元和高位储能发电单元；高位储能发电单元包括高位水塔、水轮发电机组、引水管和回流管；活塞运动驱动单元包括取力浮筒；水下活塞单元包括活塞泵筒体，活塞泵筒体的内部可升降滑动密封安装活塞，活塞的轴心与活塞升降牵引索的一端固定；活塞升降牵引索的另一端密封穿过活塞泵筒体的顶部封盖后，同轴安装到取力浮筒的轴心。具有以下优点：(1)大部分设施布置于海面以下的静止水域区，避开了风浪的影响，大大增强了安全稳定性。(2)将分散的波浪能通过活塞泵和高位水塔聚集起来，可以实现稳定发电；(3)水下设施的悬浮式设计大大减轻了海上施工难度。

Description

水塔式波浪能发电装置

技术领域

本实用新型属于波浪能发电技术领域，具体涉及一种水塔式波浪能发电装置。

背景技术

传统波浪能发电，取能设施一般漂浮在水面，所采集的能量只是水面的浪花波动；另外，传统波浪能发电，易受风浪的影响，装置安全稳定性不佳。

实用新型内容

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种水塔式波浪能发电装置，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种水塔式波浪能发电装置，包括：水下活塞单元、活塞运动驱动单元和高位储能发电单元；

所述高位储能发电单元包括高位水塔(1)、水轮发电机组(2)、引水管(20)和回流管(12)；所述高位水塔(1)通过所述引水管(20)，将高位水塔(1)内的高势能水体引入所述水轮发电机组(2)发电，所述水轮发电机组(2)的排水端通过所述回流管(12)与海体连通；

所述活塞运动驱动单元包括取力浮筒(3)；所述取力浮筒(3)浮在水面；

所述水下活塞单元包括活塞泵筒体(15)，所述活塞泵筒体(15)的外部套设活塞泵支撑浮筒(10)，所述活塞泵筒体(15)的外面设置多个活塞泵固定索(16)，所述活塞泵固定索(16)的另一端固定于海床的桩基(17)，进而使所述活塞泵筒体(15)悬浮固定于海平面以下平静水域；

所述活塞泵筒体(15)为底部开口，顶部密封的结构；所述活塞泵筒体(15)的内部可升降滑动密封安装活塞(13)，通过所述活塞(13)，将所述活塞泵筒体(15)划分为活塞泵上腔(14)和活塞泵下腔(4)；其中，所述活塞泵下腔(4)底部与大海联通形成开放式下腔；所述活塞(13)开设单向进水口进水阀(22)，所述活塞泵上腔(14)通过提升水管(21)与所述高位水塔(1)连通；在所述提升水管(21)的一端安装单向出水口出水阀(23)；

所述活塞(13)的轴心与活塞升降牵引索(6)的一端固定；所述活塞升降牵引索(6)的另一端密封穿过所述活塞泵筒体(15)的顶部封盖后，同轴安装到所述取力浮筒(3)的轴心；所述取力浮筒(3)上浮或下沉时，通过所述活塞升降牵引索(6)，带动所述活塞(13)进行上下运动。

优选的，所述活塞(13)的外周通过活塞密封件(11)，与所述活塞泵筒体(15)的内壁形成滑动密封结构。

优选的，所述活塞升降牵引索(6)与所述活塞泵筒体(15)的顶部封盖轴心位置设有活塞索密封件(9)和固定导向机构(8)。

优选的，所述活塞(13)为圆锥形配重设计结构。

优选的，还包括水平限位单元；所述水平限位单元包括限位框架(5)、限位器(7)、限位框架固定索(18)和限位框架支撑浮筒(19)；

所述限位框架(5)同轴设置于所述取力浮筒(3)和所述活塞泵筒体(15)之间，所述限位框架(5)的外部套设安装限位框架支撑浮筒(19)，所述限位框架(5)的外部与限位框架固定索(18)的一端固定，所述限位框架固定索(18)的另一端固定于桩基(17)，进而使所述限位框架(5)悬浮固定于海平面以下平静水域；

所述限位框架(5)安装限位器(7)，所述活塞升降牵引索(6)穿过所述限位器(7)，所述限位器(7)用于限制所述活塞升降牵引索(6)的水平运动。

优选的，还包括安全保护单元；

所述安全保护单元包括最大拉力安全断开锁(24)和取力浮筒安全备用索(25)；

所述取力浮筒(3)的外部通过取力浮筒安全备用索(25)与桩基(17)固定；

所述活塞升降牵引索(6)设置最大拉力安全断开锁(24)。

本实用新型提供的水塔式波浪能发电装置具有以下优点：

(1)大部分设施布置于海面以下的静止水域区，避开了风浪的影响，大大增强了安全稳定性。

(2)将分散的波浪能通过活塞泵和高位水塔聚集起来，可以实现稳定发电；

(3)水下设施的悬浮式设计大大减轻了海上施工难度。

附图说明

图1为本实用新型提供的水塔式波浪能发电装置的结构示意图。

其中：

1-高位水塔；2-水轮发电机组；3-取力浮筒；4-活塞泵下腔；5-限位框架；6-活塞升降牵引索；7-限位器；8-固定导向机构；9-活塞索密封件；10-活塞泵支撑浮筒；11-活塞密封件；12-回流管；13-活塞；14-活塞泵上腔；15-活塞泵筒体；16-活塞泵固定索；17-桩基；18-限位框架固定索；19-限位框架支撑浮筒；20-引水管；21-提升水管；22-单向进水口进水阀；23-单向出水口出水阀；24-最大拉力安全断开锁；25-取力浮筒安全备用索。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型属于波浪能发电领域，具体涉及一种通过海浪作用于取力浮筒带动活塞泵的活塞上下运动，从而将海水上提到高位水塔上，再利用水位落差势能带动水轮机发电。

传统波浪能发电，取能设施一般漂浮在水面，所采集的能量只是水面的浪花波动，而本实用新型将取能装置设置在水下静水区，通过活塞泵冲程的改变可以采集小浪也可以采集大浪。水下设置避免了风浪的影响，装置安全稳定。传统波浪能发电将发电装置分布在每个取能单元，本方法将分散的波浪能通过高位水塔集中起来，再进行发电，增加了发电的稳定性。

本实用新型提供一种水塔式波浪能发电装置，参考图1，包括：水下活塞单元、活塞运动驱动单元和高位储能发电单元；

高位储能发电单元包括高位水塔1、水轮发电机组2、引水管20和回流管12；高位水塔1通过引水管20，将高位水塔1内的高势能水体引入水轮发电机组2发电，水轮发电机组2的排水端通过回流管12与海体连通；

活塞运动驱动单元包括取力浮筒3；取力浮筒3浮在水面；

水下活塞单元包括活塞泵筒体15，活塞泵筒体15的外部套设活塞泵支撑浮筒10，活塞泵筒体15的外面设置多个活塞泵固定索16，活塞泵固定索16的另一端固定于海床的桩基17，进而使活塞泵筒体15悬浮固定于海平面以下平静水域；

活塞泵筒体15为底部开口，顶部密封的结构；活塞泵筒体15的内部可升降滑动密封安装活塞13，通过活塞13，将活塞泵筒体15划分为活塞泵上腔14和活塞泵下腔4；其中，活塞13的外周通过活塞密封件11，与活塞泵筒体15的内壁形成滑动密封结构。

其中，活塞泵下腔4底部与大海联通形成开放式下腔；活塞13开设单向进水口进水阀22，活塞泵上腔14通过提升水管21与高位水塔1连通；在提升水管21的一端安装单向出水口出水阀23；

活塞13的轴心与活塞升降牵引索6的一端固定；活塞升降牵引索6的另一端密封穿过活塞泵筒体15的顶部封盖后，同轴安装到取力浮筒3的轴心；其中，活塞升降牵引索6与活塞泵筒体15的顶部封盖轴心位置设有活塞索密封件9和固定导向机构8。

取力浮筒3上浮或下沉时，通过活塞升降牵引索6，带动活塞13进行上下运动。

本实用新型中，活塞13为圆锥形配重设计结构。

还包括水平限位单元；水平限位单元包括限位框架5、限位器7、限位框架固定索18和限位框架支撑浮筒19；

限位框架5同轴设置于取力浮筒3和活塞泵筒体15之间，限位框架5的外部套设安装限位框架支撑浮筒19，限位框架5的外部与限位框架固定索18的一端固定，限位框架固定索18的另一端固定于桩基17，进而使限位框架5悬浮固定于海平面以下平静水域；

限位框架5安装限位器7，活塞升降牵引索6穿过限位器7，限位器7用于限制活塞升降牵引索6的水平运动。

还包括安全保护单元；

安全保护单元包括最大拉力安全断开锁24和取力浮筒安全备用索25；

取力浮筒3的外部通过取力浮筒安全备用索25与桩基17固定；

活塞升降牵引索6设置最大拉力安全断开锁24。

下面介绍一个具体实施例：

本实用新型包括5个主要组成部分：

(一)高位水塔

高位水塔1：通过高位水塔1汇聚多个水下活塞泵提升的水流，形成大量的水力势能储备；

(二)水轮发电机组

水轮发电机组2：通过高位水塔1设置的引水管20，将高位水塔1中的水引入水轮发电机组2，带动水轮发电机组2发电；

(三)水下活塞泵

水下活塞泵包括活塞泵筒体15和活塞13。

活塞泵筒体15的外面通过多个活塞泵支撑浮筒10、多个活塞泵固定索16和桩基17的共同作用，悬浮固定在海平面以下的静水区域；

活塞13通过轴心的活塞升降牵引索6被取力浮筒3带动实现上下运动，将海水泵到高位水塔1内。

(四)限位框架5

限位框架5在限位框架支撑浮筒19、限位框架固定索18和桩基17的共同作用，悬浮固定在海平面以下静水水域；

限位框架5中间设有限位器7，活塞升降牵引索6穿过限位器7，限位器7控制活塞升降牵引索6的横向位移；

限位框架5设有多个限位框架固定索18与多个桩基17，以增强限位器7对抗活塞升降牵引索6横向位移的强度。限位器7安装于活塞泵筒体15和取力浮筒3之间，活塞泵筒体15的轴向位置。

(五)取力浮筒3

取力浮筒3与活塞升降牵引索6连接，活塞升降牵引索6与活塞13连接。

取力浮筒3、活塞升降牵引索6、活塞泵筒体15、活塞13在同一轴向。

取力浮筒3通过波浪上下左右移动，左右横向位移通过限位器7调整为上下位移，带动活塞13上下运动，将海水提升到高位水塔1。

实际应用中，取力浮筒3为空心球体或轻质材料球体，也可以是橄榄形，可以浮在水面上。取力浮筒3和活塞升降牵引索6连接，活塞升降牵引索6与活塞13连接，取力浮筒3单独与取力浮筒安全备用索25连接，当活塞升降牵引索6达到最大设计拉力，最大拉力安全断开锁24断开，取力浮筒安全备用索25牵引取力浮筒3自由飘摆。取力浮筒3浮力远大于活塞13的重量和活塞升降牵引索6的摩擦阻力。

本实用新型中，活塞泵筒体15外设置的活塞泵支撑浮筒10、活塞泵固定索16和桩基17，悬浮固定于海平面以下平静水域。活塞泵筒体15内设活塞13，活塞13上设置单向进水口进水阀22，活塞13与取力浮筒3通过活塞升降牵引索6连接，活塞泵筒体15内壁设有多个活塞滑轨，方便活塞滑动，活塞13上装有活塞密封件11与活塞泵筒体15内壁形成滑动密封，活塞升降牵引索6与活塞泵筒体15顶部封盖轴心位置设有活塞索密封件9以及固定导向机构8。

活塞泵筒体15壳体为圆筒形，底部与大海联通形成开放式的活塞泵下腔4，当取力浮筒3下沉时，活塞升降牵引索6松垂，活塞13受自身重力作用向下运动，圆锥形的活塞13设计有助于减少下降阻力，活塞13底部单向进水口进水阀22打开，活塞泵筒体15进水；活塞泵筒体15顶部封闭有单向出水口出水阀23与高位水塔1联通，当取力浮筒3上浮时，活塞升降牵引索6绷紧，活塞13向上运动，挤压活塞泵上腔14内海水上提到高位水塔1。活塞泵筒体15内的活塞13为圆锥形配重设计，活塞13的重量远大于其下行水力阻力和活塞升降牵引索6的摩擦阻力。在平静海况条件下活塞13处于活塞泵腔体内的中部，活塞泵筒体15的最大冲程大于最大设计浪高。

所述限位框架5上安装限位框架支撑浮筒19，限位框架5连接限位框架固定索18和桩基17，悬浮固定于海平面以下平静水域，限位框架5安装限位器7，用于限制活塞升降牵引索6的水平运动，活塞升降牵引索6上设置最大拉力安全断开锁24，以保障在达到最大设计拉力时，将最大拉力安全断开锁24断开，保护水下装置，让取力浮筒3由取力浮筒安全备用索25牵引自由飘摆。

所述高位水塔1通过提升水管21与活塞泵筒体15的单向出水口出水阀23连接，高位水塔1设置引水管20，将高势能水体引入水轮发电机组2发电。

所述水塔式波浪能发电装置由取力浮筒3、活塞泵筒体15和限位框架5组成一个采集波浪能的单元，多个采集波浪能单元将水汇聚到高位水塔，如此将分散的海浪能集中起来，再通过水轮发电机组，形成稳定输出的电能。

本实用新型中，活塞泵悬浮于海面以下静水区域，活塞泵的活塞行程大于设计最大浪高。活塞泵壳体外对称设置有多个活塞泵支撑浮筒10，对称设置一个或多个单向进水口进水阀22，设置一个或多个单向出水口出水阀23。

活塞泵筒体15为圆筒形，即可设计为顶部封闭底部开放的圆筒形壳体，如上所述，也可设计为上下全部封闭的圆筒形壳体。顶部和底部完全密闭的圆筒形活塞泵壳体，活塞泵下腔充满空气全密闭，活塞泵下腔连接气管，通过气管与海面以上的大气连接；单向进出水口、进出水阀都安装在活塞泵上腔区域的壳体上，活塞下行程时活塞泵上腔进水，活塞上行程时往高位水塔泵水。

限位框架5可设计为多种几何形式，限位框架5上对称连接多个限位框架支撑浮筒19，限位框架5依靠限位框架支撑浮筒19的浮力、多个限位框架固定索18和多个桩基17的拉力悬浮于海中。限位框架支撑浮筒19的总浮力远大于限位框架5总重量。多个限位框架固定索18和多个桩基17成对称分布，将活塞泵围在中间。限位器7、固定导向机构8、活塞索密封9、活塞13同轴心。

海上安装时，工作船先打桩基，装各种固定锁链；然后将活塞泵和限位框架拖运到安装位置，用吊机放置到水下工作位置，将活塞泵和限位框架装上固定索，拉紧调整好水平高度，最后将支撑浮筒充气打开，利用浮筒和固定索的反向拉力将水下装置悬浮固定于水中工作位置。

本实用新型还提供一种水塔式波浪能发电装置的方法，包括以下步骤：

步骤1，当取力浮筒3下沉时，活塞升降牵引索6松垂，活塞13受自身重力作用向下运动，活塞13底部的单向进水口进水阀22打开，海水通过单向进水口进水阀22进入到活塞泵上腔14，实现进水；

当取力浮筒3上浮时，活塞升降牵引索6绷紧，进而拉动活塞13向上运动；当活塞13向上运动时，挤压活塞泵上腔14内海水，进而使活塞泵上腔14内海水通过单向出水口出水阀23和提升水管21上提到高位水塔1；

其中，通过限位框架5安装的限位器7，限制活塞升降牵引索6的水平运动；

步骤2，高位水塔1内的海水，通过引水管20引入水轮发电机组2，进而将高势能水体引入水轮发电机组2发电；

因此，取力浮筒3通过波浪上下左右移动，左右横向位移通过限位器7调整为上下位移，进而带动活塞13上下运动，将海水提升到高位水塔1内，并发电。

还包括：

活塞升降牵引索6上设置最大拉力安全断开锁24，以保障在达到最大设计拉力时，将最大拉力安全断开锁24断开，保护水下装置，使取力浮筒3由取力浮筒安全备用索25牵引自由飘摆。

本实用新型提供一种利用波浪升降推动取力浮筒，取力浮筒牵引活塞升降牵引索，带动水下活塞泵的活塞上下运动，将海水提升到高位水塔，高位水流下降带动水轮发电机组发电的方法。

本实用新型提供的水塔式波浪能发电装置，主要包括：

1、水下大型活塞泵。将大型水下活塞泵通过活塞泵体外设置的浮筒、固定于海床桩基上的连接钢索，悬浮固定于海平面以下。

大型活塞泵为圆筒形，上部密封，中间设有活塞，底部开口与大海联通或封闭于大气联通，上部有出水口与高位水塔联通，进水口可设计在顶部或直接在底部进水；

2、大型的取力浮筒

取力浮筒通过绳索、穿过活塞泵上顶和活塞泵的活塞连接，通过海浪的带动实现上下运动；

3、限位框架。

限位框架通过框架上安装的浮筒、固定于海床桩基上的连接钢索，悬浮固定于海平面以下。

4、高位水塔。

高位水塔的进水口与水下活塞泵的出口联通，高位水塔设出水口、引水管，利用水力势能驱动水轮发电机组发电。

5、水轮发电机组。

本实用新型方法将取能装置设置在水下静水区，通过活塞泵冲程的改变可以采集小浪也可以采集大浪。本实用新型水下设置避免了风浪的影响，装置安全稳定。传统波浪能发电将发电装置分布在每个取能单元，本实用新型方法将分散的波浪能通过水塔集中起来，再进行发电，增加了发电的稳定性。

本实用新型提供的水塔式波浪能发电装置及方法具有以下优点：

(1)大部分设施布置于海面以下的静止水域区，避开了风浪的影响，大大增强了安全稳定性。

(2)将分散的波浪能通过活塞泵和高位水塔聚集起来，可以实现稳定发电；

(3)水下设施的悬浮式设计大大减轻了海上施工难度。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种水塔式波浪能发电装置，其特征在于，包括：水下活塞单元、活塞运动驱动单元和高位储能发电单元；

所述高位储能发电单元包括高位水塔(1)、水轮发电机组(2)、引水管(20)和回流管(12)；所述高位水塔(1)通过所述引水管(20)，将高位水塔(1)内的高势能水体引入所述水轮发电机组(2)发电，所述水轮发电机组(2)的排水端通过所述回流管(12)与海体连通；

所述活塞运动驱动单元包括取力浮筒(3)；所述取力浮筒(3)浮在水面；

所述水下活塞单元包括活塞泵筒体(15)，所述活塞泵筒体(15)的外部套设活塞泵支撑浮筒(10)，所述活塞泵筒体(15)的外面设置多个活塞泵固定索(16)，所述活塞泵固定索(16)的另一端固定于海床的桩基(17)，进而使所述活塞泵筒体(15)悬浮固定于海平面以下平静水域；

所述活塞泵筒体(15)为底部开口，顶部密封的结构；所述活塞泵筒体(15)的内部可升降滑动密封安装活塞(13)，通过所述活塞(13)，将所述活塞泵筒体(15)划分为活塞泵上腔(14)和活塞泵下腔(4)；其中，所述活塞泵下腔(4)底部与大海联通形成开放式下腔；所述活塞(13)开设单向进水口进水阀(22)，所述活塞泵上腔(14)通过提升水管(21)与所述高位水塔(1)连通；在所述提升水管(21)的一端安装单向出水口出水阀(23)；

所述活塞(13)的轴心与活塞升降牵引索(6)的一端固定；所述活塞升降牵引索(6)的另一端密封穿过所述活塞泵筒体(15)的顶部封盖后，同轴安装到所述取力浮筒(3)的轴心；所述取力浮筒(3)上浮或下沉时，通过所述活塞升降牵引索(6)，带动所述活塞(13)进行上下运动。

2.根据权利要求1所述的水塔式波浪能发电装置，其特征在于，所述活塞(13)的外周通过活塞密封件(11)，与所述活塞泵筒体(15)的内壁形成滑动密封结构。

3.根据权利要求1所述的水塔式波浪能发电装置，其特征在于，所述活塞升降牵引索(6)与所述活塞泵筒体(15)的顶部封盖轴心位置设有活塞索密封件(9)和固定导向机构(8)。

4.根据权利要求1所述的水塔式波浪能发电装置，其特征在于，所述活塞(13)为圆锥形配重设计结构。

5.根据权利要求1所述的水塔式波浪能发电装置，其特征在于，还包括水平限位单元；所述水平限位单元包括限位框架(5)、限位器(7)、限位框架固定索(18)和限位框架支撑浮筒(19)；

所述限位框架(5)同轴设置于所述取力浮筒(3)和所述活塞泵筒体(15)之间，所述限位框架(5)的外部套设安装限位框架支撑浮筒(19)，所述限位框架(5)的外部与限位框架固定索(18)的一端固定，所述限位框架固定索(18)的另一端固定于桩基(17)，进而使所述限位框架(5)悬浮固定于海平面以下平静水域；

所述限位框架(5)安装限位器(7)，所述活塞升降牵引索(6)穿过所述限位器(7)，所述限位器(7)用于限制所述活塞升降牵引索(6)的水平运动。

6.根据权利要求5所述的水塔式波浪能发电装置，其特征在于，还包括安全保护单元；

所述安全保护单元包括最大拉力安全断开锁(24)和取力浮筒安全备用索(25)；

所述取力浮筒(3)的外部通过取力浮筒安全备用索(25)与桩基(17)固定；

所述活塞升降牵引索(6)设置最大拉力安全断开锁(24)。

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