CN104389725A - 一种利用气轮机的多浮子式波浪能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新型可再生能源技术和海洋装备领域，特别涉及一种利用气轮机的多浮子式波浪能装置。它包括发电舱、浮子、立柱、连杆、转轴和气压发电装置，其特征是：装置整体通过立柱安放在海底基础上；立柱上方安装发电舱，发电舱内安装气压发电装置，其通过外部连杆和浮子连接，外部连杆可以围绕固定在发电舱内部的转轴转动；内部连杆一端与外部连杆铰接连接，另一端与气压发电装置中的活塞铰接连接。本发明设计适用于波浪能资源较为丰富的近海区域，能够适应各个方向的来波；其发电原理采用了气体驱动气轮机的方式，形式简单，效率稳定；气压发电装置安装于装置主体内部，安全性高；装置整体，形式简单，便于制造和安装。

Description

一种利用气轮机的多浮子式波浪能装置
技术领域
本发明属于新型可再生能源技术和海洋装备领域，特别是一种利用气轮机的多浮子式波浪能装置。
背景技术
随着世界经济的发展、人口的增加、社会生活水平的不断提高，各国对能源的需求迅速增长。近年，受化石能源日趋枯竭、能源供应安全和保护环境等的驱动，作为主要可再生能源之一的海洋能事业取得很大发展，海洋能应用技术日趋成熟，为人类在21世纪充分利用海洋能展示了美好前景。
目前，世界上主要的波浪能装置可根据其位置分布划分为三类：离岸式(离岸超过2.5Km)、近岸式和岸基式。其中，近岸式波浪能装置由于易于安装和维护、建设成本低等特点受到了广泛的研究。同时，其所处区域波浪能密度相对较高，又不容易受到台风等恶劣天气的影响。近些年来，这类波浪能装置得到了较大的发展。然而，考虑到海水的特殊物理化学性质以及波浪的随机性和其极端天气下巨大的破坏力，对于安装在海中的波浪能发电装置，工程师们不得不重点考虑装置的稳定性和安全性。在保证波浪能转换装置能适应不同的天气状况的同时，需要考察设计在极端天气条件下的生存策略和生存能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服上述现有波浪能技术的稳定性低、安全性差等不足，提供一种利用气轮机的多浮子式波浪能装置，它能利用海面水位随波浪传递产生的变化，高效地将波浪能转化为气压能，进而转化为电能，适用于近海区域，为海上航标灯、观测站等离岸设施提供电力，也易于直接发电联网，同时具有较高的可靠性，易于制造和安装。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种利用气轮机的多浮子式波浪能装置，包括发电舱、浮子、立柱、连杆、转轴和气压发电装置，其特征是：装置整体通过立柱安放在海底基础上；立柱上方安装发电舱，发电舱内安装气压发电装置；发电舱内的气压发电装置通过外部连杆和浮子连接，外部连杆可以围绕固定在发电舱内部的转轴转动；内部连杆一端与外部连杆铰接连接，另一端与气压发电装置中的活塞铰接连接，活塞推动气压舱内气体流动带动气轮机发电。
所述的一种利用气轮机的多浮子式波浪能装置，其特征是：活塞所处通道的两端布放有制动挡板。
所述的一种利用气轮机的多浮子式波浪能装置，其特征是：气压舱中布放有两组进气、出气单向阀。
所述的一种利用气轮机的多浮子式波浪能装置，其特征是：多个浮子共用一个主气流通道和气轮机。
波浪能装置通过立柱直接安放在海底基础上，适用于近海海域。装置的主体部分可以采用在岸上预制，利用驳船拖动到指定位置，沉入水中进行安装。装置主要利用波浪引起的水面高程的变化，与来波方向无关，是一种点吸收式波浪能装置。其浮子的数目也可以合理增加，以提高波浪能的捕获效率。当风浪条件较为恶劣时，可以方便地将浮子拆掉并运输离开，保障装置的安全性。
没有波浪作用时，浮子的浮力和重力达到平衡状态，浮子静止不动。当波浪传递到波浪能装置时，浮子会随着水面高程的变化而上下运动，进而带动连杆和活塞围绕转轴往复转动。当波峰通过浮子所处位置时，浮子在动水压力和静水压力的共同作用下，浮子所受的力的平衡被打破，浮子加速向上运动，拉动外部连杆顺时针转动。外部连杆在转动的同时通过铰接点带动内部连杆在水平方向上运动，连接在内部连杆一端的活塞也随之水平运动，活塞的运动同时带动气压舱内的气体流动，左侧进气单向阀打开并进气，同时右侧出气单向阀打开出气，气体流入到主气流通道并驱动气轮机工作发电。当波峰继续向前传递，浮子随着所处位置水面高程的下降，开始向下加速，进而通过连杆带动活塞向左加速，直到浮子位于波谷位置，这个过程中活塞向左运动，也带动气压舱中的气体流动，流动方向与上一过程相反，右侧进气单向阀打开并进气，同时左侧出气单向阀打开出气，气体流入到主气流通道并驱动气轮机工作发电。于是，活塞随着波浪的作用进入到一个往复运动的循环，在气压舱内的气体也进行往复流动，气体不停的流经气轮机，进而驱动气轮机转动发出电力。在波浪振幅较大时，活塞两侧安装的制动挡板能够有效的控制活塞的运动幅度，以免损坏机械设备。
本发明的有益效果是：
本发明适用于波浪能资源较为丰富的近海区域，采用多个浮子的利用气轮机的多浮子式波浪能装置的设计，能够适应各个方向的来波；其发电原理采用了气体驱动气轮机的方式，形式简单，效率稳定；气压发电装置安装于装置主体内部，安全性高；装置整体，形式简单，便于制造和安装。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明中活塞向左运动时的工作状态示意图。
图3是本发明中活塞向右运动时的工作状态示意图。
图4是本发明在近海布放的示意图。
图中，1-发电舱，2-浮子，3-立柱，4-外部连杆，5-自由水面，6-海底，7-外铰接点，8-气压发电装置，9-内铰接点，10-转轴，11-内部连杆，12-主气流通道，13-气轮机，14-活塞，15-密封垫片，16-左侧进气单向阀，17-右侧进气单向阀，18-左侧出气单向阀，19-右侧出气单向阀，20-制动挡板，21-气压舱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
如图1所示，装置整体通过立柱3安放在海底基础6上；立柱3上方安装发电舱1，发电舱1内安装气压发电装置8；发电舱1内的气压发电装置8通过外部连杆4和浮子2连接，外部连杆4可以围绕固定在发电舱1内部的转轴10转动；内部连杆11一端与外部连杆4铰接连接。
如图2所示，气压舱21中布放有两组进气16和17、出气18和19单向阀；活塞14与内部连杆11铰接连接；活塞14所处通道的两端布放有制动挡板20；内部连杆11的左侧上下布放有密封垫片15；气压舱21与主气流通道12联通。
如图3所示，活塞向右运动时，进气、出气单向阀的工作状态。
如图4所示，数个利用气轮机的点吸收式波浪能装置可以并排布放，形成一个波浪能发电场。
本实施例的工作原理：
实际使用中在没有波浪作用时，浮子2的浮力和重力达到平衡状态，浮子2静止不动。当波浪传递到波浪能装置时，浮子2会随着水面高程的变化而上下运动，进而带动连杆4和11以及活塞14围绕转轴10往复转动。当波峰通过浮子2所处位置时，浮子2在动水压力和静水压力的共同作用下，浮子2所受的力的平衡被打破，浮子2加速向上运动，拉动外部连杆4顺时针转动。外部连杆4在转动的同时通过铰接点9带动内部连杆11在水平方向上运动，连接在内部连杆11一端的活塞14也随之水平运动，活塞14的运动同时带动气压舱21内的气体流动，左侧进气单向阀16打开并进气，同时右侧出气单向阀19打开出气，气体流入到主气流通道12并驱动气轮机13工作发电。当波峰继续向前传递，浮子2随着所处位置水面高程的下降，开始向下加速，进而通过连杆4和11带动活塞14向左加速，直到浮子2位于波谷位置，这个过程中活塞14向左运动，也带动气压舱21中的气体流动，流动方向与上一过程相反，右侧进气单向阀17打开并进气，同时左侧出气单向阀18打开出气，气体流入到主气流通道12并驱动气轮机13工作发电。于是，活塞14随着波浪的作用进入到一个往复运动的循环，在气压舱21内的气体也进行往复流动，气体不停的流经气轮机13，进而驱动气轮机13转动发出电力。在波浪振幅较大时，活塞14两侧安装的制动挡板20能够有效的控制活塞14的运动幅度，以免损坏机械设备。
尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。

Claims (4)

1.一种利用气轮机的多浮子式波浪能装置，包括发电舱、浮子、立柱、连杆、转轴和气压发电装置，其特征是：装置整体通过立柱安放在海底基础上；立柱上方安装发电舱，发电舱内安装气压发电装置；发电舱内的气压发电装置通过外部连杆和浮子连接，外部连杆可以围绕固定在发电舱内部的转轴转动；内部连杆一端与外部连杆铰接连接，另一端与气压发电装置中的活塞铰接连接，活塞推动气压舱内气体流动带动气轮机发电。
2.根据权利要求1所述的利用气轮机的多浮子式波浪能装置，其特征在于：活塞所处通道的两端布放有制动挡板。
3.根据权利要求1所述的利用气轮机的多浮子式波浪能装置，其特征在于：气压舱中布放有两组进气、出气单向阀。
4.根据权利要求1所述的利用气轮机的多浮子式波浪能装置，其特征在于：多个浮子共用一个主气流通道和气轮机。
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