CN109915310A - 单阀式u型管振荡水柱对装双冲动透平波力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单阀式U型管振荡水柱对装双冲动透平波力发电装置，包括浮力舱、甲板、U型弯管、左侧冲动透平、右侧冲动透平、发电机、左侧水平管、右侧水平管、左侧单向阀、右侧单向阀、左侧喷嘴和右侧喷嘴；甲板设置在浮力舱的上侧面，U型弯管包围在浮力舱左右两侧以及其底部；发电机位于左侧喷嘴与右侧喷嘴之间的中心处，左侧冲动透平连接于发电机的左侧，右侧冲动透平连接于发电机的右侧；U型弯管充填有液体介质和空气，形成气液共存的环境。本装置结构简单、安全可靠、维修方便、转换效率高、可调固有频率及减轻拖航阻力。

Description

单阀式U型管振荡水柱对装双冲动透平波力发电装置

技术领域

本发明涉及波浪能发电技术领域，尤其涉及一种单阀式U型管振荡水柱对装双冲动透平波力发电装置。

背景技术

波浪能资源蕴藏丰富，开发利用潜力巨大。但由于波浪能不稳定、海洋环境恶劣、海水腐蚀、海生物附着等因素，开发利用海洋波浪能成本高昂。这些成本主要表现在装置的材料成本、建造成本、转换机构成本、投放、运输和回收成本、锚泊成本、维护成本等。

目前波浪能利用技术种类繁多，漂浮式波浪能利用技术因其适应面广而成为研究的主流，绝大部分漂浮式技术可分为3大类:漂浮振荡水柱技术、漂浮越浪技术和漂浮振荡浮子技术，如图1所示。漂浮振荡浮子技术是利用波浪推动一个浮体相对另一个浮体(支撑平台)平动或转动转换能量，即波浪能首先转换为浮体运动的机械能，然后通过液压***或直线发电***或机械机构转换为电能。基于该技术发展的装置必须是双(多)浮体并且潜入或半潜入海水中，这一特点意味着材料利用率低(双或多浮体)、浮体间相互作用问题不可避免、海生物附着影响大、投放时间长(浮态调节需要时间和设备)，易出机械故障，难以维修，其性价比受技术路线影响提高有限。漂浮越浪技术是利用波浪的爬升作用，把波浪能转换为海水的势能，基于该技术发展的装置特点是单浮体(承载平台)，装置要承担转换载体(海水)的重量，因此其结构规模庞大、强度要求高，在风、浪和流的共同作用下，系泊***复杂、投资大，水轮机同海水接触，受海生物附着影响大，发展缓慢。漂浮振荡水柱技术是在结构物内设置腔体，利用腔体里的水柱推动空气运动，运动的空气推动空气透平和发电机输出电能。常见的腔体形式为直管、弯管或斜管，腔体一端潜入海水，另一端收缩后安装空气透平和发电机，空气透平和海水之间形成一气室。该技术特点是单浮体，材料利用率高,不存在相撞问题，空气透平和发电机位于水面上不受海水和海生物附着影响，维修方便。漂浮振荡水柱技术有静止型和运动型两种。漂浮静止型振荡水柱技术浮体基本不动，腔体内水柱的运动主要靠波浪直接作用产生，比如日本的“巨鲸”号装置，这类技术能量转换效率不高。现有波浪能利用技术中存在建造成本高、海洋工程费用高、安全性不高的缺点。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种单阀式U型管振荡水柱对装双冲动透平波力发电装置。

本发明是通过以下技术方案来实现的：单阀式U型管振荡水柱对装双冲动透平波力发电装置，包括浮力舱、甲板、U型弯管、左侧冲动透平、右侧冲动透平和发电机；所述甲板设置在所述浮力舱的上部，为一水平板，所述U型弯管包围在所述浮力舱左右两侧以及其底部，所述U型弯管的两侧管相对的侧面分别设置有左侧水平管、右侧水平管、左侧单向阀和右侧单向阀，所述左侧水平管和右侧水平管位于所述甲板的上方且位置相对称；所述左侧单向阀位于所述左侧水平管上方，所述右侧单向阀位于所述右侧水平管上方，所述左侧单向阀与所述右侧单向阀位置相对称，并且所述左侧单向阀与所述右侧单向阀向所述U型弯管内单向打开或关闭；所述左侧水平管的端口设置有左侧喷嘴，所述右侧水平管的端口设置有右侧喷嘴；所述发电机位于所述左侧喷嘴与所述右侧喷嘴之间的中心处，所述左侧冲动透平连接于所述发电机的左侧，所述右侧冲动透平连接于所述发电机的右侧；所述U型弯管充填有液体介质和空气，形成气液共存的环境，充填的液体介质在所述U型弯管的左侧形成左侧液柱，在所述U型弯管的右侧形成右侧液柱；所述左侧液柱上方的左侧U型弯管内部空间为左侧气室，所述右侧液柱上方的右侧U型弯管内部空间为右侧气室；所述U型弯管连接有用于调节液体介质质量的抽排液体动力***；当波浪作用于本装置上时，本装置纵向往复摇动，所述U型弯管内的液体柱和空气会产生往复运动，在所述左侧单向阀与所述右侧单向阀的作用，空气气流就交替从右侧气室和左侧气室吸入或排出，进而交替作用在所述左侧冲动透平和所述右侧冲动透平上，不断地推动所述发电机发电。

当装置在波浪作用下顺时针转动时，右侧液柱相对右侧气室向上运动，右侧气室体积变小形成正压，使右侧单向阀自动关闭，右侧气室内的空气通过右侧喷嘴推动右侧冲动透平运动，从而驱动发电机转动发电，同时左侧气室体积变大形成负压，使左侧单向阀自动打开，吸入空气，此时左侧冲动透平随发电机转动，不输出能量；当装置在波浪作用下逆时针转动时，左侧液柱相对左侧气室向上运动，左侧气室体积变小，形成正压，使左侧单向阀自动关闭，左侧气室的气体通过左侧喷嘴推动左侧冲动透平转动，从而驱动发电机转动发电，同时右侧气室体积变大形成负压，使右侧单向阀打开，吸入空气，此时右侧冲动透平随发电机转动，不输出能量。

所述液体介质为淡水或惰性流体。淡水或惰性流体作为液体介质的选择，可便于减轻海水盐雾和海洋生物附着对设备的腐蚀。

与现有技术对比，本发明的优点在于：1、通过对管道内流体的质量的控制，实现对装置固有振动频率的调节，实现不同周期海况下的高效转换，而且可实现吃水深度的调节，便于拖航；2、装置往复转动过程中，发电机始终朝着一个方向转动，实现全周期发电，提高了发电机的转换效率；3、做功介质可选择淡水或其它惰性介质，便于减轻海水盐雾对设备的腐蚀及弯管内海生物附着生长，从而延长设备工作寿命和维护周期；4、装置前后对称，可减少波浪方向对转换效率的影响。

附图说明

图1为现有技术漂浮式波浪能利用技术分类图；

图2为本发明实施例的结构示意图。

图中附图标记含义：1、浮力舱；2、甲板；3、右侧液柱；4、右侧气室；5、U型弯管；51、左侧水平管；52、右侧水平管；6、右侧单向阀；7、右侧喷嘴；8、右侧冲动透平；9、发电机；10、左侧冲动透平；11、左侧喷嘴；12、左侧单向阀；13、左侧气室；14、左侧液柱；101、波浪能；102、空气动能；103、空气透平；104、振荡水柱技术；105、海水势能；106、水轮机；107、越浪技术；108、振荡浮子技术；109、液压缸；110、高压稳流器；111、液压马达；112、旋转电机；113、电能；114、结构物机械能；115、机械结构(皮带、齿轮传动等)；116、直线发电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例

参阅图1，图中展示了三种现有技术的漂浮式波浪能利用技术分类图；图中的附图标记分别代表：101、波浪能；102、空气动能；103、空气透平；104、振荡水柱技术；105、海水势能；106、水轮机；107、越浪技术；108、振荡浮子技术；109、液压缸；110、高压稳流器；111、液压马达；112、旋转电机；113、电能；114、结构物机械能；115、机械结构(皮带、齿轮传动等)；116、直线发电机。

漂浮运动型振荡水柱技术主要是靠浮体运动把波浪能转换为浮体腔体内气室气体的往复运动，然后通过空气透平和发电机把气动能量转换为电能，这类技术包括中心管技术和后弯管技术等，它们转换效率高。在专利申请人的努力下，新型后弯管技术小型样机由第三方(国家海洋技术中心)水池测试表明：规则波电池负载下波浪到电的转换效率最高达到35.65％，随机波电池负载下波浪到电最高平均效率达到26.66％，达到国际领先水平；新型中心管技术在随机波作用下波浪能到气动能量的转换效率已高达50.16％。一端对海开口的传统振荡水柱技术装置出海后其水柱质量调节困难，固有振动周期不能改变，当装置投放到不是设计的波况下，转换效率受到大的影响，而且其吃水深度不能改变，其拖航阻力大、遇到浅水区域时有搁浅的可能。

参阅图2，为一种单阀式U型管振荡水柱对装双冲动透平波力发电装置，包括浮力舱1、甲板2、U型弯管5、左侧冲动透平10、右侧冲动透平8和发电机9；甲板2设置在浮力舱1的上部，为一水平板，U型弯管5包围在浮力舱1左右两侧以及其底部，U型弯管5的两侧管相对的侧面分别设置有左侧水平管51、右侧水平管52、左侧单向阀12和右侧单向阀6，左侧水平管51和右侧水平管52位于甲板2的上方且位置相对称；左侧单向阀12位于左侧水平管51上方，右侧单向阀6位于右侧水平管52上方，左侧单向阀12与右侧单向阀6位置相对称，并且左侧单向阀12与右侧单向阀6向U型弯管5内单向打开或关闭；左侧水平管51的端口设置有左侧喷嘴11，右侧水平管52的端口设置有右侧喷嘴7；发电机9位于左侧喷嘴11与右侧喷嘴7之间的中心处，左侧冲动透平10连接于发电机9的左侧，右侧冲动透平8连接于发电机9的右侧；U型弯管5充填有液体介质和空气，形成气液共存的环境，充填的液体介质在U型弯管5的左侧形成左侧液柱14，在U型弯管5的右侧形成右侧液柱3；左侧液柱14上方的左侧U型弯管5内部空间为左侧气室13，右侧液柱3上方的右侧U型弯管5内部空间为右侧气室4；U型弯管5连接有用于调节液体介质质量的抽排液体***；当波浪作用于本装置上时，本装置纵向往复摇动，U型弯管5内的液体柱会产生往复运动，在左侧单向阀12与右侧单向阀6的作用，气流就交替从右侧气室4和左侧气室13吸入或排出，进而交替作用在左侧冲动透平10和右侧冲动透平8上，不断地推动发电机9发电。

参阅图2，装置整体外部的虚线箭头方向表示本装置顺时针转动的方向，装置的U型弯管5以内的虚线箭头表示空气的流动方向。当装置在波浪作用下顺时针转动时，右侧液柱3相对右侧气室4向上运动，右侧气室4体积变小形成正压，使右侧单向阀6自动关闭，右侧气室4内的空气通过右侧喷嘴7推动右侧冲动透平8运动，从而驱动发电机9转动发电，同时左侧气室13体积变大形成负压，使左侧单向阀12自动打开，吸入空气，此时左侧冲动透平10随发电机9转动，不输出能量；当装置在波浪作用下逆时针转动时，左侧液柱14相对左侧气室13向上运动，左侧气室13体积变小，形成正压，使左侧单向阀12自动关闭，左侧气室13的气体通过左侧喷嘴11推动左侧冲动透平10转动，从而驱动发电机9转动发电，同时右侧气室4体积变大形成负压，使右侧单向阀6打开，吸入空气，此时右侧冲动透平8随发电机9转动，不输出能量。

液体介质为淡水或惰性流体。淡水或惰性流体作为液体介质的选择，可便于减轻海水盐雾对设备的腐蚀。

本实施例中的技术结构简单、可靠性高，两个单向阀对气流进行整流作用，能使能量输出平稳，冲动式透平和发电机9在水面上方的甲板2上，维修方便。该技术具备振荡浮子波浪能量转换特性，转换效率有提高的潜力。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (2)

1.单阀式U型管振荡水柱对装双冲动透平波力发电装置，其特征在于：包括浮力舱、甲板、U型弯管、左侧冲动透平、右侧冲动透平和发电机；所述甲板设置在所述浮力舱的上部，为一水平板，所述U型弯管包围在所述浮力舱左右两侧以及其底部，所述U型弯管的两侧管相对的侧面分别设置有左侧水平管、右侧水平管、左侧单向阀和右侧单向阀，所述左侧水平管和右侧水平管位于所述甲板的上方且位置相对称；所述左侧单向阀位于所述左侧水平管上方，所述右侧单向阀位于所述右侧水平管上方，所述左侧单向阀与所述右侧单向阀位置相对称，并且所述左侧单向阀与所述右侧单向阀向所述U型弯管内单向打开或关闭；所述左侧水平管的端口设置有左侧喷嘴，所述右侧水平管的端口设置有右侧喷嘴；所述发电机位于所述左侧喷嘴与所述右侧喷嘴之间的中心处，所述左侧冲动透平连接于所述发电机的左侧，所述右侧冲动透平连接于所述发电机的右侧；所述U型弯管充填有液体介质和空气，形成气液共存的环境，充填的液体介质在所述U型弯管的左侧形成左侧液柱，在所述U型弯管的右侧形成右侧液柱；所述左侧液柱上方的左侧U型弯管内部空间为左侧气室，所述右侧液柱上方的右侧U型弯管内部空间为右侧气室；所述U型弯管连接有用于调节液体介质质量的抽排液体动力***；当波浪作用于本装置上时，本装置纵向往复摇动，所述U型弯管内的液体柱会产生往复运动，在所述左侧单向阀与所述右侧单向阀的作用，气流就交替从右侧气室和左侧气室吸入或排出，进而交替作用在所述左侧冲动透平和所述右侧冲动透平上，不断地推动所述发电机发电。

2.根据权利要求1所述的单阀式U型管振荡水柱对装双冲动透平波力发电装置，其特征在于：所述液体介质为淡水或惰性流体。