专利名称：一种波力发电的宽频带波能捕获装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种波力发电的宽频带波能捕获装置，是一种可再生能源技术，是一种通过宽频带共振原理研究出的具有自动适应波浪频率变化范围的波能捕获单元装置。
背景技术：
关于波浪能转换的各种专利已超过1500项。波浪能装置千变万化，对波能采集系统来说，其作用是捕获波浪能，形式有振荡水柱式(0WC)、振荡浮子式(Buoy)、摆式(Pendulum)、鸭式(Duck)、後式(Raft)、收缩坡道式(Tapchan)、蛘式(Clam)等，其中除了收 缩坡道式与波浪的频率无关外，其他形式的波能采集系统的波能转化效率均与波浪的运动频率相关，只有装置的固有频率与波浪运动频率大致相等，即共振时，波能捕获效率才能最大化。绝大部分的波能采集装置没有自适应变化固有频率的能力，即使少部分波能捕获装置具有自适应改变自身固有频率的能力，也存在装置结构过于复杂，实际中根本无法正常工作。传统的点吸收式波能捕获装置，只有装置的固有频率与波浪的主频率相近时，SP发生共振时，波能捕获效率最高。此时存在两个问题，一是按共振理论设计的波能捕获装置过于庞大，如振荡浮子式的浮子直径要达到5m，重量要达到几十吨或更大；摆式则更大，如SEAREV的摆重达1000吨。即使这样，由于海上的波浪能量是由多个不同频率的能量组成的，而装置只有一个固有频率，所以很难发生共振，因此引申出第二个问题。二是为了使海浪的激励与装置在相位上一致，必须采用相应的控制算法，由此使得系统过于复杂，增加了系统工作的复杂度。波浪能包括各种频率的能量，其能量频带是一个频率区间，相应地装置的固有频率是一个点，所以只有装置的固有频率与波浪的主频率相等时，装置才有较高的波浪能捕获效率，即使如此，装置也只是捕获了装置固有频率附近很窄范围的能量。
发明内容为了克服现有技术的问题，本实用新型提出了一种波力发电的宽频带波能捕获装置，所述的装置基于双击式水轮机的波能捕获系统，能够捕获波浪中大部分频率范围内的
倉tfi。本实用新型的目的是这样实现的一种波力发电的宽频带波能捕获装置，包括设置在水下的水口，所述的水口通过外水道与安装有水轮机转子的整流罩的上部连接，所述的整流罩的底部通过内水道与水箱的底部连接，所述的水箱与内水道相连的水箱底部较小，水箱上部较大，所述的水箱底部和水箱上部平滑过渡连接，形成喇叭形，水箱的上口是敞开的。本实用新型产生的有益效果是本实用新型采用的喇叭形的水箱，通过喇叭形水箱的变截面改变获取不同的固有周期，使得装置在外波浪激励下具有一个变化的固有周期范围，与波浪的周期范围相接近，最大限度的获取波浪中的能量。本实用新型所提供的设计方法将海浪谱作为重要的设计依据，以此确定波能捕获装置的固有周期范围，并以此最终确定整个波能捕获装置的各个参数。波能捕获装置的研制成功对波浪能的开发和利用具有重要的意义。
以下结合附图
和实施例对本实用新型作进一步说明。图I是本实用新型的实施例一所述装置的结构示意图；图2是某一特定地区的海浪谱；图3是本实用新型的实施例五所述方法的流程图。
具体实施方式实施例一本实施例是一种波力发电的宽频带波能捕获装置，如图I所示。本实施例包括设置在水下的水口 1，所述的水口通过外水道2与安装有水轮机转子4的整流罩3的上部301连接，所述的整流罩的底部302通过内水道5与水箱6的底部601连接，所述的水箱与内水道相连的水箱底部较小，水箱上部602较大，所述的水箱底部和水箱上部平滑过渡连接，形成喇叭形，水箱的上口是敞开的。本实施例所述的水轮机转子为圆筒形，转子的回转轴与波浪前进的方向垂直。由于波浪从不同的流道进出水轮机，产生相同方向的推力，推动水轮机转速，这就是双击式水轮机。本实施例通过设计双击式水轮机的进出流道，水轮机和它的进出流道一起组成了一个封闭式的水体(见图I )，这个水体在波浪力的激励下产生振荡，振荡水体能够推动水轮机转子实现单向旋转，振荡水体能够周期性的改变所述波能捕获装置所包含水体的质量和刚度，从而改变所述波能捕获装置的固有周期，这样就使得所述波能捕获装置的固有周期是一个区间，在所述波能捕获装置的固有周期范围内，所述波能捕获装置具有高效捕获这一频段波浪能量的能力，解决了波浪能分布在很宽的频率范围内和传统点吸收波能捕获装置只在很小的频率范围内具有高效率这一矛盾。在设计所述波能捕获装置时，应当保证波能捕获装置的固有周期区间与波浪主要能量周期区间一致即可。本波能捕获装置的另一个优点是波能捕获装置尺寸不大，转子直径只有Im — 2m之间，便于安装和维修。这一波能捕获装置目前已经在实验室取得成功，并且实海况原型样机也已经设计完成，初步设计涵盖的波浪周期范围为4. 5s-7. Os，基本涵盖了我国海洋波浪能量谱组成的高能量范围。本实施例所述的喇叭形水箱的截面形状，可以是圆形的，或者椭圆形，或者是矩形的，或者是其他喇叭形状。关键在于水箱从下往上是变截面的，其截面从下往上不断增大的一种结构形状。这种不断增大的变截面形状，对波能捕获装置的固有周期产生了重要的影响。为使水箱制造方便，可以将水箱截面制作为矩形。矩形的三个侧面是与水平面垂直的面，只有一个侧面与水平面是倾斜的，这样简单的结构也可以实现变截面。只要改变倾斜侧面与水平面之间的夹角，就可以十分容易的改变装置整个波能捕获装置的固有周期的范围。图I中所标明的0角是倾斜侧面与水平面之间夹角的余角。实施例二本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于水箱的细化。本实施例所述的水箱的水平截面是圆形、椭圆形、矩形中的一种。水箱的截面形状，除了圆形、椭圆形、矩形之外，还可以是其他形状的，例如四角是较大圆角的矩形，或者是超椭圆等等。实施例三本实施例是实施例二的改进，是实施例二关于水箱的细化。本实施例所述水箱的水平截面为矩形，所述水箱靠近水轮机转子并与水轮机转子回转轴平行的前箱板与水平面垂直，所述的前箱板与水轮机转子回转轴垂直的左、右侧箱板连接，所述的左、右侧箱板与 水平面垂直，所述的左、右侧箱板与后箱板连接，所述的后箱板与左右侧箱板垂直，所述的后箱板与前箱板成一定倾角，图I中的9角。本实施例最大的特点在于便于制造，成本低廉。因为要制造一个截面为圆形的变截面的喇叭形状，费用会很高，完全不值得。其他截面形状的水箱都不如矩形水箱成本低廉。而矩形水箱形成喇叭形十分方便，只要一个侧面是倾斜的就可以了。实施例四本实施例是实施例三的改进，是实施例三关于倾角的细化。本实施例4所述的后箱板与前箱板之间的倾角为0 52度。下表列出了后箱板不同倾斜角度时，波能捕获装置的固有周期
权利要求1.一种波力发电的宽频带波能捕获装置，包括设置在水下的水口，所述的水口通过外水道与安装有水轮机转子的整流罩的上部连接，所述的整流罩的底部通过内水道与水箱的底部连接，其特征在于，所述的水箱与内水道相连的水箱底部较小，水箱上部较大，所述的水箱底部和水箱上部平滑过渡连接，形成喇叭形，水箱的上口是敞开的。
2.根据权利要求I所述的波能捕获装置，其特征在于，所述的水箱的水平截面是圆形、椭圆形、矩形中的一种。
3.根据权利要求2所述的波能捕获装置，其特征在于，所述水箱的水平截面为矩形，所述水箱靠近水轮机转子并与水轮机转子回转轴平行的前箱板与水平面垂直，所述的前箱板与水轮机转子回转轴垂直的左、右侧箱板连接，所述的左、右侧箱板与水平面垂直，所述的左、右侧箱板与后箱板连接，所述的后箱板与左右侧箱板垂直，所述的后箱板与前箱板成一定倾角。
4.根据权利要求3所述的波能捕获装置，其特征在于，所述的后箱板与前箱板之间的倾角为O 52度。
专利摘要本实用新型涉及一种波力发电的宽频带波能捕获装置，包括设置在水下的水口，水口通过外水道与安装有水轮机转子的整流罩的上部连接，整流罩的底部通过内水道与水箱的底部连接，水箱与内水道相连的水箱底部较小，水箱上部较大，水箱底部和水箱上部平滑过渡连接，形成喇叭形，水箱的上口是敞开的。本实用新型采用的喇叭形的水箱，通过喇叭形水箱的变截面改变获取不同的固有周期，使得装置在外波浪激励下具有一个变化的固有周期范围，与波浪的周期范围相接近，最大限度的获取波浪中的能量。波能捕获装置的研制成功对波浪能的开发和利用具有重要的意义。
文档编号F03B13/14GK202560444SQ201120527008
公开日2012年11月28日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者郭晓晨, 吴一红, 陈文学, 白音包力皋, 谭水位, 高季章, 贺益英 申请人:中国水利水电科学研究院