机电液一体化全密封波浪能发电装置的制作方法

本发明属于波浪能发电领域，具体涉及了一种机电液一体化全密封波浪能发电装置。

背景技术：

在能源危机和环境问题的双重压力下，新能源的开发利用受到普遍重视。波浪能资源量大，应用前景广阔，但现有波浪能发电技术存在可靠性低、效率低的技术瓶颈，有待发电装置的原理性突破。

波浪能发电是指利用海面波浪的垂直运动、水平运动和海浪中水的压力变化产生的能量发电，波浪能通常通过波浪能发电装置被转换为往复机械能，然后再转换成电能。其基础研究是一个多学科交叉的前沿领域，是机械、电气和流体动力等多个学科交叉的综合应用。从早在十八世纪末期公布的第一个波浪能发电相关的专利开始，到目前为止世界上大概有三百余种不同的方案，发明专利超过千项。但是，迄今为止，在实际海洋服役环境中，绝大部分波浪能发电装置仍缺乏长期可靠工作的能力，其发电装置系统的一些关键部件面临海水接触锈蚀，获能和传动机构活动部件的抗波浪冲击能力差，无法长时间承受波浪载荷的碰撞与磨损。这些原理性致命缺陷导致了装备损坏甚至整体沉没，难以进行商业化运用。

技术实现要素：

为解决上述典型波浪能发电装置存在的问题，本发明提供了一种机电液一体化全密封波浪能发电装置，采用流体、机械、电气一体化设计，内部与海水完全隔绝，结构简单，活动件少，无动密封，通过优化装置系统的内外形状设计、质量分布设计、涵管流道设计和叶轮机构设计、发电机设计，可实现可靠、高效、稳定的波浪发电系统。

本发明采用如下的技术方案：

本发明包括第一浮体、第二浮体、密封流管、内设有发电机的能量提取单元、导流机构和流体介质，所述第一浮体与第二浮体固定设置在密封流管的两端，使得所述第一浮体与第二浮体托举整个所述波浪能发电装置漂浮在海上，部分浸没于海水；密封流管内设有能量提取单元、导流机构和流体介质，在波浪的作用下，所述波浪能发电装置往复摆动，所述流体介质在密封流管中经过能量提取单元地往复来回流动，使得流体介质吸收波浪能并传递给所述能量提取单元生成电能，完成流体动能至机械能、机械能至电能的转换；通过导流机构的设置使得所述能量提取单元中的发电机始终朝一个方向旋转。

所述的第一浮体与第二浮体之间的中心间距等于波浪的波峰与波谷之间的距离，所述波浪能发电装置始终处于周期性上下摆动状态。

所述密封流管采用两端宽、中间窄的流线形涵道增速设计，两端分别无缝固定连接所述第一浮体和所述第二浮体，第一浮体和所述第二浮体对称布置，且所述密封流管为对称结构，使得整个所述波浪能发电装置为对称结构。

所述能量提取单元安装在所述密封流管中间收窄区间段中央，所述导流机构安装在所述密封流管中间窄段的两端，所述流体介质非充满地置于所述密封流管内。

所述第一浮体与所述第二浮体的表面均根据应用海域的波浪特性设计为能充分迎浪吸能的曲面，以提高获能效率。

所述密封流管上加装有柔性伸缩装置，所述密封流管的长度根据应用海域的波浪特性和实测获得的波浪波峰到波谷的距离长度通过加装的柔性伸缩装置进行长度方向的调整。

所述能量提取单元能实现适用于低速启动叶轮与直驱发电结构，低速是指达到速度0.5米每秒以下，发电特性平稳，效率高。

所述流体介质为具有润滑作用的流体介质。

本发明的工作原理是：所述第一浮体与所述第二浮体托举整个波浪能发电装置漂浮在锚链限定的海面上，部分浸没于海水，由于两个浮体中心间距大约等于波峰与波谷之间的距离，在波浪的动能与势能作用下，本发明的波浪能发电装置始终处于上下摆动状态，使第一浮体内的液面与第二浮体内的液面产生落差，所述密封流管中的流体介质将连续驱动所述能量提取单元，所述导流机构使所述能量提取单元的旋转获能机构与发电机始终朝一个方向旋转，实现所述流体介质动能向机械能及机械能向电能的转换，完成波浪能发电过程。

本发明具有如下的有益效果：

1、本发明具有高效性，采用机电液一体化设计，原理上内部液体随外部波浪运动可同时吸收其各自由度上的动能与势能并统一发电；导流机构使所述能量提取单元的获能机构与发电机始终朝一个方向旋转；两边宽，中间窄的流线形涵道设计，使得内部流体通过能量提取单元时的压力骤然上升，进一步地提高了发电效率。

2、本发明具有可靠性，克服了传统波浪发电装置能量转换机构流固耦合时的剧烈碰撞和传动机构的高频次往复运动磨损；内部完全与海水隔绝避免了防水、防锈、防腐蚀问题；采用内部驱动流体介质自润滑方式和无动密封结构，启动力矩小，运动部件少。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为密封流管中间收窄区中能量提取单元与导流机构的一种具体实施方式结构示意图。

图3为图2的a向视图。

图中：第一浮体1、第二浮体6、密封流管2、能量提取单元3、导流机构4、流体介质5；捕能叶片31、外转子发电机32；铰链41、导流挡板42、背侧柔性限位挡块43、正侧柔性限位挡块44。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

参照图1，本发明具体实施采用机电液一体化设计，完全隔绝海水，包括第一浮体1、第二浮体6、密封流管2、能量提取单元3、导流机构4、流体介质5，第一浮体1与第二浮体6固定设置在密封流管2的两端，密封流管2内设有能量提取单元3、导流机构4和流体介质5。第一浮体1与第二浮体6托举整个波浪能发电装置漂浮在锚链限定的海面上，部分浸没于海水。由于两个对称浮体的中心间距大约等于波峰与波谷之间的距离，在波浪的作用下，装置上下以其中心点为旋转点摆动，使浮体1内部液面与浮体6内部液面产生动态落差，密封流管2中的流体介质5来回驱动能量提取单元3，导流机构4使能量提取单元3的发电机则始终朝一个方向旋转，从而相对高效地产生电能。

密封流管2采用两端宽、中间窄的流线形涵道设计，两端分别连接第一浮体1和第二浮体6，为无缝固定连接，且所述密封流管2为对称结构，使得整个所述波浪能发电装置为对称结构。能量提取单元3安装在密封流管2中间收窄区间段中央，导流机构4安装在密封流管2中间收窄区间段两侧，流体介质5非充满地放置在密封流管2内。

第一浮体1与第二浮体6，其表面根据应用海域波浪特性，设计成一定的功能曲面，充分迎浪吸能，提高捕能效率。

密封流管2的长度根据实测应用海域波浪特性，确定为波浪的波峰到波谷距离的长度，并加装柔性伸缩装置，进行长度方向的调整。

能量提取单元3选取叶轮旋转式发电结构，发电特性平稳，效率高。流体介质5，为密度较高的具有润滑作用的流体介质。

导流机构4，是一种可以在流体介质5来回通过密封流管2的管道收窄区时，使能量提取单元3发电机始终朝一个方向旋转的机构。

图2所示为本发明能量提取单元3与导流机构4的一种具体实施方式结构，密封流管2中间收窄区采用对向双流道设计。能量提取单元3包括捕能叶片31、外转子发电机32。捕能叶片31安装布置在外转子发电机32的外转子外壳结构上，沿周向均匀布置若干个，如图3视图。并且沿径向均匀布置若干个叶轮面。具体实施中，外转子发电机32的轴固定在外部的支架上，使得整个装置以外转子发电机32的轴为旋转轴往复摆动，并且外转子发电机32的外壳中间段与密封流管2中间壁之间采用间隙密封。

一种导流机构4如图2所示，首先在密封流管2的中间设有沿管长度方向(即流体介质5的往复流动方向)的隔板，隔板将密封流管2分隔为两个流道，能量提取单元3的外转子发电机32贯穿安装于隔板。两个导流机构4分别以外转子发电机32的中心对称安装在隔板两端，具体连接在隔板端部和密封流管2之间。

如图2所示，导流机构4包括铰链41、导流挡板42、背侧柔性限位挡块43和正侧柔性限位挡块44，导流挡板42一端通过铰链41铰接在隔板端部，并在隔板端部设置有用于导流挡板42旋转限位的背侧柔性限位挡块43，导流挡板42另一端通过铰链41旋转时延伸到密封流管2一侧内壁，并在密封流管2内壁处设置用于导流挡板42旋转限位的正侧柔性限位挡块44，导流挡板42的长度与隔板和密封流管2内壁之间的间距相同，导流挡板42根据整体发电装置的摆动受重力作用而摆动开合。背侧柔性限位挡块43与正侧柔性限位挡块44安装于流道管壁上，起到对导流挡板42的限位作用，并具有缓冲功能，延长装置的使用寿命。

当导流机构4打开时流体介质5通过流道，当其闭合时流体介质5则无法通过。因此在如图2所示的摆动位置时，右上方的右侧导流机构4关闭，左下方的左侧导流机构4打开，流体介质5从一端到另一端仅能从左侧流道通过。如果摆动位置反过来倒置，右上方的右侧导流机构4打开，左下方的左侧导流机构4关闭，流体介质5从另一端到一端仅能从右侧流道通过。通过上述设置使流体介质5无论是从两端的哪一端经过能量提取单元3的转子发电机32都带动转子发电机32单方向旋转。

参照图2，导流机构4对称布置在密封流管2的中间收窄区的对向双流道出入口处。在本发明的波浪能发电装置上下摆动时，密封流管2内部的流体介质5，分别从两侧不同的流道通过能量提取单元3，驱动捕能叶片31，使外转子发电机32始终朝一个方向旋转。

以上仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。