振荡式波浪能发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种振荡式波浪能发电系统，该系统主要由用于吸收波浪能的能量吸收装置，将获得的波浪能转换为液体的流动动能的能量转换装置，以及将获得的液体的流动动能用于带动发电机的能量输出装置组成。本发明具有发电效率高，实用性强，还具有污水处理功能，以及整体空间体积小，结构简单，造价低，方便制作和使用，可拆卸能力强等优点。
【专利说明】
振荡式波浪能发电系统
技术领域
[0001]本发明涉及发电设备，特别是一种振荡式波浪能发电系统。
【背景技术】
[0002]现有的用于发电的振荡水柱波浪能转换系统，有二级能量转换机构，其中:一级能量转换机构为气室，其下部的海口与海水相连，上部也开口(喷嘴)，与大气相连:在波浪力的作用下，气室下部的水柱在气室内上下振荡，压缩气室内的空气往复通过喷嘴，将波浪能转化成空气的压能和动能。二级能量转换机构为空气透平，安装在气室的喷嘴上，空气的压能和动能可以驱动空气透平转动，再通过转轴驱动发电机发电。
[0003]上述振荡水柱式波浪能转换系统，其缺点是:体积庞大，设计复杂，转换效率低下。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:提供一种结构简单和体积小的振荡式波浪能发电系统，该系统具有较高的发电效率，并可以有效地处理污水。
[0005]本发明解决其技术问题采用以下的技术方案:
[0006]本发明提供的振荡式波浪能发电系统，该系统主要由用于吸收波浪能的能量吸收装置，将获得的波浪能转换为液体的流动动能的能量转换装置，以及将获得的液体的流动动能用于带动发电机的能量输出装置组成。
[0007]所述的能量吸收装置，由套筒、连接杆和浮子构成，其中:连接杆有两根，其下端与浮子固定相连;右端连接杆与套筒的支耳铰接，套筒与能量转换装置中的杠杆的杆体的一端套连;左端连接杆与能量转换装置中的推杆的一端铰接。
[0008]所述的浮子，当波浪来临时，随波浪上下运动，从而将波浪能转化为浮子带动推杆和杠杆运动的动能。
[0009]所述的能量转换装置，主要由左液舱、右液舱、推杆、套杆、杠杆、输水管道组成，其中:左液舱与右液舱分别设有左活塞、右活塞，两液舱通过输水管道连通;推杆的另一端固定在左活塞上;套杆由套筒和与该套筒支耳铰接相连的连接杆组成，该套筒与杠杆杆体的另一端套连，该连接杆的下端与右活塞连接;杠杆杆体的中部通过固定支座与右液舱的壳体固定连接。
[0010]所述的输水管道为H型输水管道，其由两根主管和与之中部连通的一根支管组成，其中:一根主管管道上装有左单向阀门、右单向阀门，另一根主管管道上装有左自动阀门、右自动阀门；所述支管管道上安装有能量输出装置。
[0011]本发明将输水管道结合所述的两个单向阀门以及两个自动阀门将双向流动变单向流动，使得波峰波谷时水流均能从同一方向平稳推动能量输出装置中的透平机和流过位于透平机下方的过滤器，该透平机又带动能量输出装置中的发电机平稳输出电能。
[0012]所述的过滤器，起污水净化作用，其净化过程是:水流在液舱内循环流动，在两液舱不断收缩、扩张过程中，输水管道中的单向管路中水流会反复单向流经过滤器，当水流经过过滤器时，便被其净化，达到污水净化作用；当往复一定周期后，净化过的水流由与右液舱相连的出水管排出;补充的水流由与左液舱相连的进水管流入，重复上述过程。
[0013]所述的水流在液舱内循环流动，其过程是:能量吸收装置中的浮子将波浪起伏运动转化为左液舱、右液舱分别压缩和扩张，使之形成压力差，驱动舱内水流循环流动。
[0014]所述的能量输出装置，主要由透平机和发电机组成，当能量转换装置中的输水管道(19)的水流流经透平机时，带动透平机转动，将水流的动能转化为透平机的机械能，带动发电机发电。
[0015]所述的透平机可以采用微型涡轮透平机。
[0016]本发明与现有技术相比具有以下的主要的优点:
[0017]1.整体空间体积小，结构简单，造价低，方便制作和使用，可拆卸能力强。
[0018]2.设计两套连杆机构，将浮体的垂向运动分别高效地转换为活塞的水平运动和垂向运动，这样两个活塞分别压缩和抽吸密闭液舱中的液体，形成更强大的吸力。
[0019]3.发电效率高:
[0020]优化输水管道设计，设计两个单向阀门及两个自动阀门，其中，单向阀门靠水流冲击实现开关，自动阀门的开关由程序控制。此设计确保了无论波峰波谷水流总是正向冲击透平机，提高了发电效率。
[0021 ]在模拟过程中，模拟试验水槽水深Im，水槽宽度1.5m，最大波高0.5m，波浪周期为4s，根据计算模型，测得的发电机实际输出功率最大值为50W，由参考文献中浮子宽度内波浪输入的功率计算公式计算出一个波长范围内浮子和气室吸收的波浪能约为120W，则本发电系统的实际发电效率nzs = 50 +120 = 0.417。实际应用中，常见的振荡水柱式波浪发电装置和振荡浮子式波浪发电装置的理论效率一般在25%?30%左右。
[0022]4.具有污水处理功能:
[0023]在水循环过程中，位于透平机下部的污水处理装置不断地对水进行过滤，循环一段时间后，过滤后的水通过出水口排出。
[0024]5.实用性强:
[0025]除了为海洋平台和离岸观测设备稳定供电，还可考虑海水淡化、供暖、制冷，解决部分电网未覆盖的有居民海岛、偏远无电的无居民海岛或建设生态岛的供电使用，从而减少了化石燃料的使用，有利于环境的保护。
【附图说明】
[0026]图1是本发明的立体结构示意图。
[0027]图2是图1的主视图。
[0028]图3是图1的左视图。
[0029]图4是图1的俯视图。
[0030]图5是图1的右视图。
[0031]图中:1.左液舱;2.右液舱;3.浮子;4.进水管;5.出水管;6.左单向阀门；7.右单向阀门；8.左自动阀门；9.右自动阀门；10.透平机；11.过滤器；12.推杆；13.套筒；14.固定支座;15.套杆;16.杠杆;17.右活塞;18.左活塞;19.输水管道。
【具体实施方式】
[0032]本发明提供的是一种振荡式波浪能发电系统，包括:波浪吸收装置、能量转换装置和能量输出装置。能量转换装置中，当波峰来临时，其左侧活塞沿水平方向运动，其右侧活塞沿垂直方向运动，这样两个活塞分别压缩和抽吸波能密闭液舱中的液体，形成更强的液体动能，提高波浪能的转换效率;其输水管道采用H型管道设计使得液舱内的往复流体从同一个方向通过能量输出装置中的透平机，提高了发电效率；同时水流经过位于透平机下方的过滤器，使得污水不断被净化，一定周期后排出。反之，当波谷来临时亦然。
[0033]下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明，但不限定本发明。
[0034]本发明提供的振荡式波浪能发电系统，其结构如图1-图5所示，主要由用于吸收波浪能的能量吸收装置，将获得的波浪能转换为液体的流动动能的能量转换装置，以及将获得的液体的流动动能用于带动发电机的能量输出装置组成。
[0035]所述的能量吸收装置，由套筒13、连接杆和浮子3构成，用于吸收波浪能。当波浪来临时，能量吸收装置中的浮子3随波浪上下运动，从而将波浪能转化为浮子3的动能。其中:连接杆有两根，其下端与浮子3固定相连，右端连接杆与套筒13的支耳铰接，套筒13与杠杆16的杆体的一端套连。左端连接杆与推杆12铰接。
[0036]所述的能量转换装置，其将浮子3吸收的波浪能转换为液体的流动动能。该能量转换装置主要由左液舱1、右液舱2、推杆12、套杆15、杠杆16、输水管道19组成，其中:左液舱I与右液舱2分别设有左活塞18、右活塞17，两液舱通过H型输水管道19连通，该H型输水管道19使得无论波峰还是波谷管内水流均由同一方向流经透平机1 ο推杆12的另一端固定在左活塞18上，当波峰来临时，浮子3将带动推杆12和杠杆16运动。套杆15由套筒和与该套筒支耳铰接相连的连接杆组成，该套筒与杠杆16杆体的另一端套连，该连接杆的下端与右活塞17连接。杠杆16杆体的中部通过固定支座14与右液舱2的壳体固定连接。
[0037]所述的H型输水管道19，其结构如图2所示，由两根主管和与之中部连通的一根支管组成，其中:一根主管管道上装有左单向阀门6、右单向阀门7，另一根主管管道上装有左自动阀门8、右自动阀门9，所述支管管道上装有透平机10和过滤器11。左自动阀门8、右自动阀门9均可以采用鑫尔特Q641F/H-16C自控阀门。左单向阀门6、右单向阀门7均可以采用普通单向阀门。
[0038]所述的透平机10采用微型涡轮透平机，用于将流经该单向管道的水的动能转化为涡轮的机械能。过滤器11采用FSG-5清洁过滤筒。
[0039]本发明将波浪起伏运动通过浮子3转化为两个水舱(左液舱I与右液舱2)分别压缩和扩张，使之形成压力差，驱动舱内水流循环流动。
[0040]本发明使用具有H型的输水管道19结合两个单向阀门以及两个自动阀门实现了将双向流动变单向流动，使得波峰波谷时水流均能从同一方向平稳推动透平机10，使得透平机带动发电机平稳输出电能。
[0041 ]所述的能量转换装置，其工作过程如下:
[0042]见图3，推杆12在竖直方向被限制，只能产生水平方向的运动。当浮子3上升时，推杆12将带动左活塞18产生向外的运动，使左液舱I体积扩大，舱内压力减小。
[0043]见图5，在杠杆16的作用下，浮子3竖直向上的运动被转化为右活塞17竖直向下的运动，使右液舱2体积减小，舱内压力增大，即产生了驱动水流运动的压力差。
[0044]见图2，此时左单向阀门6由水流冲击作用关闭，右单向阀门7由水流冲击作用打开，左自动阀门8开启，右自动阀门9关闭，右液舱2内水流经输水管道19冲击透平机10，由此将波浪能转化为机械能，并带动发电机(图中未画出)工作，同时通过位于透平机10下方的过滤器11，并经过左自动阀门8进入左液舱I中。
[0045]反之，当波谷来临时，推杆12将带动左活塞18产生向内的运动，使左液舱体积减小，压力增大。通过套筒13、固定支座14、套杆15以及杠杆16，浮子3竖直向下的运动被转化为右活塞17竖直向上的运动，使右液舱2体积扩大，压力减小。此时左单向阀门6由水流冲击作用打开，右单向阀门7由水流冲击作用关闭，左自动阀门8关闭，右自动阀门9开启，左液舱I内水流经H型输水管道19冲击透平机10，由此将波浪能转化为机械能，并带动发电机工作，同时通过位于透平机1下方的过滤器11，并经过右自动阀门9进入右液舱2中。所述的过滤器11，起污水净化作用，其装在输水管道19中，位于透平机10下部。水流在液舱内循环流动，在两液舱不断收缩、扩张过程中，输水管道19中的单向管路中水流会反复单向流经过滤器11，当水流经过过滤器11时，便可被其净化，能够达到污水净化作用。当往复一定周期后，净化过的水流由与右液舱2相连的出水管5排出。补充的水流由与左液舱I相连的进水管4流入，重复上述过程。工作周期由波浪周期决定，我国沿海海域常见海浪周期在T = 4-8s，以常见波高h = 0.5m为例，每一个波浪周期(从平衡位置经历波峰到波谷再回到平衡位置)中水流两次流经并冲击透平机以及通过过滤器，且单个工作周期会有0.1875t水流进过过滤器完成一次水质过滤，根据理论数据，单个该装置在经过6-8个工作周期即经历3-4个波浪周期即可净化0.1875t的污水使其达到排放标准。正常工况下，对于普通污水，净化工作效率均值为 34.143t/h。
[0046]所述的能量输出装置，主要由透平机10和发电机(图中未画)组成。当水流流经透平机时，带动透平机转动，将水流的动能转化为透平机的机械能，带动发电机发电。
[0047]所述的发电机，其机轴穿过管壁通过齿轮组与透平机内涡轮相连。
[0048]综上所述，本发明的工作过程是:当波峰来临时，浮子3向上运动，通过连杆机构带动左侧活塞18沿水平方向向外运动运动，通过带套筒的杠杆机构带动右侧活塞17沿垂直方向向下运动，这样两个活塞分别抽吸和压缩波能密闭液舱中的液体，使舱内形成压力差。此时单向阀门7由水流冲击作用打开，单向阀门6由水流冲击作用关闭，自动阀门8受程序控制开启，自动阀门9受程序控制关闭。右液舱2内水流通过单向阀门7流经透平机10，带动透平机10工作，并流经透平机10下方的过滤器11，最后经自动阀门8流入左液舱I中。
[0049]以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种振荡式波浪能发电系统，其特征是主要由用于吸收波浪能的能量吸收装置，将获得的波浪能转换为液体的流动动能的能量转换装置，以及将获得的液体的流动动能用于带动发电机的能量输出装置组成。2.根据权利要求1所述的振荡式波浪能发电系统，其特征在于所述的能量吸收装置，由套筒(13)、连接杆和浮子(3)构成，其中:连接杆有两根，其下端与浮子(3)固定相连;右端连接杆与套筒(13)的支耳铰接，套筒(13)与能量转换装置中的杠杆(16)的杆体的一端套连；左端连接杆与能量转换装置中的推杆(12)的一端铰接。3.根据权利要求2所述的振荡式波浪能发电系统，其特征在于所述的浮子(3)，当波浪来临时，随波浪上下运动，从而将波浪能转化为浮子(3)带动推杆(12)和杠杆(16)运动的动會K。4.根据权利要求1所述的振荡式波浪能发电系统，其特征在于所述的能量转换装置，主要由左液舱(I)、右液舱⑵、推杆(12)、套杆(15)、杠杆(16)、输水管道(19)组成，其中:左液舱(I)与右液舱(2)分别设有左活塞(18)、右活塞(17)，两液舱通过输水管道(19)连通;推杆(12)的另一端固定在左活塞(18)上;套杆(15)由套筒和与该套筒支耳铰接相连的连接杆组成，该套筒与杠杆(16)杆体的另一端套连，该连接杆的下端与右活塞(17)连接;杠杆(16)杆体的中部通过固定支座(14)与右液舱(2)的壳体固定连接。5.根据权利要求4所述的振荡式波浪能发电系统，其特征在于所述的输水管道(19)为H型输水管道，其由两根主管和与之中部连通的一根支管组成，其中:一根主管管道上装有左单向阀门(6)、右单向阀门(7)，另一根主管管道上装有左自动阀门(8 )、右自动阀门(9);所述支管管道上安装有能量输出装置。6.根据权利要求5所述的振荡式波浪能发电系统，其特征是输水管道(19)结合所述的两个单向阀门以及两个自动阀门将双向流动变单向流动，使得波峰波谷时水流均能从同一方向平稳推动能量输出装置中的透平机(10)和流过位于透平机下方的过滤器(11)，该透平机又带动能量输出装置中的发电机平稳输出电能。7.根据权利要求6所述的振荡式波浪能发电系统，其特征在于所述的过滤器(II )，起污水净化作用，其净化过程是:水流在液舱内循环流动，在两液舱不断收缩、扩张过程中，输水管道(19)中的单向管路中水流会反复单向流经过滤器(11)，当水流经过过滤器(11)时，便被其净化，达到污水净化作用；当往复一定周期后，净化过的水流由与右液舱(2)相连的出水管排出;补充的水流由与左液舱(I)相连的进水管流入，重复上述过程。8.根据权利要求7所述的振荡式波浪能发电系统，其特征在于所述的水流在液舱内循环流动，其过程是:能量吸收装置中的浮子(3)将波浪起伏运动转化为左液舱(I )、右液舱(2)分别压缩和扩张，使之形成压力差，驱动舱内水流循环流动。9.根据权利要求1所述的振荡式波浪能发电系统，其特征在于所述的能量输出装置，主要由透平机(10)和发电机组成，当能量转换装置中的输水管道(19)的水流流经透平机时，带动透平机转动，将水流的动能转化为透平机的机械能，带动发电机发电。10.根据权利要求9所述的振荡式波浪能发电系统，其特征在于所述的透平机(10)采用微型涡轮透平机。
【文档编号】F03B13/14GK105822489SQ201610325520
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】朱凌, 王锐, 陈壮, 张恒, 戴佳莉, 魏思行
【申请人】武汉理工大学