一种助集海浪涌水头驱动水轮旋转发电方法及装置与流程

本发明涉及海洋能源发电技术领域，具体涉及一种助集海浪涌水头驱动水轮旋转发电方法及装置。

背景技术：

目前，不论是海上养殖场、海上牧场，还是海上油田开发等海上作业领域，其相应场区内均需电能，以满足工作、生活等需求。

上述场景中的用电特点是：各点位用电量不大，分布分散，距岸边较远，陆地输电成本过高，且不安全。

技术实现要素：

鉴于此，本发明实施例提供一种助集海浪涌水头驱动水轮旋转发电方法及装置。

为实现上述技术目的，本发明采取以下技术方案：一种助集海浪涌水头驱动水轮旋转发电装置，包括：助升装置、蓄能箱、水轮发电装置和限位控制装置；所述助升装置用于提高海浪涌水头能量，所述助升装置与所述蓄能箱连通，所述蓄能箱与所述水轮发电装置连通，所述限位控制装置用于控制所述助升装置、所述蓄能箱和所述水轮发电装置的位置；所述助升装置、所述蓄能箱和所述水轮发电装置的两侧均分别与相应侧的侧挡板固定连接。

所述助升装置包括多级助涌提升装置，每级所述助涌提升装置均包括海浪涌入口和海浪涌出口，且所述海浪涌出口位置均高于所述海浪涌入口位置，上级所述助涌提升装置的海浪涌出口固定连接下级所述助涌提升装置的海浪涌入口。

所述助涌提升装置包括引流板、提升板和阻拦海水导向板，所述引流板水平设置，所述提升板倾斜设置，所述阻拦海水导向板垂向设置；所述引流板的一端设置为所述海浪涌入口，所述引流板的另一端固定连接所述提升板的低端，所述提升板的高端设置为所述海浪涌出口，并与所述阻拦海水导向板上端固定连接，所述阻拦海水导向板下端设置为连接下级所述助涌提升装置或向所述蓄能箱方向延伸并连接所述蓄能箱的底板。

所述蓄能箱由最后一级所述助涌提升装置的所述阻拦海水导向板、所述底板、与所述阻拦海水导向板相对的箱挡板和两个所述侧挡板合围形成无盖箱体；两个所述侧挡板高于所述阻拦海水导向板，所述阻拦海水导向板高于所述箱挡板。

所述水轮发电装置包括外壳体、若干叶片、内壳体、转子、定子、若干支撑架和芯轴；所述外壳体包括所述箱挡板、第一弧形板、导流分割板、阻流板和第二弧形板；所述第一弧形板下端固定连接所述箱挡板上端，所述第一弧形板上端高于所述第二弧形板上端，所述第一弧形板上端和所述第二弧形板上端间隔设置，且所述第一弧形板上端和所述第二弧形板的间隔距离大于两所述叶片顶间距，以形成海水冲入口，所述第二弧形板上端连接所述阻流板下端，所述第二弧形板下端向下延伸至本弧形板弧心以下，做为卸载海水出口，所述阻流板上端向所述蓄能箱方向倾斜固定在所述导流分割板的底面，所述导流分割板一端位于所述蓄能箱出口上方，所述导流分割板另一端倾斜向下延伸至低于所述卸载海水出口位置处，所述第一弧形板、第二弧形板、导流分割板、阻流板分别与相应侧的所述侧挡板无缝固定连接；若干所述叶片均布固定于所述内壳体外壁上，所述内壳体内壁固定所述转子，所述内壳体两端设置限位端盖，两所述限位端盖内侧分别镶嵌以所述芯轴为旋转轴的轴承，两所述限位端盖外侧设置密封装置，形成水轮组合体；所述外壳体的第一弧形板、第二弧形板对所述水轮组合体形成分部分包围结构，且与所述水轮组合体留有间隙；所述定子位于所述水轮组合体内部，所述定子由间隔设置的若干所述支撑架支撑同轴心固定在所述芯轴上，形成定子组合体，且保障所述水轮组合体绕固定在所述芯轴上的定子旋转；所述定子组合体与所述水轮组合体组装，穿过所述外壳体将所述芯轴两端分别固定于两所述侧挡板上。

所述限位控制装置包括起伏控制装置和定位柱桩；所述起伏控制装置用于控制所述助升装置、所述蓄能箱和所述水轮发电装置在所述定位柱桩上随潮位起落而升降，所述起伏控制装置包括阻尼板支撑架、起伏阻尼板和若干自动充气浮力囊；所述阻尼板支撑架位于所述水轮发电装置下方，所述阻尼板支撑架两侧分别与两所述侧挡板固定连接，所述阻尼板支撑架一端与所述蓄能箱底面固定连接，所述阻尼板支撑架另一端顶面固定设置所述起伏阻尼板，所述阻尼板支撑架底面和所述助升装置底部分别设置所述自动充气浮力囊；所述定位柱桩用于控制所述助升装置、所述蓄能箱和所述水轮发电装置在预定海域并围绕所述定位柱桩三百六十度自由旋转，所述定位柱桩与所述助升装置连接，所述助升装置上设置用于与所述定位柱桩连接的定位孔，且所述定位孔的内径大于所述定位柱桩的外径，所述定位柱桩一端用于与海底平面固定，所述定位柱桩另一端设置有限位挡环。

一种助集海浪涌水头驱动水轮旋转发电装置的使用方法，包括以下步骤：通过限位控制装置将助升装置、蓄能箱和水轮发电装置控制在相应位置，具体包括：在预定海域的海底平面建造定位柱基座，将定位柱桩与定位柱基座固定连接；通过自动充气浮力囊调整助升装置、蓄能箱和水轮发电装置的平衡，并使得助升装置始终位于平均海平面，蓄能箱底部和起伏阻尼板位于平均海平面以下；在海风的作用下，助升装置、蓄能箱和水轮发电装置绕定位柱桩转动，并自动转动到与海风相适应的方向；海浪涌入助升装置，助升装置汇集海浪涌、提高海浪涌水头，将所能取得的最大海浪涌水头，经蓄能箱充入水轮发电装置，进而驱动水轮发电装置的水轮组合体绕定子连续旋转发电，最终形成可用电源。

所述海浪涌入助升装置，助升装置汇集海浪涌、提高海浪涌水头，将所能取得的最大海浪涌水头，经蓄能箱充入水轮发电装置，进而驱动水轮发电装置的水轮组合体绕定子连续旋转发电，最终形成可用电源，具体包括： 连续的海浪依次涌入各级助涌提升装置，并经各级助涌提升装置逐级汇集、提高海浪涌水头，海浪涌入蓄能箱，并经过蓄能箱进入发电装置壳体的第二弧形板一侧的相邻叶片的空间内，使被第二弧形板包围一侧的所有叶片空间充满海水，其余叶片空间为卸载海水的无海水空间，基于此，第二弧形板包围一侧的所有叶片空间所充满海水重量转化为重力和冲击力形成对水轮组合体的驱动力，从而得到转子的旋转扭矩，随着海水不断从海水冲入口冲入水轮驱动水轮旋转至卸载海水出口而卸载，周而复始，进而驱动水轮发电装置的水轮组合体绕定子组合体连续旋转发电，再通过输电线路、整流、稳压电器设备形成可用电源。

本发明由于采取以上技术方案，与现有技术相比，其具有以下优点：

本发明通过设置助升装置提高海浪涌水头高度，增加水头落差，并通过蓄能箱保证最大、最多、最稳定的海水不断冲击水轮发电装置，驱动水轮组合体旋转，从而使发电装置发电，通过输电线路、整流、稳压等电器设备进而形成可用电源，满足海上作业的电能需求，能够就近解决，非常方便安全。

本发明充分利用海洋能源，设计结构简单、合理，使用方便、维护少、没污染，可以广泛应用于海上作业领域的电能供应过程中。

附图说明

图1是本发明的一种助集海浪涌水头驱动水轮旋转发电装置其中一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种助集海浪涌水头驱动水轮旋转发电装置，它包括：助升装置1、蓄能箱2、水轮发电装置3和限位控制装置4。

助升装置1用于提高海浪涌水头能量，助升装置1与蓄能箱2连通，蓄能箱2与水轮发电装置3连通，限位控制装置4用于控制助升装置1、蓄能箱2和水轮发电装置3的位置。

在一个优选的实施例中，为了能有效汇集海浪涌，防止海水流向两侧，进而有效提高海浪涌水头能量，以及提高整体性和稳固性，助升装置1、蓄能箱2和水轮发电装置3均固定于纵向设置的两个侧挡板5之间；本实施例中，助升装置1、蓄能箱2和水轮发电装置3的两侧均分别与相应侧的侧挡板5无缝固定连接。

在一个优选的实施例中，为了能有效提高海浪涌水头能量、冲击和高位差，进而实现更大的水轮驱动力，助升装置1包括多级助涌提升装置11，每级助涌提升装置11均包括海浪涌入口和海浪涌出口，且海浪涌出口位置均高于海浪涌入口位置，上级助涌提升装置11的海浪涌出口固定连接下级助涌提升装置11的海浪涌入口，形成连续的阶梯上升状；本实施例中，各级助涌提升装置11的两侧均分别与相应侧的侧挡板5无缝固定连接，形成底面有凹凸的似簸箕形体，借助似簸箕形体能够进一步汇集、集成海浪涌、提高海浪涌水头，冲击和高位差，进而争取更大的水轮驱动力。

在一个优选的实施例中，每级助涌提升装置11均可以包括引流板111、提升板112和阻拦海水导向板113，引流板111水平设置，提升板112倾斜设置，提升板112的斜度根据需要进行设置，在此不进行限定，一般优选斜度在1∶1.15～1∶1.5之间，阻拦海水导向板113垂向设置；

引流板111的一端设置为海浪涌入口，引流板111的另一端固定连接提升板112的低端，提升板112的高端设置为海浪涌出口，并与阻拦海水导向板113上端固定连接，阻拦海水导向板113下端设置为连接下级助涌提升装置11或向蓄能箱2方向延伸并连接蓄能箱2的底板21。

助涌提升装置11的具体设置为几级，根据需要进行设置，在此不进行限定，本实施例中，以两级助涌提升装置11为例，进行详细说明：

一级助涌提升装置的海浪涌出口固定连接二级助涌提升装置的海浪涌入口，二级助涌提升装置的海浪涌出口固定连接蓄能箱2，更为具体为：

一级引流板的一端设置为海浪涌入口，一级引流板的另一端固定连接一级提升板的低端，一级提升板的高端与一级阻拦海水导向板上端固定，一级阻拦海水导向板下端连接二级引流板的一端，二级引流板的另一端固定连接二级提升板的低端，二级提升板的高端连接二级阻拦海水导向板上端，二级阻拦海水导向板下端向蓄能箱2方向延伸并连接蓄能箱2的底板21。

在一个优选的实施例中，为了节约成本，结构紧凑，蓄能箱2由最后一级助涌提升装置11的阻拦海水导向板113、底板21、与阻拦海水导向板113相对的箱挡板22和两个侧挡板5合围形成无盖箱体；为了保证海浪涌顺利涌入蓄能箱2，以及顺利从蓄能箱2冲入水轮发电装置3，两个侧挡板5高于阻拦海水导向板113，阻拦海水导向板113高于箱挡板22。

在一个优选的实施例中，为了便于海浪涌入、汇集，助涌提升装置11的海浪涌入口固定连接倾斜设置的深部海水导流板6的高端；

本实施例中，一级助涌提升装置的一级引流板海浪涌入口固定连接深部海水导流板6的高端。

在一个优选的实施例中，为了便于海浪涌入、涌出、简化设计结构、降低成本，以及提高海浪涌的利用率，提高发电量，水轮发电装置3 包括外壳体7、若干叶片35、内壳体（图中未示出）、转子34、定子33、若干支撑架32和芯轴31；

外壳体7包括蓄能箱2的箱挡板22、第一弧形板71、导流分割板8、阻流板73和第二弧形板72；第一弧形板71下端固定连接箱挡板22的上端，第一弧形板71上端高于第二弧形板72上端，二者之间在保障与芯轴31同轴心基础上留有大于叶片35的两叶片间隔的距离，形成海水冲入口，第二弧形板72上端连接阻流板73下端，第二弧形板72下端向下延伸本弧形板弧心以下，做为卸载海水出口，阻流板73上端向蓄能箱2方向倾斜固定在导流分割板8的底面，导流分割板8一端位于蓄能箱2出口上方，导流分割板8另一端倾斜向下延伸至低于卸载海水出口位置处，第一弧形板71、第二弧形板72、导流分割板8、阻流板73分别与相应侧的侧挡板5无缝固定连接；

叶片35均布固定于内壳体（图中未示出）外壁上，内壳体内壁固定转子34，内壳体两端设置限位端盖（图中未示出），两限位端盖内侧分别镶嵌以芯轴31为旋转轴的轴承，两限位端盖外侧设置密封装置，形成水轮组合体；

外壳体7的第一弧形板71、第二弧形板72对水轮组合体形成分部分包围结构，且与水轮组合体留有间隙；

定子33位于水轮组合体内部，定子33由间隔设置的若干支撑架32支撑同轴心固定在芯轴31上，形成定子组合体，且保障水轮组合体绕固定在芯轴31上的定子33旋转；定子组合体与水轮组合体组装后，穿过外壳体7内部将芯轴31两端分别固定于两侧挡板5上，形成定子33在内、转子34在外的水轮发电装置。

在一个优选的实施例中，为了便于控制助升装置1、蓄能箱2和水轮发电装置3的位置，并保证助升装置1、蓄能箱2和水轮发电装置3随潮位起落而升降和顺风向变化而转向，迎风将海浪涌收入助升装置1，以达到自动汇集、提升海浪涌水头，驱动水轮发电装置3连续不断的旋转发电的目的，设置限位控制装置4包括起伏控制装置41和定位柱桩42；

起伏控制装置41用于控制助升装置1、蓄能箱2和水轮发电装置3在定位柱桩42上随潮位起落而升降；

定位柱桩42用于控制助升装置1、蓄能箱2和水轮发电装置3在预定海域并围绕定位柱桩42三百六十度自由旋转，进而可始终保持海浪涌入口处于迎风状态。

本实施例中，起伏控制装置41包括阻尼板支撑架411、起伏阻尼板412和若干自动充气浮力囊413；

阻尼板支撑架411位于水轮发电装置3下方，阻尼板支撑架411两侧分别与两挡板5无缝固定连接，阻尼板支撑架411一端与蓄能箱2底面固定连接，阻尼板支撑架411另一端顶面固定设置起伏阻尼板412，阻尼板支撑架411底面和助升装置1底部，分别设置自动充气浮力囊413；

本实施例中，一级提升板、二级提升板和起伏阻尼板412下方的阻尼板支撑架411底面分别设置自动充气浮力囊413；

本实施例中，定位柱桩42与助升装置1连接，助升装置1上设置用于与定位柱桩42连接的定位孔，且定位孔的内径大于定位柱桩42的外径，定位柱桩42一端用于与海底平面固定，定位柱桩42另一端设置有限位挡环421，以防海平面上升过大时定位柱桩42与助升装置1脱离连接；

本实施例中，定位孔设置于一级引流板中部。

下面结合附图详细说明本发明实施例的一种助集海浪涌水头驱动水轮旋转发电装置的使用方法，包括以下步骤：

1、根据现场海域用电量情况，选定防水电缆、变压器、稳压器、整流电器件等电器设备，此为现有技术，故不详细赘述；另外，本发明的助集海浪涌水头驱动水轮旋转发电装置可以根据海域用电量情况具体设置各种型号或尺寸，在实际使用时，可首先选定相应的型号或尺寸。

2、通过限位控制装置4将助升装置1、蓄能箱2和水轮发电装置3控制在相应位置，具体包括：

2.1在预定海域的海底平面建造定位柱基座422，将定位柱桩42与定位柱基座422固定连接；

2.2通过自动充气浮力囊413调整助升装置1、蓄能箱2和水轮发电装置3的平衡，并使得助升装置1始终位于平均海平面，蓄能箱2底部和起伏阻尼板412位于平均海平面以下，以减少和降低本发明的一种助集海浪涌水头驱动水轮旋转发电装置整体受外界影响的起伏幅度，增加稳定性；

2.3在海风的作用下，助升装置1、蓄能箱2和水轮发电装置3绕定位柱桩42转动，并自动转动到与海风相适应的方向，迎接海浪的涌来。

3、迎面而来的滚滚海浪顺风涌入助升装置1，助升装置1汇集海浪涌、提高海浪涌水头，将所能取得的最大海浪涌水头，经蓄能箱2充入水轮发电装置3，进而驱动水轮发电装置3的水轮组合体绕定子33连续旋转发电，再通过输电线路、整流、稳压等电器设备形成可用电源，具体包括：

连续的海浪依次涌入各级助涌提升装置11，并经各级助涌提升装置11逐级汇集、提高海浪涌水头，海浪涌入蓄能箱2，并经过蓄能箱2进入发电装置壳体7的第二弧形板72一侧的相邻叶片35的空间内，使被第二弧形板72包围一侧的所有叶片35空间充满海水，其余叶片35空间为卸载海水的无海水空间，基于此，第二弧形板72包围一侧的所有叶片35空间所充满海水重量转化为重力和冲击力形成对水轮组合体的驱动力，从而得到转子34的旋转扭矩，随着海水不断从海水冲入口冲入水轮驱动水轮旋转至卸载海水出口而卸载，周而复始，进而驱动水轮发电装置的水轮组合体绕定子组合体连续旋转发电，再通过输电线路、整流、稳压等电器设备形成可用电源。

上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。