振蕩式波浪能發電系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種振蕩式波浪能發電系統，該系統主要由用于吸收波浪能的能量吸收裝置，將獲得的波浪能轉換為液體的流動動能的能量轉換裝置，以及將獲得的液體的流動動能用于帶動發電機的能量輸出裝置組成。本發明具有發電效率高，實用性強，還具有污水處理功能，以及整體空間體積小，結構簡單，造價低，方便制作和使用，可拆卸能力強等優點。
【專利說明】
振蕩式波浪能發電系統
技術領域
[0001]本發明涉及發電設備，特別是一種振蕩式波浪能發電系統。
【背景技術】
[0002]現有的用于發電的振蕩水柱波浪能轉換系統，有二級能量轉換機構，其中:一級能量轉換機構為氣室，其下部的海口與海水相連，上部也開口(噴嘴)，與大氣相連:在波浪力的作用下，氣室下部的水柱在氣室內上下振蕩，壓縮氣室內的空氣往復通過噴嘴，將波浪能轉化成空氣的壓能和動能。二級能量轉換機構為空氣透平，安裝在氣室的噴嘴上，空氣的壓能和動能可以驅動空氣透平轉動，再通過轉軸驅動發電機發電。
[0003]上述振蕩水柱式波浪能轉換系統，其缺點是:體積龐大，設計復雜，轉換效率低下。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是:提供一種結構簡單和體積小的振蕩式波浪能發電系統，該系統具有較高的發電效率，并可以有效地處理污水。
[0005]本發明解決其技術問題采用以下的技術方案:
[0006]本發明提供的振蕩式波浪能發電系統，該系統主要由用于吸收波浪能的能量吸收裝置，將獲得的波浪能轉換為液體的流動動能的能量轉換裝置，以及將獲得的液體的流動動能用于帶動發電機的能量輸出裝置組成。
[0007]所述的能量吸收裝置，由套筒、連接桿和浮子構成，其中:連接桿有兩根，其下端與浮子固定相連;右端連接桿與套筒的支耳鉸接，套筒與能量轉換裝置中的杠桿的桿體的一端套連;左端連接桿與能量轉換裝置中的推桿的一端鉸接。
[0008]所述的浮子，當波浪來臨時，隨波浪上下運動，從而將波浪能轉化為浮子帶動推桿和杠桿運動的動能。
[0009]所述的能量轉換裝置，主要由左液艙、右液艙、推桿、套桿、杠桿、輸水管道組成，其中:左液艙與右液艙分別設有左活塞、右活塞，兩液艙通過輸水管道連通;推桿的另一端固定在左活塞上;套桿由套筒和與該套筒支耳鉸接相連的連接桿組成，該套筒與杠桿桿體的另一端套連，該連接桿的下端與右活塞連接;杠桿桿體的中部通過固定支座與右液艙的殼體固定連接。
[0010]所述的輸水管道為H型輸水管道，其由兩根主管和與之中部連通的一根支管組成，其中:一根主管管道上裝有左單向閥門、右單向閥門，另一根主管管道上裝有左自動閥門、右自動閥門；所述支管管道上安裝有能量輸出裝置。
[0011]本發明將輸水管道結合所述的兩個單向閥門以及兩個自動閥門將雙向流動變單向流動，使得波峰波谷時水流均能從同一方向平穩推動能量輸出裝置中的透平機和流過位于透平機下方的過濾器，該透平機又帶動能量輸出裝置中的發電機平穩輸出電能。
[0012]所述的過濾器，起污水凈化作用，其凈化過程是:水流在液艙內循環流動，在兩液艙不斷收縮、擴張過程中，輸水管道中的單向管路中水流會反復單向流經過濾器，當水流經過過濾器時，便被其凈化，達到污水凈化作用；當往復一定周期后，凈化過的水流由與右液艙相連的出水管排出;補充的水流由與左液艙相連的進水管流入，重復上述過程。
[0013]所述的水流在液艙內循環流動，其過程是:能量吸收裝置中的浮子將波浪起伏運動轉化為左液艙、右液艙分別壓縮和擴張，使之形成壓力差，驅動艙內水流循環流動。
[0014]所述的能量輸出裝置，主要由透平機和發電機組成，當能量轉換裝置中的輸水管道(19)的水流流經透平機時，帶動透平機轉動，將水流的動能轉化為透平機的機械能，帶動發電機發電。
[0015]所述的透平機可以采用微型渦輪透平機。
[0016]本發明與現有技術相比具有以下的主要的優點:
[0017]1.整體空間體積小，結構簡單，造價低，方便制作和使用，可拆卸能力強。
[0018]2.設計兩套連桿機構，將浮體的垂向運動分別高效地轉換為活塞的水平運動和垂向運動，這樣兩個活塞分別壓縮和抽吸密閉液艙中的液體，形成更強大的吸力。
[0019]3.發電效率高:
[0020]優化輸水管道設計，設計兩個單向閥門及兩個自動閥門，其中，單向閥門靠水流沖擊實現開關，自動閥門的開關由程序控制。此設計確保了無論波峰波谷水流總是正向沖擊透平機，提高了發電效率。
[0021 ]在模擬過程中，模擬試驗水槽水深Im，水槽寬度1.5m，最大波高0.5m，波浪周期為4s，根據計算模型，測得的發電機實際輸出功率最大值為50W，由參考文獻中浮子寬度內波浪輸入的功率計算公式計算出一個波長范圍內浮子和氣室吸收的波浪能約為120W，則本發電系統的實際發電效率nzs = 50 +120 = 0.417。實際應用中，常見的振蕩水柱式波浪發電裝置和振蕩浮子式波浪發電裝置的理論效率一般在25%?30%左右。
[0022]4.具有污水處理功能:
[0023]在水循環過程中，位于透平機下部的污水處理裝置不斷地對水進行過濾，循環一段時間后，過濾后的水通過出水口排出。
[0024]5.實用性強:
[0025]除了為海洋平臺和離岸觀測設備穩定供電，還可考慮海水淡化、供暖、制冷，解決部分電網未覆蓋的有居民海島、偏遠無電的無居民海島或建設生態島的供電使用，從而減少了化石燃料的使用，有利于環境的保護。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發明的立體結構示意圖。
[0027]圖2是圖1的主視圖。
[0028]圖3是圖1的左視圖。
[0029]圖4是圖1的俯視圖。
[0030]圖5是圖1的右視圖。
[0031]圖中:1.左液艙;2.右液艙;3.浮子;4.進水管;5.出水管;6.左單向閥門；7.右單向閥門；8.左自動閥門；9.右自動閥門；10.透平機；11.過濾器；12.推桿；13.套筒；14.固定支座;15.套桿;16.杠桿;17.右活塞;18.左活塞;19.輸水管道。
【具體實施方式】
[0032]本發明提供的是一種振蕩式波浪能發電系統，包括:波浪吸收裝置、能量轉換裝置和能量輸出裝置。能量轉換裝置中，當波峰來臨時，其左側活塞沿水平方向運動，其右側活塞沿垂直方向運動，這樣兩個活塞分別壓縮和抽吸波能密閉液艙中的液體，形成更強的液體動能，提高波浪能的轉換效率;其輸水管道采用H型管道設計使得液艙內的往復流體從同一個方向通過能量輸出裝置中的透平機，提高了發電效率；同時水流經過位于透平機下方的過濾器，使得污水不斷被凈化，一定周期后排出。反之，當波谷來臨時亦然。
[0033]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步的說明，但不限定本發明。
[0034]本發明提供的振蕩式波浪能發電系統，其結構如圖1-圖5所示，主要由用于吸收波浪能的能量吸收裝置，將獲得的波浪能轉換為液體的流動動能的能量轉換裝置，以及將獲得的液體的流動動能用于帶動發電機的能量輸出裝置組成。
[0035]所述的能量吸收裝置，由套筒13、連接桿和浮子3構成，用于吸收波浪能。當波浪來臨時，能量吸收裝置中的浮子3隨波浪上下運動，從而將波浪能轉化為浮子3的動能。其中:連接桿有兩根，其下端與浮子3固定相連，右端連接桿與套筒13的支耳鉸接，套筒13與杠桿16的桿體的一端套連。左端連接桿與推桿12鉸接。
[0036]所述的能量轉換裝置，其將浮子3吸收的波浪能轉換為液體的流動動能。該能量轉換裝置主要由左液艙1、右液艙2、推桿12、套桿15、杠桿16、輸水管道19組成，其中:左液艙I與右液艙2分別設有左活塞18、右活塞17，兩液艙通過H型輸水管道19連通，該H型輸水管道19使得無論波峰還是波谷管內水流均由同一方向流經透平機1 ο推桿12的另一端固定在左活塞18上，當波峰來臨時，浮子3將帶動推桿12和杠桿16運動。套桿15由套筒和與該套筒支耳鉸接相連的連接桿組成，該套筒與杠桿16桿體的另一端套連，該連接桿的下端與右活塞17連接。杠桿16桿體的中部通過固定支座14與右液艙2的殼體固定連接。
[0037]所述的H型輸水管道19，其結構如圖2所示，由兩根主管和與之中部連通的一根支管組成，其中:一根主管管道上裝有左單向閥門6、右單向閥門7，另一根主管管道上裝有左自動閥門8、右自動閥門9，所述支管管道上裝有透平機10和過濾器11。左自動閥門8、右自動閥門9均可以采用鑫爾特Q641F/H-16C自控閥門。左單向閥門6、右單向閥門7均可以采用普通單向閥門。
[0038]所述的透平機10采用微型渦輪透平機，用于將流經該單向管道的水的動能轉化為渦輪的機械能。過濾器11采用FSG-5清潔過濾筒。
[0039]本發明將波浪起伏運動通過浮子3轉化為兩個水艙(左液艙I與右液艙2)分別壓縮和擴張，使之形成壓力差，驅動艙內水流循環流動。
[0040]本發明使用具有H型的輸水管道19結合兩個單向閥門以及兩個自動閥門實現了將雙向流動變單向流動，使得波峰波谷時水流均能從同一方向平穩推動透平機10，使得透平機帶動發電機平穩輸出電能。
[0041 ]所述的能量轉換裝置，其工作過程如下:
[0042]見圖3，推桿12在豎直方向被限制，只能產生水平方向的運動。當浮子3上升時，推桿12將帶動左活塞18產生向外的運動，使左液艙I體積擴大，艙內壓力減小。
[0043]見圖5，在杠桿16的作用下，浮子3豎直向上的運動被轉化為右活塞17豎直向下的運動，使右液艙2體積減小，艙內壓力增大，即產生了驅動水流運動的壓力差。
[0044]見圖2，此時左單向閥門6由水流沖擊作用關閉，右單向閥門7由水流沖擊作用打開，左自動閥門8開啟，右自動閥門9關閉，右液艙2內水流經輸水管道19沖擊透平機10，由此將波浪能轉化為機械能，并帶動發電機(圖中未畫出)工作，同時通過位于透平機10下方的過濾器11，并經過左自動閥門8進入左液艙I中。
[0045]反之，當波谷來臨時，推桿12將帶動左活塞18產生向內的運動，使左液艙體積減小，壓力增大。通過套筒13、固定支座14、套桿15以及杠桿16，浮子3豎直向下的運動被轉化為右活塞17豎直向上的運動，使右液艙2體積擴大，壓力減小。此時左單向閥門6由水流沖擊作用打開，右單向閥門7由水流沖擊作用關閉，左自動閥門8關閉，右自動閥門9開啟，左液艙I內水流經H型輸水管道19沖擊透平機10，由此將波浪能轉化為機械能，并帶動發電機工作，同時通過位于透平機1下方的過濾器11，并經過右自動閥門9進入右液艙2中。所述的過濾器11，起污水凈化作用，其裝在輸水管道19中，位于透平機10下部。水流在液艙內循環流動，在兩液艙不斷收縮、擴張過程中，輸水管道19中的單向管路中水流會反復單向流經過濾器11，當水流經過過濾器11時，便可被其凈化，能夠達到污水凈化作用。當往復一定周期后，凈化過的水流由與右液艙2相連的出水管5排出。補充的水流由與左液艙I相連的進水管4流入，重復上述過程。工作周期由波浪周期決定，我國沿海海域常見海浪周期在T = 4-8s，以常見波高h = 0.5m為例，每一個波浪周期(從平衡位置經歷波峰到波谷再回到平衡位置)中水流兩次流經并沖擊透平機以及通過過濾器，且單個工作周期會有0.1875t水流進過過濾器完成一次水質過濾，根據理論數據，單個該裝置在經過6-8個工作周期即經歷3-4個波浪周期即可凈化0.1875t的污水使其達到排放標準。正常工況下，對于普通污水，凈化工作效率均值為 34.143t/h。
[0046]所述的能量輸出裝置，主要由透平機10和發電機(圖中未畫)組成。當水流流經透平機時，帶動透平機轉動，將水流的動能轉化為透平機的機械能，帶動發電機發電。
[0047]所述的發電機，其機軸穿過管壁通過齒輪組與透平機內渦輪相連。
[0048]綜上所述，本發明的工作過程是:當波峰來臨時，浮子3向上運動，通過連桿機構帶動左側活塞18沿水平方向向外運動運動，通過帶套筒的杠桿機構帶動右側活塞17沿垂直方向向下運動，這樣兩個活塞分別抽吸和壓縮波能密閉液艙中的液體，使艙內形成壓力差。此時單向閥門7由水流沖擊作用打開，單向閥門6由水流沖擊作用關閉，自動閥門8受程序控制開啟，自動閥門9受程序控制關閉。右液艙2內水流通過單向閥門7流經透平機10，帶動透平機10工作，并流經透平機10下方的過濾器11，最后經自動閥門8流入左液艙I中。
[0049]以上所述為本發明最佳實施方式的舉例，其中未詳細述及的部分均為本領域普通技術人員的公知常識。本發明的保護范圍以權利要求的內容為準，任何基于本發明的技術啟示而進行的等效變換，也在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種振蕩式波浪能發電系統，其特征是主要由用于吸收波浪能的能量吸收裝置，將獲得的波浪能轉換為液體的流動動能的能量轉換裝置，以及將獲得的液體的流動動能用于帶動發電機的能量輸出裝置組成。2.根據權利要求1所述的振蕩式波浪能發電系統，其特征在于所述的能量吸收裝置，由套筒(13)、連接桿和浮子(3)構成，其中:連接桿有兩根，其下端與浮子(3)固定相連;右端連接桿與套筒(13)的支耳鉸接，套筒(13)與能量轉換裝置中的杠桿(16)的桿體的一端套連；左端連接桿與能量轉換裝置中的推桿(12)的一端鉸接。3.根據權利要求2所述的振蕩式波浪能發電系統，其特征在于所述的浮子(3)，當波浪來臨時，隨波浪上下運動，從而將波浪能轉化為浮子(3)帶動推桿(12)和杠桿(16)運動的動會K。4.根據權利要求1所述的振蕩式波浪能發電系統，其特征在于所述的能量轉換裝置，主要由左液艙(I)、右液艙⑵、推桿(12)、套桿(15)、杠桿(16)、輸水管道(19)組成，其中:左液艙(I)與右液艙(2)分別設有左活塞(18)、右活塞(17)，兩液艙通過輸水管道(19)連通;推桿(12)的另一端固定在左活塞(18)上;套桿(15)由套筒和與該套筒支耳鉸接相連的連接桿組成，該套筒與杠桿(16)桿體的另一端套連，該連接桿的下端與右活塞(17)連接;杠桿(16)桿體的中部通過固定支座(14)與右液艙(2)的殼體固定連接。5.根據權利要求4所述的振蕩式波浪能發電系統，其特征在于所述的輸水管道(19)為H型輸水管道，其由兩根主管和與之中部連通的一根支管組成，其中:一根主管管道上裝有左單向閥門(6)、右單向閥門(7)，另一根主管管道上裝有左自動閥門(8 )、右自動閥門(9);所述支管管道上安裝有能量輸出裝置。6.根據權利要求5所述的振蕩式波浪能發電系統，其特征是輸水管道(19)結合所述的兩個單向閥門以及兩個自動閥門將雙向流動變單向流動，使得波峰波谷時水流均能從同一方向平穩推動能量輸出裝置中的透平機(10)和流過位于透平機下方的過濾器(11)，該透平機又帶動能量輸出裝置中的發電機平穩輸出電能。7.根據權利要求6所述的振蕩式波浪能發電系統，其特征在于所述的過濾器(II )，起污水凈化作用，其凈化過程是:水流在液艙內循環流動，在兩液艙不斷收縮、擴張過程中，輸水管道(19)中的單向管路中水流會反復單向流經過濾器(11)，當水流經過過濾器(11)時，便被其凈化，達到污水凈化作用；當往復一定周期后，凈化過的水流由與右液艙(2)相連的出水管排出;補充的水流由與左液艙(I)相連的進水管流入，重復上述過程。8.根據權利要求7所述的振蕩式波浪能發電系統，其特征在于所述的水流在液艙內循環流動，其過程是:能量吸收裝置中的浮子(3)將波浪起伏運動轉化為左液艙(I )、右液艙(2)分別壓縮和擴張，使之形成壓力差，驅動艙內水流循環流動。9.根據權利要求1所述的振蕩式波浪能發電系統，其特征在于所述的能量輸出裝置，主要由透平機(10)和發電機組成，當能量轉換裝置中的輸水管道(19)的水流流經透平機時，帶動透平機轉動，將水流的動能轉化為透平機的機械能，帶動發電機發電。10.根據權利要求9所述的振蕩式波浪能發電系統，其特征在于所述的透平機(10)采用微型渦輪透平機。
【文檔編號】F03B13/14GK105822489SQ201610325520
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月17日
【發明人】朱凌, 王銳, 陳壯, 張恒, 戴佳莉, 魏思行
【申請人】武漢理工大學