分層越浪式波能發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種分層越浪式波能發(fā)電裝置。其包括蓄能機構(gòu)、自啟閉機構(gòu)、水力發(fā)電機構(gòu)和工作平臺；所述自啟閉機構(gòu)，包括驅(qū)動電機、螺旋升降器、蓋板、管道A和控制器；管道A兩端分別固接蓋板A和用于閉合出水口B的蓋板B，蓋板A上設(shè)有與管道A連通的出水口A，出水口A上設(shè)有蓋板C，管道A位于上下蓄水池之間。驅(qū)動電機通過聯(lián)軸器分別與螺旋升降器A和螺旋升降器B連接，螺旋升降器A的升降桿A與蓋板C連接，螺旋升降器B的升降桿B與蓋板A連接，控制器與驅(qū)動電機電連接。本實用新型保證了波能裝置對潮位變換的自主適應(yīng)，提高了裝置的能量轉(zhuǎn)換總量；保證每次發(fā)電水頭均能保持在理想條件下運行，極大的提高了發(fā)電效率。
【專利說明】分層越浪式波能發(fā)電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及波浪能發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種能自主適應(yīng)潮差的變化、提高發(fā)電效率的分層越浪式波能發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前大功率靠岸式波能電站仍以振蕩水柱式為主，振蕩水柱波能發(fā)電裝置的水下活動部件少，裝置可靠性高，但其能量轉(zhuǎn)換效率過低，只能達(dá)到10%?15%，因此岸式裝置的輸出功率難以達(dá)到較高水平。而且岸式裝置由于固定位置的限制，與深水區(qū)相比其波能利用率較低，同時還會受到岸線地形、潮差及海岸保護等多方面因素的制約。
[0003]以往研發(fā)的越浪型波能發(fā)電裝置，對潮位變化適應(yīng)性很差，這將嚴(yán)重影響對水位變化極為敏感的工作水頭，導(dǎo)致裝置有效工作時間短，整體工作效率與時均發(fā)電出力水平都處于比較低的水平。大多越浪型波能裝置的發(fā)電水頭保持主要依靠入射波越浪量超過裝置額定出流量，該類蓄水方式對入射波條件要求較高。由于入射波的隨機性與不規(guī)則性，導(dǎo)致上述水頭保持模式僅在大浪條件下工作性能較好，因此在歐洲波浪能流密度較高的區(qū)域應(yīng)用較多，但在我國波浪能周期短、波高小的情況下整體利用率較低。
[0004]申請?zhí)?01010575362.5發(fā)明專利公開了一種越浪式波浪發(fā)電裝置，其采用單層結(jié)構(gòu)設(shè)計，對潮位變化適應(yīng)性很差，對入射波條件要求較高，發(fā)電效率較低。而且其屬于漂浮式波浪發(fā)電裝置，一般安置于深水區(qū)，生存環(huán)境極端惡劣，極易發(fā)生破壞，環(huán)境適應(yīng)性較低，安裝布放與回收均較困難。
實用新型內(nèi)容
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出了一種對潮位變化適應(yīng)性強，波能轉(zhuǎn)換率高的分層越浪式波能發(fā)電裝置。
[0006]本實用新型的技術(shù)方案是:一種分層越浪式波能發(fā)電裝置，包括蓄能機構(gòu)、自啟閉機構(gòu)、水力發(fā)電機構(gòu)和工作平臺；其中:
[0007]所述蓄能機構(gòu)為分層式結(jié)構(gòu)，包括上下兩層半圓臺型中空蓄水池，分別為上蓄水池和下蓄水池；上蓄水池頂部設(shè)有入水口 A，上下蓄水池之間設(shè)有半環(huán)形空隙，為下蓄水池的入水口 B，下蓄水池的底部設(shè)有出水口 B ；
[0008]所述自啟閉機構(gòu)，包括驅(qū)動電機、螺旋升降器、蓋板、管道A和控制器；管道A兩端分別固接蓋板A和用于閉合出水口 B的蓋板B，蓋板A上設(shè)有與管道A連通的出水口 A，出水口 A上設(shè)有蓋板C，管道A位于上下蓄水池之間。所述螺旋升降器包括螺旋升降器A和螺旋升降器B，驅(qū)動電機通過聯(lián)軸器分別與螺旋升降器A和螺旋升降器B連接，螺旋升降器A的升降桿A與蓋板C連接，螺旋升降器B的升降桿B與蓋板A連接，控制器與驅(qū)動電機電連接;
[0009]所述水力發(fā)電機構(gòu)包括管道B、水輪機和發(fā)電機，管道B的上端連通出水口 B，下端引入所述波能發(fā)電裝置底部，管道B上端設(shè)有“Z”形彎道，下端設(shè)有“L”形彎道，“L”形彎道引入所述波能發(fā)電裝置后側(cè)，發(fā)電機安裝于所述工作平臺上，水輪機設(shè)于“L”形彎道的拐彎處，水輪機的輪軸與發(fā)電機的輸入軸連接；
[0010]所述工作平臺安裝于所述蓄能機構(gòu)的入水口 A上方。
[0011]所述蓄能機構(gòu)的上、下蓄水池外側(cè)面坡道上設(shè)有由導(dǎo)浪板均勻分割成的多個楔形坡道。
[0012]所述楔形坡道坡度為2:3，適于波浪爬升與攀越。
[0013]所述導(dǎo)浪板為不規(guī)則四邊形，優(yōu)選不規(guī)則梯形。
[0014]所述上、下蓄水池內(nèi)分別設(shè)有內(nèi)驗潮井，所述波能發(fā)電裝置外側(cè)設(shè)有外驗潮井，內(nèi)、外驗潮井內(nèi)均設(shè)有水位感應(yīng)器，水位感應(yīng)器與所述自啟閉機構(gòu)的控制器電連接。
[0015]所述自啟閉機構(gòu)的驅(qū)動電機、螺旋升降器A和螺旋升降器B的機頭均安裝于所述工作平臺上，螺旋升降器A的升降桿A穿過工作平臺與蓋板C連接，螺旋升降器B的升降桿B穿過工作平臺與蓋板A連接。
[0016]所述螺旋升降器B207數(shù)量為2個，對稱設(shè)置于聯(lián)軸器的左右兩側(cè)。
[0017]所述水力發(fā)電機構(gòu)還包括與所述發(fā)電機電連接的蓄電池組，所述蓄電池組位于所述工作平臺上。
[0018]所述水輪機為軸流式水輪機。
[0019]本實用新型所述分層越浪式波能發(fā)電裝置還包括支撐機構(gòu)，所述支撐機構(gòu)包括底座和樁柱，底座固定于基巖上，樁柱均布在底座上，一端連接底座，另一端連接蓄能機構(gòu)的下蓄水池底部。
[0020]所述工作平臺通過支撐件與上蓄水池固定連接。工作平臺外部設(shè)有用于保護工作平臺上部件的保護罩。
[0021]所述蓄能機構(gòu)，因其外側(cè)為斜坡設(shè)計，可與防波堤及護岸工程相結(jié)合?？梢栽O(shè)置于防坡堤的堤頭燈塔處，一方面可以變防波堤的被動消能為越浪型裝置的主動吸能，對防波堤而言可減輕海工建筑的波浪荷載，增加可靠性。此外，波能裝置可直接為堤頭處燈塔提供電力支持，實現(xiàn)真正的全天候綠色供電。
[0022]所述導(dǎo)浪板不但可以防止波浪爬升過程中往兩側(cè)滑落，以盡可能多的捕獲波浪能，而且有利于波浪爬升過程中增加波高。研究發(fā)現(xiàn):未設(shè)置導(dǎo)流葉片的裝置基本只有正向有波浪越入蓄水池中，波浪沿坡道爬高后往兩側(cè)滑落的現(xiàn)象較嚴(yán)重，且每次越入蓄水池中的水體并不多，灌滿整個蓄水池需要較長的時間，波浪在爬升過程中易破碎，能量的損耗較大。采用導(dǎo)浪板可有效提高正向波浪的越浪量(增加20?30%)，降低側(cè)面坡道回流并減輕后部波能集中現(xiàn)象。
[0023]所述自啟閉機構(gòu)連通所述蓄能機構(gòu)的上、下蓄水池，當(dāng)自啟閉機構(gòu)全部關(guān)閉時，上、下蓄水池全部進入蓄水狀態(tài)。當(dāng)上層蓄水池需要放水發(fā)電時，蓋板B依靠螺旋升降器打開(延時關(guān)閉)，上蓄水池通過管道A與管道B連通，實現(xiàn)上蓄水池放水，此時下蓄水池處于(接近)淹沒狀態(tài)，上下蓄水池之間無直接通路，上蓄水池蓄水不會通過下蓄水池返回大海。當(dāng)下蓄水池需要放水發(fā)電時，蓋板B、蓋板A和管道A共同由螺旋升降器帶動上提(延時關(guān)閉)，下蓄水池出水口 B與管道B連通，實現(xiàn)下蓄水池放水發(fā)電。此時，上蓄水池同樣不與下蓄水池連通，從而實現(xiàn)了上、下兩層蓄水池各自獨立蓄水，但共用管道B出水的設(shè)想。自啟閉機構(gòu)保證每次水體回流沖擊帶動水輪機均在額定工作水頭條件下進行，將有效提高裝置的發(fā)電出力水平、能量轉(zhuǎn)換效率。
[0024]所述水力發(fā)電機構(gòu)的“Z”形彎道主要是為了避免與自啟閉機構(gòu)沖突，并將發(fā)電機安裝于波能發(fā)電裝置上部?！癓”形彎道的設(shè)計并引至波能發(fā)電裝置底部后側(cè)，其目的是為了避免波浪海流等造成的反向回流，影響水輪機的工作狀態(tài)。
[0025]所述支撐機構(gòu)為混凝土配重塊預(yù)埋樁柱結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)整體性好，穩(wěn)定性高，并且方便工作人員駕船靠泊，易于維護檢修。相較于“L”型沉箱結(jié)構(gòu)，其可以適用于水深較深的區(qū)域，不長期占用岸線資源，不消耗一次性能源，無廢氣、噪聲及粉塵，對環(huán)境不造成破壞。
[0026]本實用新型的有益效果在于:本實用新型提供的分層越浪式蓄能機構(gòu)對應(yīng)不同設(shè)計水位與入射波況，保證了波能裝置對潮位變換的自主適應(yīng)，提高了裝置的能量轉(zhuǎn)換總量，單位時間發(fā)電量將明顯提高；而本實用新型提供的自啟閉機構(gòu)，控制蓄水池僅在滿載時出水沖擊水輪機，雖然采用間歇式發(fā)電模式，但每次發(fā)電水頭均能保持在理想條件下運行，極大的提高了發(fā)電效率。本實用新型提供的分層越浪式蓄能機構(gòu)不僅可以固定于岸邊，也可以用于深海區(qū)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本實用新型的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3是本實用新型中圖1的剖面示意圖；
[0030]圖4是本實用新型中自啟閉機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5是本實用新型中工作平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖6是本實用新型中高水位時工作狀態(tài)示意圖；
[0033]圖7是本實用新型中低水位時工作狀態(tài)示意圖。
[0034]其中，101上蓄水池，102下蓄水池，103入水口 A，104入水口 B，105出水口 B，106導(dǎo)浪板，107楔形坡道，108內(nèi)驗潮井，109外驗潮井，110出水口 A ;201驅(qū)動電機，202管道A，203蓋板A，204蓋板B，205蓋板C，206螺旋升降器A，207螺旋升降器B，208聯(lián)軸器，209升降桿A，210升降桿B ;301管道B，302水輪機，303發(fā)電機，304 “Z”形彎道，305 “L”形彎道，306蓄電池組；401工作平臺，402支撐件；501樁柱，502底座。
【具體實施方式】
[0035]以下結(jié)合附圖和實施例具體說明本實用新型。
[0036]實施例1:
[0037]如圖1所示，本實用新型包括蓄能機構(gòu)、自啟閉機構(gòu)、水力發(fā)電機構(gòu)和工作平臺401。
[0038]如圖1-2、6_7所示，蓄能機構(gòu)為分層式結(jié)構(gòu)，包括上下兩層半圓臺型中空蓄水池，分別為上蓄水池101和下蓄水池102 ;上蓄水池101頂部設(shè)有入水口 A103，上、下蓄水池之間設(shè)有半環(huán)形空隙，為下蓄水池102的入水口 B104，下蓄水池102的底部設(shè)有出水口 B105。
[0039]如圖2、4_6所示，自啟閉機構(gòu)，包括驅(qū)動電機201、螺旋升降器、蓋板和管道A202 ；管道A202兩端分別固接蓋板A203和用于閉合出水口 B105的蓋板B204，蓋板A203上設(shè)有與管道A202連通的出水口 Al 10，出水口 AllO上設(shè)有蓋板C205，管道A202位于上、下蓄水池之間。螺旋升降器包括螺旋升降器A206和螺旋升降器B207，驅(qū)動電機201通過聯(lián)軸器208分別與螺旋升降器A206和螺旋升降器B207連接，螺旋升降器A206的升降桿A209與蓋板C205連接，螺旋升降器B207的升降桿B210與蓋板A203連接，控制器與驅(qū)動電機201電連接。
[0040]如圖3所示，水力發(fā)電機構(gòu)包括管道B301、水輪機302和發(fā)電機303，管道B301的上端連通出水口 B105，下端引入波能發(fā)電裝置底部，管道B301上端設(shè)有“Z”形彎道304，下端設(shè)有“L”形彎道305，“L”形彎道305引入波能發(fā)電裝置后側(cè)，發(fā)電機303安裝于工作平臺401上，水輪機302設(shè)于“L”形彎道305的拐彎處，水輪機302的輪軸與發(fā)電機303的輸入軸連接。
[0041]如圖1所示，工作平臺401安裝于蓄能機構(gòu)的入水口 A103上方。
[0042]實施例2:
[0043]除以下區(qū)別外，其他同實施例1。
[0044]如圖1-2所示，蓄能機構(gòu)的上、下蓄水池外側(cè)面坡道上設(shè)有由導(dǎo)浪板106均勻分割成的多個楔形坡道107。楔形坡道107坡度為2:3，適于波浪爬升與攀越。導(dǎo)浪板106為不規(guī)則四邊形，優(yōu)選不規(guī)則梯形。上、下蓄水池內(nèi)分別設(shè)有內(nèi)驗潮井108，波能發(fā)電裝置外側(cè)設(shè)有外驗潮井109，內(nèi)、外驗潮井內(nèi)均設(shè)有水位感應(yīng)器，水位感應(yīng)器與所述自啟閉機構(gòu)的控制器電連接。
[0045]如圖4-5所示，自啟閉機構(gòu)的驅(qū)動電機201、螺旋升降器A206和螺旋升降器B207的機頭均安裝于工作平臺401上，螺旋升降器A206的升降桿A209穿過工作平臺401與蓋板C205連接，螺旋升降器B207的升降桿B210穿過工作平臺401與蓋板A203連接。螺旋升降器B207數(shù)量為2個，對稱設(shè)置于聯(lián)軸器的左右兩側(cè)。
[0046]實施例3:
[0047]除以下區(qū)別外，其他同實施例1和2。
[0048]如圖5所示，水力發(fā)電機構(gòu)包括與發(fā)電機303電連接的蓄電池組306，蓄電池組306位于工作平臺401上。水輪機為軸流式水輪機。
[0049]實施例4:
[0050]除以下區(qū)別外，其他同實施例1-3。
[0051]如圖1所示，本實用新型還包括支撐機構(gòu)，所述支撐機構(gòu)包括底座502和樁柱501，底座502固定于基巖上，樁柱501均布在底座502上，一端連接底座502，另一端連接蓄能機構(gòu)的下蓄水池102底部。
[0052]實施例5:
[0053]除以下區(qū)別外，其他同實施例1-4。
[0054]工作平臺401通過支撐件402與上蓄水池101固定連接。工作平臺401外部設(shè)有用于保護工作平臺401上部件的保護罩。
[0055]本實用新型的工作過程如下:
[0056]如圖1-7所示:
[0057]低水位條件下，海水沿楔形坡道107從下蓄水池102入水口 B104進入下蓄水池102，當(dāng)水位感應(yīng)器監(jiān)測內(nèi)、外驗潮井檢測水位差達(dá)到規(guī)定閾值時，控制器控制驅(qū)動電機201啟動，驅(qū)動電機201驅(qū)動螺旋升降器A206和螺旋升降器B207工作，同時帶動蓋板C205和蓋板B204上升，蓋板B204帶動管道A202和蓋板A203隨之上升，下蓄水池102出水至管道B301沖擊水輪機302，水輪機302帶動發(fā)電機303發(fā)電。
[0058]高水位條件下，海水沿楔形坡道107分別從上蓄水池101入水口 A103進入上蓄水池101，從入水口 B104進入下蓄水池102，當(dāng)水位感應(yīng)器監(jiān)測到內(nèi)、外驗潮井檢測水位差達(dá)到規(guī)定閾值時，控制器控制驅(qū)動電機201啟動，驅(qū)動電機201驅(qū)動螺旋升降器A206工作，帶動蓋板C205上升，上蓄水池101出水經(jīng)管道A202和管道B301沖擊水輪機302，水輪機302帶動發(fā)電機303發(fā)電。當(dāng)水位感應(yīng)器監(jiān)測到僅下蓄水池102滿載后，控制器控制驅(qū)動電機201驅(qū)動螺旋升降器A206和螺旋升降器B207工作，同時帶動蓋板C205和蓋板B204上升，蓋板B204帶動管道A202和蓋板A203隨之上升，下蓄水池102出水至管道B301沖擊水輪機302，水輪機302帶動發(fā)電機303發(fā)電。
【權(quán)利要求】
1.一種分層越浪式波能發(fā)電裝置，其特征在于:包括蓄能機構(gòu)、自啟閉機構(gòu)、水力發(fā)電機構(gòu)和工作平臺(401);其中: 所述蓄能機構(gòu)為分層式結(jié)構(gòu)，包括上下兩層半圓臺型中空蓄水池，分別為上蓄水池(101)和下蓄水池(102);上蓄水池(101)頂部設(shè)有入水口 A (103)，上、下蓄水池之間設(shè)有半環(huán)形空隙，為下蓄水池(102)的入水口 B (104)，下蓄水池(102)的底部設(shè)有出水口 B(105)； 所述自啟閉機構(gòu)，包括驅(qū)動電機(201)、螺旋升降器、蓋板、管道A (202)和控制器；管道A (202)兩端分別固接蓋板A (203)和用于閉合出水口 B (105)的蓋板B (204)，蓋板A(203)上設(shè)有與管道A (202)連通的出水口 A (110)，出水口 A (110)上設(shè)有蓋板C (205)，管道A (202)位于上、下蓄水池之間；所述螺旋升降器包括螺旋升降器A (206)和螺旋升降器B (207)，驅(qū)動電機(201)通過聯(lián)軸器(208)分別與螺旋升降器A (206)和螺旋升降器B (207)連接，螺旋升降器A (206)的升降桿A (209)與蓋板C (205)連接，螺旋升降器B(207)的升降桿B (210)與蓋板A (203)連接，控制器與驅(qū)動電機(201)電連接； 所述水力發(fā)電機構(gòu)包括管道B (301)、水輪機(302)和發(fā)電機(303)，管道B (301)的上端連通出水口 B (105)，下端引入所述波能發(fā)電裝置底部，管道B (301)上端設(shè)有“Z”形彎道(304)，下端設(shè)有“L”形彎道(305)，“L”形彎道(305)引入所述波能發(fā)電裝置后側(cè)，發(fā)電機(303)安裝于所述工作平臺(401)上，水輪機(302)設(shè)于“L”形彎道(306)的拐彎處，水輪機(302)的輪軸與發(fā)電機(303)的輸入軸連接； 所述工作平臺(401)安裝于所述蓄能機構(gòu)的入水口 A (103)上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分層越浪式波能發(fā)電裝置，其特征在于，所述蓄能機構(gòu)的上、下蓄水池外側(cè)面坡 道上設(shè)有由導(dǎo)浪板(106)均勻分割成的多個楔形坡道(107)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分層越浪式波能發(fā)電裝置，其特征在于，所述導(dǎo)浪板(106)為不規(guī)則四邊形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分層越浪式波能發(fā)電裝置，其特征在于，所述上、下蓄水池內(nèi)分別設(shè)有內(nèi)驗潮井(108)，所述波能發(fā)電裝置外側(cè)設(shè)有外驗潮井(109)，內(nèi)、外驗潮井內(nèi)均設(shè)有水位感應(yīng)器，水位感應(yīng)器與所述自啟閉機構(gòu)的控制器電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分層越浪式波能發(fā)電裝置，其特征在于，所述自啟閉機構(gòu)的驅(qū)動電機(201)、螺旋升降器A (206)和螺旋升降器B (207)的機頭均安裝于所述工作平臺(401)上，螺旋升降器A (206)的升降桿A (209)穿過工作平臺(401)與蓋板C (205)連接，螺旋升降器B (207)的升降桿B (210)穿過工作平臺(401)與蓋板A (203)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的分層越浪式波能發(fā)電裝置，其特征在于，所述螺旋升降器B (207)數(shù)量為2個，對稱設(shè)置于聯(lián)軸器(208)的左右兩側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分層越浪式波能發(fā)電裝置，其特征在于，所述水力發(fā)電機構(gòu)包括與所述發(fā)電機(303 )電連接的蓄電池組(306 )，所述蓄電池組(306 )位于所述工作平臺(401)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的分層越浪式波能發(fā)電裝置，其特征在于，所述水輪機(302)為軸流式水輪機。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分層越浪式波能發(fā)電裝置，其特征在于，所述分層越浪式波能發(fā)電裝置包括支撐機構(gòu)，所述支撐機構(gòu)包括底座(502)和樁柱(501)，底座(502)固定于基巖上，樁柱(501)均布在底座(502)上，一端連接底座(502)，另一端連接蓄能機構(gòu)的下蓄水池(102)底部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分層越浪式波能發(fā)電裝置，其特征在于，所述工作平臺(401)通過支撐件(402)與上蓄水池(101)固定連接，工作平臺(401)外部設(shè)有用于保護工作平臺(401)上部件 的保護罩。
【文檔編號】F03B13/06GK203809203SQ201320741000
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】劉臻, 史宏達(dá), 趙環(huán)宇, 王東, 呂小龍, 李彥平, 曲娜, 宋京暉 申請人:中國海洋大學(xué)