筏式柔性結(jié)構(gòu)波能發(fā)電裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種筏式柔性結(jié)構(gòu)波能發(fā)電裝置，包括渦輪發(fā)電機、錨桿和由柔性材料制作的敞口式腔體，敞口式腔體的一端設(shè)有喇叭口狀的進水段，另一端設(shè)有渦輪發(fā)電機，敞口式腔體由自進水段至發(fā)電機安裝區(qū)之間依次貫通連接的筏式脈動形成區(qū)、膨脹波波能匯集區(qū)和波能轉(zhuǎn)換區(qū)構(gòu)成；膨脹波波能匯集區(qū)的橫截面是由大到小自筏式脈動形成區(qū)過渡至波能轉(zhuǎn)換區(qū)；發(fā)電機安裝區(qū)位于波能轉(zhuǎn)換區(qū)的尾部；水流的流動帶動渦輪發(fā)電機的葉片轉(zhuǎn)動，進而轉(zhuǎn)化為電能。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少，很大程度上提高了波能利用率，并且該裝置還可以布設(shè)在防波堤前方，一方面可以用來發(fā)電，另一方面也能起到消波的作用，大大緩解了防波堤的擋浪壓力。
【專利說明】
筏式柔性結(jié)構(gòu)波能發(fā)電裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及波浪發(fā)電裝置，特別涉及一種波浪能發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著陸上資源難以滿足人類社會發(fā)展的需要，世界各國均把海洋可再生能源作為解決能源短缺和應(yīng)對氣候變化的戰(zhàn)略資源。特別是進入到21世紀，面對煤、石油等化石性能源日益匱乏和減少環(huán)境污染、應(yīng)對氣候變化的巨大壓力下，國際社會對海洋可再生能源在未來能源領(lǐng)域的戰(zhàn)略地位己形成共識，海洋開發(fā)利用成為21世紀全球高新技術(shù)的重要內(nèi)容之一O
[0003]波浪能作為一種清潔的可再生能源，早在一個世紀前，人類就開始著手對它進行研究，但那時的波浪能研究主要集中在波能轉(zhuǎn)換裝置的實用新型上，真正實用的波能裝置很少。直至上世紀70年代中期，人們才開始認真地研究波浪能的實際利用技術(shù)。經(jīng)過長期研究，美國、丹麥、英國、日本等發(fā)達國家在波浪能研究技術(shù)上發(fā)展迅速，并取得突破，開展了規(guī)?；瘧?yīng)用示范試驗。中國也是世界上主要的波能研究開發(fā)國家之一。從80年代初開始主要對固定式和漂浮式振蕩水柱波能裝置以及擺式波能裝置等進行了研究。
[0004]波浪能吸收裝置雖然有了一定的發(fā)展，但是與其他形式的能源利用裝置相比較，例如風(fēng)能，尚處于不太成熟的狀態(tài)。目前，波浪能發(fā)電裝置通常采用的方式有以下幾種:1、將波浪能轉(zhuǎn)化為液壓能，推動與發(fā)電機相連接的渦輪機轉(zhuǎn)動，進而使發(fā)電機轉(zhuǎn)動發(fā)電。該結(jié)構(gòu)的波浪能發(fā)電裝置設(shè)計相對比較復(fù)雜、造價高和維護成本較高。2、將波浪能轉(zhuǎn)化為機械能，直接推動發(fā)電機轉(zhuǎn)動發(fā)電。這種方式從理論上講能力轉(zhuǎn)化級數(shù)較少，避免了多級轉(zhuǎn)化過程中的能量損失，但是其在應(yīng)付極端天氣情況時的可靠性差。3、將波浪能轉(zhuǎn)化為流動的壓縮空氣，進而發(fā)電，主要是采用在防波堤中通過增設(shè)與海水連通的空間結(jié)構(gòu)，隨著波浪的涌動形成水位的升降，進而推動發(fā)電機葉輪轉(zhuǎn)動，最終帶動發(fā)電機發(fā)電，使用過程中，水位振幅較低，其能量吸收的效率比較低。上述幾種波浪能發(fā)電裝置各有優(yōu)缺點，都存在改善發(fā)電裝置、提高發(fā)電效率的需求。因此，在現(xiàn)有波浪能發(fā)電技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，亟需一種波能吸收率高、成本低、長期運行可靠性高的波能發(fā)電裝置。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種筏式柔性膠囊波能發(fā)電裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、波浪能捕獲率較高，能量吸收的效率較高，制造成本和維護成本低、長期運行可靠。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出的一種筏式柔性結(jié)構(gòu)波能發(fā)電裝置，包括渦輪發(fā)電機、錨桿和由柔性材料制作的敞口式腔體，所述敞口式腔體的一端設(shè)有喇叭口狀的進水段，所述敞口式腔體與進水段之間設(shè)有止逆閥；所述進水段與所述錨桿固定，用以將所述敞口式腔體固定于水面之下;所述敞口式腔體的另一端設(shè)有發(fā)電機安裝區(qū)，所述發(fā)電機安裝部內(nèi)設(shè)有支架，所述渦輪發(fā)電機通過一固定支架固定在發(fā)電機安裝區(qū)；所述敞口式腔體由自進水段至發(fā)電機安裝區(qū)之間依次貫通連接的筏式脈動形成區(qū)、膨脹波波能匯集區(qū)和波能轉(zhuǎn)換區(qū)構(gòu)成;所述膨脹波波能匯集區(qū)的橫截面是由大到小自筏式脈動形成區(qū)過渡至波能轉(zhuǎn)換區(qū)；所述發(fā)電機安裝區(qū)位于所述波能轉(zhuǎn)換區(qū)的尾部;水流由喇叭口狀的進水段進入敞口式腔體，其中，所述筏式脈動形成區(qū)隨著外部波浪的波峰波谷的變換收縮或擴張形成脈動，使所述筏式脈動形成區(qū)內(nèi)的水體涌向膨脹波波能匯集區(qū)，膨脹波波能匯集區(qū)的膨脹波能量擠壓水體匯入波能轉(zhuǎn)換區(qū)，波能轉(zhuǎn)換區(qū)內(nèi)水體流動帶動渦輪發(fā)電機發(fā)電。
[0007]進一步講，本實用新型筏式柔性結(jié)構(gòu)波能發(fā)電裝置，其中，所述筏式脈動形成區(qū)由多個并排布置的敞口圓筒狀硅膠管組成。所述波能轉(zhuǎn)換區(qū)為一圓柱形通道，所述渦輪發(fā)電機固定于該圓柱形通道的中心軸上。所述錨桿的高度要滿足在低水位或高水位時，筏式柔性結(jié)構(gòu)波能發(fā)電裝置的整體位于水面以下，所述錨桿的剛度要滿足波浪的沖擊和柔性結(jié)構(gòu)運動所需要的承載力。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型筏式柔性結(jié)構(gòu)波能發(fā)電裝置中采用筏式柔性結(jié)構(gòu)(即由自進水段至發(fā)電機安裝區(qū)之間依次貫通連接的筏式脈動形成區(qū)、膨脹波波能匯集區(qū)和波能轉(zhuǎn)換區(qū)構(gòu)成的敞口式腔體)實現(xiàn)波能轉(zhuǎn)換，其概念新穎、設(shè)計簡單且極具創(chuàng)新性。其優(yōu)勢在于:
[0009](I)橡膠管膨脹波與管尾匯集波大大增加了波浪能量，即便在小波浪的條件下運tx，也會有很尚的效率；
[0010](2)采用直接的面式結(jié)構(gòu)，以攝取更多的波浪能量，解決了點式和線式波能吸收裝置捕獲波能不足的瓶頸；
[0011](3)設(shè)計簡單、經(jīng)久耐用保證了低廉的制造和維修成本；
[0012](4)將該筏式結(jié)構(gòu)布置在防波堤之前，波能轉(zhuǎn)換區(qū)置于防波提中，既能發(fā)電又能起到消波的作用，減輕了防波堤的負擔(dān)。
[0013]綜上，本實用新型筏式柔性結(jié)構(gòu)波能發(fā)電裝置是一種波能吸收率高、結(jié)構(gòu)簡單、制造成本和維護成本低、長期運行可靠的波浪能發(fā)電裝置。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型筏式柔性結(jié)構(gòu)波能發(fā)電裝置的主視圖；
[0015]圖中:1-錨桿，2-喇叭口，3-敞口式腔體，4-膨脹波波能匯集區(qū)，5-波能轉(zhuǎn)換區(qū)，6_渦輪發(fā)電機，7-支架，8-止逆閥，9-筏式脈動形成區(qū)。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型技術(shù)方案作進一步詳細描述，所描述的具體實施例僅對本實用新型進行解釋說明，并不用以限制本實用新型。
[0017]如圖1所示，本實用新型的一種筏式柔性結(jié)構(gòu)波能發(fā)電裝置，包括渦輪發(fā)電機6、錨桿I和由柔性材料制作的敞口式腔體3，所述敞口式腔體3的一端設(shè)有喇叭口狀的進水段2，所述敞口式腔體3與進水段2之間設(shè)有止逆閥8;所述進水段2與所述錨桿I固定，用以將所述敞口式腔體3固定于水面之下，同時，所述錨桿I的高度要滿足在低水位或高水位時，筏式柔性結(jié)構(gòu)波能發(fā)電裝置的整體位于水面以下，所述錨桿I的剛度要滿足波浪的沖擊和柔性結(jié)構(gòu)運動所需要的承載力。所述敞口式腔體3的另一端設(shè)有發(fā)電機安裝區(qū)，所述發(fā)電機安裝部內(nèi)設(shè)有支架7，所述渦輪發(fā)電機6通過一固定支架7固定在發(fā)電機安裝區(qū)。
[0018]所述敞口式腔體3由自進水段2至發(fā)電機安裝區(qū)之間依次貫通連接的筏式脈動形成區(qū)9、膨脹波波能匯集區(qū)4和波能轉(zhuǎn)換區(qū)5構(gòu)成，所述膨脹波波能匯集區(qū)4的橫截面是由大到小自筏式脈動形成區(qū)9過渡至波能轉(zhuǎn)換區(qū)5，所述膨脹波波能匯集區(qū)4的幾何形狀及大小根據(jù)所承受匯聚過來的膨脹波能量來確定，所述發(fā)電機安裝區(qū)位于所述波能轉(zhuǎn)換區(qū)5的尾部，所述波能轉(zhuǎn)換區(qū)5為一圓柱形通道，所述渦輪發(fā)電機6固定于該圓柱形通道的中心軸上。水流由喇叭口狀的進水段2進入敞口式腔體3，其中，所述筏式脈動形成區(qū)9隨著外部波浪的波峰波谷的變換收縮或擴張形成脈動，使所述筏式脈動形成區(qū)9內(nèi)的水體涌向膨脹波波能匯集區(qū)4，膨脹波波能匯集區(qū)4的膨脹波能量擠壓水體匯入波能轉(zhuǎn)換區(qū)5，波能轉(zhuǎn)換區(qū)5內(nèi)水體流動帶動渦輪發(fā)電機6發(fā)電。
[0019]實施例:
[0020]主要包括起固定作用的錨桿I，一排或幾排并列布置的彈性極強的硅膠管和其尾部的渦輪發(fā)電機6，硅膠管的兩端開敞，硅膠管的一端用于海水進入，錨桿I采用鋼柱，該鋼柱的高度應(yīng)保證無論是高水位還是低水位時可以保證筏式柔性結(jié)構(gòu)波能發(fā)電裝置的整體一直浸沒在水中，而固定在鋼柱上的喇叭口狀的進水段2，其作用主要是保證由多個并排布置的敞口圓筒狀硅膠管組成的筏式脈動形成區(qū)9的管口能正常進水，在喇叭口和各圓筒狀硅膠管之間設(shè)有止逆閥8以保證水流在這端只進不出；硅膠管的另一端布置渦輪發(fā)電機6，該端布置在防波堤內(nèi)側(cè)，一方面收集由首部傳來的膨脹波能量，另一方面還能起到消波的作用。
[0021]本實用新型中，由一排或幾排彈性極強的硅膠管組成的敞口式腔體3的筏式脈動形成區(qū)9具有很強的收縮性，形成懸浮在海中的面狀柔性皮筏，硅膠管管口是敞開的，管道的末端依次連接一段呈收口狀的膨脹波波能匯集區(qū)4和一個帶有渦輪發(fā)電機6的壓力總管(即呈一圓柱形通道的波能轉(zhuǎn)換區(qū)5)相連接。當(dāng)波浪傳播過來時，水體由喇叭口進入筏式脈動形成區(qū)9中，水體進入筏式脈動形成區(qū)9后會隨著外部波浪的波峰波谷的變換收縮或擴張形成脈動來傳輸水體，這樣每當(dāng)有海浪沿敞口式腔體3的長度方向通過時，彈性極強的“橡膠筏”(筏式脈動形成區(qū)9)就會隨之上下擺動，每一條橡膠管內(nèi)部就會各產(chǎn)生一股水流脈沖，從而迫使橡膠管的外壁在壓力較小的波谷處向外膨脹(而在壓力較大的波峰處向內(nèi)收縮)，形成沿其長度方向傳播的“膨脹波”，面迎海浪，每一個彈性極強的柔性膠管猶如人類循環(huán)系統(tǒng)脈搏運動相似隨著波浪運動而擺動發(fā)電。其工作原理是:將由天然乳膠或硅膠等高彈性材料制成的“橡皮後”以錨桿或鋼結(jié)構(gòu)形式固定在離岸一定水深中，該“橡皮後”的入水口處連接喇叭口，大大增加波浪作用時的進水量。這樣每當(dāng)有海浪沿其長度方向經(jīng)過時，彈性極強的“橡膠筏”就會隨之上下擺動，每一條橡膠管內(nèi)部就會各產(chǎn)生一股水流脈沖，隨著波浪幅度的加大，脈沖也會越來越強，所有膨脹波在到達管尾壓力總管的膨脹波波能匯集區(qū)4后進一步匯集，加聚能量傳輸至波能轉(zhuǎn)換區(qū)5尾部的渦輪發(fā)電機6中，水流的流動帶動渦輪發(fā)電機6的葉片轉(zhuǎn)動，進而轉(zhuǎn)化為電能由此實現(xiàn)發(fā)電。
[0022]本實用新型發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低;依靠硅膠管捕獲波能，能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少，很大程度上提高了波能利用率;硅膠結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可靠性強;硅膠管耐腐蝕性強，維護成本低;將本實用新型發(fā)電裝置還可以布設(shè)在防波堤前方，不僅能起到發(fā)電的作用，還能起到消波的作用，可以有效地緩解防波堤的擋浪壓力，減輕了防波堤的負擔(dān)。
[0023]最后應(yīng)說明的是:以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制;盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對其前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改和替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術(shù)方案的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種筏式柔性結(jié)構(gòu)波能發(fā)電裝置，包括渦輪發(fā)電機(6)，其特征在于，該波能發(fā)電裝置還包括錨桿(I)和由柔性材料制作的敞口式腔體(3)，所述敞口式腔體(3)的一端設(shè)有喇叭口狀的進水段(2)，所述敞口式腔體(3)與進水段(2)之間設(shè)有止逆閥(8);所述進水段(2)與所述錨桿(I)固定，用以將所述敞口式腔體(3)固定于水面之下;所述敞口式腔體(3)的另一端設(shè)有發(fā)電機安裝區(qū)，所述發(fā)電機安裝部內(nèi)設(shè)有支架(7)，所述渦輪發(fā)電機(6)通過一固定支架(7)固定在發(fā)電機安裝區(qū)； 所述敞口式腔體(3)由自進水段(2)至發(fā)電機安裝區(qū)之間依次貫通連接的筏式脈動形成區(qū)(9)、膨脹波波能匯集區(qū)(4)和波能轉(zhuǎn)換區(qū)(5)構(gòu)成;所述膨脹波波能匯集區(qū)(4)的橫截面是由大到小自筏式脈動形成區(qū)(9)過渡至波能轉(zhuǎn)換區(qū)(5);所述發(fā)電機安裝區(qū)位于所述波能轉(zhuǎn)換區(qū)(5)的尾部;水流由喇叭口狀的進水段(2)進入敞口式腔體(3)，其中，所述筏式脈動形成區(qū)(9)隨著外部波浪的波峰波谷的變換收縮或擴張形成脈動，使所述筏式脈動形成區(qū)(9)內(nèi)的水體涌向膨脹波波能匯集區(qū)(4)，膨脹波波能匯集區(qū)(4)的膨脹波能量擠壓水體匯入波能轉(zhuǎn)換區(qū)(5)，波能轉(zhuǎn)換區(qū)(5)內(nèi)水體流動帶動渦輪發(fā)電機(6)發(fā)電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述筏式柔性結(jié)構(gòu)波能發(fā)電裝置，其特征在于:所述筏式脈動形成區(qū)(9)由多個并排布置的敞口圓筒狀硅膠管組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述筏式柔性結(jié)構(gòu)波能發(fā)電裝置，其特征在于:所述波能轉(zhuǎn)換區(qū)(5)為一圓柱形通道，所述渦輪發(fā)電機(6)固定于該圓柱形通道的中心軸上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述筏式柔性結(jié)構(gòu)波能發(fā)電裝置，其特征在于:所述錨桿(I)的高度要滿足在低水位或高水位時，筏式柔性結(jié)構(gòu)波能發(fā)電裝置的整體位于水面以下，所述錨桿(I)的剛度要滿足波浪的沖擊和柔性結(jié)構(gòu)運動所需要的承載力。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述筏式柔性結(jié)構(gòu)波能發(fā)電裝置，其特征在于:所述膨脹波波能匯集區(qū)(4)的幾何形狀及大小根據(jù)所承受匯聚過來的膨脹波能量來確定。
【文檔編號】F03B3/18GK205423053SQ201520885812
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年11月9日
【發(fā)明人】白志剛, 楊武, 余海濤, 戴磊
【申請人】天津大學(xué)