一种用于海浪发电的海浪能转化装置及浮台的制作方法

1.本发明涉及开发利用海浪能领域，尤其涉及一种用于海浪发电的海浪能转化装置，以及一种用于海浪发电的浮台。


背景技术：

2.海浪能是一种清洁环保的新能源，具有可再生、可持续、全天候等优点，而且我国海洋面积大，蕴含大量的海浪能资源，开发利用海浪能有利于减少火力发电，减少空气污染，而且相对于核能发电，安全性更高，投资建设成本更低。
3.现有的海浪能发电装置，包括发电平台和浮筒，平台的中心处设有竖直向下的固定柱，平台的下方设有浮筒，浮筒套接在固定柱上，浮筒上连接有液压缸，平台上设有发电机和液压马达，液压缸与液压马达之间连接有油管，随着海浪的起伏，浮筒也相应沿固定柱上下移动，同时带动液压缸运动，液压缸产生的液压能传送至液压马达，液压马达的转轴旋转并通过传动组件传送至发电机内，从而完成由海浪能到电能的转化过程；但是在能量的转化过程中，浮筒的上下运动、液压缸的运动以及液压马达的转动都会产生能量的损耗，油管、液压缸以及液压马达也会存在漏油情况，不但油液会污染海水，而且能量也会相应损耗，甚至使发电装置无法运行，海浪能利用率低，无法将海浪能充分转化为电能，可靠性低，整体结构复杂，制造成本高，不利于推广使用。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种用于海浪发电的海浪能转化装置；
5.本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种用于海浪发电的浮台；
6.本发明的海浪能转化装置和浮台，能够减少能量损耗，从而提高海浪能的利用率和转化率，有利于增加发电量。
7.解决上述第一个技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
8.一种用于海浪发电的海浪能转化装置，包括筒体，筒体的外部安装有使其漂浮于水面之上且保持平衡的浮力架，筒体的底部设有用于调节海浪能转化装置重心的配重块，其特征在于，所述筒体包括由上往下设置的进水段和出水段；
9.所述进水段的周面上分布有多个第一进水孔，每个第一进水孔内安装有朝筒体内侧单向开启的进水阀，进水段的底部设有环状挡板；
10.所述出水段内设有导流管，导流管上端口与出水段顶部环壁口之间的间隔通过所述环状挡板封闭，所述导流管的上端口与所述环状挡板的内环口对接且与进水段的内腔连通，导流管的下端口安装有转动水轮，出水段的底部通过导流罩封闭，所述水轮位于所述导流罩内，导流管、水轮、导流罩、出水段之间形成相互连通的水流出水通道；所述出水段的周面上分布有多个第一出水孔，每一个第一出水孔内安装有朝筒体外侧单向开启的排水阀；
11.当海浪的波峰经过时，进水段上的进水阀开启，筒体进水；当海浪的波谷经过时，
进水阀关闭，排水阀开启，筒体排水；使得：海水通过进水段上的第一进水孔流入筒体内，经过导流管沿水流出水通道流动，并通过出水段上的第一出水孔流出筒体外，形成以进水排水过程均带动水轮转动,将海浪起伏产生的能量转化为用于驱动外置的发电机的动能。
12.在上述技术方案的基础上，本发明可以做如下改进：
13.进一步地，所述进水段与所述出水段之间设有过渡层，所述过渡层包括外环和同轴设置的内环，进水段和出水段通过所述外环连接，所述环状挡板的内环口和所述导流管通过所述过渡层的内环对接；
14.过渡层的外环与内环之间连接有等间隔布置的进水管，所述进水管的一端口开设在外环的周面上且作为第二进水孔，另一端口开设在内环的周面上且连通内环腔体，所述第二进水孔内安装有朝内环腔体单向开启的所述进水阀；
15.过渡层的外环、内环与各进水管之间的间隙为过渡层的排水通道，所述排水通道与所述水流出水通道相连通；外环的周面上开设有多个连通排水通道的第二出水孔，每一个第二出水孔对应设置在两相邻第二进水孔之间，所述第二出水孔内安装有朝过渡层外侧单向开启的所述排水阀。
16.进一步地，所述进水段和所述出水段的外壁均设有至少两个榫头，进水段和出水段上的榫头上下对齐且通过开有榫卯槽的连接杆相互连接。
17.进一步地，所述进水段、所述出水段和所述过渡层的外壁均设有至少两个榫头，进水段、出水段和过渡层上的榫头上下对齐且通过开有榫卯槽的连接杆相互连接。
18.进一步地，所述过渡层设有多个，多个过渡层轴向相接，且各过渡层的排水通道相互连通，形成过渡段。
19.进一步地，两相邻所述过渡层的第二进水孔和第二出水孔相互错位分布，同一个过渡层的两相邻第二进水孔之间的间距大于所述进水管的管径。
20.进一步地，所述导流管为由上往下直径逐渐缩小的锥形管。
21.进一步地，所述水轮通过转动环与所述导流管连接，水轮上设有用于与外置的发电机传动连接的传动轴。
22.进一步地，所述浮力架包括一个用于调节海浪能转化装置轴向平衡的环形浮筒和至少三个用于调节海浪能转化装置径向平衡的竖直浮筒，所述环形浮筒环设于所述筒体外且低于所述出水段，所述竖直浮筒均布设置在环形浮筒上，环形浮筒和竖直浮筒的浮力均可调。
23.进一步地，所述筒体的底部连接有配重架，所述配重架内安装所述配重块。
24.解决上述第二个技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
25.一种用于海浪发电的浮台，其特征在于，包括多个用于海浪发电的海浪能转化装置和平台，海浪能转化装置环形均布设置在所述平台的底部，各个海浪能转化装置之间通过连接杆相互连接固定，每个海浪能转化装置内的水轮固定连接有传动轴，平台上设有发电机，所述发电机与所述传动轴连接。
26.与现有技术相比，本发明技术具有以下优点：
27.(1)本发明的筒体包括进水段和出水段，进水段上分布有多个第一进水孔，出水段上分布有多个第一出水孔，出水段内设有导流管，导流管的下端口安装有转动水轮，海浪能转化装置的进水过程和排水过程均能形成内外对流，在海浪能转化装置内部产生水体流
动，水流能够驱动水轮转动，将海浪能转化为动能，该动能用于驱动外置的发电机发电，从而减少能量损耗，提高海浪能的利用率和转化率，有助于增加发电量，可靠性高，整体结构简单，制造成本低，有利于推广使用；
28.(2)本发明的筒体的进水段与出水段之间设有过渡层，过渡层上设有第二进水孔和第二出水孔，过渡层内设有排水通道，排水通道与水流出水通道相连通，使海浪能转化装置能够吸收起伏较小的海浪，同时形成内外对流，海浪能转化装置内部产生持续的水体流动，维持水轮持续转动，从而将海浪起伏较小时产生的能量转化为动能；
29.(3)本发明的过渡层设有多个，各过渡层轴向叠接形成过渡段，能够增加用于吸收起伏较小的海浪的范围，而且两相邻过渡层的第二进水孔和第二出水孔相互错位分布，海水从其中一个过渡层进入海浪能转化装置内，从另一个过渡层排出海浪能转化装置外，使海浪能转化装置能够自适应海浪的波长变化，从而更加全面吸收海浪能；
30.(4)本发明设有多个海浪能转化装置和平台，海浪能转化装置设置在平台的底部，各个海浪能转化装置的水轮上传动轴与平台上的发电机传动连接，将各海浪能转化装置转化海浪能后获得的动能集中用于发电，从而提高发电效率，而且能够向航行在附近的船舶停工临时停靠，并提供电力支持。
附图说明
31.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明
32.图1为实施例一的海浪能转化装置结构示意图；
33.图2为去除榫头后的进水段结构示意图；
34.图3为去除榫头后的出水段结构示意图；
35.图4为实施例一的筒体的半剖图；
36.图5为单向阀的结构示意图；
37.图6为实施例二的筒体的半剖图；
38.图7为去除榫头后的过渡层结构示意图；
39.图8为去除榫头后的过渡段结构示意图；
40.图9为实施例三的筒体的半剖图；
41.图10为实施例四的浮台结构示意图；
42.图11为实施例五的浮台结构示意图。
43.附图上的标记：1
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配重架、2
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配重块、3
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进水段、4
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出水段、5
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榫头、6
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连接杆、7
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第一进水孔、8
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环状挡板、9
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支撑架、10
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导流管、11
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转动环、12
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水轮、13
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导流罩、14
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水流出水通道、15
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第一出水孔、16
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环形浮筒、17
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竖直浮筒、18
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固定杆、19
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连接箍、20
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单向阀、21
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过渡层、21a
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外环、21b
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内环、21c
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进水管、22
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第二进水孔、23
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第二出水孔、24
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平台、25
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连接杆、26
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发电机。27
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传动轴、28
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直角箱、29
‑
长轴。
具体实施方式
44.实施例一
45.参见图1至图4，本实施例的一种用于海浪发电的海浪能转化装置，包括筒体，筒体为塑料材质做成的圆形筒体，筒体的外部安装有浮力架，浮力架使筒体漂浮于水面之上且
保持平衡，筒体的底部连接有配重架1，配重架1内安装配重块2，配重块2用于调节海浪能转化装置重心，避免海浪能转化装置产生大幅度的漂移和倾侧；筒体包括由上往下设置的进水段3和出水段4，进水段3和出水段4的外壁均设有四个均布设置的榫头5，进水段3和出水段4上的榫头5上下对齐且通过开有榫卯槽的连接杆6相互连接；进水段3的周面上分布有多个第一进水孔7，第一进水孔7沿进水段3的周面一圈一圈均匀分布，且上下对齐，尽可能在进水段3的周面上开设第一进水孔7，以增加进水量；每个第一进水孔7内安装有进水阀，进水阀仅能朝筒体的内侧单向开启，进水段3的底部一体成型有环状挡板8；出水段4内通过支撑架9架设有导流管10，导流管10的上端口与环状挡板8的内环口对接且与进水段3的内腔连通，导流管10的下端口通过转动环11连接有水轮12，水轮12可以选用现有的离心式水轮、螺旋桨式水轮或者二者结合型水轮；本实施例采用上部为离心式和下部为螺旋桨式结合的水轮，水轮12上部为中空腔体且中空腔体的周面上设有多块离心式叶片，水轮12下部设有螺旋桨式叶片，叶片之间为流通水道，水流通过时冲击叶片，从而推动水轮12转动；出水段4的底部通过半球形的导流罩13封闭，水轮12位于导流罩13内，导流管10、水轮12、导流罩13与出水段4之间形成相互连通的水流出水通道14，导流罩13利用其圆弧内表面将经过水轮12后的水流导流至该水流出水通道14内；出水段4的周面上分布有多个第一出水孔15，第一出水孔15沿出水段4的周面一圈一圈均匀分布，且上下对齐，尽可能在出水段3的周面上开设第一出水孔15，以增加出水流量；每个第一出水孔15内安装有排水阀，排水阀仅能朝筒体的外侧单向开启；导流管10的上端口与出水段3顶部环壁口之间的间隔通过环状挡板8封闭，环形挡板8有效阻隔进水段3直接与出水段4上的第一出水孔15连通。
46.当海浪的波峰经过时，筒体会没入海水中，筒体外侧压力大于内侧，进水阀开启，排水阀保持关闭，海水通过第一进水孔7进入进水段3内，并经过导流管10流入出水段4内；当海浪的波谷经过时，筒体的大部分会露出海面，筒体外侧压力小于内侧，进水阀关闭，排水阀开启，出水段4内的海水通过第一出水孔15向外排出，使海浪能转化装置形成内外对流；海浪能转化装置的进水过程和排水过程均能在其内部产生水体流动，水流能够驱动水轮12转动，从而将海浪起伏产生的能量转化为动能，再将动能通过设置在水轮上的传动轴传递至外置的发电机发电；因此，本实施例中的用于海浪发电的海浪能转化装置能够减少能量损耗，提高海浪能的利用率和转化率，有助于增加发电量，可靠性高，整体结构简单，制造成本低，有利于推广使用。
47.本实施例中的导流管10为由上往下直径逐渐缩小的锥形管，有利于汇聚水流，加速水体流动，从而提供水轮12的转速，提高能量的转化率。
48.本实施例中的浮力架包括一个环形浮筒16和四个竖直浮筒17，环形浮筒16用于调节海浪能转化装置的轴向平衡，保持海浪能转化装置漂浮于水面之上，环形浮筒环设于筒体外且低于出水段4，避免阻挡出水段4排水，环形浮筒16与筒体上的连接杆6之间连接有固定杆18；竖直浮筒17用于调节海浪能转化装置的径向平衡，减少海浪能转化装置产生径向摇摆，防止海浪能转化装置发生倾覆，竖直浮筒17通过连接箍19均布连接在环形浮筒16上；环形浮筒16和竖直浮筒17采用手动式浮力筒，通过改变筒内的空气量，即可改变浮力，为了方便调节浮力，也可以采用电动式浮力筒。
49.参见图5，本实施例中的进水阀和出水阀均为相同结构的单向阀20，单向阀20包括阀架和铰接在阀架上的阀门，阀门仅能朝阀架的一侧开合。
50.实施例二
51.当海浪的起伏范围较小且处于筒体的进水段3与出水段4的交界处时，只有靠近该交界处的第一进水孔7能够短暂进水、第一出水孔15能够短暂排水，在海浪能转化装置内短暂形成内外对流，因此，本实施例二采取如下实施方式对实施例一进一步改进。
52.参见图6和图7，本实施例二与实施例一的区别在于，筒体的进水段3与出水段4之间设有一个过渡层21，过渡层21包括外环21a和内环21b，内环21b同轴设置在外环21a内，进水段3和出水段4通过外环21a相互连接，环状挡板8的内环口和导流管10通过过渡层21的内环21b对接；过渡层的外环21a与内环21b之间连接有多条进水管21c，进水管21c环状等间隔布置，进水管21c的一端口开设在外环21a的周面上且作为第二进水孔22，另一端口开设在内环21b的周面上且连通内环21b腔体，第二进水孔22内安装有朝内环21b腔体单向开启的进水阀；过渡层21的外环21a、内环21b与各进水管21c之间的间隙为过渡层的排水通道，排水通道与出水段4的水流出水通道14相连通；外环21a的周面上开设有多个连通排水通道的第二出水孔23，每一个第二出水孔23对应设置在两相邻第二进水孔22之间，第二出水孔23内安装有朝过渡层21外侧单向开启的排水阀。
53.当海浪的波峰经过过渡层21时，筒体外侧压力大于内侧，进水阀开启，排水阀保持关闭，海水通过第二进水孔22进入过渡段21内，并经过导流管10流入出水段4后，沿水流出水通道14流入过渡段21内的排水通道；当海浪的波谷经过过渡段21时，筒体外侧压力小于内侧，进水阀关闭，排水阀开启，排水通道内的海水通过第二出水孔23向外排出，使海浪能转化装置形成内外对流，海浪能转化装置内部产生持续的水体流动，维持水轮12持续转动，从而将海浪起伏较小时产生的能量转化为动能。
54.本实施例中过渡层21的外壁也设有四个均布设置的榫头5，进水段3、出水段4和过渡层21上的榫头5上下对齐且通过连接杆6相互连接。
55.实施例三
56.参见图8和图9，本实施例三与实施例二的区别在于，本实施例中的过渡层21设有多个，各过渡层21轴向叠接形成过渡段，增加用于吸收起伏较小的海浪的范围。
57.当海浪的波长较短时，在同一水平面上会同时存在波峰和波谷，为了能够吸收该情况下的海浪能，两相邻过渡层21的第二进水孔22和第二出水孔23相互错位分布，同一个过渡层21的两相邻第二进水孔22之间的间距大于进水管21c的管径，使各过渡层21的排水通道相互连通；海水从其中一个过渡层21的第二进水孔22进入海浪能转化装置内，依次经过导流管10、水流出水通道14和排水通道后，从另一个过渡层21的第二出水孔23排出海浪能转化装置外，海浪的波长越短，用于进水的过渡层与用于排水的过渡层越靠近，从而使海浪能转化装置能够自适应的海浪波长变化，更加全面吸收海浪能。
58.本实施例中的过渡段可以采用一体成型制造而成，也可以采用分层制造而成。
59.实施例四
60.参见图10，本实施例的一种用于海浪发电的浮台，包括多个上述用于海浪发电的海浪能转化装置和平台24，海浪能转化装置环形均布设置在平台24的底部，各个海浪能转化装置之间通过连接杆25相互连接固定，平台24上设有一台发电机26，发电机26通过传动组件与固定连接在水轮12上的传动轴27传动连接，传动组件包括直角箱28和长轴29，传动轴27的顶端与直角箱28的输入端连接，长轴29的一端与直角箱28的输出端连接，另一端与
发电机26连接；随着海浪的起伏，在各个海浪能转化装置形成内外对流，各个海浪能转化装置内的水轮12相应转动，同时带动传动轴27驱动发电机26，从而将海浪能通过各个海浪能转化装置转化为动能，再将动能集中驱动发电机实现发电，因此，本实施例中用于海浪发电的浮台的发电效率高，抗风浪性能好，能够为航行在附近的船舶提供临时的停靠，向船舶提供电力，也可以根据科研需要，在浮台上建设相应的科研设备。
61.实施例五
62.参见图11，本实施例五与实施例四的区别在于，本实施例的平台24上设有多台发电机26，各台发电机26环形均布设置且与各个海浪能转化装置之间直接通过传动轴27一一对应传动连接，水轮12转动时，同时带动传动轴27直接驱动发电机26，简化了传动过程，有效缩短机械传动距离，减少能量损耗，各发电机26产生的电能通过电缆传递至设置在平台24上的储能设备，从而使整个浮台的发电效率更高。
63.本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。