摆式波浪能发电机组的制作方法

1.发电机、波浪能利用、新能源、节能减排、海洋经济。


背景技术：

2.波浪能在海洋中蕴藏丰富，而海岸线附近城市人口密集，这也就为开发利用波浪能找到了一个庞大的市场。目前，波浪能的开发利用研究普遍着眼于发电，与本发明申请关系比较密切的波浪能发电装置有摆式波浪能发电装置，形式多样，但多为利用液压驱动液压泵发电。


技术实现要素：

3.本发明针对波浪能的开发利用，提出了摆式波浪能发电机组的解决方案。
4.摆式波浪能发电机组包括发电机和摆式波浪能驱动系统，发电机将机械能转化为电能，机械能由波浪运动推动波摆产生，波摆作为原动件，驱动活塞泵或叶片泵压缩空气，而后由压缩空气冲击涡轮带动发电机工作。为了使摆式波浪能发电机组能稳定、高效地进行高功率输出，采用人造大气环境取代开放的大气环境，并设置高压空气储罐来储存一定量的压缩空气以减轻由于海况变化而引起的系统输出有用功的大幅波动，人造大气环境为低压空气储罐，内部储存一定压力的压缩空气，收缩管、低压空气储罐、活塞泵(或叶片泵)、高压空气储罐和气路控制系统一起组成一个封闭系统，工质(作为驱动涡轮的流动空气)在活塞泵(或叶片泵)的驱动下循环流动并驱动涡轮做有用功。
附图说明
5.图1所示为摆式波浪能发电机组的基本结构原理图，波摆在波浪的作用下摆动，从而驱动活塞在活塞泵中作往复运动，不断从大气中吸入空气，压缩后冲击涡轮使其旋转做有用功，常用的涡轮有对称翼式涡轮和冲动式涡轮。图中标号2-2为涡轮，标号2-3为收缩管。图1所示方案加装了制动轮2-11，以和制动装置相匹配，制动装置可采用钳式制动器、带式制动器或其它类型的制动器。图1中利用单向阀组合设计控制空气流向，通过合理设计流道，控制进出涡轮的气体压力可以使涡轮持续稳定高效运转。图1中的单向阀也可以改用远程控制阀，通过压力传感器实时监测的压力数据进行闭环自动控制，常见的远程控制阀类型有电动、液动、气动和电液动等，如电动球阀、电磁阀等。收缩管的形状、活塞泵的流量和气路控制系统应根据具体应用位置的海况统计数据进行流场分析后合理设计，以取得最佳效果。
6.图2所示摆式波浪能发电机组的摆式波浪能驱动系统2使用了变速箱，其目的主要是为了使发电机处于最佳转速范围内。摆式波浪能发电机组的摆式波浪能驱动系统2也可以不使用变速箱，或使用增速器，或使用带传动或链传动，但实际海况多变，使用变速箱是最可靠有效的。变速箱内可集成制动装置，制动装置可以置于摆式波浪能驱动系统低速轴或高速轴2-1上，或置于其它中间轴上，制动装置可采用钳式制动器、带式制动器或其它类
型的制动器。
7.图3所示方案为对图1中所示的摆式波浪能驱动系统的一种改进，用人造大气环境取代开放的大气环境。图3中人造大气环境为低压空气储罐，内部储存一定压力的压缩空气，并增设了高压空气储罐，收缩管2-3、低压空气储罐、活塞泵、高压空气储罐和气路控制系统一起组成一个封闭系统，工质(作为驱动涡轮的流动空气)在活塞泵的驱动下循环流动并驱动涡轮做有用功。人造大气环境便于整个系统的压力控制，从而使摆式波浪能发电机组能稳定、高效地进行高功率输出。摆式波浪能发电机组的各种结构类型都可以采用人造大气环境。
8.图4、5、6、7所示为摆式波浪能驱动系统的又一种改进方案。图4所示方案的原理同图3所示方案，只是其涡轮2-2采用汽轮机(汽轮机为现在电厂发电用的设备，以高温高压蒸汽驱动，但此处改用压缩空气驱动，因此也可改名为气轮机，毕竟两种应用的工况有所不同)。图5所示方案为采用多个气轮机和收缩管2-3的一种并联方案示意图，其为多效并联，空气压力逐级变化。图6所示方案与图5所示方案相比，其使用了多个活塞泵，也为多效并联方案。图7所示方案为采用多个气轮机和收缩管2-3的一种串联方案示意图，其为多效串联，空气压力逐级变化。图4、5、6、7中的单向阀也可以改用远程控制阀，通过压力传感器实时监测的压力数据进行闭环自动控制，常见的远程控制阀类型有电动、液动、气动和电液动等，如电动球阀、电磁阀等。
9.图8所示为摆式波浪能驱动系统的一种简易改进方案，用内部储存有压缩空气的压缩空气储罐制造的人造大气环境取代开放的大气环境，压缩空气储罐和收缩管2-3之间连结在一起，波摆驱动活塞泵压缩形成的高压空气流经涡轮2-2后直接进入压缩空气储罐，同时活塞泵从压缩空气储罐吸入低压空气。
10.图9、10、11、12、13、14所示为摆式波浪能驱动系统的波摆和活塞泵匹配应用的几种基本方案示意图，由波摆作为原动件，驱动活塞泵压缩空气。图9、10所示方案的铰链点位置有所区别，此两种方案可将活塞泵置于水面上，减轻腐蚀，而波摆插入水中。图11所示方案与图10所示方案的区别是将波摆固定在水底，活塞泵也在水底。图12所示方案是将波摆置于水面，波浪起伏驱动原动件波摆，活塞泵可以置于水面下或水面上。图13所示方案将活塞泵固定在水中，波摆的上部为巨大的浮子漂在水面，随波而动，驱动活塞泵。图14所示方案为一个波摆驱动两个活塞泵的示意图，波摆与活塞泵的组合设计可根据具体应用工况而灵活设计。
11.图15所示为摆式波浪能驱动系统采用波摆和叶片泵匹配的示意图，叶片泵的作用和活塞泵类似，叶片泵是旋转往复压缩空气，而活塞泵是线性往复压缩空气，各有优缺点。
具体实施方式
12.摆式波浪能发电机组所包含的各组成零部件，现代工业制造技术均可加工制造。磁块、轴承、发电机等均可由专业厂商配套生产，其它零部件机加工、模具成形、焊接即可。
13.摆式波浪能发电机组要想成功应用，必须具备以下几个条件：(1)功率标定——建立完备的测试台架，以完成系列化产品的标定。(2)动平衡检测——旋转部件必须达到相关标准规定的动平衡要求，以达到必要的安全可靠性。(3)控制——摆式波浪能发电机组为便于使用，其控制系统可设计为闭环控制或开环控制，闭环控制系统便于远程自动控制。(4)
产品设计——要根据具体应用地区的海况作针对性设计。
14.摆式波浪能发电机组的使用方案有以下几种：(1)基于大陆海岸线，与防波堤一起规划设计。(2)基于海岛岸线，与海岛防波堤一起规划设计。(3)基于石油钻井平台规划设计。(4)独立设计，固定或系泊于海水中。(5)与船舶组合设计，形成可移动式摆式波浪能发电机组。


技术特征：
1.摆式波浪能发电机组的技术方案——其特征是包含发电机和摆式波浪能驱动系统，由发电机将机械能转化为电能，机械能由波浪运动推动波摆产生，波摆作为原动件，驱动活塞泵或叶片泵压缩空气，而后由压缩空气冲击涡轮带动发电机工作，摆式波浪能驱动系统由波摆、活塞泵(或叶片泵)、收缩管和涡轮等组成，波摆与活塞泵(或叶片泵)的组合设计可根据具体应用工况而灵活设计，叶片泵是旋转往复压缩空气，而活塞泵是线性往复压缩空气，收缩管的形状应根据具体应用进行流场分析后合理设计，以取得最佳效果，为了使摆式波浪能发电机组能稳定、高效地进行功率输出，其摆式波浪能驱动系统可采用气路控制系统将活塞泵(或叶片泵)和收缩管相连，如采用单向阀使其通过感受空气压力的变化自适应开启或关闭阀门，使空气连续流经涡轮驱动涡轮旋转，单向阀也可以改用远程控制阀，通过压力传感器实时监测的压力数据进行闭环自动控制，常见的远程控制阀类型有电动、液动、气动和电液动等，如电动球阀、电磁阀等，摆式波浪能驱动系统可以采用多个气轮机和收缩管的并联或串联的方案，也可以采用多效串联或多效并联的方案，为了使摆式波浪能发电机组能稳定、高效地进行高功率输出，摆式波浪能发电机组可以采用人造大气环境，人造大气环境为低压空气储罐或压缩空气储罐，内部储存一定压力的压缩空气，用人造大气环境取代开放的大气环境，使工质(作为驱动涡轮的流动空气)形成一个独立系统，从而便于整个系统的压力控制，为了缓解海况多变引起的活塞泵(或叶片泵)制造的高压压缩空气的气量大幅波动，使摆式波浪能驱动系统能更加稳定运行，可增设高压空气储罐，高压空气储罐和低压空气储罐均可以设置多个，高压空气储罐中的压缩空气在冲击涡轮做有用功后进入低压空气储罐而后由活塞泵(或叶片泵)泵入高压空气储罐，循环使用。2.根据权利要求1所述的摆式波浪能发电机组，其特征是使用摆式波浪能驱动系统，摆式波浪能驱动系统的涡轮常用的有对称翼式涡轮、冲动式涡轮和反动式涡轮，摆式波浪能驱动系统可以采用汽轮机，汽轮机为现在电厂发电用的设备，以高温高压蒸汽驱动，但此处改用压缩空气驱动，因此也可改名为气轮机，两种应用的工况有所不同，为了使发电机在最佳转速范围内工作，摆式波浪能驱动系统还可以加装动力传动变速系统，如变速箱，摆式波浪能驱动系统的制动装置可置于动力传动变速系统的低速轴、高速轴或其它中间轴上，制动装置可以选用钳式制动器、带式制动器等多种形式。3.根据权利要求1所述的摆式波浪能发电机组，其特征是使用摆式波浪能驱动系统，摆式波浪能驱动系统可以采用多个涡轮和收缩管匹配组合的并联或串联的方案，也可以采用多效串联或多效并联的方案，多效串联和多效并联方案均为流经前一涡轮排出的空气作为流经后一涡轮的进气，压力逐级变化，多效串联和多效并联方案适合于人造大气环境(人造大气环境为低压空气储罐或压缩空气储罐，内部储存一定压力的压缩空气)，以使摆式波浪能发电机组能稳定、高效地进行高功率输出。

技术总结
摆式波浪能发电机组包括发电机和摆式波浪能驱动系统，发电机将机械能转化为电能，机械能由波浪运动推动波摆产生，波摆作为原动件，驱动活塞泵或叶片泵压缩空气，而后由压缩空气冲击涡轮带动发电机工作。为了使摆式波浪能发电机组能稳定、高效地进行高功率输出，采用人造大气环境取代开放的大气环境，并设置高压空气储罐来储存一定量的压缩空气以减轻由于海况变化而引起的系统输出功率的大幅波动，人造大气环境为低压空气储罐，内部储存一定压力的压缩空气，收缩管、低压空气储罐、活塞泵(或叶片泵)、高压空气储罐和气路控制系统一起组成一个封闭系统，工质(作为驱动涡轮的流动空气)在活塞泵(或叶片泵)的驱动下循环流动并驱动涡轮做有用功。驱动涡轮做有用功。驱动涡轮做有用功。


技术研发人员：李启飞
受保护的技术使用者：李启飞
技术研发日：2020.03.22
技术公布日：2021/10/11