调距桨涡轮波浪换能器系统 |
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| 申请号 | CN201710363933.0 | 申请日 | 2017-05-22 | 公开(公告)号 | CN107191316A | 公开(公告)日 | 2017-09-22 |
| 申请人 | 上海交通大学; | 发明人 | 王迎光; | ||||
| 摘要 | 一种 波浪能 转换发电技术领域的调距桨 涡轮 波浪换能器系统，包括：调距桨涡轮、垂向 驱动轴 、发 电机 和 水 库，其中：发电机设有垂向驱动轴且两者均设有密封罩，垂向驱动轴底部连接有调距桨涡轮，调距桨涡轮设置在水库内，水库底部系泊于海床上；所述的发电机在垂直方向上与水库固定间距设置，且高于海平面。本 发明 一方面通过对波浪换能器的运动幅度进行限制，同时对发电部件进行密封，降低了发电设备遭损坏和 腐蚀 的 风 险，压缩了维修成本；另一方面通过采用调距桨涡轮，提高了产电效率，提升了产 电能 力 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种调距桨涡轮波浪换能器系统，其特征在于，包括：带有可调距桨叶的调距桨涡轮、垂向驱动轴、发电机和水库，其中：发电机设有垂向驱动轴且两者均设有密封罩，垂向驱动轴底部连接有调距桨涡轮，调距桨涡轮设置在水库内，水库底部系泊于海床上，可调距桨叶与根据水位调节可调距桨叶的螺距及攻角的调距执行机构相连； |
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| 说明书全文 | 调距桨涡轮波浪换能器系统技术领域背景技术[0002] 随着石油、煤炭等化石能源的日益枯竭，能源危机和能源污染步步逼近，获取新型可再生能源已经变得十分迫切，占地球表面积71％的广阔海洋蕴藏着巨量的能源，其中波浪能是品位最高的海洋能。波浪能由风把能量传递给海洋而产生，是海洋表面波浪所具有的动能和势能的总和。 [0003] 近年来，我国积极推进新型可再生能源的开发和利用，随着一大批清洁能源发电项目的建成投产，我国的发电装机结构进一步得到了优化，新能源发电呈加速发展的态势。我国波浪能资源蕴藏量丰富，沿岸波浪能资源理论平均功率约1285万千瓦，具有良好的开发应用价值，建立波浪能发电系统发展潜力巨大。 [0004] 一般的波浪换能器在大幅波浪的作用下将产生六个自由度的剧烈运动，包括纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇和首尾摇，混乱的晃动增加了液压缸、液压马达和发电机损坏的风险；同时，波浪换能器的液压马达和发电机位于海平面以下，虽然有外罩将它们与海水隔离，但长期浸泡在海水里仍然有很大的海水渗透风险；上述情形易引起设备故障，降低产电能力，增加维修成本。 发明内容[0005] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种调距桨涡轮波浪换能器系统，对波浪换能器的运动幅度进行限制，同时对发电部件进行密封，降低了发电设备故障和维修成本，提升了产电能力。 [0006] 本发明是通过以下技术方案实现的： [0007] 本发明包括：带有可调距桨叶的调距桨涡轮、垂向驱动轴、发电机和水库，其中：发电机设有垂向驱动轴且两者均设有密封罩，垂向驱动轴底部连接有调距桨涡轮，调距桨涡轮设置在水库内，水库底部系泊于海床上，可调距桨叶与根据水位调节可调距桨叶的螺距及攻角的调距执行机构相连； [0008] 所述的发电机在垂直方向上与水库固定间距设置，且高于海平面。 [0009] 所述的水库包括：水库后壁板、水库底板和上浪斜坡，其中：水库底板设有桨叶孔，并在迎风面和背风面分别设有上浪斜坡和水库后壁板，水库底板将水库分为上下两部分，上浪斜坡与水库底板底部之间设有浮筏，水库后壁板与水库底板底部之间设有浮筏，上浪斜坡和水库后壁板底部均设有锚链，锚链底部设有大抓力锚将水库系泊于海床上。 [0010] 所述的调距桨涡轮设有可调距桨叶。 [0011] 优选地，所述的水库底板水平设置且高度在海平面以上。 [0012] 优选地，所述的调距桨涡轮设有圆锥鼻。技术效果 [0013] 与现有技术相比，本发明一方面通过对波浪换能器的运动幅度进行限制，同时对发电部件进行密封，降低了发电设备遭损坏和腐蚀的风险，压缩了维修成本；另一方面通过采用调距桨涡轮，提高了产电效率，提升了产电能力。附图说明 [0014] 图1为本发明结构示意图； [0015] 图中：可调距桨叶1、圆锥鼻2、调距执行机构3、垂向驱动轴密封罩4、垂向驱动轴5、发电机密封罩6、发电机7、水库后壁板8、水库底板9、上浪斜坡10、浮筏11、锚链12、大抓力锚13； [0016] 图2为实施例效果比较图； [0017] 图中：A为调距浆涡轮，D为定距浆涡轮。 具体实施方式[0018] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例1 [0019] 如图1所示，本实施例包括：调距桨涡轮、垂向驱动轴5、发电机7和水库，其中：发电机7、垂向驱动轴5和调距桨涡轮依次连接，垂向驱动轴5设有垂向驱动轴密封罩4，发电机7设有发电机密封罩6，调距桨涡轮设置在水库内，水库底部系泊于海床上； [0020] 所述的发电机7在垂直方向上与水库固定间距设置，且高于海平面。 [0021] 所述的水库包括：水库后壁板8、水库底板9和上浪斜坡10，其中：水库底板9水平设置并开设有桨叶孔，同时水库底板9在迎风面和背风面分别设有上浪斜坡10和水库后壁板8，水库底板9将水库分为上下两部分，上浪斜坡10与水库底板9底部之间设有浮筏11，水库后壁板8与水库底板9底部之间设有浮筏11，上浪斜坡10和水库后壁板8底部均设有锚链12，锚链12底部设有大抓力锚13将水库系泊于海床上。 [0022] 优选地，所述的水库后壁板8与水库底板9垂直设置。 [0023] 所述的发电机7设置在水库底板9上方，所述的发电机密封罩6与水库通过现有技术手段固定连接。 [0024] 所述的调距桨涡轮上设有可调距桨叶1，该可调距桨叶1与调距执行机构3相连。 [0025] 优选地，所述的调距桨涡轮设有圆锥鼻2，圆锥鼻2能够减少水动力损失和阻止产生“绳涡”，同时为调距执行机构3提供了内置空间。 [0028] 本实施例的工作过程如下： [0029] 当海面上兴起大风浪时，海浪将翻过上浪斜坡10进入水库内，翻过上浪斜坡10进入水库的海浪有大有小，水库内水位也随之呈现高低不同的变化； [0030] 在某一高水位时(约7.5米)，水流沿如图1中箭头所示的方向流过调距桨涡轮，调距执行机构3根据水位调节可调距桨叶1的螺距，改变可调距桨叶1的攻角，使得可调距桨叶1的攻角在该水位时能够使调距浆涡轮达致最高效率90％，水流冲击可调距桨叶1带动垂向驱动轴5旋转，垂向驱动轴5驱动发电机7发出电力，所发出的电力经电力变换器变换后被送入当地的交流电网； [0031] 在某一低水位时(约3米)，水流同样沿如图1中箭头所示的方向流过调距桨涡轮，此时可调距桨叶1的攻角只能使调距浆涡轮达致65％左右的效率，因而调距执行机构3调节可调距桨叶1的螺距，改变可调距桨叶1的攻角，使调距浆涡轮在该低水位时同样达致最高效率90％，水流冲击可调距桨叶1带动垂向驱动轴5旋转，垂向驱动轴5驱动发电机7发出电力，所发出的电力经电力变换器变换后被送入当地的交流电网。 [0032] 在整个系统的工作周期中，调距执行机构3的作业能够使得可调距桨叶1对来流始终处于一个最佳的攻角位置，以便使调距浆涡轮始终达致最高效率90％。 [0033] 如图1所示，优选地，所述的水库截面尺寸为底宽40m，高7.5m。整个水库长度(垂直于纸面方向)为120m。 [0034] 优选地，所述的浮筏11的直径为21m，厚度为7m。内充空气。每只浮筏可对水库提供约97412KN的浮力。 [0035] 优选地，所述的发电机7的额定功率为2650kW。 [0036] 通过Matlab/Simulink建立本实施例的仿真模型，得到系统的输出功率在2700kW附近微幅变化。 [0037] 现有定距浆涡轮波浪能转换器的效率一般是从62％到90％线性变化的，因而所发出的电能极不稳定。而从前面的叙述可见本发明调距浆涡轮波浪能转换器的效率是可以保持随时达到最高效率90％的，因而本发明可稳定系统的输出功率，并大幅提升产电能力。 |
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