[發明專利]躍浪葉輪式波能轉換裝置

有效

• 申請號: 201110215221.7
• 申請日: 2011-07-29
• 公開（公告）號: CN102287313A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 李大鳴;李曉瑜
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F03B13/18
• 分類號: F03B13/18;F03B3/12
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 葉青

技術領域

本發明涉及可再生能源技術領域中的海洋波浪能開發應用，具體的說，是涉及一種葉輪式波能轉換裝置。

背景技術

近年來，受化石能源日趨枯竭、能源供應安全、保護環境和生態平衡等的驅動，人們對新能源的開發越來越重視。地球表面積的71％是具有巨大能源資源的海洋，其中波浪能是海洋能源中蘊藏量最為豐富的能源之一。利用海洋能源已成為當今世界能源研究的方向，而如何有效利用資源豐富、可再生的海洋資源，也顯得更加重要。

在上述背景下，波浪能的開發利用正日益受到關注，經過20世紀70年代對多種波浪能裝置的試驗和研究到80年代的海況試驗及應用示范研究，國內外學者相繼提出了很多不同種類的波能轉換裝置，波浪發電技術已逐步接近實用化水平。波能發電的關鍵技術是中間的轉換裝置，目前研究最多、應用最廣的有：振蕩水柱式波能裝置、擺式波能裝置、聚波水庫波能裝置、振蕩浮子式波能轉換裝置。

振蕩水柱式波能裝置是以空氣作為轉換介質，其一級能量轉換機構為氣室，二級能量轉換機構為空氣透平。振蕩水柱波能裝置的優點是轉動機構不與海水接觸，防腐性能好，安全可靠，維護方便。其缺點是二級能量轉換效率較低；現有振蕩水柱式波能收集轉換裝置多用于航標燈等微型電力設備的供電，輸出功率較小；近岸振蕩水柱式波能收集轉換裝置對海岸地形要求較高。

擺式波能裝置是通過擺體在波浪力的作用下發生的前后或上下擺動，將波浪能轉換為擺軸的動能。擺式裝置一方面轉化效率高，另一方面可以方便地與相位控制技術相結合，相位控制技術可以使波能裝置吸收到裝置迎波寬度以外的波浪能，從而大大提高裝置的轉換效率。但擺式波能裝置機械和液壓機構的維護較為困難。

聚波理論最早由挪威特隆姆大學的Falnes和Budal提出。聚波水庫裝置利用喇叭型的收縮波道，作為一級能量轉換機構。波道與海連通的一面開口寬，然后逐漸收縮通至貯水庫，其優點是一級轉換沒有活動部件，可靠性好，維護費用低，系統出力穩定，幾乎不受波高和周期的影響；不足之處是電站建造對地形有要求，不易推廣。

振蕩浮子式波能裝置是在振蕩水柱式裝置的基礎上發展起來的波能發電裝置。其優點相當明顯，不僅轉換效率較高，而且減少了水下施工，建造容易，成本低廉。但是，其振蕩頻率受到波動頻率限制，運動穩定性不高，如果采用旋轉發電機，還需要將振蕩機械運動轉化為旋轉機械運動。

綜上所述，目前所知的波能轉換裝置具有不能兼顧高效和高可靠度等問題。因此，對于波浪能開發來說，由于波浪的不穩定性導致其轉換裝置經常處于非設計工況，高效轉換技術仍是研究的難點和重點，因此提高波能轉換率，降低波能發電成本始終是波能研究領域的主要目標。

發明內容

本發明要解決的是現有的波能轉換裝置不能兼顧高效和高可靠度的技術問題，提供一種集高效率與高可靠性為一體，建造成本低廉的躍浪葉輪式波能轉換裝置，能夠獲得高效的能量傳遞和轉換，適應不同的地形和海況條件，使得大規模開發利用海洋波浪能成為可能。

為了解決上述技術問題，本發明的裝置通過以下的技術方案予以實現：

一種躍浪葉輪式波能轉換裝置，該裝置包括通過基礎底座固定設置在岸基上的葉輪機殼，所述葉輪機殼通過軸承支座安裝有設置于所述葉輪機殼內部的輪軸，所述輪軸上固定安裝有均布有三至六片葉片的葉輪，所述葉片的形狀為圓弧凹面；所述葉輪機殼在面向躍浪一面的斜上部連接有與其相通的楔形體收縮波道，所述葉輪機殼的斜下部在所述楔形體收縮波道對面連接有排水管路，所述排水管路一端與所述葉輪機殼相通，另一端與海水環境相通；所述葉輪機殼內壁在所述楔形體收縮波道的出口下方嵌裝有用于防止所述葉輪逆向旋轉的止回裝置。

所述輪軸與所述葉輪之間為鍵連接。

所述葉輪包括四片葉片。

所述葉輪的凹面圓弧半徑為R，其中，r為所述葉輪機殼的內徑，α為所述楔形體收縮波道下坡面的水平夾角，β為所述葉輪軸心到所述葉輪機殼與所述楔形體收縮波道下坡面交點連線的水平夾角。

所述止回裝置包括一端通過銷軸連接于所述葉輪機殼的止回棘爪，所述止回棘爪中部連接有另一端固定在所述葉輪機殼的止回彈簧。

所述楔形體收縮波道由集波上壁、集波下壁和兩邊的集波側壁構成。

所述排水管路由排水管上壁、排水管下壁和兩邊的排水管側壁構成。

本發明的有益效果是：

(一)本發明集波壁面所構成的楔形體收縮波道不僅能夠吸收足量的波浪，還可以防止波浪向兩側滑落，并能同時抬高波浪的爬升，有利于波浪的躍浪，以便收集更多的波能。