本發(fā)明屬于波浪能發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及了一種機電液一體化全密封波浪能發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

在能源危機和環(huán)境問題的雙重壓力下，新能源的開發(fā)利用受到普遍重視。波浪能資源量大，應(yīng)用前景廣闊，但現(xiàn)有波浪能發(fā)電技術(shù)存在可靠性低、效率低的技術(shù)瓶頸，有待發(fā)電裝置的原理性突破。

波浪能發(fā)電是指利用海面波浪的垂直運動、水平運動和海浪中水的壓力變化產(chǎn)生的能量發(fā)電，波浪能通常通過波浪能發(fā)電裝置被轉(zhuǎn)換為往復(fù)機械能，然后再轉(zhuǎn)換成電能。其基礎(chǔ)研究是一個多學(xué)科交叉的前沿領(lǐng)域，是機械、電氣和流體動力等多個學(xué)科交叉的綜合應(yīng)用。從早在十八世紀(jì)末期公布的第一個波浪能發(fā)電相關(guān)的專利開始，到目前為止世界上大概有三百余種不同的方案，發(fā)明專利超過千項。但是，迄今為止，在實際海洋服役環(huán)境中，絕大部分波浪能發(fā)電裝置仍缺乏長期可靠工作的能力，其發(fā)電裝置系統(tǒng)的一些關(guān)鍵部件面臨海水接觸銹蝕，獲能和傳動機構(gòu)活動部件的抗波浪沖擊能力差，無法長時間承受波浪載荷的碰撞與磨損。這些原理性致命缺陷導(dǎo)致了裝備損壞甚至整體沉沒，難以進行商業(yè)化運用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述典型波浪能發(fā)電裝置存在的問題，本發(fā)明提供了一種機電液一體化全密封波浪能發(fā)電裝置，采用流體、機械、電氣一體化設(shè)計，內(nèi)部與海水完全隔絕，結(jié)構(gòu)簡單，活動件少，無動密封，通過優(yōu)化裝置系統(tǒng)的內(nèi)外形狀設(shè)計、質(zhì)量分布設(shè)計、涵管流道設(shè)計和葉輪機構(gòu)設(shè)計、發(fā)電機設(shè)計，可實現(xiàn)可靠、高效、穩(wěn)定的波浪發(fā)電系統(tǒng)。

本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

本發(fā)明包括第一浮體、第二浮體、密封流管、內(nèi)設(shè)有發(fā)電機的能量提取單元、導(dǎo)流機構(gòu)和流體介質(zhì)，所述第一浮體與第二浮體固定設(shè)置在密封流管的兩端，使得所述第一浮體與第二浮體托舉整個所述波浪能發(fā)電裝置漂浮在海上，部分浸沒于海水；密封流管內(nèi)設(shè)有能量提取單元、導(dǎo)流機構(gòu)和流體介質(zhì)，在波浪的作用下，所述波浪能發(fā)電裝置往復(fù)擺動，所述流體介質(zhì)在密封流管中經(jīng)過能量提取單元地往復(fù)來回流動，使得流體介質(zhì)吸收波浪能并傳遞給所述能量提取單元生成電能，完成流體動能至機械能、機械能至電能的轉(zhuǎn)換；通過導(dǎo)流機構(gòu)的設(shè)置使得所述能量提取單元中的發(fā)電機始終朝一個方向旋轉(zhuǎn)。

所述的第一浮體與第二浮體之間的中心間距等于波浪的波峰與波谷之間的距離，所述波浪能發(fā)電裝置始終處于周期性上下擺動狀態(tài)。

所述密封流管采用兩端寬、中間窄的流線形涵道增速設(shè)計，兩端分別無縫固定連接所述第一浮體和所述第二浮體，第一浮體和所述第二浮體對稱布置，且所述密封流管為對稱結(jié)構(gòu)，使得整個所述波浪能發(fā)電裝置為對稱結(jié)構(gòu)。

所述能量提取單元安裝在所述密封流管中間收窄區(qū)間段中央，所述導(dǎo)流機構(gòu)安裝在所述密封流管中間窄段的兩端，所述流體介質(zhì)非充滿地置于所述密封流管內(nèi)。

所述第一浮體與所述第二浮體的表面均根據(jù)應(yīng)用海域的波浪特性設(shè)計為能充分迎浪吸能的曲面，以提高獲能效率。

所述密封流管上加裝有柔性伸縮裝置，所述密封流管的長度根據(jù)應(yīng)用海域的波浪特性和實測獲得的波浪波峰到波谷的距離長度通過加裝的柔性伸縮裝置進行長度方向的調(diào)整。

所述能量提取單元能實現(xiàn)適用于低速啟動葉輪與直驅(qū)發(fā)電結(jié)構(gòu)，低速是指達到速度0.5米每秒以下，發(fā)電特性平穩(wěn)，效率高。

所述流體介質(zhì)為具有潤滑作用的流體介質(zhì)。

本發(fā)明的工作原理是：所述第一浮體與所述第二浮體托舉整個波浪能發(fā)電裝置漂浮在錨鏈限定的海面上，部分浸沒于海水，由于兩個浮體中心間距大約等于波峰與波谷之間的距離，在波浪的動能與勢能作用下，本發(fā)明的波浪能發(fā)電裝置始終處于上下擺動狀態(tài)，使第一浮體內(nèi)的液面與第二浮體內(nèi)的液面產(chǎn)生落差，所述密封流管中的流體介質(zhì)將連續(xù)驅(qū)動所述能量提取單元，所述導(dǎo)流機構(gòu)使所述能量提取單元的旋轉(zhuǎn)獲能機構(gòu)與發(fā)電機始終朝一個方向旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)所述流體介質(zhì)動能向機械能及機械能向電能的轉(zhuǎn)換，完成波浪能發(fā)電過程。

本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明具有高效性，采用機電液一體化設(shè)計，原理上內(nèi)部液體隨外部波浪運動可同時吸收其各自由度上的動能與勢能并統(tǒng)一發(fā)電；導(dǎo)流機構(gòu)使所述能量提取單元的獲能機構(gòu)與發(fā)電機始終朝一個方向旋轉(zhuǎn)；兩邊寬，中間窄的流線形涵道設(shè)計，使得內(nèi)部流體通過能量提取單元時的壓力驟然上升，進一步地提高了發(fā)電效率。

2、本發(fā)明具有可靠性，克服了傳統(tǒng)波浪發(fā)電裝置能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)流固耦合時的劇烈碰撞和傳動機構(gòu)的高頻次往復(fù)運動磨損；內(nèi)部完全與海水隔絕避免了防水、防銹、防腐蝕問題；采用內(nèi)部驅(qū)動流體介質(zhì)自潤滑方式和無動密封結(jié)構(gòu)，啟動力矩小，運動部件少。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為密封流管中間收窄區(qū)中能量提取單元與導(dǎo)流機構(gòu)的一種具體實施方式結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖2的a向視圖。

圖中：第一浮體1、第二浮體6、密封流管2、能量提取單元3、導(dǎo)流機構(gòu)4、流體介質(zhì)5；捕能葉片31、外轉(zhuǎn)子發(fā)電機32；鉸鏈41、導(dǎo)流擋板42、背側(cè)柔性限位擋塊43、正側(cè)柔性限位擋塊44。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細(xì)的說明。

參照圖1，本發(fā)明具體實施采用機電液一體化設(shè)計，完全隔絕海水，包括第一浮體1、第二浮體6、密封流管2、能量提取單元3、導(dǎo)流機構(gòu)4、流體介質(zhì)5，第一浮體1與第二浮體6固定設(shè)置在密封流管2的兩端，密封流管2內(nèi)設(shè)有能量提取單元3、導(dǎo)流機構(gòu)4和流體介質(zhì)5。第一浮體1與第二浮體6托舉整個波浪能發(fā)電裝置漂浮在錨鏈限定的海面上，部分浸沒于海水。由于兩個對稱浮體的中心間距大約等于波峰與波谷之間的距離，在波浪的作用下，裝置上下以其中心點為旋轉(zhuǎn)點擺動，使浮體1內(nèi)部液面與浮體6內(nèi)部液面產(chǎn)生動態(tài)落差，密封流管2中的流體介質(zhì)5來回驅(qū)動能量提取單元3，導(dǎo)流機構(gòu)4使能量提取單元3的發(fā)電機則始終朝一個方向旋轉(zhuǎn)，從而相對高效地產(chǎn)生電能。

密封流管2采用兩端寬、中間窄的流線形涵道設(shè)計，兩端分別連接第一浮體1和第二浮體6，為無縫固定連接，且所述密封流管2為對稱結(jié)構(gòu)，使得整個所述波浪能發(fā)電裝置為對稱結(jié)構(gòu)。能量提取單元3安裝在密封流管2中間收窄區(qū)間段中央，導(dǎo)流機構(gòu)4安裝在密封流管2中間收窄區(qū)間段兩側(cè)，流體介質(zhì)5非充滿地放置在密封流管2內(nèi)。

第一浮體1與第二浮體6，其表面根據(jù)應(yīng)用海域波浪特性，設(shè)計成一定的功能曲面，充分迎浪吸能，提高捕能效率。

密封流管2的長度根據(jù)實測應(yīng)用海域波浪特性，確定為波浪的波峰到波谷距離的長度，并加裝柔性伸縮裝置，進行長度方向的調(diào)整。

能量提取單元3選取葉輪旋轉(zhuǎn)式發(fā)電結(jié)構(gòu)，發(fā)電特性平穩(wěn)，效率高。流體介質(zhì)5，為密度較高的具有潤滑作用的流體介質(zhì)。

導(dǎo)流機構(gòu)4，是一種可以在流體介質(zhì)5來回通過密封流管2的管道收窄區(qū)時，使能量提取單元3發(fā)電機始終朝一個方向旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)。

圖2所示為本發(fā)明能量提取單元3與導(dǎo)流機構(gòu)4的一種具體實施方式結(jié)構(gòu)，密封流管2中間收窄區(qū)采用對向雙流道設(shè)計。能量提取單元3包括捕能葉片31、外轉(zhuǎn)子發(fā)電機32。捕能葉片31安裝布置在外轉(zhuǎn)子發(fā)電機32的外轉(zhuǎn)子外殼結(jié)構(gòu)上，沿周向均勻布置若干個，如圖3視圖。并且沿徑向均勻布置若干個葉輪面。具體實施中，外轉(zhuǎn)子發(fā)電機32的軸固定在外部的支架上，使得整個裝置以外轉(zhuǎn)子發(fā)電機32的軸為旋轉(zhuǎn)軸往復(fù)擺動，并且外轉(zhuǎn)子發(fā)電機32的外殼中間段與密封流管2中間壁之間采用間隙密封。

一種導(dǎo)流機構(gòu)4如圖2所示，首先在密封流管2的中間設(shè)有沿管長度方向(即流體介質(zhì)5的往復(fù)流動方向)的隔板，隔板將密封流管2分隔為兩個流道，能量提取單元3的外轉(zhuǎn)子發(fā)電機32貫穿安裝于隔板。兩個導(dǎo)流機構(gòu)4分別以外轉(zhuǎn)子發(fā)電機32的中心對稱安裝在隔板兩端，具體連接在隔板端部和密封流管2之間。

如圖2所示，導(dǎo)流機構(gòu)4包括鉸鏈41、導(dǎo)流擋板42、背側(cè)柔性限位擋塊43和正側(cè)柔性限位擋塊44，導(dǎo)流擋板42一端通過鉸鏈41鉸接在隔板端部，并在隔板端部設(shè)置有用于導(dǎo)流擋板42旋轉(zhuǎn)限位的背側(cè)柔性限位擋塊43，導(dǎo)流擋板42另一端通過鉸鏈41旋轉(zhuǎn)時延伸到密封流管2一側(cè)內(nèi)壁，并在密封流管2內(nèi)壁處設(shè)置用于導(dǎo)流擋板42旋轉(zhuǎn)限位的正側(cè)柔性限位擋塊44，導(dǎo)流擋板42的長度與隔板和密封流管2內(nèi)壁之間的間距相同，導(dǎo)流擋板42根據(jù)整體發(fā)電裝置的擺動受重力作用而擺動開合。背側(cè)柔性限位擋塊43與正側(cè)柔性限位擋塊44安裝于流道管壁上，起到對導(dǎo)流擋板42的限位作用，并具有緩沖功能，延長裝置的使用壽命。

當(dāng)導(dǎo)流機構(gòu)4打開時流體介質(zhì)5通過流道，當(dāng)其閉合時流體介質(zhì)5則無法通過。因此在如圖2所示的擺動位置時，右上方的右側(cè)導(dǎo)流機構(gòu)4關(guān)閉，左下方的左側(cè)導(dǎo)流機構(gòu)4打開，流體介質(zhì)5從一端到另一端僅能從左側(cè)流道通過。如果擺動位置反過來倒置，右上方的右側(cè)導(dǎo)流機構(gòu)4打開，左下方的左側(cè)導(dǎo)流機構(gòu)4關(guān)閉，流體介質(zhì)5從另一端到一端僅能從右側(cè)流道通過。通過上述設(shè)置使流體介質(zhì)5無論是從兩端的哪一端經(jīng)過能量提取單元3的轉(zhuǎn)子發(fā)電機32都帶動轉(zhuǎn)子發(fā)電機32單方向旋轉(zhuǎn)。

參照圖2，導(dǎo)流機構(gòu)4對稱布置在密封流管2的中間收窄區(qū)的對向雙流道出入口處。在本發(fā)明的波浪能發(fā)電裝置上下擺動時，密封流管2內(nèi)部的流體介質(zhì)5，分別從兩側(cè)不同的流道通過能量提取單元3，驅(qū)動捕能葉片31，使外轉(zhuǎn)子發(fā)電機32始終朝一個方向旋轉(zhuǎn)。

以上僅為本發(fā)明的實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。