專利名稱：雙流道波浪能發電裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及波浪能發電裝置，尤其涉及一種雙流道波浪能發電裝置及其方法。
背景技術：
海洋覆蓋了地球百分之七十的表面，蘊藏著巨大的能量。海洋能清潔可再生，如果能有效地利用好這部分能量，就有可能緩解當前世界面臨的能源緊張及污染排放的問題。現在的海洋能利用主要有波浪能、潮汐能、潮流能、溫差能等，其中波浪能的儲量大，但利用技術還不成熟，主要技術有振蕩水柱式波浪能利用、振蕩浮子式波浪能利用和越浪式波浪能利用，這些技術大多處在研究階段，現有的成型利用裝置還有較大改進空間。以 越浪式裝置為例，越浪技術是利用水道將波浪引入高水位水庫形成水位差(水頭)，利用水頭直接驅動水輪發電機組發電。越浪式技術包括收縮波道技術、波龍技術和槽式技術，優點是具有較好的輸出穩定性、效率以及可靠性，缺點是尺寸較大，建造困難。目前研制的裝置有挪威的350kW收縮波道式電站、丹麥的Wave Dragon波力裝置、挪威的SSG槽式裝置，而這些均處于示范或試驗階段。本發明所提出的越浪式沖轉波浪能發電裝置對傳統波浪能轉化思路進行了轉變，將裝置內外分隔，不僅能夠利用波浪勢能，還能利用波浪沖轉裝置外部，對波浪的橫向動能進行利用，使得能量轉化效率得到提高，在相同的設備體積和投入上得到更大的產出。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種雙流道波浪能發電裝置及其利用方法。雙流道波浪能利用裝置包括漏斗形內流道裝置，漏斗形內流道裝置頂端設有橫梁，漏斗形內流道裝置上部外側設有渦輪型外流道，渦輪型外流道上端與橫梁相連，渦輪型外流道下表面設有圓環形浮箱，圓環形浮箱與漏斗形內流道裝置中部相連，中心轉軸上端與橫梁活動連接，中心轉軸與帶有軸流式輪機葉片的同心軸通過滾動軸承徑向固定，帶有軸流式輪機葉片的同心軸下端與發電裝置永磁鐵相連，中心轉軸底部通過中心轉軸推力軸承與發電裝置殼體底部相連，帶有軸流式輪機葉片的同心軸底部通過同心軸推力軸承與發電裝置殼體底部相連。波浪能利用方法當波浪沖向所述裝置時，遠離中心轉軸的波浪會沖擊渦輪型外流道帶動外流道正向轉動，經過橫梁的傳動，中心轉軸會以與渦輪型外流道相同的轉速轉動，帶動與之相連的發電裝置線圈正向轉動；與此同時，靠近中心轉軸的波浪進入漏斗形內流道裝置后帶動帶有軸流式輪機葉片的同心軸的葉片轉動，從而帶動與帶有軸流式輪機葉片的同心軸相連的發電裝置永磁鐵反向轉動，通過發電裝置線圈正向轉動與發電裝置永磁鐵反向轉動獲得更大的相對轉速而提高發電效率。本發明與現有技術相比，具有的有益效果I)方便大規模應用，本裝置設計工況要求低，只要能漂浮于海面上就可在適當海浪高度下發電，可以大規模應用于小型波浪能利用。2)發電效率高，由于采取了內流道水頭發電結合外流道葉片帶動軸轉動兩種發電方式。3)本裝置在解決了低波浪能能量密度發電問題的同時，還能提高能量利用率。4)制造簡單，整個裝置大部分都采用機械控制和簡單電路控制，造價低廉。
圖I是雙流道波浪能發電裝置結構示意 圖2是本發明的外流道結構示意圖； 圖3是本發明的內外流道工作原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖I對本發明進行進一步的說明
如圖I所示，雙流道波浪能利用裝置包括漏斗形內流道裝置I，渦輪型外流道2，橫梁3，中心轉軸4，圓環形浮箱5，發電裝置線圈6，帶有軸流式輪機葉片的同心軸7，發電裝置永磁鐵8，發電裝置殼體9，軸流式發電流道10 ;漏斗形內流道裝置I頂端設有橫梁3，漏斗形內流道裝置I上部外側設有渦輪型外流道2，渦輪型外流道2上端與橫梁3相連，渦輪型外流道2下表面設有圓環形浮箱5，圓環形浮箱5與漏斗形內流道裝置I中部相連，中心轉軸4上端與橫梁3活動連接，中心轉軸4與帶有軸流式輪機葉片的同心軸7通過滾動軸承徑向固定，帶有軸流式輪機葉片的同心軸7下端與發電裝置永磁鐵8相連，中心轉軸4底部通過中心轉軸推力軸承與發電裝置殼體9底部相連，帶有軸流式輪機葉片的同心軸7底部通過同心軸推力軸承與發電裝置殼體9底部相連。本裝置發電部分米用雙轉子永磁同步電機(PMSM),其發電原理為根據電磁感應原理，導體在磁場中運動切割磁力線產生的感應電動勢大小為
。-J^ JC^gyi CiJ COS - (I)
式中，N為線圈阻數，4>m為主磁通的幅值(Wb), w為旋轉角速度(rad / s), t為時間
(S)。雙轉子永磁同步電機(PMSM)與普通PMSM的區別在于其電樞部分也可以旋轉，兩個轉子旋轉的動力來源于永磁體與電樞所產生磁場間的相互作用，因此，兩個轉子必將沿著相反的方向旋轉由式(I)可見，若采用雙轉子結構，即使絕對轉速很低，也可使磁場與繞組之間的相對轉速變大。可得此時感應電動勢大小為
e=M中BICOS (M1-OJ2) t - (2)
其中，《2分別為內、外轉子的旋轉角速度。比較式⑴和式⑵可知，在相同的條件下，
雙轉子發電機的風能利用率和發電能力都提高了，即使轉速很低也能運行，降低了起動速度，加寬了發電機的工作速度的范圍。波浪能利用方法波浪沖向所述裝置之后，遠離中心轉軸4的波浪會沖擊渦輪型外流道2帶動外流道正向轉動，經過橫梁3的傳動，中心轉軸4會以與渦輪型外流道2相同的轉速轉動，帶動與之相連的發電裝置線圈6正向轉動；與此同時，靠近中心轉軸4的波浪進入漏斗形內流道裝置I后 帶動帶有軸流式輪機葉片的同心軸7的葉片轉動，從而帶動與帶有軸流式輪機葉片的同心軸7相連的發電裝置永磁鐵8反向轉動，通過發電裝置線圈6正向轉動與發電裝置永磁鐵8反向轉動，從而帶動發電裝置完成整個發電過程。
權利要求
1.一種雙流道波浪能利用裝置，其特征在于包括漏斗形內流道裝置(1)，渦輪型外流道(2)，橫梁(3)，中心轉軸(4)，圓環形浮箱(5)，發電裝置線圈(6)，帶有軸流式輪機葉片的同心軸(7)，發電裝置永磁鐵(8)，發電裝置殼體(9)，軸流式發電流道(10);漏斗形內流道裝置(I)頂端設有橫梁(3)，漏斗形內流道裝置(I)上部外側設有渦輪型外流道(2)，渦輪型外流道(2 )上端與橫梁(3 )相連，渦輪型外流道(2 )下表面設有圓環形浮箱(5 )，圓環形浮箱(5)與漏斗形內流道裝置(I)中部相連，中心轉軸(4)上端與橫梁(3)活動連接，中心轉軸(4)與帶有軸流式輪機葉片的同心軸(7)通過滾動軸承徑向固定，帶有軸流式輪機葉片的同心軸(7)下端與發電裝置永磁鐵(8)相連，中心轉軸(4)底部通過中心轉軸推力軸承與發電裝置殼體(9)底部相連，帶有軸流式輪機葉片的同心軸(7)底部通過同心軸推力軸承與發電裝置殼體(9)底部相連。
2.ー種使用如權利要求I所述裝置的波浪能利用方法，其特征在于當波浪沖向所述 裝置時，遠離中心轉軸(4)的波浪會沖擊渦輪型外流道(2)帶動外流道正向轉動，經過橫梁(3)的傳動，中心轉軸(4)會以與渦輪型外流道(2)相同的轉速轉動，帶動與之相連的發電裝置線圈(6)正向轉動；與此同時，靠近中心轉軸(4)的波浪進入漏斗形內流道裝置(I)后帶動帶有軸流式輪機葉片的同心軸(7)的葉片轉動，從而帶動與帶有軸流式輪機葉片的同心軸(7)相連的發電裝置永磁鐵(8)反向轉動，通過發電裝置線圈(6)正向轉動與發電裝置永磁鐵(8)反向轉動獲得更大的相對轉速而提高發電效率。
全文摘要
本發明公開了一種雙流道波浪能發電裝置及其方法。它包括漏斗形內流道裝置，漏斗形內流道裝置頂端設有橫梁，漏斗形內流道裝置上部外側設有渦輪型外流道，渦輪型外流道上端與橫梁相連，渦輪型外流道下表面設有圓環形浮箱，圓環形浮箱與漏斗形內流道裝置中部相連，中心轉軸上端與橫梁活動連接，中心轉軸與同心軸通過滾動軸承徑向固定，同心軸下端與發電裝置永磁鐵相連，中心轉軸底部通過中心轉軸推力軸承與發電裝置殼體底部相連，帶有軸流式輪機葉片的同心軸底部通過同心軸推力軸承與發電裝置殼體底部相連。本發明結合了現有波浪能發電裝置的優勢，并通過雙流道的設計大大提高了波浪能利用率，具有效率高、可靠性強、結構簡單等特點。
文檔編號F03B13/22GK102734054SQ20121020264
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月19日 優先權日2012年6月19日
發明者丁芳, 孫大明, 谷超, 趙旭 申請人:浙江大學