機電液一體化全密封波浪能發電裝置的制作方法

本發明屬于波浪能發電領域，具體涉及了一種機電液一體化全密封波浪能發電裝置。

背景技術：

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

波浪能發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生的能量發電，波浪能通常通過波浪能發電裝置被轉換為往復機械能，然后再轉換成電能。其基礎研究是一個多學科交叉的前沿領域，是機械、電氣和流體動力等多個學科交叉的綜合應用。從早在十八世紀末期公布的第一個波浪能發電相關的專利開始，到目前為止世界上大概有三百余種不同的方案，發明專利超過千項。但是，迄今為止，在實際海洋服役環境中，絕大部分波浪能發電裝置仍缺乏長期可靠工作的能力，其發電裝置系統的一些關鍵部件面臨海水接觸銹蝕，獲能和傳動機構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致了裝備損壞甚至整體沉沒，難以進行商業化運用。

技術實現要素：

為解決上述典型波浪能發電裝置存在的問題，本發明提供了一種機電液一體化全密封波浪能發電裝置，采用流體、機械、電氣一體化設計，內部與海水完全隔絕，結構簡單，活動件少，無動密封，通過優化裝置系統的內外形狀設計、質量分布設計、涵管流道設計和葉輪機構設計、發電機設計，可實現可靠、高效、穩定的波浪發電系統。

本發明采用如下的技術方案：

本發明包括第一浮體、第二浮體、密封流管、內設有發電機的能量提取單元、導流機構和流體介質，所述第一浮體與第二浮體固定設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電裝置漂浮在海上，部分浸沒于海水；密封流管內設有能量提取單元、導流機構和流體介質，在波浪的作用下，所述波浪能發電裝置往復擺動，所述流體介質在密封流管中經過能量提取單元地往復來回流動，使得流體介質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、機械能至電能的轉換；通過導流機構的設置使得所述能量提取單元中的發電機始終朝一個方向旋轉。

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，所述波浪能發電裝置始終處于周期性上下擺動狀態。

所述密封流管采用兩端寬、中間窄的流線形涵道增速設計，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構，使得整個所述波浪能發電裝置為對稱結構。

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

所述第一浮體與所述第二浮體的表面均根據應用海域的波浪特性設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應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整。

所述能量提取單元能實現適用于低速啟動葉輪與直驅發電結構，低速是指達到速度0.5米每秒以下，發電特性平穩，效率高。

所述流體介質為具有潤滑作用的流體介質。

本發明的工作原理是：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，本發明的波浪能發電裝置始終處于上下擺動狀態，使第一浮體內的液面與第二浮體內的液面產生落差，所述密封流管中的流體介質將連續驅動所述能量提取單元，所述導流機構使所述能量提取單元的旋轉獲能機構與發電機始終朝一個方向旋轉，實現所述流體介質動能向機械能及機械能向電能的轉換，完成波浪能發電過程。

本發明具有如下的有益效果：

1、本發明具有高效性，采用機電液一體化設計，原理上內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一發電；導流機構使所述能量提取單元的獲能機構與發電機始終朝一個方向旋轉；兩邊寬，中間窄的流線形涵道設計，使得內部流體通過能量提取單元時的壓力驟然上升，進一步地提高了發電效率。

2、本發明具有可靠性，克服了傳統波浪發電裝置能量轉換機構流固耦合時的劇烈碰撞和傳動機構的高頻次往復運動磨損；內部完全與海水隔絕避免了防水、防銹、防腐蝕問題；采用內部驅動流體介質自潤滑方式和無動密封結構，啟動力矩小，運動部件少。

附圖說明

圖1為本發明裝置結構示意圖；

圖2為密封流管中間收窄區中能量提取單元與導流機構的一種具體實施方式結構示意圖。

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、導流機構4、流體介質5；捕能葉片31、外轉子發電機32；鉸鏈41、導流擋板42、背側柔性限位擋塊43、正側柔性限位擋塊44。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

參照圖1，本發明具體實施采用機電液一體化設計，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、導流機構4、流體介質5，第一浮體1與第二浮體6固定設置在密封流管2的兩端，密封流管2內設有能量提取單元3、導流機構4和流體介質5。第一浮體1與第二浮體6托舉整個波浪能發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點擺動，使浮體1內部液面與浮體6內部液面產生動態落差，密封流管2中的流體介質5來回驅動能量提取單元3，導流機構4使能量提取單元3的發電機則始終朝一個方向旋轉，從而相對高效地產生電能。

密封流管2采用兩端寬、中間窄的流線形涵道設計，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為對稱結構，使得整個所述波浪能發電裝置為對稱結構。能量提取單元3安裝在密封流管2中間收窄區間段中央，導流機構4安裝在密封流管2中間收窄區間段兩側，流體介質5非充滿地放置在密封流管2內。

第一浮體1與第二浮體6，其表面根據應用海域波浪特性，設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的長度根據實測應用海域波浪特性，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，進行長度方向的調整。

能量提取單元3選取葉輪旋轉式發電結構，發電特性平穩，效率高。流體介質5，為密度較高的具有潤滑作用的流體介質。

導流機構4，是一種可以在流體介質5來回通過密封流管2的管道收窄區時，使能量提取單元3發電機始終朝一個方向旋轉的機構。

圖2所示為本發明能量提取單元3與導流機構4的一種具體實施方式結構，密封流管2中間收窄區采用對向雙流道設計。能量提取單元3包括捕能葉片31、外轉子發電機32。捕能葉片31安裝布置在外轉子發電機32的外轉子外殼結構上，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，外轉子發電機32的軸固定在外部的支架上，使得整個裝置以外轉子發電機32的軸為旋轉軸往復擺動，并且外轉子發電機32的外殼中間段與密封流管2中間壁之間采用間隙密封。

一種導流機構4如圖2所示，首先在密封流管2的中間設有沿管長度方向(即流體介質5的往復流動方向)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的外轉子發電機32貫穿安裝于隔板。兩個導流機構4分別以外轉子發電機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，導流機構4包括鉸鏈41、導流擋板42、背側柔性限位擋塊43和正側柔性限位擋塊44，導流擋板42一端通過鉸鏈41鉸接在隔板端部，并在隔板端部設置有用于導流擋板42旋轉限位的背側柔性限位擋塊43，導流擋板42另一端通過鉸鏈41旋轉時延伸到密封流管2一側內壁，并在密封流管2內壁處設置用于導流擋板42旋轉限位的正側柔性限位擋塊44，導流擋板42的長度與隔板和密封流管2內壁之間的間距相同，導流擋板42根據整體發電裝置的擺動受重力作用而擺動開合。背側柔性限位擋塊43與正側柔性限位擋塊44安裝于流道管壁上，起到對導流擋板42的限位作用，并具有緩沖功能，延長裝置的使用壽命。

當導流機構4打開時流體介質5通過流道，當其閉合時流體介質5則無法通過。因此在如圖2所示的擺動位置時，右上方的右側導流機構4關閉，左下方的左側導流機構4打開，流體介質5從一端到另一端僅能從左側流道通過。如果擺動位置反過來倒置，右上方的右側導流機構4打開，左下方的左側導流機構4關閉，流體介質5從另一端到一端僅能從右側流道通過。通過上述設置使流體介質5無論是從兩端的哪一端經過能量提取單元3的轉子發電機32都帶動轉子發電機32單方向旋轉。

參照圖2，導流機構4對稱布置在密封流管2的中間收窄區的對向雙流道出入口處。在本發明的波浪能發電裝置上下擺動時，密封流管2內部的流體介質5，分別從兩側不同的流道通過能量提取單元3，驅動捕能葉片31，使外轉子發電機32始終朝一個方向旋轉。

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