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CN106884756A - 海水浪/流综合利用发电机组 - Google Patents

海水浪/流综合利用发电机组 Download PDF

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CN106884756A CN201710236168.6A CN201710236168A CN106884756A CN 106884756 A CN106884756 A CN 106884756A CN 201710236168 A CN201710236168 A CN 201710236168A CN 106884756 A CN106884756 A CN 106884756A
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Abstract

本发明所述的海水浪/流综合利用发电机组，涉及一种海浪潮汐发电装置，具体为同时利用海浪和水流发电的发电机组。海水浪/流综合利用发电机组包括固定支撑结构、磁极发电装置、发电装置固定结构、浮力材料和水流推动叶片；固定支撑结构固定于海底上；磁力发电装置装于固定支撑结构上，并位于海平面上；磁力发电装置的外部装有发电装置固定结构；磁力发电装置的下部装有水流推动叶片；水流推动叶片位于海平面下；发电装置固定结构下部装有浮力材料，确保磁力发电装置浮于海平面上；本发明具有结构新颖、加工简便、发电率高、适应性强等特点，故属于一种集经济性与实用性为一体的新型海水浪/流综合利用发电机组。

Description

海水浪/流综合利用发电机组
技术领域
本发明所述的海水浪/流综合利用发电机组，涉及一种海浪潮汐发电装置，具体为同时利用海浪和水流发电的发电机组。
背景技术
海浪发电做为新能源的发展趋势，是各国在竭力发展的，海浪发电的原理如下：
一、基本原理：
依据电磁感应原理，当一定磁感应强度的磁极相对线圈产生切割磁力线运动时，线圈内将产生感应电动势及电流。
感应电动势计算公式：
E＝-BLVsinΦ(V)
其中：
B：磁感应强度(Wb/m^2)；
L：线圈长度(m)；
V：线圈切割磁感线运动速度(m/s)；
Φ：为v或L与磁感线的夹角；
线圈切割磁感线运动v和线圈L不可以和磁感线平行，但可以不和磁感线垂直；
L:有效长度(m)；
当Φ＝90°时，E＝-BLV(V)
二、海水运动及能量转换：
通常，海水运动时存在浪涌和海水流动两种运动形式：
1、浪涌使漂浮在海平面上的物体产生上下运动；
2、而海水流动将会使漂浮在海平面上的物体产生平面运动(移动)；
同时由于月亮和地球的引力作用，海水存在潮汐流动。
海水波浪/水流能发电装置实际上是将波浪/水流的动能和势能最终转换为发电机电能的设备，波浪/水流能发电装置的组成一般分为三部分：
第一部分为波浪/水流能的采集部分，将波浪/水流能通过机械系统转换为可以利用的机械能，如水位能或介质的压力能；
第二部分是运动转换机构，将第一部分获得的能量转换为适合发电机结构运动的机械能；
第三部分是发电装置，将机械能通过发电机转换为电能。
三、目前海水发电装置主要原理
纵观当前国内外已研制出的波浪能发电装置，当确定了磁感应强度B、线圈长度L、磁极相对线圈的移动速度V等参数时，普通海水发电装置在设定磁极与感应线圈相对运动方法时，一般采取以下两种发电原理：
1、磁极与线圈相对移动切割磁力线发电(如图4)
当海水的潮汐流动推动磁极相对线圈上下移动时，磁力线与线圈夹角Φ＝90゜，E＝-BLV(V)，利用海水潮汐流动产生电能效率最高；
当海水的波浪推动磁极相对线圈转动时，磁力线与线圈夹角Φ＝0゜，不产生电能；不能有效利用海水流动能发电；
例如国际上已经研制出的浮筒式永磁直线波能发电装置，以及由Pelamis波能公司研制的“海蛇”波能发电装置。
2、磁极与线圈相对转动切割磁力线发电(如图5)
当海水的波浪推动磁极相对线圈转动时，磁力线与线圈夹角Φ＝90゜，E＝-BLV(V)，利用浪涌产生电能效率最高；
当海水的潮汐流动推动磁极相对线圈上下移动时，磁力线与线圈夹角Φ＝0゜，不产生电能；
如总部设在美国科罗拉多州的一家名为“ATARGIS”的能源公司开发了一种利用类似风车叶片进行能量转换的装置，海浪推动两个叶片围绕着中心轴旋转，并带动与此相连接的发电机进行发电。
上述两种方式，都是单独的只能利用海浪的一种方式进行发电，而不能完全有效的综合利用海浪的两种形态将还睡得能量进行发电。
针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的海水浪/流综合利用发电机组，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的海水浪/流综合利用发电机组。用以解决现有技术中存在的：不能完全利用海水潮汐的两种运动形态，江海浪的能量进行发电的问题。
本发明的技术解决方案是这样实现的：
本发明所述的海水浪/流综合利用发电机组，其特征在于所述的海水浪/流综合利用发电机组包括固定支撑结构、磁极发电装置、发电装置固定结构、浮力材料和水流推动叶片；固定支撑结构固定于海底上；磁力发电装置装于固定支撑结构上，并位于海平面上；磁力发电装置的外部装有发电装置固定结构；磁力发电装置的下部装有水流推动叶片；水流推动叶片位于海平面下；发电装置固定结构下部装有浮力材料，确保磁力发电装置浮于海平面上；
本发明所述的固定支撑结构包括：固定立柱、立柱重力拉索连接件、固定拉索、立柱重力固定件和拉索重力块；固定立柱为空心立柱，固定立柱通过底部的立柱重力固定件与海底相接触并保持相对稳定性；固定立柱顶部设有至少三根立柱重力拉索连接件，每根立柱重力拉索连接件上都设有一根固定拉索通过拉索重力块与海底相接触并保持相对稳定性；固定拉索与固定立柱呈45°角。
本发明所述的磁极发电装置包括：45度缠绕磁感应线圈、磁极套筒、磁极；45度缠绕磁感应线圈是由铜漆包线与线圈缠绕骨架按轴线成45度方向缠绕而成；45度缠绕磁感应线圈与固定立柱轴线成同轴方向套装在固定立柱上并固定；磁极套筒的内表面均布一组永磁铁磁极；磁极套筒套装在45度缠绕磁感应线圈外表面上，磁极与45度缠绕磁感应线圈外表面留有间隙，保证磁极与45度缠绕磁感应线圈的相对运动间隙；
本发明所述的发电装置固定结构包括：发电机组固定体、上端盖A、上端盖B、下端盖A、下端盖B、滚动体、滚动体固定支撑件；下端盖B装于磁极套筒的下部，将滚动体封装于磁极套筒与固定立柱之间；滚动体固定支撑件装于磁极套筒的上部，上端盖B装于滚动体固定支撑件的上部，将滚动体封装于滚动体固定支撑件与固定立柱之间；发电机组固定体套装于磁极套筒的外部；下端盖A装于磁极套筒和发电机组固定体的下部，将滚动体封装于磁极套筒和发电机组固定体之间；上端盖A装于滚动体固定支撑件和发电机组固定体的上部，将滚动体封装于滚动体固定支撑件和发电机组固定体之间；滚动体允许磁极套筒可相对于发电机组固定体转动，但不允许产生相对移动；同时在浪涌的运动下，滚动体允许磁极套筒可以相对于固定立柱产生绕轴转动和上下移动，完成切割45度缠绕磁感应线圈的工作，将海水波浪的动能转化为机械能。
本发明所述的45度缠绕磁感应线圈应距离水面有一定的高度。
本发明所述的水流推动叶片装于磁极套筒的底部，海水流/潮汐的流动能量推动磁极套筒带动磁极绕固定立柱的轴线相对运动，完成切割45度缠绕磁感应线圈的工作，将海水流/潮汐流的动能转化为机械能。
本发明所述的滚动体固定支撑件与磁极之间装有磁极固定件，确保磁极不会产生自由位移。
本发明所述的上端盖B、滚动体固定支撑件和下端盖B与固定立柱之间留有一定间隙，确保磁极套筒能够与固定立柱之间产生相对移动。
本发明的发电原理：
依据电磁感应原理，当一定磁感应强度的磁极相对线圈产生切割磁力线运动时，线圈内将产生感应电动势及电流。
感应电动势计算公式：
E＝-BLVsinΦ(V)
其中：
B：磁感应强度；
L：线圈长度；
V：线圈切割磁感线运动速度；
Φ：为v或L与磁感线的夹角，Φ＝45゜；
当潮汐运动形成海水流时，水流推动叶片带动带磁极的磁极磁极套筒相对固定立柱(45度缠绕磁感应线圈)转动，磁极相对45度缠绕磁感应线圈产生切割磁力线运动，45度缠绕磁感应线圈内产生感应电动势输出：
当海浪波动推动装有磁极的磁极套筒相对固定立柱(45度缠绕磁感应线圈)上下移动时，磁极相对45度缠绕磁感应线圈产生切割磁力线运动，固定线圈内产生感应电动势输出：
此时，综合利用波浪能和潮汐能发电，其合成感应电动势：
综合利用海浪/水流发电效率最高。
本发明的重点在于将铜漆包线与线圈缠绕骨架轴线成45°方向缠绕成电磁感应线圈，线圈大小及圈数需要根据具体情况进行计算。将缠绕好的45度缠绕磁感应线圈与固定立柱的轴线成同轴方向套在固定立柱外表面上并固定。线圈位置应超出海水平面一定高度。在磁力套筒的内表面上布置永磁铁磁极，磁力套筒套装在45度缠绕磁感应线圈外部。
带磁极的磁力套筒与带45度缠绕磁感应线圈的固定立柱构成新型海水浪流发电机组。该发电机组可安置在近海形成潮汐的位置。当潮汐运动形成海水流时，推动叶片带动圆柱体相对立柱转动，磁极相对线圈产生切割磁力线运动，固定线圈内产生感应电动势输出；当海浪波动推动圆柱体上下移动时，磁极也同样相对线圈产生切割磁力线运动，固定线圈内产生感应电动势输出。立柱上端设有弹性限位装置避免由于浪高过大时，磁极的移动距离超出感应线圈的上限，发电机组固定件与立柱的固定拉索产生碰撞。
本发明的优点是显而易见的，主要表现在：
1、本发明采用铜漆包线与线圈缠绕骨架轴线成45°方向缠绕的方式，制成45度缠绕磁感应线圈，确保磁极在海浪的作用下做出绕线圈转动和沿线圈上下移动时都能切割线圈产生感应电动势输出；
2、本发明利用海浪和潮汐流实现发电功能，适用于离岸岛屿、养殖排筏、航标设备用电等处。
离岸岛屿目前电力供应的方式有两种：
1)采取海下电缆输送电能，适合于较大的岛屿或连片岛屿，建设维护成本较高，不适合较小岛屿；
2)自建发电厂：设备投资大，大气污染无法避免；一般不适合岛屿；
养殖排筏、航标设备用电目前主要采取蓄电池供电+太阳能发电，蓄电池需要定时维护，太阳能发电受到天气因素干扰较大。
本发电的新型海水浪/流综合利用发电机组充分利用海水能量，可以实现全天候发电，消除大气污染，保证用电稳定性、可靠性。等优点，其大批量投入市场必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。
附图说明
本发明共有5幅附图,其中：
附图1为本发明发电机组结构示意图；
附图2为磁极发电装置与发电装置固定结构的结构示意图；
附图3为磁极发电装置结构示意图；
附图4为现有磁极相对线圈上下移动发电的发电机组结构示意图；
附图5为现有磁极相对线圈转动发电的发电机组结构示意图。
在图中：1、海底 2、拉索重力块 3、立柱重力固定件 4、水流推动叶片 5、滚动体6、固定拉索 7、浮力材料 8、发电机组固定体 9、上端盖B 10、上端盖A 11、固定立柱 12、立柱重力拉索连接件 13、滚动体固定支撑件 14、磁极固定件 15、45度缠绕磁感应线圈 16、磁极套筒 17、磁极 18、下端盖A 19、下端盖B 20、线圈缠绕骨架。
具体实施方式
本发明的具体实施例如附图所示，海水浪/流综合利用发电机组包括固定支撑结构、磁极发电装置、发电装置固定结构、浮力材料7和水流推动叶片4；固定支撑结构固定于海底1上；磁力发电装置装于固定支撑结构上，并位于海平面上；磁力发电装置的外部装有发电装置固定结构；磁力发电装置的下部装有水流推动叶片4；水流推动叶片4位于海平面下；发电装置固定结构下部装有浮力材料7，确保磁力发电装置浮于海平面上；
固定支撑结构包括：固定立柱11、立柱重力拉索连接件12、固定拉索6、立柱重力固定件3和拉索重力块2；固定立柱11为空心立柱，固定立柱11通过底部的立柱重力固定件3与海底1相接触并保持相对稳定性；固定立柱11顶部设有至少三根立柱重力拉索连接件12，每根立柱重力拉索连接件12上都设有一根固定拉索6通过拉索重力块2与海底1相接触并保持相对稳定性；固定拉索6与固定立柱11呈45°角。
磁极发电装置包括：45度缠绕磁感应线圈15、磁极套筒16、磁极17；45度缠绕磁感应线圈15是由铜漆包线与线圈缠绕骨架20按轴线成45度方向缠绕而成；45度缠绕磁感应线圈15与固定立柱11轴线成同轴方向套装在固定立柱11上并固定；磁极套筒16的内表面均布一组永磁铁磁极17；磁极套筒16套装在45度缠绕磁感应线圈15外表面上，磁极17与45度缠绕磁感应线圈15外表面留有间隙，保证磁极17与45度缠绕磁感应线圈15的相对运动间隙；
发电装置固定结构包括：发电机组固定体8、上端盖A10、上端盖B9、下端盖A18、下端盖B19、滚动体5、滚动体固定支撑件13；下端盖B19装于磁极套筒16的下部，将滚动体5封装于磁极套筒16与固定立柱11之间；滚动体固定支撑件13装于磁极套筒16的上部，上端盖B9装于滚动体固定支撑件13的上部，将滚动体5封装于滚动体固定支撑件13与固定立柱11之间；发电机组固定体8套装于磁极套筒16的外部；下端盖A18装于磁极套筒16和发电机组固定体8的下部，将滚动体5封装于磁极套筒16和发电机组固定体8之间；上端盖A10装于滚动体固定支撑件13和发电机组固定体8的上部，将滚动体5封装于滚动体固定支撑件13和发电机组固定体8之间；滚动体5允许磁极套筒16可相对于发电机组固定体8转动，但不允许产生相对移动，同时滚动体5允许磁极套筒16可以相对于固定立柱11产生绕轴转动和上下移动。
45度缠绕磁感应线圈15应距离水面有一定的高度。
水流推动叶片4装于磁极套筒16的底部，海水流/潮汐的流动能量推动磁极套筒16带动磁极17绕固定立柱11的轴线相对运动，完成切割45度缠绕磁感应线圈15的工作，将海水流/潮汐流的动能转化为机械能。
滚动体固定支撑件13与磁极17之间装有磁极固定件14，确保磁极17不会产生自由位移。
上端盖B9、滚动体固定支撑件13和下端盖B19与固定立柱11之间留有一定间隙，确保磁极套筒16能够与固定立柱11之间产生相对移动。
以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据本发明的技术方案及其本发明的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种海水浪/流综合利用发电机组，其特征在于所述的海水浪/流综合利用发电机组包括固定支撑结构、磁极发电装置、发电装置固定结构、浮力材料(7)和水流推动叶片(4)；固定支撑结构固定于海底(1)上；磁力发电装置装于固定支撑结构上，并位于海平面上；磁力发电装置的外部装有发电装置固定结构；磁力发电装置的下部装有水流推动叶片(4)；水流推动叶片(4)位于海平面下；发电装置固定结构下部装有浮力材料(7)，确保磁力发电装置浮于海平面上；
所述的固定支撑结构包括：固定立柱(11)、立柱重力拉索连接件(12)、固定拉索(6)、立柱重力固定件(3)和拉索重力块(2)；固定立柱(11)为空心立柱，固定立柱(11)通过底部的立柱重力固定件(3)与海底(1)相接触并保持相对稳定性；固定立柱(11)顶部设有至少三根立柱重力拉索连接件(12)，每根立柱重力拉索连接件(12)上都设有一根固定拉索(6)通过拉索重力块(2)与海底(1)相接触并保持相对稳定性；固定拉索(6)与固定立柱(11)呈45°角；
所述的磁极发电装置包括：45度缠绕磁感应线圈(15)、磁极套筒(16)、磁极(17)；45度缠绕磁感应线圈(15)是由铜漆包线与线圈缠绕骨架(20)按轴线成45度方向缠绕而成；45度缠绕磁感应线圈(15)与固定立柱(11)轴线成同轴方向套装在固定立柱(11)上并固定；磁极套筒(16)的内表面均布一组永磁铁磁极(17)；磁极套筒(16)套装在45度缠绕磁感应线圈(15)外表面上，磁极(17)与45度缠绕磁感应线圈(15)外表面留有间隙，保证磁极(17)与45度缠绕磁感应线圈(15)的相对运动间隙；
所述的发电装置固定结构包括：发电机组固定体(8)、上端盖A(10)、上端盖B(9)、下端盖A(18)、下端盖B(19)、滚动体(5)、滚动体固定支撑件(13)；下端盖B(19)装于磁极套筒(16)的下部，将滚动体(5)封装于磁极套筒(16)与固定立柱(11)之间；滚动体固定支撑件(13)装于磁极套筒(16)的上部，上端盖B(9)装于滚动体固定支撑件(13)的上部，将滚动体(5)封装于滚动体固定支撑件(13)与固定立柱(11)之间；发电机组固定体(8)套装于磁极套筒(16)的外部；下端盖A(18)装于磁极套筒(16)和发电机组固定体(8)的下部，将滚动体(5)封装于磁极套筒(16)和发电机组固定体(8)之间；上端盖A(10)装于滚动体固定支撑件(13)和发电机组固定体(8)的上部，将滚动体(5)封装于滚动体固定支撑件(13)和发电机组固定体(8)之间；滚动体(5)允许磁极套筒(16)可相对于发电机组固定体(8)转动，但不允许产生相对移动，同时滚动体(5)允许磁极套筒(16)可以相对于固定立柱(11)产生绕轴转动和上下移动。
2.根据权利要求1所述的海水浪/流综合利用发电机组，其特征在于所述的45度缠绕磁感应线圈(15)应距离水面有一定的高度。
3.根据权利要求1所述的海水浪/流综合利用发电机组，其特征在于所述的水流推动叶片(4)装于磁极套筒(16)的底部，海水流/潮汐的流动能量推动磁极套筒(16)带动磁极(17)绕固定立柱(11)的轴线相对运动，完成切割45度缠绕磁感应线圈(15)的工作，将海水流/潮汐流的动能转化为机械能。
4.根据权利要求1所述的海水浪/流综合利用发电机组，其特征在于所述的滚动体固定支撑件(13)与磁极(17)之间装有磁极固定件(14)，确保磁极(17)不会产生自由位移。
5.根据权利要求1所述的海水浪/流综合利用发电机组，其特征在于所述的上端盖B(9)、滚动体固定支撑件(13)和下端盖B(19)与固定立柱(11)之间留有一定间隙，确保磁极套筒(16)能够与固定立柱(11)之间产生相对移动。
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