波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置及其發(fā)電方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置，其包括：海底導(dǎo)流沉箱；設(shè)置在海底導(dǎo)流沉箱內(nèi)的水輪機(jī)；設(shè)置在水輪機(jī)傳動(dòng)軸外且漂浮在水面上的振蕩浮子；安裝在傳動(dòng)軸上且位于振蕩浮子上方的圓形空艙，其外表面設(shè)有固定架，其內(nèi)設(shè)置液壓集成發(fā)電模塊；其中，所述振蕩浮子與所述固定架之間設(shè)置三個(gè)液壓缸；液壓集成發(fā)電模塊通過水輪機(jī)和振蕩浮子分別將海水的海流能和波浪能轉(zhuǎn)換為電能。本發(fā)明的集成發(fā)電裝置，可同時(shí)對波浪能和海流能進(jìn)行提取，發(fā)電過程持續(xù)、可控，工作可靠性高，輸出電能質(zhì)量高，經(jīng)濟(jì)效率好；此外，本發(fā)明還提供一種采用上述的發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電的方法。
【專利說明】波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置及其發(fā)電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋能源開發(fā)利用【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置及其發(fā)電方法。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋能的蘊(yùn)藏量巨大，其中波浪能的分布廣泛，是海洋能開發(fā)的重點(diǎn)。但是，波浪能雖然有巨大的蘊(yùn)藏量，但也有能量密度低、提取困難的特點(diǎn)，往往需要較大型的提取設(shè)備，并且由于海洋環(huán)境的惡劣，海上工程結(jié)構(gòu)的造價(jià)較高。目前出現(xiàn)了許多單一開發(fā)波浪能的技術(shù)，但是由于這些開發(fā)技術(shù)需要建造專門的支持系統(tǒng)，成本和維護(hù)費(fèi)用太高，因此很難推廣?，F(xiàn)階段制約波浪能開發(fā)的面臨的主要問題是:能量形式單一，間歇性強(qiáng)；發(fā)電過程不可控，輸出電能質(zhì)量差；提取裝置一次性投資大；電價(jià)成本高，經(jīng)濟(jì)效益差；建站對周圍環(huán)境影響大等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了克服上述缺點(diǎn)，提供一種波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，可同時(shí)對波浪能和海流能進(jìn)行提取，且提取方便，發(fā)電過程持續(xù)、可控，工作可靠性高，輸出電能質(zhì)量高，經(jīng)濟(jì)效率好；此外，本發(fā)明還提供一種采用上述的發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電的方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供一種波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置，其包括:用于固定在海底的海底導(dǎo)流沉箱；設(shè)置在海底導(dǎo)流沉箱內(nèi)的水輪機(jī)，具有伸出于海底導(dǎo)流沉箱上表面的豎直的傳動(dòng)軸；安置在傳動(dòng)軸外且漂浮在水面上的振蕩浮子；安裝在傳動(dòng)軸上且位于振蕩浮子上方的圓形空艙，其外表面設(shè)有固定架；其中，所述振蕩浮子與所述固定架之間設(shè)置用于將其連接為一體的三個(gè)液壓缸；其中，所述圓形空艙內(nèi)設(shè)置液壓集成發(fā)電模塊，其分別與水輪機(jī)的傳動(dòng)軸和液壓缸的排油口連接；其中，當(dāng)海水流過海底導(dǎo)流沉箱時(shí)，海水的海流能轉(zhuǎn)換為水輪機(jī)的機(jī)械能，水輪機(jī)的機(jī)械能通過液壓集成發(fā)電模塊轉(zhuǎn)換為電能；當(dāng)振蕩浮子隨海水的波浪運(yùn)動(dòng)時(shí)，海水的波浪能轉(zhuǎn)換為振蕩浮子的機(jī)械能，振蕩浮子的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓缸的液壓能，液壓缸的液壓能通過液壓集成發(fā)電模塊轉(zhuǎn)為電能。
[0005]其中，所述液壓集成發(fā)電模塊包括:與所述液壓缸連接的油箱，用于向所述液壓缸提供液壓油；與所述水輪機(jī)連接的液壓泵；與所述液壓缸、液壓泵分別連接的蓄能器，用于儲(chǔ)存所述液壓缸及液壓泵輸出的液壓油；與所述蓄能器連接的液壓馬達(dá)，用于在所述蓄能器提供的液壓油的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)；與所述液壓馬達(dá)的輸出軸連接的發(fā)電機(jī)，其在液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下發(fā)電；其中，在所述油箱和所述液壓缸的吸油口以及所述液壓缸的排油口和所述蓄能器之間分別設(shè)置有單向閥組。
[0006]進(jìn)一步的，所述液壓集成發(fā)電模塊還包括設(shè)置在所述油箱與所述蓄能器之間且與所述液壓缸并列設(shè)置的溢流閥。
[0007]更進(jìn)一步的，所述液壓集成發(fā)電模塊還包括設(shè)置在所述蓄能器與所述液壓馬達(dá)之間的電磁換向閥。
[0008]其中，所述液壓缸的活塞桿通過第一球鉸與所述振蕩浮子連接，所述液壓缸的缸體通過第二球鉸與所述固定架連接。
[0009]其中，所述液壓缸的數(shù)量為三個(gè)，且連接在三個(gè)液壓缸與所述振蕩浮子之間的三個(gè)第一球鉸均勻分布于第一圓上，連接在三個(gè)液壓缸與所述固定架之間的三個(gè)第二球鉸均勻分布于第二圓上。
[0010]優(yōu)選的，所述第二球鉸與所述第二圓圓心之間的距離小于所述第一球鉸與所述第一圓圓心之間的距離，以使所述液壓缸保持向外傾斜的姿態(tài)。
[0011]其中，所述海底導(dǎo)流沉箱的兩端迎流面呈漸擴(kuò)形狀，所述水輪機(jī)設(shè)置在所述迎流面的截面積最小的中間部位。
[0012]更進(jìn)一步的，還包括設(shè)置在所述海底導(dǎo)流沉箱與所述空艙之間且轉(zhuǎn)動(dòng)安置于所述傳動(dòng)軸外壁的中空立柱，所述振蕩浮子安裝于所述中空立柱外壁。
[0013]本發(fā)明還提供一種采用上述的波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電的方法，該集成發(fā)電裝置包括海底導(dǎo)流沉箱、安置在海底導(dǎo)流沉箱內(nèi)的水輪機(jī)、安裝于水輪機(jī)傳動(dòng)軸上的振蕩浮子和具有固定架的圓形空艙、以及連接振蕩浮子和固定架的多個(gè)液壓缸，所述發(fā)電方法包括如下步驟:
[0014]A)將海底導(dǎo)流沉箱依靠自重沉入預(yù)定的海底位置，使振蕩浮子漂浮在海面上；
[0015]B)通過使海水流過海底導(dǎo)流沉箱，將海水的海流能轉(zhuǎn)換為水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能，水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)具有的機(jī)械能通過傳動(dòng)軸傳遞給液壓集成發(fā)電模塊，并通過液壓集成發(fā)電模塊轉(zhuǎn)換為電能；
[0016]C)通過振蕩浮子隨著海水波浪的運(yùn)動(dòng)，將海水的波浪能轉(zhuǎn)換為振蕩浮子運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，振蕩浮子運(yùn)動(dòng)時(shí)具有的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓缸的液壓能，液壓缸的液壓能通過液壓集成發(fā)電模塊轉(zhuǎn)為電能。
[0017]其中，所述海底導(dǎo)流沉箱通過混凝土澆筑制成，所述固定架為由鋼板焊接而成的中空箱體。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置及其發(fā)電方法具有如下突出的優(yōu)點(diǎn):
[0019]I)本發(fā)明的波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置，結(jié)構(gòu)簡單，可以對波浪能和海流能進(jìn)行分別提取，使其轉(zhuǎn)換為電能，且提取過程簡單、方便，發(fā)電過程持續(xù)、可控，發(fā)電裝置的工作可靠性高，輸出電能質(zhì)量高、經(jīng)濟(jì)效率好；
[0020]2)本發(fā)明的集成發(fā)電裝置具有水輪機(jī)，其可將海水的海流能轉(zhuǎn)換為水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能，水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將機(jī)械能進(jìn)行傳遞，并通過液壓集成發(fā)電模塊將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，提取過程簡單、可靠；
[0021]3)本發(fā)明的集成發(fā)電裝置具有液壓缸和振蕩浮子，其隨著海水的起伏，將海水的波浪能轉(zhuǎn)換為振蕩浮子運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，振蕩浮子運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)液壓缸的活塞桿進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，將振蕩浮子的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓缸的液壓能，并通過液壓集成發(fā)電模塊將液壓能轉(zhuǎn)換為電能，提取過程簡單、工作過程可靠；
[0022]4)本發(fā)明的集成發(fā)電裝置具有集成發(fā)電模塊，其分別與水輪機(jī)和液壓缸相連，從而可分別將水輪機(jī)的機(jī)械能和液壓缸的液壓能轉(zhuǎn)換為電能，其結(jié)構(gòu)簡單，發(fā)電過程持續(xù)、可靠，輸出電能質(zhì)量高。
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明的第一球鉸所在平面示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明的第二球鉸所在平面示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明的液壓集成發(fā)電模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5為圖1所示的A-A向視圖。
[0029]附圖標(biāo)記說明:1_海底導(dǎo)流沉箱；2_水輪機(jī)；3_振蕩浮子；4_液壓缸；5_液壓集成發(fā)電模塊；6_圓形空艙；7_固定架；9_傳動(dòng)軸；10_中空立柱；11_滾動(dòng)軸承；12_齒輪箱；13-第一球鉸；13a-第一圓；14-第二球鉸；14a_第二圓；15-單向閥組；16-液壓泵；17_溢流閥；18_油箱；19_蓄能器；20_壓力開關(guān)；21_電磁換向閥；22_液壓馬達(dá)；23_發(fā)電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]如圖1所示，為本發(fā)明的波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖1可知，其包括:依靠自身重力固定在海底的海底導(dǎo)流沉箱I;設(shè)置在海底導(dǎo)流沉箱I內(nèi)的水輪機(jī)2，具有伸出于海底導(dǎo)流沉箱I上表面的豎直的傳動(dòng)軸9，該傳動(dòng)軸9即為水輪機(jī)2的動(dòng)力輸出軸；套裝在傳動(dòng)軸9外且漂浮在水面上的振蕩浮子3 ;安裝在傳動(dòng)軸9上且位于振蕩浮子3上方的圓形空艙6，其外表面設(shè)有固定架7 ;其中，振蕩浮子3與固定架7之間設(shè)置用于將其連接為一體的多個(gè)液壓缸4;其中，圓形空艙6內(nèi)設(shè)置液壓集成發(fā)電模塊5，其分別與水輪機(jī)2的傳動(dòng)軸9和液壓缸4的排油口連接。
[0031]本發(fā)明的集成發(fā)電裝置中，當(dāng)海水流過海底導(dǎo)流沉箱I時(shí)，海水的海流能轉(zhuǎn)換為水輪機(jī)2的機(jī)械能，水輪機(jī)2的機(jī)械能通過液壓集成發(fā)電模塊5轉(zhuǎn)換為電能；當(dāng)振蕩浮子3隨海水的波浪運(yùn)動(dòng)時(shí)，海水的波浪能轉(zhuǎn)換為振蕩浮子3的機(jī)械能，振蕩浮子3的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓缸4的液壓能，液壓缸4的液壓能通過液壓集成發(fā)電模塊5轉(zhuǎn)換為電能。
[0032]其中，如圖1所示，海底導(dǎo)流沉箱I是大質(zhì)量的長方形箱體，其在陸地上用混凝土澆筑制成，然后將其沉入海底，依靠其自重使其固定在海底的預(yù)定位置。
[0033]而如圖5所示，海底導(dǎo)流沉箱I兩端迎流面呈現(xiàn)逐漸擴(kuò)大的形狀，也就是說，海底導(dǎo)流沉箱I迎著海流方向(即垂直于海水流動(dòng)方向)的迎流面的橫截面積中，位于前后兩端的迎流面的橫截面積大于位于中間的迎流面的橫截面積，即位于中間的迎流面的橫截面積最小，而水輪機(jī)2安置在位于中間的迎流面處。
[0034]由于海底導(dǎo)流沉箱I兩端迎流面呈現(xiàn)逐漸擴(kuò)大的形狀，因此在引導(dǎo)潮汐流通過時(shí)，潮汐流在海底導(dǎo)流沉箱I的中間部位加大流速，從而推動(dòng)設(shè)置在中間位置處的水輪機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)，將海流能轉(zhuǎn)換為水輪機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能，水輪機(jī)2的機(jī)械能通過液壓集成發(fā)電模塊5轉(zhuǎn)換為電能，從而通過水輪機(jī)2實(shí)現(xiàn)了對海流能的提取。
[0035]具體的，水輪機(jī)2工作時(shí)，其傳動(dòng)軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，并將動(dòng)力傳遞給與傳動(dòng)軸9頂端相連的液壓集成發(fā)電模塊5。
[0036]其中，如圖1所示，液壓集成發(fā)電模塊5安置在位于水面上方且遠(yuǎn)離水面的圓形空艙6內(nèi)，在圓形空艙6內(nèi)預(yù)留用于安裝液壓集成發(fā)電模塊的道門(圖中未示出)，并在道門處設(shè)置防水密封。并且，在圓形空艙6與海底導(dǎo)流沉箱I之間設(shè)置有與其分別固定連接的空心立柱10，而傳動(dòng)軸9穿設(shè)于空心立柱10內(nèi)，并且為了保證傳動(dòng)軸9的穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)，在空心立柱10與傳動(dòng)軸9之間設(shè)置多個(gè)滾珠軸承11。
[0037]而如圖4所示，液壓集成發(fā)電模塊5包括:用于盛放液壓油的油箱18 ;與水輪機(jī)2連接的液壓泵16，當(dāng)水輪機(jī)2工作時(shí)，帶動(dòng)液壓泵16從油箱18中吸油；與液壓泵16連接的蓄能器19，用于儲(chǔ)存液壓泵16輸出的液壓油；與蓄能器19連接的液壓馬達(dá)22，用于在蓄能器19提供的液壓油的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)；與液壓馬達(dá)22的輸出軸連接的發(fā)電機(jī)23，其在液壓馬達(dá)22的驅(qū)動(dòng)下發(fā)電；其中，在油箱18與蓄能器19之間設(shè)置有與液壓泵16并列的溢流閥17,以防止蓄能器19內(nèi)液壓油壓力超過預(yù)定值；并且，在蓄能器19與液壓馬達(dá)22之間設(shè)置有電磁換向閥21，而在電磁換向閥21與蓄能器19之間設(shè)置有壓力開關(guān)20。
[0038]而為了提高液壓泵16的工作性能，在液壓泵16與油箱18之間設(shè)置增速的齒輪箱12，可以提高液壓泵16的轉(zhuǎn)速。
[0039]當(dāng)蓄能器19中儲(chǔ)存的加壓液壓油達(dá)到設(shè)定壓力值時(shí)，壓力開關(guān)20動(dòng)作，電磁換向閥21開啟，工作油路接通，蓄能器19中壓力油供給液壓馬達(dá)22，液壓馬達(dá)22轉(zhuǎn)動(dòng)并驅(qū)動(dòng)與其輸出軸連接的發(fā)電機(jī)23發(fā)電。而當(dāng)蓄能器19中的液壓油的壓力降低后，壓力開關(guān)20動(dòng)作，電磁換向閥21關(guān)閉，工作油路切斷，液壓泵繼續(xù)向蓄能器19內(nèi)儲(chǔ)存由海流能轉(zhuǎn)換成的液壓能，直至蓄能器19中儲(chǔ)存的加壓液壓油達(dá)到設(shè)定壓力值并進(jìn)入下一個(gè)發(fā)電工作循環(huán)。這樣，實(shí)現(xiàn)了對海流能進(jìn)行提取并進(jìn)行發(fā)電的過程。
[0040]其中，在圓形空艙6的外表面設(shè)置圓形固定架7，在圓形空艙6與海底導(dǎo)流沉箱I之間的空心立柱10外安裝有振蕩浮子3。通過振蕩浮子3在海面上隨著波浪的運(yùn)動(dòng)，將波浪能轉(zhuǎn)換為振蕩浮子3的機(jī)械能。
[0041]具體的，如圖1所示，振蕩浮子3為采用普通鋼板焊接而成的中空浮體，其上下表面為平面，上下表面之間的連接面為球形面，其中心設(shè)置有用于穿過空心立柱10的通孔。振蕩浮子3的外部涂覆防腐漆，且在水面上呈正浮狀態(tài)。
[0042]如圖1所示，振蕩浮子3的上表面通過三個(gè)液壓缸4與固定架7相連接。為保證液壓缸4能夠自由擺動(dòng)，液壓缸4缸體底端通過第一球鉸13與固定架7相連接，液壓缸4活塞桿端部通過第二球鉸14與振蕩浮子3相連接。
[0043]其中，振蕩浮子3上第二球鉸14的設(shè)置方式如圖3所示，三個(gè)第二球鉸設(shè)置在位于同一平面的第二圓14a上，且在第二圓14a的圓周呈等間隔120度分布。固定架7上的第一球鉸13位置與振蕩浮子3上的第二球鉸14布置類似，如圖2所示，即三個(gè)第一球鉸設(shè)置在位于同一平面的第一圓13a上，且在第一圓13a的圓周呈等間隔120度分布，只是每個(gè)第一球鉸與第一圓13a的圓心之間的距離大于第二球鉸與第二圓圓心之間的距離。
[0044]應(yīng)用中，液壓缸4采用防水型液壓缸，以防止外界海水通過液壓缸4滲入液壓油中。而第一球鉸13、第二球鉸14均采用防海水腐蝕的不銹鋼制成。
[0045]通過上述的布置方式，可以讓三個(gè)液壓缸4保持向外傾斜的姿態(tài)，從而保證振蕩浮子3可以跟隨海面上的波浪自由振蕩，并依靠三個(gè)液壓缸的極限伸長量和振蕩浮子3中間圓形通孔半徑的匹配，保證振蕩浮子3振蕩時(shí)不會(huì)撞擊到中空立柱10，并在振蕩浮子3與固定架7距離變小時(shí)使液壓缸保持受壓狀態(tài)。[0046]當(dāng)振蕩浮子隨波浪運(yùn)動(dòng)時(shí)，必然造成其與固定架7之間相對距離的變化，并拉動(dòng)或壓縮液壓缸的活塞桿動(dòng)作，通過拉伸或壓縮液壓缸4活塞桿的動(dòng)作，使得液壓缸4在推、拉活塞桿的動(dòng)作過程中產(chǎn)生吸、排液壓油的作用，從而將振蕩浮子3隨波浪運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓油壓力能，并輸送到液壓集成發(fā)電模塊7中，從而將液壓油壓力能轉(zhuǎn)換為電能。
[0047]其中，液壓集成發(fā)電模塊7除了上述的油箱18、液壓泵16、蓄能器19、液壓馬達(dá)22、發(fā)電機(jī)23、溢流閥17、電磁換向閥21和壓力開關(guān)20等元件外，還包括:分別設(shè)置在油箱18和液壓缸4的吸油口以及液壓缸4的排油口和蓄能器19之間的單向閥組15，且液壓集成發(fā)電模塊7通過液壓油管與設(shè)置在圓形空艙6之外的三個(gè)液壓缸4相連，并且單向閥組15與溢流閥17并聯(lián)安置在油箱18與蓄能器19之間。
[0048]具體的，液壓缸4的吸油口與油箱18相連，液壓缸4的排油口與蓄能器19連接，使蓄能器19可以儲(chǔ)存液壓缸4輸出的液壓油，而與蓄能器19連接的液壓馬達(dá)22可以在由液壓缸4輸送到蓄能器的液壓油的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)與其輸出軸連接的發(fā)電機(jī)23進(jìn)行發(fā)電。
[0049]其中，如圖4所示，由于在油箱18和液壓缸4的吸油口之間設(shè)置有單向閥組15，可以在液壓缸4的活塞桿伸出時(shí)，使油箱18內(nèi)的液壓油從液壓缸4的吸油口進(jìn)入，而在液壓缸4的活塞桿縮回時(shí)，使液壓缸4內(nèi)的液壓油不能從液壓缸4的吸油口回流到油箱18內(nèi)。
[0050]其中，如圖4所示，在液壓缸4的排油口和蓄能器19之間也設(shè)置有單向閥組15。當(dāng)液壓缸4的活塞桿縮回時(shí)，可以使液壓缸4內(nèi)的液壓油從液壓缸4的排油口流出并進(jìn)入到蓄能器19內(nèi)。
[0051]由于波浪的作用，液壓缸的活塞桿連續(xù)發(fā)生伸縮運(yùn)動(dòng)，從而在兩組單向閥組15的作用下，液壓油從油箱吸入液壓缸并加壓輸送到蓄能器中儲(chǔ)存。
[0052]當(dāng)蓄能器中儲(chǔ)存的加壓液壓油達(dá)到設(shè)定壓力值時(shí)，壓力開關(guān)20動(dòng)作，電磁換向閥21開啟，蓄能器19中液壓油被供給液壓馬達(dá)22，液壓馬達(dá)22轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)與其同軸的發(fā)電機(jī)23進(jìn)行發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)了波浪能轉(zhuǎn)換為液壓油壓力能、液壓油壓力能轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換利用。
[0053]液壓集成發(fā)電模塊7中的各元件在制作時(shí)選用的零部件與陸地設(shè)備使用的標(biāo)準(zhǔn)件相同，只是由于維修更換較難，因此應(yīng)選擇制造質(zhì)量更高的元件來制造以提高系統(tǒng)的可靠性。
[0054]此外，本發(fā)明還提供一種采用上述的波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電的方法，其包括如下步驟:
[0055]A)將水輪機(jī)安置在海底導(dǎo)流沉箱的迎流面橫截面積最小的中間位置，并使水輪機(jī)傳動(dòng)軸伸出于海底導(dǎo)流沉箱的上表面；
[0056]將中空立柱通過上下兩個(gè)滾珠軸承轉(zhuǎn)動(dòng)安置在水輪機(jī)傳動(dòng)軸的外部，并將中空立柱的底端固定在海底導(dǎo)流沉箱的上表面；
[0057]將振蕩浮子套在中空立柱外部，使振蕩浮子與中空立柱之間存在環(huán)形空間；
[0058]將外部帶有固定架、內(nèi)部帶有液壓集成發(fā)電模塊的圓形空艙安裝在中空立柱的頂端，并通過三個(gè)間隔120度的液壓缸將振蕩浮子與固定架連接為一體；
[0059]通過液壓油管將三個(gè)液壓缸分別與液壓集成發(fā)電模塊的油箱相連，通過水輪機(jī)的傳動(dòng)軸使水輪機(jī)與液壓泵相連，從而組裝成集成發(fā)電裝置；
[0060]將集成發(fā)電裝置中的海底導(dǎo)流沉箱依靠自重沉入預(yù)定的海底位置，并使振蕩浮子漂浮在海面上。
[0061]B)通過海底導(dǎo)流沉箱I兩端迎流面呈現(xiàn)逐漸擴(kuò)大的形狀，使海水的潮汐流流過海底導(dǎo)流沉箱時(shí)，潮汐流在海底導(dǎo)流沉箱I的中間部位加大流速，從而推動(dòng)設(shè)置在中間位置處的水輪機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)，將海流能轉(zhuǎn)換為水輪機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能；
[0062]水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其傳動(dòng)軸通過齒輪箱將動(dòng)力傳遞給液壓泵，從而將水輪機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為使液壓泵工作的液壓能；
[0063]當(dāng)液壓泵工作時(shí)，從油箱中吸油并加壓向蓄能器輸送，使蓄能器19中儲(chǔ)存經(jīng)過加壓的液壓油；
[0064]當(dāng)蓄能器19中儲(chǔ)存的加壓液壓油達(dá)到設(shè)定壓力值時(shí)，壓力開關(guān)20動(dòng)作，電磁換向閥21開啟，工作油路接通，蓄能器19中壓力油供給液壓馬達(dá)22，液壓馬達(dá)22轉(zhuǎn)動(dòng)并驅(qū)動(dòng)與其輸出軸連接的發(fā)電機(jī)23發(fā)電；
[0065]而當(dāng)蓄能器19中的液壓油的壓力降低后，壓力開關(guān)20動(dòng)作，電磁換向閥21關(guān)閉，工作油路切斷，液壓泵繼續(xù)從油箱吸油并向蓄能器19內(nèi)輸送加壓的液壓油，直至蓄能器19中儲(chǔ)存的加壓液壓油達(dá)到設(shè)定壓力值并進(jìn)入下一個(gè)發(fā)電工作循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)了對海流能進(jìn)行提取并進(jìn)行發(fā)電的過程。
[0066]C)當(dāng)海面有波浪時(shí)，振蕩浮子I隨著波浪運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中振蕩浮子I與固定架7之間的相對距離發(fā)生變化，使得連接兩者的液壓缸的活塞桿進(jìn)行伸出或縮回的動(dòng)作；
[0067]通過振蕩浮子I拉伸或壓縮液壓缸2活塞桿的動(dòng)作，使得液壓缸2在推、拉活塞桿的動(dòng)作過程中產(chǎn)生吸、排液壓油的作用，從而將振蕩浮子I隨波浪運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓油壓力能，即從油箱吸入液壓缸的液壓油被加壓輸送到蓄能器中儲(chǔ)存；
[0068]輸送到蓄能器中儲(chǔ)存的液壓油壓力隨著波浪的運(yùn)動(dòng)持續(xù)增加，當(dāng)蓄能器中儲(chǔ)存的加壓液壓油達(dá)到設(shè)定壓力值時(shí)，壓力開關(guān)20動(dòng)作，電磁換向閥21開啟，蓄能器19中的加壓液壓油被供給液壓馬達(dá)22，從而驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)22轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓馬達(dá)22轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)與其輸出軸連接的發(fā)電機(jī)23轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使發(fā)電機(jī)23進(jìn)行發(fā)電；
[0069]而當(dāng)蓄能器19中的液壓油的壓力降低后，壓力開關(guān)20動(dòng)作，電磁換向閥21關(guān)閉，工作油路切斷，隨著振蕩浮子在海面的波動(dòng)，液壓缸的活塞桿持續(xù)進(jìn)行拉伸或縮回的動(dòng)作，從而使液壓缸繼續(xù)向蓄能器19內(nèi)輸送加壓的液壓油，直至蓄能器19中儲(chǔ)存的加壓液壓油達(dá)到設(shè)定壓力值并進(jìn)入下一個(gè)發(fā)電工作循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)了對波浪能進(jìn)行提取及運(yùn)用其進(jìn)行發(fā)電的過程。
[0070]上述步驟B)中利用水輪機(jī)進(jìn)行海流能的提取以進(jìn)行發(fā)電的方法和步驟C)中利用振蕩浮子進(jìn)行波浪能提取以進(jìn)行發(fā)電的方法，兩種方法同時(shí)進(jìn)行且相互補(bǔ)充，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)進(jìn)行持續(xù)發(fā)電的過程，并且達(dá)到使海洋可再生能源低成本規(guī)模人開發(fā)利用的目標(biāo)，具有重大經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。
[0071]盡管上文對本發(fā)明作了詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于此，本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的原理進(jìn)行修改，因此，凡按照本發(fā)明的原理進(jìn)行的各種修改都應(yīng)當(dāng)理解為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置，其特征在于，包括: 用于固定在海底的海底導(dǎo)流沉箱； 設(shè)置在海底導(dǎo)流沉箱內(nèi)的水輪機(jī)，具有伸出于海底導(dǎo)流沉箱上表面的豎直的傳動(dòng)軸； 安置在傳動(dòng)軸外且漂浮在水面上的振蕩浮子； 安裝在傳動(dòng)軸上且位于振蕩浮子上方的圓形空艙，其外表面設(shè)有固定架； 其中，所述振蕩浮子與所述固定架之間設(shè)置用于將其連接為一體的三個(gè)液壓缸； 其中，所述圓形空艙內(nèi)設(shè)置液壓集成發(fā)電模塊，其分別與水輪機(jī)的傳動(dòng)軸和液壓缸的排油口連接； 其中，當(dāng)海水流過海底導(dǎo)流沉箱時(shí)，海水的海流能轉(zhuǎn)換為水輪機(jī)的機(jī)械能，水輪機(jī)的機(jī)械能通過液壓集成發(fā)電模塊轉(zhuǎn)換為電能；當(dāng)振蕩浮子隨海水的波浪運(yùn)動(dòng)時(shí)，海水的波浪能轉(zhuǎn)換為振蕩浮子的機(jī)械能，振蕩浮子的機(jī)械能通過液壓缸轉(zhuǎn)換為液壓油壓力能，然后液壓油的壓力能通過液壓集成發(fā)電模塊轉(zhuǎn)換為電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置，其特征在于，所述液壓集成發(fā)電模塊包括: 與所述液壓缸連接的油箱，用于向所述液壓缸提供液壓油； 與所述水輪機(jī)連接的液壓泵； 與所述液壓缸、液壓泵分別連接的蓄能器，用于儲(chǔ)存所述液壓缸及液壓泵輸出的液壓油； 與所述蓄能器連接的液壓馬達(dá)，用于在所述蓄能器提供的液壓油的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)； 與所述液壓馬達(dá)的輸出軸連接的發(fā)電機(jī)，其在液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下發(fā)電； 其中，在所述油箱和所述液壓缸的吸油口以及所述液壓缸的排油口和所述蓄能器之間分別設(shè)置有單向閥組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置，其特征在于，所述液壓集成發(fā)電模塊還包括設(shè)置在所述油箱與所述蓄能器之間且與所述液壓缸并列設(shè)置的溢流閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置，其特征在于，所述液壓集成發(fā)電模塊還包括設(shè)置在所述蓄能器與所述液壓馬達(dá)之間的電磁換向閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置，其特征在于，所述液壓缸的活塞桿通過第一球鉸與所述振蕩浮子連接，所述液壓缸的缸體通過第二球鉸與所述固定架連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置，其特征在于，所述液壓缸的數(shù)量為三個(gè)，且連接在三個(gè)液壓缸與所述振蕩浮子之間的第一球鉸均勻分布于第一圓上，連接在三個(gè)液壓缸與所述固定架之間的三個(gè)第二球鉸均勻分布于第二圓上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置，其特征在于，所述第二球鉸與所述第二圓圓心之間的距離小于所述第一球鉸與所述第一圓圓心之間的距離，以使所述液壓缸保持向外傾斜的姿態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置，其特征在于，所述海底導(dǎo)流沉箱的兩端迎流面呈漸擴(kuò)形狀，所述水輪機(jī)設(shè)置在所述迎流面的截面積最小的中間部位。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所 述的波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置，其特征在于，還包括設(shè)置在所述海底導(dǎo)流沉箱與所述空艙之間且安置所述傳動(dòng)軸外壁的中空立柱，所述振蕩浮子安裝于所述中空立柱外部并環(huán)繞中空立柱。
10.一種采用如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的波浪能和海流能的集成發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電的方法，該集成發(fā)電裝置包括海底導(dǎo)流沉箱、安置在海底導(dǎo)流沉箱內(nèi)的水輪機(jī)、安裝于水輪機(jī)傳動(dòng)軸上的振蕩浮子和具有固定架的圓形空艙、以及連接振蕩浮子和固定架的多個(gè)液壓缸，所述發(fā)電方法包括如下步驟: A)將海底導(dǎo)流沉箱依靠自重沉入預(yù)定的海底位置，使振蕩浮子漂浮在海面上； B)通過使海水流過海底導(dǎo)流沉箱，將海水的海流能轉(zhuǎn)換為水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能，水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)具有的機(jī)械能通過傳動(dòng)軸傳遞給液壓集成發(fā)電模塊，并通過液壓集成發(fā)電模塊轉(zhuǎn)換為電能； C)通過振蕩浮子隨著海水波浪的運(yùn)動(dòng)，將海水的波浪能轉(zhuǎn)換為振蕩浮子運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，振蕩浮子運(yùn)動(dòng)時(shí)具有的機(jī)械能通過液壓缸轉(zhuǎn)換為液壓油的壓力能，液壓油的壓力能通過液壓集成發(fā)電模塊轉(zhuǎn)為電 能。
【文檔編號(hào)】F03B13/22GK103758687SQ201410007570
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】張銀東, 楊杰, 張興明, 李文華, 沈巖, 孫玉清 申請人:大連海事大學(xué)