垂直軸波浪發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種垂直軸波浪發(fā)電機，包括葉片、旋轉(zhuǎn)軸、支柱、露出海平面的水上平臺、設(shè)置于水上平臺上的發(fā)電機和葉片高度提升裝置及控制裝置、底座，葉片沿圓周方向固定于旋轉(zhuǎn)軸上，旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)部通過軸承嵌套于支柱上端，所述支柱下端與底座固定連接，所述水上平臺固定在支柱上端，所述發(fā)電機與旋轉(zhuǎn)軸的輸出端驅(qū)動連接，所述葉片高度提升裝置設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸上端，用于調(diào)節(jié)葉片的吃水深度，所述控制裝置與發(fā)電機電路連接用于控制電能的連續(xù)穩(wěn)定輸出。本實用新型海上布置與入射波方向無關(guān)，葉片帶動旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，免去了一般波浪發(fā)電機經(jīng)過中間環(huán)節(jié)能量傳遞和蓄能穩(wěn)壓的復(fù)雜性，提高了波浪能的轉(zhuǎn)換效率和發(fā)電品質(zhì)，造價低。
【專利說明】垂直軸波浪發(fā)電機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種海洋波浪能發(fā)電裝置，尤其涉及利用波浪能直接進行發(fā)電的 垂直軸波浪發(fā)電機。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會進步和經(jīng)濟發(fā)展，人類對能源的需求日益增加，而常規(guī)能源的開發(fā)已經(jīng) 不能滿足這種需求，同時環(huán)境污染以及生態(tài)破壞迫使人們尋找新的可替代能源形式。海洋 能作為地球上尚未充分開發(fā)利用的儲量較大的可再生能源，其開發(fā)利用正成為國際社會的 熱點。其中，波浪能具有儲量大、開發(fā)受地域環(huán)境影響小等特點，現(xiàn)已成為海洋能開發(fā)利用 的焦點。波浪能發(fā)電的開發(fā)應(yīng)用將會是繼風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)后的又一新能源產(chǎn)業(yè) 方向。然而，波浪能發(fā)電是一種在復(fù)雜海洋環(huán)境下獲取能量的技術(shù)，對海況適應(yīng)能力和高海 況生存能力有很高的要求，其難點在于如何突破能量轉(zhuǎn)換的連續(xù)穩(wěn)定性、能量吸收的高效 性、裝置運行的可靠性以及惡劣環(huán)境下的生存能力等關(guān)鍵技術(shù)。
[0003] 目前的波浪發(fā)電裝置主要有振蕩水柱式、擺式、振蕩浮子式等，這些發(fā)電裝置的主 要問題集中在能量轉(zhuǎn)換及傳遞機構(gòu)受到的沖擊力比較大，獲得的能量不連續(xù)且穩(wěn)定性差， 因此能量傳遞環(huán)節(jié)需要中間蓄能裝置，這樣就增加了建造成本和裝置復(fù)雜度，影響了發(fā)電 裝置的發(fā)電質(zhì)量和可靠性。
[0004] 因此如何將分散的、低密度的、不穩(wěn)定的波浪能轉(zhuǎn)換為高效、穩(wěn)定、連續(xù)的電能，并 且可以使波浪發(fā)電裝置承受較大的災(zāi)害性海況的破壞，實現(xiàn)裝置安全運行。同時還要滿足 發(fā)電裝置的成本低、施工周期短、布置地點靈活，布放和維護方便等特點是當(dāng)今波浪發(fā)電領(lǐng) 域面臨的主要技術(shù)難題。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型的目的在于克服上述波浪發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)難題，提供一種有可能產(chǎn) 業(yè)化利用波浪能發(fā)電的垂直軸波浪發(fā)電機。
[0006] 本實用新型的技術(shù)方案如下：
[0007] 垂直軸波浪發(fā)電機，包括葉片、旋轉(zhuǎn)軸、支柱、露出海平面的水上平臺、設(shè)置于水上 平臺上的發(fā)電機和葉片高度提升裝置及控制裝置、底座，所述葉片沿圓周方向固定于旋轉(zhuǎn) 軸上，所述旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)部通過軸承嵌套于支柱上端，所述支柱下端與底座固定連接，所述水上 平臺固定在支柱上端，所述發(fā)電機與旋轉(zhuǎn)軸的輸出端驅(qū)動連接，所述葉片高度提升裝置設(shè) 置于旋轉(zhuǎn)軸上端，用于調(diào)節(jié)葉片的吃水深度，所述控制裝置與發(fā)電機電路連接用于控制電 能的連續(xù)穩(wěn)定輸出。
[0008] 葉片圓周旋轉(zhuǎn)形式可以很好地和發(fā)電機輸入軸直接連接配套，免去了一般波浪發(fā) 電裝置需要經(jīng)過中間環(huán)節(jié)進行能量傳遞和蓄能穩(wěn)壓的復(fù)雜性，有效地提高了波浪能的轉(zhuǎn)換 效率和發(fā)電品質(zhì)，同時較易滿足電能輸出的連續(xù)穩(wěn)定要求；葉片高度提升裝置，調(diào)節(jié)葉片的 吃水以適應(yīng)不同的潮位，同時大浪或臺風(fēng)時可以提高葉片至水面以上可起到保護葉片的作 用。
[0009] 進一步地，所述底座為內(nèi)設(shè)壓載艙的漂浮式浮式基礎(chǔ)，所述浮式基礎(chǔ)懸浮于海水 中且由錨系結(jié)構(gòu)錨泊于海床。
[0010] 進一步地，所述壓載艙設(shè)有通過進氣排水或進水排氣實現(xiàn)浮式基礎(chǔ)的上升或下潛 的進排水管和進排氣管，進排水功能的實現(xiàn)采用水泵和/或壓縮空氣。
[0011] 進一步地，所述壓載艙內(nèi)還設(shè)有實時反饋艙內(nèi)水深數(shù)據(jù)的液位傳感器。
[0012] 進一步地，所述底座為固定式的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的沉臺，所述沉臺直接固定在海 床上。
[0013] 進一步地，所述底座為下沉至海床的重力式下沉體。
[0014] 進一步地，所述的重力式下沉體為重力式支架、導(dǎo)管架、鋼筋混凝土或多沉塊。
[0015] 進一步地，所述葉片的橫截面為機翼型。
[0016] 進一步地，所述葉片的數(shù)量為一個或一個以上；所述葉片可采用多種機翼型，葉片 可相對旋轉(zhuǎn)軸固定或可沿葉片展長方向可調(diào)整扭角；葉片攻角固定或可調(diào)節(jié)，葉片亦可附 有前置或后置襟翼，或其他改善升阻比特性或提高效率的措施。
[0017] 進一步地，所述水上平臺為立方體或圓柱形中空結(jié)構(gòu)，確保裝置在大浪入水時可 以提供儲備浮力，增加裝置的穩(wěn)性。
[0018] 本實用新型的有益效果是：
[0019] (1)垂直軸波浪發(fā)電機海上布置與入射波方向無關(guān)；其圓周旋轉(zhuǎn)形式可以很好地 和發(fā)電機輸入軸直接連接，免去了一般波浪發(fā)電裝置需要經(jīng)過中間環(huán)節(jié)進行能量傳遞和蓄 能穩(wěn)壓的復(fù)雜性，有效地提高了波浪能的轉(zhuǎn)換效率和發(fā)電品質(zhì)，同時滿足電能輸出的連續(xù) 穩(wěn)定，節(jié)省了工程造價。
[0020] (2)漂浮布置的結(jié)構(gòu)形式可以有效地實現(xiàn)波浪發(fā)電裝置的深海工作，擴大了裝置 的工作空間；可以對裝置進行岸上預(yù)制，拖運到規(guī)定海域安裝，節(jié)約了施工時間，降低工程 造價及提高裝置的工作安全性，維護方便、可靠性高，提高裝置的生命周期。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是本實用新型實施例1的垂直軸波浪發(fā)電機結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖2是圖1中A- A向剖視示意圖。
[0023] 圖3是本實用新型實施例2的垂直軸波浪發(fā)電機結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖4是圖3中B- B向剖視示意圖。
[0025] 圖5是本實用新型實施例3的垂直軸波浪發(fā)電機結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖中所示為：1-控制裝置；2-水上平臺；3-旋轉(zhuǎn)軸；4-葉片；5-支柱；6-浮式基 礎(chǔ)；7-錨系結(jié)構(gòu)；8-海床；9-沉臺；10-重力式支架。

【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型的實用新型目的作進一步詳細(xì)地描述， 實施例不能在此一一贅述，但本實用新型的實施方式并不因此限定于以下實施例。
[0028] 實施例1
[0029] 如圖1及圖2所示，垂直軸波浪發(fā)電機，包括葉片4、旋轉(zhuǎn)軸3、支柱5、露出海平面 的水上平臺2、設(shè)置于水上平臺2上的發(fā)電機和葉片高度提升裝置及控制裝置1、底座，本實 施例中，所述底座為內(nèi)設(shè)壓載艙的漂浮式浮式基礎(chǔ)6,所述浮式基礎(chǔ)6懸浮于海水中且由錨 系結(jié)構(gòu)7錨泊于海床8。所述葉片4的橫截面為機翼型，數(shù)量為6,沿圓周方向固定于旋轉(zhuǎn) 軸3上，旋轉(zhuǎn)方向與入射波方向無關(guān)；所述旋轉(zhuǎn)軸3內(nèi)部通過軸承嵌套于支柱5上端，所述 支柱5下端與底座固定連接，所述水上平臺2固定在支柱5上端，所述發(fā)電機與旋轉(zhuǎn)軸3的 輸出端驅(qū)動連接，所述葉片高度提升裝置設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸3上端，用于調(diào)節(jié)葉片的吃水深度， 所述控制裝置與發(fā)電機電路連接用于控制電能的連續(xù)穩(wěn)定輸出。
[0030] 葉片4圓周旋轉(zhuǎn)形式可以很好地和發(fā)電機輸入軸直接連接配套，免去了一般波浪 發(fā)電裝置需要經(jīng)過中間環(huán)節(jié)進行能量傳遞和蓄能穩(wěn)壓的復(fù)雜性，有效地提高了波浪能的轉(zhuǎn) 換效率和發(fā)電品質(zhì)，同時較易滿足電能輸出的連續(xù)穩(wěn)定要求；葉片高度提升裝置，調(diào)節(jié)葉片 4的吃水以適應(yīng)不同的潮位，同時大浪或臺風(fēng)時可以提高葉片至水面以上可起到保護葉片 4的作用，根據(jù)需要，所述葉片4可采用多種機翼型，葉片4可相對旋轉(zhuǎn)軸固定或可沿葉片4 展長方向可調(diào)整扭角；葉片4攻角固定或可調(diào)節(jié)，葉片4亦可附有前置或后置襟翼、或其他 改善升阻比特性或提高效率的措施。
[0031] 本實施例中，所述壓載艙設(shè)有通過進氣排水或進水排氣實現(xiàn)浮式基礎(chǔ)6的上升或 下潛的進排水管和進排氣管，進排水功能的實現(xiàn)采用水泵和/或壓縮空氣。
[0032] 進一步地，所述壓載艙內(nèi)還設(shè)有實時反饋艙內(nèi)水深數(shù)據(jù)的液位傳感器，便于監(jiān)控 壓載艙內(nèi)水位情況。
[0033] 為提高裝置浮力，所述水上平臺2為立方體或圓柱形中空結(jié)構(gòu)，本實施例采用空 心立方體結(jié)構(gòu)，確保裝置在大浪入水時可以提供儲備浮力，增加裝置的穩(wěn)性。
[0034] 整個裝置可以在岸上建造完成后由拖船拖運至預(yù)定海域進行布放，需要維修時拖 運至港內(nèi)或者船廠進行維護。在裝置進行布放以及回收時可以通過對浮式基礎(chǔ)6內(nèi)的壓載 艙進行進水排氣和進氣排水的方式控制整個裝置的升降以及姿態(tài)調(diào)整，在整個裝置下潛至 預(yù)定水深時由錨系結(jié)構(gòu)7將其泊于海床8。
[0035] 為提高利用率，施工中可以將多個垂直軸波浪發(fā)電機布置于同一海域，以陣列的 形式布置成發(fā)電場實現(xiàn)電能的大規(guī)模輸出。
[0036] 與其他設(shè)備相配合，本實施例提供給的波浪能發(fā)電機可用于發(fā)電，也可用于制氫、 海水淡化。
[0037] 實施例2
[0038] 如圖3及圖4所示，垂直軸波浪發(fā)電機，包括葉片4、旋轉(zhuǎn)軸3、支柱5、露出海平面 的水上平臺2、設(shè)置于水上平臺2上的發(fā)電機和葉片高度提升裝置及控制裝置1、底座，本實 施例中，所述底座為固定式的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的沉臺9,所述沉臺9直接固定在海床8上。 所述葉片4的橫截面為機翼型，數(shù)量為6,沿圓周方向固定于旋轉(zhuǎn)軸3上，旋轉(zhuǎn)方向與入射 波方向無關(guān)；所述旋轉(zhuǎn)軸3內(nèi)部通過軸承嵌套于支柱5上端，所述支柱5下端與底座固定連 接，所述水上平臺2固定在支柱5上端，所述發(fā)電機與旋轉(zhuǎn)軸3的輸出端驅(qū)動連接，所述葉 片高度提升裝置設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸3上端，用于調(diào)節(jié)葉片的吃水深度，所述控制裝置與發(fā)電機 電路連接用于控制電能的連續(xù)穩(wěn)定輸出。
[0039] 葉片圓周旋轉(zhuǎn)形式可以很好地和發(fā)電機輸入軸直接連接配套，免去了一般波浪發(fā) 電裝置需要經(jīng)過中間環(huán)節(jié)進行能量傳遞和蓄能穩(wěn)壓的復(fù)雜性，有效地提高了波浪能的轉(zhuǎn)換 效率和發(fā)電品質(zhì)，同時較易滿足電能輸出的連續(xù)穩(wěn)定要求；葉片高度提升裝置，調(diào)節(jié)葉片4 的吃水以適應(yīng)不同的潮位，同時大浪或臺風(fēng)時可以提高葉片4至水面以上可起到保護葉片 的作用，根據(jù)需要，所述葉片4可采用多種機翼型，葉片4可相對旋轉(zhuǎn)軸固定或可沿葉片4 展長方向可調(diào)整扭角；葉片攻角固定或可調(diào)節(jié)，葉片4亦可附有前置或后置襟翼、或其他改 善升阻比特性或提高效率的措施。
[0040] 進一步地，所述壓載艙內(nèi)還設(shè)有實時反饋艙內(nèi)水深數(shù)據(jù)的液位傳感器，便于監(jiān)控 壓載艙內(nèi)水位情況。
[0041] 為提高裝置浮力，所述水上平臺2為立方體或圓柱形中空結(jié)構(gòu)，本實施例采用空 心立方體結(jié)構(gòu)，確保裝置在大浪入水時可以提供儲備浮力，增加裝置的穩(wěn)性。
[0042] 本實施例中，沉臺9為方形或圓形中空箱式結(jié)構(gòu)，在岸上預(yù)制完畢后，拖運至預(yù)定 海域進行下潛定位，并固定于海床8,其余可以在岸上建造完成后由拖船拖運至預(yù)定海域進 行布放，使支柱5與沉臺9固定連接，需要維修時將支柱5與沉臺9脫離后拖運至港內(nèi)或者 船廠進行維護。
[0043] 為提高利用率，施工中可以將多個垂直軸波浪發(fā)電機布置于同一海域，以陣列的 形式布置成發(fā)電場實現(xiàn)電能的大規(guī)模輸出。
[0044] 與其他設(shè)備相配合，本實施例提供給的波浪能發(fā)電機可用于發(fā)電，也可用于制氫、 海水淡化。
[0045] 實施例3
[0046] 如圖5所示，垂直軸波浪發(fā)電機，包括葉片4、旋轉(zhuǎn)軸3、支柱5、露出海平面的水上 平臺2、設(shè)置于水上平臺2上的發(fā)電機和葉片高度提升裝置及控制裝置1、底座，本實施例 中，所述底座為下沉至海床8的重力式下沉體，所述的重力式下沉體可為重力式支架10、導(dǎo) 管架、鋼筋混凝土或多沉塊，本實施例采用重力式支架10。所述葉片4的橫截面為機翼型， 數(shù)量為6,沿圓周方向固定于旋轉(zhuǎn)軸3上，旋轉(zhuǎn)方向與入射波方向無關(guān)；所述旋轉(zhuǎn)軸3內(nèi)部 通過軸承嵌套于支柱5上端，所述支柱5下端與底座固定連接，所述水上平臺2固定在支 柱5上端，所述發(fā)電機與旋轉(zhuǎn)軸3的輸出端驅(qū)動連接，所述葉片高度提升裝置設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸 3上端，用于調(diào)節(jié)葉片4的吃水深度，所述控制裝置與發(fā)電機電路連接用于控制電能的連續(xù) 穩(wěn)定輸出。
[0047] 葉片圓周旋轉(zhuǎn)形式可以很好地和發(fā)電機輸入軸直接連接配套，免去了一般波浪發(fā) 電裝置需要經(jīng)過中間環(huán)節(jié)進行能量傳遞和蓄能穩(wěn)壓的復(fù)雜性，有效地提高了波浪能的轉(zhuǎn)換 效率和發(fā)電品質(zhì)，同時較易滿足電能輸出的連續(xù)穩(wěn)定要求；葉片高度提升裝置，調(diào)節(jié)葉片4 的吃水以適應(yīng)不同的潮位，同時大浪或臺風(fēng)時可以提高葉片4至水面以上可起到保護葉片 4的作用，根據(jù)需要，所述葉片可采用多種機翼型，葉片可相對旋轉(zhuǎn)軸固定或可沿葉片4展 長方向可調(diào)整扭角；葉片攻角固定或可調(diào)節(jié)，葉片4亦可附有前置或后置襟翼、或其他改善 升阻比特性或提高效率的措施。
[0048] 進一步地，所述壓載艙內(nèi)還設(shè)有實時反饋艙內(nèi)水深數(shù)據(jù)的液位傳感器，便于監(jiān)控 壓載艙內(nèi)水位情況。
[0049] 為提高裝置浮力，所述水上平臺2為立方體或圓柱形中空結(jié)構(gòu)，本實施例采用空 心立方體結(jié)構(gòu)，確保裝置在大浪入水時可以提供儲備浮力，增加裝置的穩(wěn)性。
[0050] 整個裝置通過重力式支架10置于預(yù)定海床8,其中，本實施例的重力式支架10為 鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要構(gòu)件在陸上預(yù)制，整個裝置可以在岸上建造完成后由拖船拖運至預(yù)定海域 進行布放，支柱底端固定在重力式支架10上，重力式支架10下沉后置于處理過的海床8 上，需要維修時拖運至港內(nèi)或者船廠進行維護。
[0051] 為提高利用率，施工中可以將多個垂直軸波浪發(fā)電機布置于同一海域，以陣列的 形式布置成發(fā)電場實現(xiàn)電能的大規(guī)模輸出。
[0052] 與其他設(shè)備相配合，本實施例提供給的波浪能發(fā)電機可用于發(fā)電，也可用于制氫、 海水淡化。
[0053] 本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是 對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ) 上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。 凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實 用新型權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 垂直軸波浪發(fā)電機，其特征在于，包括葉片（4)、旋轉(zhuǎn)軸（3)、中空支柱（5)、露出海平 面的水上平臺（2)、設(shè)置于水上平臺（2)上的發(fā)電機和葉片高度提升裝置及控制裝置（1)、 底座，所述葉片（4)沿圓周方向固定于旋轉(zhuǎn)軸（3)上，所述旋轉(zhuǎn)軸（3)內(nèi)部通過軸承嵌套于 支柱（5)上端，所述支柱（5)下端與底座固定連接，所述水上平臺（2)固定在支柱（5)上端， 所述發(fā)電機與旋轉(zhuǎn)軸（3)的輸出端驅(qū)動連接，所述葉片高度提升裝置設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸（3)上 端，用于調(diào)節(jié)葉片（4)的吃水深度，所述控制裝置與發(fā)電機電路連接用于控制電能的連續(xù) 穩(wěn)定輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸波浪發(fā)電機，其特征在于：所述底座為內(nèi)設(shè)壓載艙的 漂浮式浮式基礎(chǔ)（6)，所述浮式基礎(chǔ)（6)懸浮于海水中且由錨系結(jié)構(gòu)（7)錨泊于海床（8)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的垂直軸波浪發(fā)電機，其特征在于：所述壓載艙設(shè)有通過進氣 排水或進水排氣實現(xiàn)浮式基礎(chǔ)（6)的上升或下潛的進排水管和進排氣管，進排水功能的實 現(xiàn)采用水泵和/或壓縮空氣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的垂直軸波浪發(fā)電機，其特征在于：所述壓載艙內(nèi)還設(shè)有實時 反饋艙內(nèi)水深數(shù)據(jù)的液位傳感器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸波浪發(fā)電機，其特征在于：所述底座為固定式的鋼筋 混凝土結(jié)構(gòu)的沉臺（9)，所述沉臺（9)直接固定在海床（8)上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸波浪發(fā)電機，其特征在于：所述底座為下沉至海床（8) 的重力式下沉體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的垂直軸波浪發(fā)電機，其特征在于：所述的重力式下沉體為重 力式支架（10)、導(dǎo)管架、鋼筋混凝土或多沉塊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的垂直軸波浪發(fā)電機，其特征在于：所述葉片⑷的 橫截面為機翼型。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的垂直軸波浪發(fā)電機，其特征在于：所述葉片⑷的數(shù)量為一 個或一個以上；所述葉片（4)可采用多種機翼型，葉片（4)可相對旋轉(zhuǎn)軸固定或可沿葉片 (4)展長方向可調(diào)整扭角；葉片（4)攻角固定或可調(diào)節(jié)，葉片（4)亦可附有前置或后置襟 翼。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的垂直軸波浪發(fā)電機，其特征在于：所述水上平臺（2)為立方 體或圓柱形中空結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】F03B3/00GK203867769SQ201420257805
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】葉家瑋, 邱守強, 王冬姣, 梁富琳 申請人:華南理工大學(xué)