一种浮式双涡轮波浪能吸收装置

本发明涉及可再生能源利用，具体涉及一种浮式双涡轮波浪能吸收装置。

背景技术：

1、波浪能是目前最清洁的能源之一。与其它能源相比，波浪能具有能量密度高、可预测性强和能量损失小等优点。

2、目前针对波浪能吸收装置的研究、应用以点吸收器，即浮式波浪能吸收装置为主，其基本原理是利用海浪的波动，带动浮标运动将波浪能转化为机械能，通过浮标的起伏运动直接驱动发电机工作。然而，传统的浮式波浪能吸收装置需要在与波浪波动频率形成共振的情况下才能正常工作，由于海浪是由复杂的波动组合而成，因此传统的浮式波浪能吸收装置的适用范围窄，能量吸收效率低。此外，由于在通常情况下浮标的起伏运动范围很小，因此现有的通过浮标的起伏运动直接驱动发电机的方式，常导致传递到发电机的输入转速较低并且转动方向改变频繁，不能满足发电机在高效工况下工作的输入转速。部分现有浮式波浪能吸收装置尽管能够在一定程度上增大输入转速，但是其浮体起到了传递转速的作用，在海水阻力下能量耗散大，造成发电机工作效率低，并且双涡轮异向旋转，造成对应传动轴之间的磨损严重，维护成本高。再者，部分现有浮式波浪能吸收装置的发电机与海水接触，进一步提升了制造维护成本。

3、综上，现有浮式波浪能吸收装置存在不能兼顾适用于较宽的波浪频率范围、高能量吸收效率、高发电机工作效率和低制造维护成本的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供了一种浮式双涡轮波浪能吸收装置，解决了现有技术中浮式波浪能吸收装置存在不能兼顾适用于较宽的波浪频率范围、高能量吸收效率、高发电机工作效率和低制造维护成本的问题。

2、本发明提供了一种浮式双涡轮波浪能吸收装置，包括机械传动与转速输入机构1、发电机2和浮标外壳3；其中，

3、机械传动与转速输入机构1与浮标外壳3连接，所述浮标外壳3在波浪作用下作起伏运动，通过所述机械传动与转速输入机构1吸收波浪能并转化为机械能，带动内置于所述浮标外壳3中的所述发电机2工作，产生电能；

4、所述机械传动与转速输入机构1包括传动机构、上涡轮15和下涡轮16，所述发电机2包括电机转子21和电机定子22；所述下涡轮16用于带动所述电机转子21转动，所述上涡轮15用于通过所述传动机构的作用，带动所述电机定子22转动；其中，所述传动机构用于减小所述上涡轮15与所述电机定子22之间的传动比，并使所述电机定子22的转动方向与所述上涡轮15的转动方向相反。

5、进一步的，所述传动机构为单行星轮形式的行星排11，包括中心轮111、行星轮保持架112和齿圈113，所述机械传动与转速输入机构1还包括外传动轴13和定子转轴14；其中，

6、所述外传动轴13为中空结构，所述外传动轴13下端与所述上涡轮15固定连接，所述外传动轴13上端与所述齿圈113固定连接，用于将上涡轮15的扭矩和转速传递给行星排11；

7、所述行星轮保持架112与所述浮标外壳3保持固定连接，所述中心轮111与所述定子转轴14固定连接，所述中心轮111用于将放大后的转速传递给所述定子转轴14，所述定子转轴14用于带动电机定子22旋转。

8、进一步的，所述机械传动与转速输入机构1还包括内传动轴12，所述内传动轴12在所述外传动轴13内部，所述内传动轴12下端与所述下涡轮16固定连接，所述内传动轴12上端与电机转子21固定连接，用于将下涡轮16的扭矩和转速传递给电机转子21，带动电机转子21转动。

9、进一步的，所述浮式双涡轮波浪能吸收装置还包括密封装置4，所述外传动轴13通过所述密封装置4与浮标外壳3连接，所述密封装置4用于将浮标外壳3与海水相对隔绝。

10、进一步的，所述上涡轮15包括上涡轮叶片151和上涡轮叶片轴152，所述上涡轮叶片151为能够在预设最大转角范围内绕上涡轮叶片轴152转动的机构。

11、进一步的，所述下涡轮16包括下涡轮叶片161和下涡轮叶片轴162，所述下涡轮叶片161为能够在预设最大转角范围内绕下涡轮叶片轴162转动的机构。

12、进一步的，在所述预设最大转角的约束下，上涡轮叶片151与下涡轮叶片161位于同侧。

13、进一步的，在波浪的作用下，所述上涡轮15与下涡轮16随所述浮标外壳3上下浮动，所述上涡轮15与下涡轮16的转动方向一致，且所述转动方向在所述浮标外壳3上下浮动的过程中保持不变。

14、与现有技术相比，本发明至少具有现如下有益效果：

15、(1)本发明的浮式双涡轮波浪能吸收装置，在海水阻力下利用双涡轮的同向旋转，并通过与其中的上涡轮相连接的行星排的变向和加速作用，使得电机转子和电机定子在浮标外壳上下浮动范围较小的情况下，仍然能够具有较大的转速差，进而高效发电，因此无需在特定波浪频率下工作，适用范围广。

16、(2)本发明的浮式双涡轮波浪能吸收装置，其上涡轮叶片和下涡轮叶片都能绕叶片轴旋转，使得在浮标外壳的向上运动过程和向下运动过程中，电机转子和定子的转动方向不变，进而发电机工作稳定。

17、(3)本发明的浮式双涡轮波浪能吸收装置，电机转子直接与下涡轮相连，电机定子通过行星排与上涡轮相连接，浮标外壳只承担支承作用，不参与转速的传递，因此浮标外壳不涉及在海水阻力下旋转而造成的能量耗散，因此浮式双涡轮波浪能吸收装置的能量转化效率高。

18、(4)本发明的浮式双涡轮波浪能吸收装置，在海水阻力下利用双涡轮的同向旋转，使得分别连接于上涡轮和下涡轮的内外传动轴之间的相对转速差减小，有利于减小支承在内外传动轴之间的轴承的磨损，增长轴承的使用寿命，降低制造维护成本。

19、(5)本发明的浮式双涡轮波浪能吸收装置，发电机位于浮标外壳内部，且浮标外壳下端传动轴伸出部分通过密封环或其他方式密封，使得浮标外壳内部与外部相对隔绝，因此浮标外壳对发电机起到了保护作用，发电机与海水不接触，不易受到腐蚀，制造维护成本低。

技术特征：

1.一种浮式双涡轮波浪能吸收装置，其特征在于，包括机械传动与转速输入机构(1)、发电机(2)和浮标外壳(3)；其中，

2.根据权利要求1所述的浮式双涡轮波浪能吸收装置，其特征在于，所述传动机构为单行星轮形式的行星排(11)，包括中心轮(111)、行星轮保持架(112)和齿圈(113)，所述机械传动与转速输入机构(1)还包括外传动轴(13)和定子转轴(14)；其中，

3.根据权利要求2所述的浮式双涡轮波浪能吸收装置，其特征在于，所述机械传动与转速输入机构(1)还包括内传动轴(12)，所述内传动轴(12)在所述外传动轴(13)内部，所述内传动轴(12)下端与所述下涡轮(16)固定连接，所述内传动轴(12)上端与电机转子(21)固定连接，用于将下涡轮(16)的扭矩和转速传递给电机转子(21)，带动电机转子(21)转动。

4.根据权利要求3所述的浮式双涡轮波浪能吸收装置，其特征在于，所述浮式双涡轮波浪能吸收装置还包括密封装置(4)，所述外传动轴(13)通过所述密封装置(4)与浮标外壳(3)连接，所述密封装置(4)用于将浮标外壳(3)与海水相对隔绝。

5.根据权利要求4所述的浮式双涡轮波浪能吸收装置，其特征在于，所述上涡轮(15)包括上涡轮叶片(151)和上涡轮叶片轴(152)，所述上涡轮叶片(151)为能够在预设最大转角范围内绕上涡轮叶片轴(152)转动的机构。

6.根据权利要求5所述的浮式双涡轮波浪能吸收装置，其特征在于，所述下涡轮(16)包括下涡轮叶片(161)和下涡轮叶片轴(162)，所述下涡轮叶片(161)为能够在预设最大转角范围内绕下涡轮叶片轴(162)转动的机构。

7.根据权利要求6所述的浮式双涡轮波浪能吸收装置，其特征在于，在所述预设最大转角的约束下，上涡轮叶片(151)与下涡轮叶片(161)位于同侧。

8.根据权利要求7所述的浮式双涡轮波浪能吸收装置，其特征在于，在波浪的作用下，所述上涡轮(15)与下涡轮(16)随所述浮标外壳(3)上下浮动，所述上涡轮(15)与下涡轮(16)的转动方向一致，且所述转动方向在所述浮标外壳(3)上下浮动的过程中保持不变。

技术总结
本发明涉及一种浮式双涡轮波浪能吸收装置，属于可再生能源利用技术领域，解决了现有浮式波浪能吸收装置不能兼顾适用于宽波浪频率范围、高能量吸收效率、高发电机工作效率和低制造维护成本的问题。本发明的利用双涡轮的同向旋转，并通过行星排的变向和加速作用，使得电机转子和电机定子在浮标外壳上下浮动较小时，仍具有较大的转速差，进而高效发电；上、下涡轮叶片都能绕轴旋转，使得在浮标外壳的向上/下运动时，电机转子和定子的转动方向不变，进而发电机工作稳定；浮标外壳不在海水阻力下旋转，能量耗散少，能量转化效率高；双涡轮同向旋转，内外传动轴之间的轴承的磨损小，并通过密封装置隔绝发电机与海水，抗腐蚀，制造维护成本低。

技术研发人员：刘艳芳,吴雨蕊,陈焜,杨高远,石冰艳,常嘉慧,徐向阳,郎泳泽
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13