一种潮汐式波浪能发电装置及其最优运行控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种潮汐式波浪能发电装置及其最优运行控制方法，主要包括机械部分、发电部分和测控部分，所述机械部分包括伸缩支撑架机构、主框架、摆动架和浮板机构，所述发电部分包括旋转发电机和直线发电机组，所述测控部分包括负荷传感器组、潮汐波浪波高测量器和波浪方向测量仪。本发明专利技术通过结构设计、机械设计和电气控制，能够在潮汐潮涨潮落、潮汐波浪来波方向时变的海洋环境中实现最优化运行，从而提高了潮汐波浪能转换成电能的效率，并从细节设计的角度增强了整个潮汐式波浪能发电装置的切实可行性和可控性，为潮汐式波浪能发电装置的规模化推广和市场应用，奠定必要的技术基础和理论基础。

【技术实现步骤摘要】
一种潮汐式波浪能发电装置及其最优运行控制方法
本专利技术涉及一种把潮汐波浪能转换成电能的装置总成，以及该装置总成最优运行的控制方法，属于潮汐波浪能的开发和利用技术。
技术介绍
潮汐式波浪能，主要分布于海岸线的附近海域。与远离海岸线的深水区波浪能相比，虽然潮汐式波浪能的能量密度较低，但其成本投入低、易于开发利用和运行维护成本低的优点，受到很多临海国家的青睐。把潮汐波浪能转换成电能，向附近用电设备提供电能，甚至是进行远距离输电，成为潮汐波浪能开发和利用的主要方式之一。目前，现有的潮汐式波浪能发电装置，着重于在自然状态下把潮汐波浪能转换成电能，以及在整体装置结构等方面进行了改进设计。假如在此基础上，进行潮汐式波浪能发电装置的细节结构设计和优化控制，则必将推动未来潮汐式波浪能发电装置的规模化推广和市场化应用。中国专利申请CN201710449822.1公开了一种通用型可再生能源海水潮汐发电兼储存系统。该潮汐发电和储能系统由底座、动能载体、浮船、势能载体、滑轮组、支架和发电机组构成。其中，发电机组通过滑轮组和钢丝绳与势能载体和动能载体连接。在潮汐波浪的作用下，动能载体和势能载体首先把波浪能转换成机械能，然后驱动发电机组实现机械能转换成电能输出。该潮汐发电方式和储能系统具有结构简单和易于施工的优点。但是，在潮汐波浪能转换成机械能的过程中，由于是滑轮组和钢丝绳作为传动机构，这必然会发生较大的能量损耗(与直驱式相比较)，进而降低了潮汐波浪能转换成电能的效率。并且，该潮汐发电系统未能考虑潮汐波浪的来波方向等问题，这也是潮汐波浪能无法充分开发利用的因素之一。中国专利申请CN201610297357.X公开了一种潮汐发电装置的传动机构，该传动机构主要由浮动块、传动轮、传动齿条和连接器构成，具有结构简单和牢固的优点。其中，传动轮分为第一传动轮、第二传动轮、第三传动轮和第四传动轮。但是，也存在若干实际性问题，譬如近海岸由于泥沙混合物较多，势必影响传动轮的正常运行；传动轮、传动齿条和连接器的抗海水腐蚀性能是否良好。特别低，由于潮汐波浪的来波方向是随着海洋气候经常变化的，这为此传动机构把潮汐波浪能最大化地转换成机械能，带来难题。并且，过多的传动轮进行能量传递，必然在能量传递过程中产生损耗，这就降低了潮汐波浪能的开发利用效率。总体来讲，潮汐式波浪能发电装置的结构设计，首先要考虑潮涨潮落、潮汐波浪来波方向和抗海水腐蚀的问题；其次是采用适当的控制措施，使潮汐式波浪能发电装置处于最优运行状态；最后是采用技术方法保障潮汐式波浪能发电装置结构在恶略海洋环境中(台风、飓风等)不被破坏。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决现有潮汐式波浪能发电技术中存在的不足，提高潮汐式波浪能发电技术的运行性能和效率，本专利技术提供一种潮汐式波浪能发电装置及其最优运行控制方法。该发电装置通过结构设计、机械设计和电气控制，能够在潮汐潮涨潮落、潮汐波浪来波方向时变的海洋环境中实现最优化运行，从而提高了潮汐波浪能转换成电能的效率，并从细节设计的角度增强了整个潮汐式波浪能发电装置的切实可行性和可控性，为潮汐式波浪能发电装置的规模化推广和市场应用，奠定必要的技术基础和理论基础。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种潮汐式波浪能发电装置，包括机械部分、发电部分和测控部分；所述机械部分包括伸缩支撑架机构、主框架、摆动架和浮板机构，主框架安装在伸缩支撑架机构上，摆动架的底端通过转筒安装在主框架右侧底端，浮板机构安装在摆动架的上部；所述伸缩支撑架包括固定基柱、滑动基柱和自动升降式控制阀，固定基柱固定在海底，滑动基柱套设在固定基柱上，固定基柱和滑动基柱之间通过自动升降式控制阀固定；所述浮板机构包括固定浮板和伸缩浮板，伸缩浮板套设在固定浮板内，在固定浮板的侧面设置有一个进出水孔，伸缩浮板的密度低于海水密度；所述发电部分包括旋转发电机和直线发电机组，所述旋转发电机的转子作为连接摆动架和主框架的转筒，所述直线发电机组包括一组直线发电机，直线发电机包括定子和动子，动子为滑套结构和导杆，导杆套设在动子内，动子和导杆之间通过控制阀固定，动子和导杆各自通过一个转动轴分别与主框架和摆动架连接；所述测控部分包括负荷传感器组、潮汐波浪波高测量器和波浪方向测量仪，负荷传感器组包括一组负荷传感器，在每一个直线发电机的导杆上安装一个负荷传感器，潮汐波浪波高测量器和波浪方向测量仪均安装在主框架上。本专利技术采用的浮板机构，伸缩浮板嵌入到固定浮板之中，固定浮板留有进出水孔，不同的浮力作用，可以使伸缩浮板嵌入或者伸出固定浮板：当潮汐波浪波高较大的时候，较多海水通过进出水孔进入固定浮板之中，使伸缩浮板受到较大海水浮力作用而伸出固定浮板，从而增大浮板机构受到的水平方向海洋波浪力面积，进而可以把更多的潮汐式波浪能转换成浮板的机械能，并把该机械能转换成发电机的电能输出；当潮汐波浪波高较小的时候，受到较小浮力作用，使伸缩浮板嵌入固定浮板之中，此时只需要固定浮板就可以把较小波高的潮汐式波浪能转换成电能。浮板机构将潮汐波浪能转换成电能的过程是：伸缩浮板和固定浮板受到水平方向潮汐波浪力的作用，从而驱动摆动架做往复摆动式运动，摆动架的往复运动可以使得转筒转动，即使得旋转发电机的转子转动，驱动旋转发电机发电，同时摆动架的往复运动使得直线发电机的动子和定子发生了相对移动，驱动直线发电机发电，最终把潮汐波浪能转换成电能。浮板机构安装在摆动架的上部，浮板机构具有可拆卸功能，当海洋环境中出现台风、飓风等恶劣海洋气候的情况下，拆卸并回收浮板机构，可以使整个潮汐式波浪能发电装置受到较小的水平方向潮汐波浪力，从而保障了整个发电装置不被破坏。所述主框架优选采用固体浮力材料制作，固体浮力材料具有低密度、高强度、抗海水腐蚀和低吸水的优点；适当选择主框架的尺寸，并在主框架内部填充聚氨酯泡沫，可以使海平面处于潮汐式波浪能发电装置的固定浮板位置附近，这样有利于固定浮板把水平方向潮汐波浪能转换成驱动发电机运行的机械能。优选的，所述自动升降式控制阀包括安装在固定基柱上的弹性伸缩机构和设置在滑动基柱上的弧形槽口，弹性伸缩机构包括弹簧套筒、弹簧、触头套筒，弹簧套筒一端固定在固定基柱上，弹簧安装在弹簧套筒内，触头套筒套设在弹簧套筒的另一端；当弹性伸缩机构位于滑动基柱内侧时，弹簧压紧；固定基柱和滑动基柱相对移动，当触头套筒移动到弧形槽口位置时，触头套筒在弹簧压力的驱动下伸入到弧形槽口内。所述自动升降式控制阀采用了纯机械结构(没有电气控制环节)，在整个潮汐式波浪能发电装置的浮力大于重力情况下，浮力使弹簧受到压缩，从而使整个潮汐式波浪能发电装置上浮；在整个潮汐式波浪能发电装置的浮力小于重力情况下，重力使弹簧受到压缩，从而使整个潮汐式波浪能发电装置下降。自动升降式控制阀是通过纯机械装置实现的，与电气控制式自动升降基柱相比，纯机械式自动升降式控制阀易于在海水环境中实施、成本投入低、结构简单和不消耗电能的优点。优选的，所述直线发电机组包括一组不同额定功率和运动行程的直线发电机，越靠近主框架顶部的的直线发电机的额定功率和运动行程越大；所有直线发电机呈Λ字型对称分布，即连接直线发电机和主框架的转动轴在主框架的右侧面呈Λ字型对称分布，连接直线发电机和摆动架的转动轴在摆动架的左本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种潮汐式波浪能发电装置，其特征在于：包括机械部分、发电部分和测控部分；所述机械部分包括伸缩支撑架机构、主框架(5)、摆动架(8)和浮板机构，主框架(5)安装在伸缩支撑架机构上，摆动架(8)的底端通过转筒安装在主框架(5)右侧底端，浮板机构安装在摆动架(8)的上部；所述伸缩支撑架包括固定基柱(2)、滑动基柱(4)和自动升降式控制阀(3)，固定基柱(2)固定在海底(1)，滑动基柱(4)套设在固定基柱(2)上，固定基柱(2)和滑动基柱(4)之间通过自动升降式控制阀(3)固定；所述浮板机构包括固定浮板(9)和伸缩浮板(10)，伸缩浮板(10)套设在固定浮板(9)内，在固定浮板(9)的侧面设置有一个进出水孔(11)，伸缩浮板(10)的密度低于海水密度；所述发电部分包括旋转发电机(6)和直线发电机组(14)，所述旋转发电机(6)的转子作为连接摆动架(8)和主框架(5)的转筒，所述直线发电机组(14)包括一组直线发电机，直线发电机包括定子和动子，动子为滑套结构和导杆，导杆套设在动子内，动子和导杆之间通过控制阀(13)固定，动子和导杆各自通过一个转动轴(7)分别与主框架(5)和摆动架(8)连接；所述测控部分包括负荷传感器组(12)、潮汐波浪波高测量器和波浪方向测量仪，负荷传感器组(12)包括一组负荷传感器，在每一个直线发电机的导杆上安装一个负荷传感器，潮汐波浪波高测量器和波浪方向测量仪均安装在主框架(5)上。...

【技术特征摘要】
1.一种潮汐式波浪能发电装置，其特征在于：包括机械部分、发电部分和测控部分；所述机械部分包括伸缩支撑架机构、主框架(5)、摆动架(8)和浮板机构，主框架(5)安装在伸缩支撑架机构上，摆动架(8)的底端通过转筒安装在主框架(5)右侧底端，浮板机构安装在摆动架(8)的上部；所述伸缩支撑架包括固定基柱(2)、滑动基柱(4)和自动升降式控制阀(3)，固定基柱(2)固定在海底(1)，滑动基柱(4)套设在固定基柱(2)上，固定基柱(2)和滑动基柱(4)之间通过自动升降式控制阀(3)固定；所述浮板机构包括固定浮板(9)和伸缩浮板(10)，伸缩浮板(10)套设在固定浮板(9)内，在固定浮板(9)的侧面设置有一个进出水孔(11)，伸缩浮板(10)的密度低于海水密度；所述发电部分包括旋转发电机(6)和直线发电机组(14)，所述旋转发电机(6)的转子作为连接摆动架(8)和主框架(5)的转筒，所述直线发电机组(14)包括一组直线发电机，直线发电机包括定子和动子，动子为滑套结构和导杆，导杆套设在动子内，动子和导杆之间通过控制阀(13)固定，动子和导杆各自通过一个转动轴(7)分别与主框架(5)和摆动架(8)连接；所述测控部分包括负荷传感器组(12)、潮汐波浪波高测量器和波浪方向测量仪，负荷传感器组(12)包括一组负荷传感器，在每一个直线发电机的导杆上安装一个负荷传感器，潮汐波浪波高测量器和波浪方向测量仪均安装在主框架(5)上。2.根据权利要求1所述的潮汐式波浪能发电装置，其特征在于：所述自动升降式控制阀(3)包括安装在固定基柱(2)上的弹性伸缩机构和设置在滑动基柱(4)上的弧形槽口(25)，弹性伸缩机构包括弹簧套筒(23)、弹簧(22)、触头套筒(24)，弹簧套筒(23)一端固定在固定基柱(2)上，弹簧(22)安装在弹簧套筒(23)内，触头套筒(24)套设在弹簧套筒(23)的另一端；当弹性伸缩机构位于滑动基柱(4)内侧时，弹簧(22)压紧；固定基柱(2)和滑动基柱(4)相对移动，当触头套筒(24)移动到弧形槽口(25)位置时，触头套筒(24)在弹簧(22)压力的驱动下伸入到弧形槽口(25)内。3.根据权利要求1所述的潮汐式波浪能发电装置，其特征在于：所述直线发电机组(14)包括一组不同额定功率和运动行程的直线发电机，越靠近主框架(5)顶部的的直线发电机的额定功率和运动行程越大；所有直线发电机呈Λ字型对称分布，即连接直线发电机和主框架(5)的转动轴(7)在主框架(5)的右侧面呈Λ字型对称分布，连接直线发电机和摆动架(8)的转动轴(7)在摆动架(8)的左侧呈Λ字型对称分布，Λ字型顶端的直线发电机的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，陈中显，魏雪峰，崔英杰，冯刚，魏建华，张思齐，李卫军，
申请(专利权)人：黄淮学院，
类型：发明
国别省市：河南,41