一种参数共振的近岸波能发电系统技术方案

本发明专利技术涉及一种参数共振的近岸波能发电系统，包括：在最低潮位的岸边水下设立宽大的水口，水口通过外水道与安装有水轮机转子的整流罩的底部连接，整流罩的上部通过内水道截面为矩形的水箱的底部连接，水箱的上部设有与水箱截面同为矩形的压缩气室，压缩气室与水箱之间安装有空气阀；水箱中安装有水位传感器，水位传感器与空气阀控制器电连接，空气阀控制器与空气阀电连接。本发明专利技术所述参数共振系统比常规共振的振幅增大一倍，可以有效的捕捉波浪能。整个波浪发电装置的设计更易于把握，并特别适用于波浪这种频率和振幅不断变化的自然能量。在外部激励振幅大幅度增大的情况下，水箱水位振幅只是小幅度的增加，所述系统具有抵抗外部大浪能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种参数共振的近岸波能发电系统，是一种新能源，是一种用参数共 振的方式提高波能捕捉效率的方法和系统，是一种利用波浪发电的方法和系统。
技术介绍
关于波浪能转换的各种专利超过1500件，波浪能装置千变万化，但通常具有两个 部分，一部分为采集系统，作用是捕获波浪能，另一部分为转换系统，将捕获的波浪能转换 为特定形式的机械能或电能。现有的波浪能装置的共同缺点是捕获波浪能力的效率较低， 虽然有一些效率较高的波浪能装置，但都过于复杂，并且在波浪不断的冲击下容易损坏。如 何低成本的提高捕捉波浪能的效率，并且有效的防止波浪的冲击破坏，是波浪能装置所面 临的共同课题。
技术实现思路
为了克服现有技术的问题，本专利技术提出了一种参数共振的近岸波能发电方法及系 统，所述的系统建立在近岸的水下，避免了波浪的直接冲击。为提高捕捉效率，所述的系统 设置了参数共振装置。所述的参数共振装置利用固有频率的扰动方法放大了共振，有效的 提高了捕捉波浪能的效率。本专利技术的目的是这样实现的一种参数共振的近岸波能发电系统，包括在最低 潮位的岸边水下设立宽大的水口，所述的水口通过外水道与安装有水轮机转子的整流罩的 底部连接，所述的整流罩的上部通过内水道与水箱的底部连接，所述水箱的上部设有与水 箱截面相同的压缩气室，所述的压缩气室与所述的水箱之间安装有空气阀；所述的水箱中 安装有水位传感器，所述的水位传感器与空气阀控制器电连接，所述的空气阀控制器与空 气阀电连接。一种使用上述系统的参数共振的近岸波能发电方法，所述方法描述的是一个浪 涌周期，即从浪涌的中间点到浪涌的最高点，再经过浪涌的中间点，进入浪涌的最低点，再 回到浪涌的中间点这样一个周期；所述方法的步骤如下浪涌从中间点开始从水口通过外水道从底部涌入整流罩，形成进流旋流冲击水轮机转 子，使水轮机转子转动，水轮机转子带动发电机发电；浪涌冲击水轮机后通过整流罩上部的出口进入内水道，沿内水道进入水箱，水箱中的 水位传感器将水位信号传至空气阀控制器，空气阀控制器根据上一个浪涌周期的中间点水 位，确认本次浪涌周期的中间点水位；空气阀控制器确认中间点水位后打开空气阀，水箱中的空气通过空气阀进入压缩气 室，水箱上部和压缩气室中的空气压力逐渐大于大气压，干扰了水流入水箱；浪涌继续使水涌入水箱，水箱中的空气继续进入压缩气室，当水箱的水位达到最高点， 空气阀控制器根据水位传感器水位数值记录水位最高点，并关闭空气阀；浪涌回落，水箱中的水通过内水道流向整流罩形成回流旋流，回流旋流以进流旋流相同的旋流方向冲击水轮机转子，水轮机转子带动发电机发电，水箱中的空气由于水流走逐 渐变得稀薄，低于大气压，干扰了水流走；浪涌继续回落，水箱中的水位到达上次浪涌周期的中间点，空气阀控制器确认已经到 达上次浪涌周期的中间点，打开空气阀，压缩气室中的有压气流迅速进入水箱，平衡了水箱 中的空气，促使水流快速的出水箱；浪涌继续回落，水箱中的水位到达到最低点，空气阀控制器根据水位传感器水位数值 记录水位最低点，并与本次浪涌的最高点进行比较，计算出本次浪涌的中间点，同时关闭空 气阀；浪涌涨起，水流经外水道冲击水轮机转子，并涌入水箱，水箱中的空气开始压缩，由于 水箱中的压力逐渐加大，对流入的水干扰逐渐变大；浪涌升高至本次浪涌已计算得到的中间点，空气阀控制器确认中间点后打开空气阀， 水箱中的压缩空气进入压缩气室中，促使水流快速进入水箱，回到第一步骤，开始又一个浪 涌周期。本专利技术产生的有益效果是本专利技术通过设置压缩气室和水位传感器，以及空气阀 和空气阀控制器的方式形成参数共振系统，有数据表明这个系统在参数扰动的情况下比常 规共振的振幅增大一倍，可以有效的捕捉波浪能。参数共振的振幅大小取决于系统的参数 设计，使整个波浪发电装置的设计更易于把握。参数共振对外部激励频率的变化有一定范 围的适应性，这个特性特别适用于波浪这种频率和振幅不断变化的自然能量。实验表明本 专利技术所述系统在外部激励振幅大幅度增大的情况下，水箱水位振幅只是小幅度的增加，以 此本专利技术所述系统具有抵抗外部大浪的能力。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术实施例一所述系统的示意图2是本专利技术实施例五所述带有安全阀的系统的示意图； 图3是本专利技术的实施例六所述方法参数扰动示意图。具体实施例方式实施例一本实施例是一种参数共振的近岸波能发电系统，如图1所述。本实施例包括在最低潮 位的岸边水下设立宽大的水口 1，所述的水口通过外水道10与安装有水轮机转子9的整流 罩2的底部连接，所述的整流罩的上部通过内水道8与水箱7的底部连接，所述水箱的上部 设有与水箱截面相同的压缩气室4，所述的压缩气室与所述的水箱之间安装有空气阀3，所 述的水箱中安装有水位传感6，所述的水位传感器与空气阀控制器5电连接，所述的空气阀 控制器与空气阀电连接。水箱中的水柱在重力和水箱上部压缩空气双重作用下，其运动特征是有阻尼简谐 振荡，当系统的固有频率和波浪的自然频率接近时，水柱产生共振，水柱的振幅线性增加， 直到阻尼损失达到一定值时，振幅达到最大值。很多波浪能发电装置都是根据这一现象设 计的。然而，研究发现，水柱的振荡与几个参数密切相关，这几个参数主要是，水体的质量和系统的弹性。当这几个参数中的一个做微幅周期性扰动时，水柱的振幅会成指数级增长， 这种现象称之为参数共振。从古典力学知识可以知道，参数共振的能量传输效率远远高于 一般的共振，所以在水室的上部设置一个空气阀，当水柱位于最高点和最低点时，空气阀关 闭，当水柱位于中间位置时，空气阀打开，这样就形成了阻尼参数的周期性扰动，同波浪激 励一起形成了参数共振现象。以达到最大限度吸收波浪能的目的。本实施例所述的系统关键在于参数共振。改变系统的参数可以引起参数共振。系 统参数中系统的固有频率是关键，而系统的固有频率与系统的大小，体积等等有许多的联 系。如何改变系统的固有频率面临着许多的困难，需要选择的因素很多，当然也有许多种方 式。本实施例采用改变水箱上部气室体积的方式，适时的增大或减小水箱中容纳空气部分 的体积，以此改变系统的固有频率，并把握改变水箱体积的时机，实现参数共振，有效捕捉 波浪能量。具体做法是在水箱的上部再增加一个压缩气室，在水箱与压缩气室之间设置空气 阀，空气阀打开时相当于水箱增大了容纳空气的体积，减小系统的刚性，空气阀关闭时，相 当于水箱缩小了容纳空气的体积，增大系统的刚性。以此来改变系统的固有频率。但仅此 改变固有频率还不够，因此本实施例在水箱中设置了水位传感器，水位传感器与空气阀控 制器组成一个智能系统对水位进行检测，并根据需要打开或关闭空气阀，通过周期性改变 水箱上部空气室体积，从而使气室的弹性呈周期性微扰动，由于整个系统的动力学运动满 足马修方程，从而能够达到参数共振的目的，加快了水体振荡的速度，充分捕获波浪能。本实施例所述的水轮机两侧有水道的设计是一种双击式水轮机转子的进出流道， 使得在水流正反冲击水轮机时，转子能够始终按一个方向旋转。同时优化设计水流加速的 流道，在加速流道和参数共振的共同作用下提高水流正反两个方向冲击双击式水轮机时的 流速，从而提高波浪能的捕获效率。水轮机两侧的水道称为内、外水道。内外水道可以有多 种设计，如喇叭本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种参数共振的近岸波能发电系统，包括：在最低潮位的岸边水下设立宽大的水口，所述的水口通过外水道与安装有水轮机转子的整流罩的底部连接，所述的整流罩的上部通过内水道与水箱的底部连接，其特征在于，所述水箱的上部设有与水箱截面相同的压缩气室，所述的压缩气室与所述的水箱之间安装有空气阀；所述的水箱中安装有水位传感器，所述的水位传感器与空气阀控制器电连接，所述的空气阀控制器与空气阀电连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晓晨，吴一红，陈文学，王晓松，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：11