一种组合导叶式的海水发电单元

swf1945qd · 发表于 2011-2-8 08:38:56

本帖最后由 swf1945qd 于 2011-2-8 08:46 编辑

一、概述：

目前本技术处于设计阶段，只经过模型在空气和水池中模拟海浪进行试验，证明了本技术的关键—— 叶轮机“导叶”在上下水流的作用下可以产生定向的推力，使叶轮机持续向一个方向转动的原理是可行和可靠的，那么也就证明可以带动发电机发电了。

大家已经知道海浪波能发电功率较小的问题难以突破，但本技术已经解决了此问题，实现了在大面积海浪“波能”的利用，单机发出较大功率的电能。

二、 技术简介：以下均以“四个叶轮机”所组成较大发电功率的“组合式发电单元”为例，结合图示加以介绍：（实际叶轮机的选用个数由设计决定）

1、组合式发电单元工作示意图：用两个图来表示。

1.1 右上图是组合式发电单元中一个叶轮机在垂直轴面上的工作示意图，虚线代表海浪，点划线是主轴线，双点划线代表整机中心线。其中：

* 图中1是叶轮机上直径很大的浮体。

* 图中2是位于发电单元中心的交流或直流发电机及浮体。

* 图中3是叶轮机上的三圈导叶总成。

* 图中4是叶轮机三圈环状导叶架。

* 图中11是通向发电单元中心发电机的水平传动轴。

1.2 右下图是组合式发电单元四个叶轮机和一个发电机的水平布置图，图中点划线代表三圈环状导叶架及均布的导叶总成。其中：

* 图中1是叶轮机上的直径很大的浮体。

* 图中2是位于发电单元中心的交流或直流发电机。

* 图中11是通向发电机第一级已加速的水平传动轴。

2、 发电单元的结构特点：

【连载：请提出疑问和建议，先谢谢！】

swf1945qd · 发表于 2011-2-9 10:44:31

本帖最后由 swf1945qd 于 2011-2-9 10:45 编辑

（接上页）
2、  发电单元的结构特点：
2.1  海面上的部分：四个叶轮机浮体和中间发电机下的浮体有足够浮力支撑海面上的“四足”构架平台，这个构架跨度应大于两倍以上本海区的最大波长，“四足”构架中心全封闭的机房内，设置发电机。
2.2  海面下的部分：叶轮机叶轮上圆周均布的导叶架的众多“短”导叶，在4个点划线组成的“圆圈”范围内大面积的接触和转化海浪波能。
2.3  空间位置特点：整机锚定在海底，自由漂浮在海面上，导叶低于最低波谷即可。整机相对于海浪的波动近似静止。这里值得注意的是：
* 叶轮机的导叶半径和导叶密度选用不易太大。
* 一台发电单元的叶轮机选用台数为偶数，中心不易设置叶轮机。
* 当“集群”建站时，发电场每个发电单元间设置距离应大于单机直径的1.5倍为宜。
2.4  运转特性：由于叶轮机选用为偶数，对角互为反转，故无自转扭矩。四个叶轮机三圈导叶虽然线速度并不慢，但主轴转速非常慢（预计30转/分以下）。叶轮机转矩通过齿轮付加速后的水平传动轴接入发电机的减速箱，经进一步加速后带动发电机发电。
2.5  发电功率预算：预计4个叶轮机为一发电单元组合的较大功率单机的发电功率可达200KW/台，估算如下。（均按“保守取值”估算）
设：叶轮机半径30米，浮体半径10米，导叶总成长约8米，导叶长约0.5—1米，叶轮机（对角线）的中心距90米，则整机直径约150米左右。
估算：单个叶轮机则覆盖海浪面积约2500平方米，四台叶轮机导叶约覆盖10000平方米海浪；如果导叶总成的间隔密度按1:5均布，则导叶“做功”的面积约2000平方米。若海浪年平均能量为1KW/平米，按10%的综合转换率计算，那么每发电单元设置4个60米直径叶轮机的平均发电功率可达200KW/台。
三、本技术的工作原理：
1、  发电单元漂浮处于相对静止状态的原因：
因为在海面上的大面积漂浮刚体会同时受到上下波浪的互为反向的作用力，相互抵消后合力会接近于零，譬如处于漂浮状态的海上船只船体越大越平稳的道理也是如此。如果发电单元的整体跨度大于海浪波长的几倍，那么整机相对海面近似静止而漂浮的道理也就不难理解了。
2、  叶轮机转矩产生的原理：见左面两图。

由于在海面上整机相对海浪为近似静止状态，向上的海浪推动导叶向上运动，但受到相对静止导叶轴的限位约束，所以只能偏转Φ1角度，同时在导叶表面就产生了一个“旋转方向”的水平分力。而当向下的海浪推动导叶向下运动时，则产生了Φ2角，也会产生一个相同“旋转方向”的分力。这两个“同向的推力”连续作用在叶轮机主轴上就形成了力矩。这样大面积【众多】的导叶吸收海浪上下运动的波能推动叶轮机旋转连续做功，其转矩可观。另外当不受力时高弹力橡胶垫还使导叶始终处于Φ1和Φ2之间0°角度位置。

swf1945qd · 发表于 2011-2-10 10:59:32

3、  产生较大功率的发电原理：
3.1  海面漂浮的平稳性：由于几个（5个）浮体的浮力不但能够承担全部发电单元的重量，使其漂浮在海浪中平稳漂浮运行，同时还要有较大的盈余来克服海浪的冲力和海浪波长较长时整机的（摇摆）不平衡，其实整体覆盖海面越大就越平稳。
3.2  发电的稳定性：由于叶轮机【众多】的导叶在波浪中不但共同产生了同向的推力并形成很大的合力矩，而且这个合力矩是较平稳的带动叶轮机旋转。那么四个叶轮机再通过各自的水平传动轴加速后共同驱动一个中心发电机，就进一步的平衡了转矩，就平稳地发出了较大功率的电流。
4、  发电单元的整体强度：
4.1  单个叶轮机的刚性：尽管叶轮机的直径较大，叶轮总成上下受力会相互抵消，但是当波长较大时就会出现较大的不平衡，这样几十米直径的叶轮强度就要加强。解决方法是：用两层叶片总成平行安装，或用两层叶片总成形成与叶轮机水平面有一个小于20°的夹角安装，这样的结构就使叶轮机具有很大的抗风浪的水平刚性。
4.2  发电单元整体的刚性：由于每个叶轮机有足够的刚性，又由于海面上的“蜘蛛型”的衍架也具有足够的刚性，那么发电单元在恶劣的气象条件下，仍然可以平稳运行，并发出更大的电来。
四、本技术应用和开发建设：
1、  发电技术应用：

1.1  小功率发电单元的应用：投放小功率发电单元可以为灯塔、岛礁、深海养殖体等供电。
1.2  大功率发电场的应用：见右图，这是由10个各自独立的较大发电功率发电单元组成的大型发电场，是通过接插式、集群建设而成，非常便于维修和更换。其可为海岛、大陆、大型海上漂浮物和海上石油平台等设施供电。超大型海上海浪发电场则是通过更多的发电单元组建而成，可以说组成数量是无限的。

无路车 · 发表于 2011-2-11 23:59:05

“一种组合导叶式的海水发电单元”
市场前景和市场应用情况如何？

swf1945qd · 发表于 2011-2-12 10:38:44

无路车发表于 2011-2-11 23:59 % S4 W& Q6 v" Y2 _
“一种组合导叶式的海水发电单元”
( r9 w! R, L& x' I+ l7 x市场前景和市场应用情况如何？

本技术虽然没有进行“开发和实验”，但是其原理简单，就是所谓【导叶】通过自调整角度后，可以产生水平推力。实例有日本“自行船”技术和中国的“自行潜艇”的设计报道。本人在空气中和淡水中也证明了此原理可行。
我认为此技术已经“破解”深海海浪能量分散，单机不能发出较大功率的“世界性”难题。
市场前景——我认为非常巨大，因为它对海域的“海况和海侯”无要求。
市场应用——其具有“涌浪”比“复合”浪发电要少的特性，海况越复杂效果越好。

无路车 · 发表于 2011-2-12 13:30:55

期待海水发电单元市场化。

swf1945qd · 发表于 2011-2-12 14:28:32

无路车发表于 2011-2-12 13:30
0 W; M# M/ H8 ]期待海水发电单元市场化。

顶！我也是想啊！
可我是一个体弱多病的我经济也无精力的老头。
还有朝廷也无人的凡人啊！
但我坚信这个技术必有出路，城成事在天吧！
谢谢！

swf1945qd · 发表于 2011-2-12 18:43:23

由于深海海浪波波长较短，那么海上的发电设备或浮体底部某些时候就可能会同时受到上和下的海浪推力，这就会相互抵消一部分，所以说为什么发电功率不会大的原因。
举例：小船在海浪里上下颠簸，而船越大就越平稳的原因就是大船同时会受到N个海浪的冲击，互相抵消了。

无路车 · 发表于 2011-2-14 00:59:57

可以先做一种小型的实验组合导叶式的海水发电装置。

swf1945qd · 发表于 2011-2-14 09:34:43

本帖最后由 swf1945qd 于 2011-2-14 09:57 编辑

无路车发表于 2011-2-14 00:59
$ N& ~$ i+ b3 v8 C0 N. [- w可以先做一种小型的实验组合导叶式的海水发电装置。

您的想法很对，小型的就是我第一个发电单元项目，分三步进行：
1、做一个模型，在淡水中上下运动，验证“我已经验证的发明关键”——在上下的海浪上【导叶】是否可以吸收波能，产生同向的推力，进而产生叶轮机的转矩，带动发电机做功风电。
2、做一个1.5米的样机，在深海大型浮体上或水深15米以上的码头边（近似深海的波能环境）进行试验验证是否可以发出电能，以及“宝贵”的实验数据。
3、做10米直径本技术的1:1样机进行试验产品实验。
4、至此完成了本技术的试制：进行总体测试和项目验收。
5、完成项目报告并决策此技术是否值得开发。
可以看看至此是需要不了多少经费的，但是我还是不能为力——静待高人出现。
即使完成具体本技术的初试，但是200米样机大型发电单元的研制就不是一般人能够进行的了。
具体研制步骤如下：
1、撰写可行性研究报告。
2、联系申请“国家资助”的立项。
3、联系大型能源企业的资助和运行。
4、三者形成一个链——我们是实验的技术核心+国家认可和立项支持+电力企业（如海电企业）运行和经费支持。
5、在成功的基础上，即成立“试验厂”吸收社会“投资”，迅速地推广。
这一切的最有利的条件是技术推广容易，因为单元生产可以标准化，且不需基建投资，那么：
1、可选海区巨大。
2、可边投放边发电，滚动发展。
3、可以吸收下游设备生产商的资金投入：如，海水淡化；海水电解制氢、氧和氯；海缆生产；石油钻井平台和储油设备等。
你看我一个小老头能有这么大的胆量和体力吗？

但我相信这个愿望是能够实现的，这个技术突破会扭转我国的能源状况，变为领头羊。
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