届-006越浪式冲转波浪能发电装置说明书.pdfVIP

本文所越浪式冲转波浪能发电装置对其研究思路进行了转变，将装置内外分隔，

不仅能够利用传统思的波浪势能，还能利用波浪冲转装置外部，对波浪的横向动能进行

利用，使得其效率得到提高，在相同的设备体积和投入上得到更大的产出。

若对本装置进行海上实际利用，一台装置可以满足6台航标灯的能量需求，且该装置能

够长时间稳定运行，无需额外养护，能够基本解决海上灯塔的能量供给问题。

2设计方案

图1图2

机械部分设计如图1所示，主要由1：内流道，2：外圆锥体，3：传动横梁，4：中转

轴，5：浮力，6：发电机，7：水轮机等7部分组成。

外圆锥体外形如图2所示，分为外动力导流叶片和中空通道，外动力导流叶片用于

水流和提供转动动力，中空通道用于储水池的安装。当装置浮在海面上时，外圆锥体同时受

到海水竖直爬升和横向冲击的作用，对于一定浪高和流速的纵向海浪，对外圆锥体AB段和

CD段冲击产生的转矩最大，使得外圆锥体绕其中转轴转动，并通过与其连接的3：传动横梁

和4：中转轴而传动到发电机带动发电机发电。通过优化导流片的设计，能对这部分海浪的

横向动能加以充分利用；对于BC段，海浪冲击产生的转矩较小，带动叶片转动消耗的动能

较少，使得海水能够顺利爬升上圆锥体而进入其中的储水池，收集这部分海水的横向动能和

浪高势能，并将这部分能量转化为储水的势能而推动水轮机转动，带动发电机发电。这样，

外圆锥体能够作为整套装置的动力源，作为能量收集的第一级转换器。

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图3图4

浮力如图3所示，由两个半圆柱形内充空气的箱体组成，提供整个装置的支持力，

使装置能够漂浮在海面上。箱体的设计还与内流道相协调，采用半箱体组合的结构设计能够

便于浮力的安装。浮力的设置使得整套装置上半部质量较大的同时，使其浮心位置

偏上，并在浮箱下半部柱状空仓填充适量碎石压载，使装置浮体稳定性能得到保证。

传动横梁如图4所示，作为外圆锥体和中转轴的连接部分，传动横梁可以将外圆锥体的

转动能量传递给中转轴，由中转轴带动发电机进行发电，同时传动横梁可以作为中转轴的固

定部件。

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图5图6

中转轴和发电机如图5所示，中转轴上端与传动横梁通过键连接，中转轴下端连接发电

机转子，将外圆锥体转动的动能驱动发电机进行发电。同时在中转轴下半部分加装水轮机同

心轴，将水轮机叶片转动能量驱动发电机永久磁铁反向旋转。

发电机采用双转子设置，用外圆锥体转动通过中转轴驱动发电机线圈转动，用水轮机叶

片转动能量驱动发电机永久磁铁反向转动，这样可增大定子转子的相对速度，发电效率

更高。

图6为整套装置外型效果。

设计本套装置时，需要考虑的问题在以下几个方面：

1、整套装置的外形尺寸。对这个问题的考虑我们是基于原有的碟形越浪式波能发电装

置，该装置对外形尺寸进行了较为详尽的计算，对相应计算也予以给出，这里主要用其

计算过程及其计算数据，本套装置对其的优化部分则给予计算。

2、外流道叶片的设计。这里我们秉持着使叶片转动动能最大化的方向，采用斜叶片，

对叶片沿着圆锥方向的高度，与转轴角度和距转轴的坐标进行了一系列的计算，确保能够提

供最大化的动力。

3、两种的整合。本套装置由外圆锥体的转动和内储水池水流冲动两部分的，

如何将这两部分整合在一起是的首要问题，这里我们采取的是双转子式电动机，由外圆

锥体的转动通过中转轴驱动线圈转动，由水流冲动水轮机叶片驱动永久磁铁，这样两种

能量能得到很好利用，效率较高。

4、两套装置的连接。由于外圆锥体是要转动，而内储水池是保持不动的，这样一整套

装置内就产生了相对，采用何种方式进行这两套装置的连接也是个棘手的问题。我们小

组采取的解决方案是在储水池中间开一条通道，外圆锥体的转动通过穿过这条通道的转轴传

递到发电机，而通道和中转轴之间用塑性填料填充，这样既保证了稳定性又减小了相对摩擦

阻力。

3.理论设计计算

本装置基本