悬挂摆式波浪能
Pendulum

摆式波浪能是利用海水波动推动摆板来回摆动吸收波浪的能量。悬挂摆式波浪能发电装置的摆动板的轴在上方,摆板在下方摆动,像钟摆一样,故称为悬挂摆。

摆板为一个矩形薄板,摆板固定在两个摆板臂上,在摆板臂上有摆板的主轴,还有一根曲柄轴,见图1。

摆板结构

图1--摆板结构 

图2是沉箱,一般由混凝土筑成,图中右面是单个完整的沉箱,左边的沉箱剖去了一方侧面箱壁,可以看到内部空间结构。沉箱建在靠岸边海底。

沉箱

图2--沉箱 

摆板的转轴通过摆板轴承安装在摆板轴座上,摆板轴座在沉箱的两个侧壁上方,放入沉箱的摆板像一个闸门,是一个摆动的闸门,摆板最大摆动角度约±35°。图3显示了垂直的摆板,并用半透明显示了一个向前摆动的摆板。

安装在沉箱上部的摆板 

图3--安装在沉箱上部的摆板 

摆板到沉箱后壁距离为1/4至1/5波长,摆板至沉箱后壁的空间称为水室。图4是在海水中的沉箱与摆板,称为水室摆板机构。

浸在水中的沉箱与摆板

图4--浸在水中的沉箱与摆板

在沉箱上部安装液压缸,液压缸内有活塞,活塞杆通过活动接头联接曲柄,曲柄另一头通过轴承联接到摆板的曲柄轴。当摆板摆动时,通过曲柄带动活塞往复运动。在沉箱后壁上还安装有液压控制箱、液压马达、发电机、蓄能器等设备。液压缸两端有管道通往液压控制箱,这些装置构成悬挂摆式波浪能发电系统。

悬挂摆式波浪能发电系统

图5--悬挂摆式波浪能发电系统

当入射波进入沉箱后,波浪在上升阶段冲击摆板,使摆板向后摆动,部分水流穿过摆板底部遇沉箱后壁,产生反射波,此时入射波进入下降阶段,加上反射波作用,使摆板向前摆动。在波浪不停的运动中,摆板连续摆动,不断地把波浪能转变为机械能,摆动的机械能通过液压系统转变成旋转机械能,液压系统的设备与管道内充满了液压油。

图6是悬挂摆式波浪能发电系统的原理图,波浪推动摆板来回摆动,带动活塞在液压缸内来回移动,油在液压缸两端的管道内来回流动,4个单向阀组成一个全波整流回路,把来回流动的油整成单方向流动的油,见图中橙色箭头线。整流后的油通过节流阀推动液压马达旋转,液压马达带动发电机发出电来。控制节流阀可以调节液压马达的转速,蓄能器像电路中的电容一样把波动的油压滤得平缓一些,使液压马达均匀旋转。若波浪大液压缸输出油压过高,多余的油则通过溢流阀放空返回。单向阀、节流阀、溢流阀等都在液压控制箱内。

悬挂摆式波浪能发电原理图

图6--悬挂摆式波浪能发电原理图

下面请看悬挂摆式波浪能动画,动画中的波浪没有反应沉箱后壁反射波的状态,仅作示意演示。

悬挂摆式波浪能发电系统动画 

由多个悬挂摆式波浪能发电装置并列组成摆式波浪能发电厂,图7是日本的沿岸悬挂摆式波浪能发电装置示意图,左图是有2个水室的悬挂摆式波浪能发电装置,宽约21m,右图是有8个水室的悬挂摆式波浪能发电装置,宽约100m。该图来自誾耀保先生著《海洋波浪能综合利用—发电原理与装置》一书。

多个悬挂摆式波浪能发电装置并列组成发电厂

图7--多个悬挂摆式波浪能发电装置并列组成发电厂
 
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