CN100359159C

CN100359159C - 海浪发电装置

Info

Publication number: CN100359159C
Application number: CNB2004100124532A
Authority: CN
Inventors: 樊书芳; 王子文; 郑海军; 隰桂吉; 郭晓芳; 路春光
Original assignee: Hebei University of Science and Technology
Current assignee: Hebei University of Science and Technology
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2008-01-02
Anticipated expiration: 2024-07-29
Also published as: CN1598291A

Abstract

本发明涉及一种海浪发电装置，它由发电平台、平台自动升降机构、浮子及其传动机构组成，该浮子滑动安装在具有导轨的且对称布置的立柱上，其迎浪侧面固定有水平气室，其上侧面固定有垂直气室，两气室由通气管连通，垂直气室上方设置有与其顶面相接触的导向块，该导向块上部与一个与传动机构连接的齿条的下端固接，所述垂直气室、导向块及齿条下部均套装在与浮子固定的导向套内，该传动机构及发电机均固定在浮子上方的发电平台上，该发电平台通过平台自动升降机构安装在所述立柱上。该装置以最简单的机构实现了最大限度利用海浪能量的目的，其使用规模可大可小，可广泛应用于各类工矿企业生产供电和居民家庭用电，尤其对输电困难的海岛意义更大。

Description

海浪发电装置

技术领域：

本发明涉及发电装置，特别是一种海浪发电装置。

背景技术：

现有的海浪发电装置就其能量转化的方式而言，大体为两种类型：一种是先利用海浪的推动力使海浪能转化为高速流动的气体，再由气体推动空气涡轮机叶片旋转进行发电，如：日本的“海明”号发电船、“巨鲸”海浪发电系统、澳大利亚的Energetech海浪发电系统、英国的威尔斯海浪发电机等。其中最为成功的当推日本的“巨鲸”海浪发电系统，但由于是利用气流推动涡轮机进行发电，气体与叶片作用的时间短，能量吸收少，能量转化率低，据报道，从理论上，海浪能仅有16％可转化为电能，且在浪高超过3m或不满0.5m时，均无法工作。故此种海浪发电装置能量转化率低；另一种是利用海浪的上下波动来推动与水面相接处的浮子进行发电。如：Slater Duck型海浪发电装置，此类海浪发电装置直接将海浪能转化为机械能，再由机械能转化为电能。因此，发电效率非常高。但现有的此类装置在结构上均存在着严重的缺陷，比较典型的结构形式有两种，①发电装置平台固定，浮子机构与平台相对运动。②发电装置与浮子固联。前者为了适应大小潮，浮子必须通过较长的传递杆才能将其运动传递给发电平台的发电装置，同时浮子受到海浪的横向拍打力很大，传递杆处于悬浮状态，这就决定了传递杆长度大、截面大，这使得与浮子固连机构的重量较大；后者，平台上的发电装置一般较重，也使得与浮子同连的机构重量较大。为了克服较大的浮子自重，这两种结构都需要有足够大的推力带动负载发电，就必将导致浮子尺寸过大，而过大的浮子尺寸同时势必屏蔽海浪，从而降低发电效率。

现有的海浪发电装置从利用海浪能量的形式上分可分为两类：一类是利用海浪起伏运动进行发电；另一类是利用海浪的横向拍击进行发电。由于通过一个机构将两种海浪能量输出存在较大的技术难度，因此至今尚没有出现能将海浪的水平拍击和垂直浮动两个方向的能量统一利用的发电装置，故目前的海浪发电装置能量采集率低。

发明内容：

本发明的目的旨在解决现有的海浪发电装置普遍存在的能量采集率低、能量转化率低、发电功率小、成本高、运行环境适应性差、发电装置机械结构不合理等一系列问题，而提供一种以独创的气室浮子巧妙地将海浪的水平拍击和垂直起伏两方面的能量通过同一个传动齿条传递给发电机进行发电，以最简单的机构实现最大限度利用海浪能量的海浪发电装置。

实现上述发明目的的技术方案是：该海浪发电装置由发电平台12、平台自动升降机构、浮子7及其传动机构组成，该浮子7通过其侧部的支撑轮8安装在具有导轨的且对称布置的立柱9上，浮子7其迎浪侧面固定有水平气室1，其上侧面固定有垂直气室5，两气室通过通气管2相连通，该垂直气室5的上方设置有与其顶面相接触的导向块4，该导向块4上部与一个与传动机构传动连接的齿条3的下端固接，所述垂直气室5、导向块4及齿条3下部均套装在与浮子7固定的导向套6内，该传动机构及发电机10均固定在浮子7上方的发电平台12上，该发电平台12通过平台自动升降机构安装在所述立柱9上。

该海浪发电装置的气室浮子机构同时采集海浪的垂直起伏和水平拍击能量，并通过同一个传动齿条3以齿轮齿条啮合方式传递给发电机10，且与发电平台12相互独立；发电平台12通过平台自动升降机构使其始终处于随动平衡状态。

依照上述技术方案实施的海浪发电装置，与传统的海浪发电装置相比具有以下显著的技术进步和突出的积极效果：

1、本装置首先将水平拍击的能量转化为气体的压力能，由高压气体推动齿条3运动，气体压力能转化为机械能转化效率高，对水平拍击的能量利用率高，同时本装置又采用了浮动式海浪发电装置的特点，通过浮子7直接将海浪浮动的能量转化为机械能传递给发电平台进行发电，对海浪垂直能量的利用率高，因而本装置能量转化率高。

2、本装置对海浪的适应性强，对工况要求较低，可全天候工作。为适应海面平均水位的随潮水的变化，本装置设计有平台自动升降机构，该机构是将浮子齿条机构与发电平台机构通过齿轮齿条啮合，平台12通过平衡重25处于随遇平衡，使平台12在浮子机构较小的驱动力的作用下就随潮水升降，不受大潮的影响，浮子7距平台的距离较短，受力较小，随浮子升降机构重量小，因而浮子尺寸及浮子重量可根据海浪参数进行优化，吸收最大的海浪能量。

3、本装置使用规模可大可小，推广后可广泛应用于各类工矿企业生产供电和居民家庭用电，尤其是对于输电困难的海岛意义更大，且本装置发电成本低，可大大缓解当前的用电紧张局面，并为解决能源危机提供了一条行之有效的新途径。海浪是一种取之不尽、用之不竭的可再生资源，如果把其中的0.1％转化为电能，就会超过全世界用电量的5倍。据统计我国大陆海岸线有1.8万公里，岛屿海岸线有1.4万公里，近海岸波高0.6米，周期2.7秒，拍岸浪对海岸的压力可达30-50吨每平方米，十分适宜近海岸浅水区海浪发电，海浪发电前景极为广阔。

附图说明：

图1为本发明的浮子齿条机构示意图。

图2为本发明的发电平台机构示意图。

图3为本发明的平台自动升降机构主视图。

图4为本发明的平台自动升降机构侧视图。

具体实施方式：

以下结合附图及实施例详述本发明。

本实施例所述海浪发电装置可分为浮子齿条机构、发电平台机构、平台自动升降机构三部分，以下分别详细说明。

一、浮子齿条机构

如图1所示，该机构由水平气室1、通气管2、齿条3、导向块4、垂直气室5、导向套6、浮子7、支撑轮8、立柱9组成，该浮子7通过其侧部的支撑轮8安装在具有导轨的且对称布置的立柱9上，浮子7其迎浪侧面固定有水平气室1，其上侧面固定有垂直气室5，两气室通过通气管2相连通，该垂直气室5的上方设置有与其顶面相接触的导向块4，该导向块4上部与一个与传动机构传动连接的齿条3的下端固接，所述垂直气室5、导向块4及齿条3下部均套装在与浮子7固定的导向套6内。

该机构的工作过程：浮子7漂浮于海面上，随海浪起伏可上下浮动，当波峰到来时，由于水平气室1安装在浮子7的迎浪侧面，所以水平气室1将比浮子7先接触到波峰，受海浪的拍击而被压缩，其内部的气体将被压入与之相通的垂直气室5中，并迫使垂直气室5伸长，进而推动齿条3向上运动。同时，浮子7还会在海浪浮力的作用下上浮，推动齿条3向上运动。当波峰过后，垂直气室5在齿条3及导向块4的重力作用下压缩，内部气体又被重新压回到水平气室1内，齿条3回落，迫使水平气室1伸长复位等待下一次波峰的到来，同时齿条3和浮子7也随水面的下降回落，至此，便完成了将海浪的垂直起伏和水平拍击的能量转化为齿条3的上下运动的过程。

本发明中的浮子7其形状、尺寸均可根据海浪参数和发电装置的工作载荷确定，以实现最大功率输出。

本发明中的气室材料采用耐海水腐蚀、耐日晒、可纵向自由伸缩的弹性材料，尺寸足够大，形状可根据海浪参数优化确定。气室中须预先充入一定的气体作为能量传递的载体，预定的气压值可使气体作用在导向块4上的力与浮子齿条机构自重相等。由于浮子7和水平气室1在工作中将受到较大的水平作用力，所以须为浮子7设置支撑轮8，避免浮子齿条机构整体受扭，形成整体悬臂受力。支撑轮8一端与浮子7固定，使其可在立柱9导轨中上下运动。通过四个支撑轮8的作用，使浮子齿条机构只在垂直方向上有一个自由度。

本发明中的导向套6可防止海水拍击垂直气室5的上侧面，影响气室的伸缩，导向套6下端与浮子7上侧面固定，并留有使齿条3上下运动的孔，同时，在导向套6与导向块4的共同作用可确保齿条3作上下直线运动。

二、发电平台机构

该机构位于浮子齿条机构的上方，包括发电平台12、固定在发电平台12上的传动机构及发电机10，该发电平台12通过平台自动升降机构安装在所述立柱9上。

如图2所示，该传动机构由减速器11、与该减速器11传动连接的驱动轴22、棘轮换向机构、两个分别与齿条3两侧相啮合的小齿轮16、19构成；所述棘轮换向机构由安装在该驱动轴22上的一对小齿轮13、17、分别与该对小齿轮13、17啮合的一对单向内棘爪棘轮14、21构成，该对单向内棘爪棘轮14、21通过两根传动轴15、20分别与小齿轮16、19传动连接。

该机构的工作过程：齿条3上升时，齿轮19逆时针转动，同时带动棘轮21逆时针转动，与棘轮21啮合的齿轮17顺时针转动，将转动输出；齿轮16顺时针转动，此时棘轮14空转。当齿条3下降回落时，齿轮19顺时针转动，棘轮21空转，齿轮16逆时针转动，带动棘轮14逆时针转动，使棘轮14带动与之啮合的齿轮13顺时针转动，通过驱动轴22将转动输出。这就实现了无论齿条3是向上还是向下运动，都将转化为轴22同一个方向的转动输出。

三、平台自动升降机构

如图3、图4所示，该平台自动升降机构由杠杆23、行走轮24、平衡重25、吊绳26，吊绳滑轮27、轴承座28、升降绳滑轮29、上拨块30、上挡块31、升降绳32、下拨块33、拉杆34、摩擦块35、弹簧36、拉绳37、拉绳滑轮38、下挡块39组成，四个平衡重25分别通过四条吊绳26及固定于立柱9顶端的吊绳滑轮27将平台12吊装在对称布置的四根立柱9之间，该平台12中部上方装有与其固联的轴承座28，下部设置有一对杠杆23，轴承座28上装有拉绳滑轮29，拉绳32绕过两拉绳滑轮29后其两端分别与两杠杆23的长臂端连接；该平台12两侧分别装有沿侧边方向设置的带有回位弹簧36的一对拉杆34，该拉杆34在靠近立柱9的一端固定有摩擦块35，另一端通过拉绳37、经拉绳滑轮38与所述杠杆23的短臂端连接；上拨块30、下拨块33固定于齿条3上适当位置，上拨块30与两拉绳滑轮29间的拉绳32拨动配合，下拨块33与两杠杆23的长臂端拨动配合。

本发明中的该平台12两侧边缘和该平衡重25的一侧分别固定有行走轮24，该行走轮24滚动装于立柱9内、外侧的导轨中。

该机构的工作过程：当潮水上涨时，浮子7与平台12的距离将变短，齿条3向上运动的行程受到了平台12的限制，此时下行程拨块33向上推动杠杆23的长臂端，通过杠杆23作用，将摩擦块35拉离立柱9，使摩擦块35与立柱9间不接触，清除了平台12上下运动的阻力，由下挡块39推动平台12上升。平台12随齿条3上升到最高点后，齿条3回落，下行程拨块33脱离杠杆23，摩擦块35在弹簧力的作用下重新压紧立柱9，使平台12定位。齿条3与平台12相对运动，将上下运动传递给齿轮16、19，转化为齿轮16、19的转动。

潮水下降时，浮子7与平台12间的距离变长，齿条3向下的运动受到平台12的限制。此时，上行程拨块30向下压两个滑轮29之间的细绳32，细绳32拉动杠杆23长臂端向上运动，使摩擦块35脱离立柱9，消除了摩擦阻力后，齿条继续下移上挡块31下压平台12，使平台12随齿条3下移，当下移到最低位置时，齿条3又开始上升，上拨块30脱离细绳32，摩擦块35在弹簧36的作用下复位，使平台12定位。

四个平衡重25一侧的行走轮24，可在立柱9导轨中上下滚动，平衡重25内可装入沙子、石块等，使平衡重25的总重与平台12的自重相等。如此，便使平台12处于随遇平衡状态。在无摩擦阻力的情况下，只需对齿条3提供较小的推动力，便可使平台12上下移动。

Claims

1、一种海浪发电装置，包括发电平台(1 2)、平台自动升降机构、浮子(7)及其传动机构，其特征在于该浮子(7)通过其侧部的支撑轮(8)安装在具有导轨的且对称布置的立柱(9)上，浮子(7)其迎浪侧面固定有水平气室(1)，其上侧面固定有垂直气室(5)，两气室通过通气管(2)相连通，该垂直气室(5)的上方设置有与其顶面相接触的导向块(4)，该导向块(4)上部与一个与传动机构传动连接的齿条(3)的下端固接，所述垂直气室(5)、导向块(4)及齿条(3)下部均套装在与浮子(7)固定的导向套(6)内，该传动机构及发电机(10)均固定在浮子(7)上方的发电平台(12)上，该发电平台(12)通过平台自动升降机构安装在所述立柱(9)上。