CN101302987B - 波浪发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波浪发电系统，包括波浪能量拾取单元、运动转换单元、发电机、波浪适应单元；波浪能量拾取单元通过波浪适应单元与运动转换单元动力连接，运动转换单元再与发电机动力连接。波浪适应单元包括液压伸缩杆，液压伸缩杆包括一个竖直设置的液压缸，液压缸的缸筒中设置有阻挡环；阻挡环之上的缸筒中设置有活塞杆与运动转换单元动力连接的上活塞；阻挡环之下的缸筒中设置有活塞杆与波浪能量拾取单元动力连接的下活塞；位于上活塞与下活塞之间的下液缸具有出液口和入液口，入液口和出液口分别通过单向阀与外界液压系统的储液箱连接。采用本发明技术方案的波浪发电系统，可以适应潮起潮落的变化，消除潮汐对波浪发电系统的影响。

Description

波浪发电系统

技术领域

本发明涉及一种发电装置，特别涉及波浪发电系统，尤其涉及一种利用海浪发电并能适应潮汐的波浪发电系统。 

现有的海浪发电装置就其能量转化的方式而言，大体分为两种类型：一种是利用海浪的推动力将海浪能转化为高速流动的气体，再由气体推动空气涡轮其叶片旋转进行发电。比如日本的“海明”号发电船、“巨鲸”海浪发电系统等。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3米和不足0.5米时均无法很好的正常工作。另一种是利用海浪的上下波动来推动浮于水面的浮子运动，再利用传动机构连接浮子和发电机，利用浮子推动发电机发电。此类装置直接将海浪能转化为机械能，再利用机械能进行发电，因而发电效率较高。但是由于潮起潮落的影响，浮子的运动范围会在较大的一个范围内变动，如何有效地适应潮汐的影响，是海浪发电面临的一个大难题。 

本发明所要解决的技术问题是提供一种波浪发电系统，解决目前波浪发电系统无法适应潮涨潮落的问题。 

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： 

一种波浪发电系统，包括波浪能量拾取单元、运动转换单元、发电机和消除潮汐对波浪发电系统影响的波浪适应单元；所述波浪能量拾取单元主要包括支架和受支架限制而只能随波浪上下浮动作往复直线运动的浮子，所述浮子通过运动转换单元与发电机动力连接；所述运动转换单元包括：螺旋轴、将螺旋轴的直线运动转换为旋转运动的转盘装置以及将转盘装置输出的旋转运动传递给所述发电机的转子套筒，所述螺旋轴位于转子套筒内且和转子套筒同轴设置并通过转盘装置与转子套筒动力连接，所述转盘装置套在螺旋轴上，且位于螺旋轴和转子套筒之间；所述波浪适应单元连接在波浪能量拾取单元和运动转换单元之间，所述波浪适应单元包括液压伸缩杆，所述液压伸缩杆下端连接于波浪能量拾取单元上，上端连接于运动转换单元上，且所述液压伸缩杆随潮水的水位高低变化而同步地自行缩短或伸长，所述液压伸缩杆包括一个竖直设置的液压缸，所述液压缸的缸筒中设置有阻挡环；所述阻挡环之上的缸筒中设置有上活塞，所述上活塞的活塞杆与运动转换单元的螺旋轴动力连接；阻挡环之下的缸筒中设置有下活塞，所述下活塞的活塞杆与波浪能量拾取单元的浮子动力连接；且位于阻挡环之下的缸筒设有出液口和入液口，所述入液口和出液口分别通过单向阀与外界液压系统的储液箱连接。 

进一步优选的技术方案中，所述上活塞之上的缸筒构成上液缸，所述阻挡环之上的缸筒最上端具有与外界液压系统的储液箱相连接的出入口。 

进一步优选的技术方案中，所述转子套筒内设置有上挡环和下挡环，所述转盘装置位于所述上挡环和下档环之间，且可以在期间做小行程的移动；转盘装置包括上驱动盘、下驱动盘和从动盘；所述从动盘位于上驱动盘和下驱动盘之间，且与转子套筒的内壁固定连接；所述上驱动盘和下驱动盘套在螺旋轴上与螺旋轴相啮合，且在螺旋轴上行时下驱动盘与从动盘啮合，在螺旋轴下行时上驱动盘与从动盘啮合。 

进一步优选的技术方案中，所述上驱动盘的下端面，下驱动盘的上端面以及从动盘的上下端面均设置有锯齿，从动盘通过所述锯齿分别与上驱动盘或者下驱动盘啮合而动力连接。 

进一步优选的技术方案中，所述下驱动盘包括下驱动齿圈与反向装置；所述反向装置的输入端与螺旋轴啮合产生旋转运动，其输出端与下驱动齿圈动力连接，将旋转运动反向后传递给下驱动齿圈；所述下驱动齿圈在螺旋轴上行时与从动盘啮合。 

 再进一步优选的技术方案中，所述反向装置包括主动齿轮、从动齿轮轴以及定位轴和底座；所述主动齿轮套在螺旋轴上并与螺旋轴啮合而将螺旋轴的直线运动转换为旋转运动；所述从动齿轮轴通过定位轴可转动的设置于所述底座上，且从动齿轮轴上套装有锥齿轮和柱齿轮，所述锥齿轮和主动齿轮啮合，所述柱齿轮与下驱动齿圈啮合，所述主动齿轮、从动齿轮轴和下驱动齿圈构成行星轮系。 

更进一步优选的技术方案中，所述从动齿轮轴有四个，均匀分布在所述主动齿轮的外围。 

采用本发明技术方案的波浪发电装置与现有技术对比的有益效果在于： 

由于设置了波浪适应单元，可以适应潮起潮落的变化，消除潮汐对波浪发电系统的影响。 

由于波浪适应单元主要为液压伸缩杆，结构简单、控制方便而且使用效果好。 

由于液压伸缩杆主要为一个具有两个活塞的液压缸，且两活塞之间形成的液缸具有出液口和入液口，涨潮时下液缸中的液压令液柱整体上移，并推动上活塞向上移动，当上活塞移动到极限位后，下活塞仍有上移推力时，构成液柱的液体由通过出液口流出使得液压伸缩杆变短；落潮时液柱在上活塞下移的推动下整体下移，当上活塞下移到下极限后下活塞仍有下移重力作用时，构成液柱的液体通过入液口进入下液缸使得液压伸缩杆变长，从而能很好的适应潮涨潮落。 

由于运动转换单元包括螺旋轴、转盘装置和转子套筒，结构简单、转换效果好。 

由于转盘装置被限制在转子套筒内且可以在转子套筒内做小行程移动，且转盘装置包括上驱动盘、下驱动盘和从动盘，使得螺旋轴上行和下行时均可以使得转子套筒旋转。 

由于从动盘通过其端面的锯齿与上驱动盘或者下驱动盘啮合而动力连接，结构简单、动力传递效果好。 

由于下驱动盘进一步包括下驱动齿圈和反向装置，使得不论螺旋轴上行还是下行，转子套筒均同向旋转。 

由于反向装置具体包括主动齿轮和从动齿轮轴，其余下驱动齿圈构成行星轮系，结构简单，动力传递效率高。 

由于从动齿轮轴有四个且均匀分布在主动齿轮的外围，受力均匀、对称，因为结构更加合理和优化。 

附图说明

图1是本发明具体实施方式中波浪适应单元中液压伸缩杆的结构示意图； 

图2是本发明具体实施方式中运动转换单元的结构示意图； 

图3是本发明具体实施方式中转盘装置的结构示意图； 

图4是本发明具体实施方式中下驱动盘的结构示意图； 

图5是本发明具体实施方式中下驱动盘的另一结构示意图。 

具体实施方式

本具体实施方式提供的波浪发电系统适合建造在海岸附近的浅海中，其主要包括：波浪能量拾取单元、波浪适应单元、运动转换单元和发电机。 

波浪能量拾取单元用于拾取波浪的能量，其主要包括支架和浮子。支架包括多根竖直设置在海床上的支柱，浮子位于所述多根支柱之间。浮子被支架限制而不会在水平方向发生漂移，而只能随着波浪上下浮动而作往复直线运动。 

运动转换单元用于将波浪能量拾取单元产生的，在垂直方向上的往复直线运动转换成旋转运动，其输出端与发电机动力连接，其输出的旋转运动驱动发电机旋转而发电。本发明的创新点之一在于，波浪能量拾取单元并不直接与运动转换单元动力连接，而是在波浪能量拾取单元和运动转换单元之间设置了波浪适应单元，波浪能量拾取单元通过所述波浪适应单元与运动转换单元动力连接。 

所述波浪适应单元如图1所示，为一个液压伸缩杆，主要包括一个竖直设置的液压缸5，所述液压缸5的缸筒中设置了一个阻挡环50，将液压缸5的缸筒分成上下两部分；上部缸筒内设置了一个活塞称为上活塞53，其只能在阻挡环50上部的缸筒内运动；下部缸筒内设置了一个活塞称为下活塞54，其只能在阻挡环50下部的缸筒内运动。 

下活塞54的活塞杆与波浪能量拾取单元的浮子固定连接，因此下活塞54能随着浮子在竖直方向作往复直线运动。上活塞53的活塞杆与所述运动转换单元的输入端固定连接。上活塞53和下活塞54之间的缸筒内充满了液压油，由于液压油的不可压缩性，当浮子在竖直方向作往复直线运动时，下活塞54和上活塞53也随之作往复直线运动，从而将浮子的往复直线运动传递给运动转换单元，由运动转换单元转换成旋转运动之后驱动发电机旋转而发电。 

本波浪适应单元主要用于解决潮汐对波浪发电的影响，由于整个系统除了波浪能量拾取单元中的浮子在水面上浮动之外，其它部分均是固定的。当涨潮时浮子的运动中心必定上移，因此需要将浮子与运动转换单元之间的距离进行必要的调整，落潮时也是如此。所以本波浪适应单元在阻挡环50下方，靠近阻挡环50处设置了一个入液口56和一个出液口57，并且在其上各连接有一个单向阀58，保证液压油只能由入液口56进入液压缸5，并由出液口57流出液压缸5。而且还将液压缸5的上端封闭，以次保证上活塞53不会跑出液压缸5，而且在上活塞53之上的缸筒中也注有液压油，并且在缸筒的最上端设置了出入口55。为了便于描述，将上活塞53和下活塞54之间填充有液压油的空间称为下液缸52，而将上活塞53之上填充液压油的空间称为上液缸51。出入口55通过管道与外部的储液箱连接，当上活塞53上行时，上液缸51的空间被压缩，其中的液压油通过出入口55流入外部储液箱。当上活塞53下行时，上液缸51的空间变大，储液箱中的液压油通过出入口55进入上液缸51。 

涨潮时浮子带动上活塞53和下活塞54上行，上活塞53运动到最上端之后不能再上行，此时下液缸52中的液压油通过出液口57排往储液箱，使得上活塞53和下活塞54之间的距离变小，从而适应了涨潮。落潮时，浮子带动上活塞53和下活塞54下行，上活塞53运动到最下端之后被阻挡环50阻挡而不能再下行，此时储液箱中的液压油通过入液口56进入下液缸52，使得上活塞53和下活塞54之间的距离变大，从而适应落潮。 

运动转换单元在本具体实施方式中如图2所示，具体包括一根竖直设置的螺旋轴1、一个转盘装置2和一根转子套筒3。 

螺旋轴1的下端与波浪适应单元中上活塞53的活塞杆固定连接，所以螺旋轴1也随着浮子在竖直方向作往复直线运动。螺旋轴1上设置有螺旋槽11，所述转盘装置2套在螺旋轴1上。转盘装置2的输入端与螺旋轴1上的螺旋槽11啮合，将螺旋轴1的往复直线运动转换为旋转运动。为了使得运转灵活，螺旋槽11可以设置多条，构成类似于多头螺纹的多头螺旋轴。 

所述转子套筒3为一圆筒，所述转盘装置2和螺旋槽1均位于转子套筒3内，且转子套筒3与螺旋轴1同轴设置。转子套筒3内设置有两个挡环，分别为上挡环31和下挡环32，所述转盘装置2被限制在上挡环31和下挡环32之间。 

所述转盘装置2的输出端与转子套筒3固定连接，输出的旋转运动带动转子套筒3旋转。转子套筒3又与其后端的发电机动力连接，驱动发电机旋转而发电。 

本具体实施方式中的转盘装置如图2和图3所示，包括上驱动盘21、下驱动盘23和从动盘22。其中从动盘22与转子套筒3固定连接。而上驱动盘21和下驱动盘23均套在螺旋轴1上且与螺旋轴1啮合。 

如图3所示，上驱动盘21的下端面上设有左旋锯齿，从动盘22的上端面上设有与所述左旋锯齿相适配的右旋锯齿。从动盘22的下端面设有右旋锯齿，而下驱动盘23的上表面设有与所述右旋锯齿相适配的左旋锯齿。 

当螺旋轴1下行的时候，上驱动盘21与从动盘22啮合，带动从动盘22旋转，由于从动盘22固定设置在转子套筒3内，因而带动转子套筒3旋转。 

当螺旋轴1上行的时候，下驱动盘23与从动盘22啮合，带动从动盘22旋转，从而带动转子套筒3旋转。 

为了保证不论螺旋轴1上行还是下行，从动盘22均同向旋转，所以需要进行反向。如图3所示，本具体实施方式是通过在下驱动盘23内设置一个反向装置实现的。反向装置的具体结构如图4和图5所示，主要包括一个主动齿轮25、四个从动齿轮轴26和座套28。主动齿轮25为一个套在螺旋轴1上的锥齿轮，其与螺旋轴1啮合，将螺旋轴1的往复直线运动转变为旋转运动。主动齿轮25再与四个围绕其均匀分布的从动齿轮轴26啮合。从动齿轮轴26通过定位轴27固定在底座28的底部，可绕定位轴27旋转。每个从动齿轮轴26的上端还套装有一个柱齿轮29。下驱动齿圈20内设置有内啮合齿，所述柱齿轮29与下驱动齿圈20通过内啮合齿啮合。下驱动齿圈20通过滚珠轴承或者套管等适应旋转且摩擦力小的机构可转动的支撑在主动齿轮25上，从而使得柱齿轮29与下驱动齿圈20构成行星轮系，将主动齿轮25的转动反向。 

本发明采用了一种螺旋轴驱动转盘装置来进行运动转换，将浮子在海浪的作用下的上下起伏运动来带动固定于浮子上的螺旋轴上下移动，通过转盘装置转换为旋转运动，并最终带动发电机的转子作旋转运动而发电。由于整个能量传递系统是线型的，所以可以把该海浪发电系统安置在一个塔形建筑物中，因此可以称为塔式海浪发电系统。本发明的关键之处在于，浮子和螺旋轴之间设置有可以自动适应潮汐的液压伸缩管，浮子通过液压伸缩管与螺旋轴连接。发电机为盘式结构体，整个发电机组是由多个盘式发电机单体套在转子套管外壁构成，根据需要可以任意组成不同功率的发电系统。 

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。 

Claims (7)

1.一种波浪发电系统，包括波浪能量拾取单元、运动转换单元和发电机，波浪能量拾取单元主要包括支架和受支架限制而只能随波浪上下浮动作往复直线运动的浮子，所述浮子通过运动转换单元与发电机动力连接，所述运动转换单元包括：螺旋轴、将螺旋轴的直线运动转换为旋转运动的转盘装置以及将转盘装置输出的旋转运动传递给所述发电机的转子套筒；所述螺旋轴位于转子套筒内且和转子套筒同轴设置并通过转盘装置与转子套筒动力连接；所述转盘装置套在螺旋轴上，且位于螺旋轴和转子套筒之间；其特征在于，所述波浪发电系统还包括消除潮汐对波浪发电系统影响的波浪适应单元，所述波浪适应单元连接在波浪能量拾取单元和运动转换单元之间，所述波浪适应单元包括液压伸缩杆，所述液压伸缩杆下端连接于波浪能量拾取单元上，上端连接于运动转换单元上，且所述液压伸缩杆随潮水的水位高低变化而同步地自行缩短或伸长，所述液压伸缩杆包括一个竖直设置的液压缸，所述液压缸的缸筒中设置有阻挡环；所述阻挡环之上的缸筒中设置有上活塞，所述上活塞的活塞杆与运动转换单元的螺旋轴动力连接；阻挡环之下的缸筒中设置有下活塞，所述下活塞的活塞杆与波浪能量拾取单元的浮子动力连接；且位于阻挡环之下的缸筒设有出液口和入液口，所述入液口和出液口分别通过单向阀与外界液压系统的储液箱连接。

2.如权利要求1所述的波浪发电系统，其特征在于，所述上活塞之上的缸筒构成上液缸，所述阻挡环之上的缸筒最上端具有与外界液压系统的储液箱相连接的出入口。

3.如权利要求1或2所述的波浪发电系统，其特征在于，所述转子套筒内设置有上挡环和下挡环，所述转盘装置位于所述上挡环和下档环之间，且可以在其间做小行程的移动；转盘装置包括上驱动盘、下驱动盘和从动盘；所述从动盘位于上驱动盘和下驱动盘之间，且与转子套筒的内壁固定连接；所述上驱动盘和下驱动盘套在螺旋轴上与螺旋轴相啮合，且在螺旋轴上行时下驱动盘与从动盘啮合，在螺旋轴下行时上驱动盘与从动盘啮合。

4.如权利要求3所述的波浪发电系统，其特征在于，所述上驱动盘的下端面，下驱动盘的上端面以及从动盘的上下端面均设置有锯齿，从动盘通过所述锯齿分别与上驱动盘或者下驱动盘啮合而动力连接。

5.如权利要求3所述的波浪发电系统，其特征在于，所述下驱动盘包括下驱动齿圈与反向装置；所述反向装置的输入端与螺旋轴啮合产生旋转运动，其输出端与下驱动齿圈动力连接，将旋转运动反向后传递给下驱动齿圈；所述下驱动齿圈在螺旋轴上行时与从动盘啮合。

6.如权利要求5所述的波浪发电系统，其特征在于，所述反向装置包括主动齿轮、从动齿轮轴以及定位轴和底座；所述主动齿轮套在螺旋轴上并与螺旋轴啮合而将螺旋轴的直线运动转换为旋转运动；所述从动齿轮轴通过定位轴可转动的设置于所述底座上，且从动齿轮轴上套装有锥齿轮和柱齿轮，所述锥齿轮和主动齿轮啮合，所述柱齿轮与下驱动齿圈啮合，所述主动齿轮、从动齿轮轴和下驱动齿圈构成行星轮系。

7.如权利要求6所述的波浪发电系统，其特征在于，所述从动齿轮轴有四个，均匀分布在所述主动齿轮的外围。 

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