CN101586520B - 浮力差式自平衡双浮体海浪发电装置 - Google Patents

浮力差式自平衡双浮体海浪发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明是一种浮力差式自平衡双浮体海浪发电方法及装置。该装置由发电组件、飞轮、绞盘组件、双向变单向增速器、大小双浮体、动力绳索和海底固定锚座等构成。大小双浮体浮力自平衡的条件下，海浪上涌时大小浮体的浮力差和海浪下降时大浮体的重力与小浮体的浮力，使绞盘上的动力绳索上下相反方向移动，而双向变单向增速器使发电机轴始终向一个方向旋转发电。绞盘上缠绕的动力绳索使大浮体在涨潮落潮时始终漂在海面上，飞轮的惯性储能使输出能量均匀。该装置在海浪上下波动周期内都可发电，能量转换效率高、结构简单、维护方便和制造成本低，能安全可靠经济地获得要求的发电量，与常规耗能型发电方法和其他海浪发电方法相比有很好的发展前景。

Description

浮力差式自平衡双浮体海浪发电装置
技术领域：
本发明涉及是一种浮力差式自平衡双浮体海浪发电方法及装置。
技术背景：
能源是人类赖以生存和发展的重要资源，经济的发展和人民的生活的提高，首先要靠能源的发展。辽阔的海洋，蕴藏着无限的能源，其廉价的可利用前景不断诱使人们努力探索。至今已研究出许多种潮汐发电、海浪发电、海水温差发电、盐梯度发电，洋流发电等可利用海洋能源的装置。但其中在发电效率、经济效益和安全性上均使人满意的装置和技术还没有。
发明内容：
本发明将提供一种在发电效率、经济效益和安全性上均使人满意，而且装置的结构简单、维护方便、制造成本低和使用寿命长的浮力差式自平衡双浮体海浪发电方法及装置。本发明实现其发电原理的技术方案是这样的，即提供一种浮力差式自平衡双浮体海浪发电方法，其特征在于所说的海浪发电方法的步骤是，按所需要的发电功率和发电装置的重量计算并设计大浮体和小浮体的体积，小浮体全部浸入海水，其浮力与大浮体的侵入海水部分的浮力要平衡，小浮体的浮力成为整个发电系统的自平衡浮力，由发电功率的大小和发电装置的重量因素来决定大浮体未被水浸没部分的体积，由大浮体未被海水浸没部分产生浮力差；海浪上涌时大浮体(4)上升，被海水浸没体积增加，受到的浮力增大，小浮体(3)下降但始终浸没在海水里，受到的浮力不变，这就产生了向上的浮力差；同理，海浪下降时大浮体(4)下降，被海水浸没体积减小，受到的浮力减小，小浮体(3)上升但始终浸没在海水里，受到的浮力不变，这就产生了向下的浮力差；正是由于这种浮力差的存在，在重力的影响下，使得大浮体(4)、小浮体(3)随海浪不断的相对运动，从而不断地使动力绳索(13)产生移动，海浪上涌和下降时产生的驱动力使绞盘(8)转动的方向相反，对此采用朴承镐的“主动轴摆动变为被动轴单向旋转的传动机构”(ZL01202356.6)的专利技术中所述的说明书附图2的第二实施例的结构来实现来设计的双向变单向增速器来实现发电机驱动轴始终向一个方向旋转，本专利申请中的绞盘驱动轴(17)对应于主动轴，发电机驱动轴(18)对应于被动轴，在绞盘驱动轴(17)上固定有2个带有棘爪结构的齿轮，左侧棘爪的外环可按逆时针方向旋转，右侧棘爪的外环可按顺时针方向旋转，在发电机驱动轴(18)上相应地固定2个齿轮，绞盘驱动轴(17)上的左侧带有棘爪结构的齿轮与发电机驱动轴(18)上的左侧齿轮相啮合，绞盘驱动轴(17)上的右侧带有棘爪结构的齿轮通过一个介轮与发电机驱动轴(18)上的右侧齿轮相啮合，当绞盘驱动轴(17)按顺时针方向旋转时，则左侧带有棘爪结构的齿轮按顺时针方向旋转并带动发电机驱动轴(18)上的左侧齿轮按逆时针方向旋转，此时绞盘驱动轴(17)上的右侧带有棘爪结构的齿轮由于棘爪反向不能传递力矩，同时，发电机驱动轴(18)上右侧齿轮使介轮顺时针方向旋转，而介轮使绞盘驱动轴(17)上的右侧带有棘爪结构的齿轮逆时针方向旋转，由于棘爪反向同样不能传递力矩，所以发电机驱动轴(18)能够向逆时针方向旋转；同理当绞盘驱动轴(17)按逆时针方向旋转时，由于左侧棘爪的反向，不能向发电机驱动轴(18)上左侧齿轮传递力矩，但同时绞盘驱动轴(17)上右侧带有棘爪结构的齿轮使介轮按顺时针方向旋转，而介轮使发电机驱动轴(18)上右侧齿轮按逆时针方向旋转，根据这一原理设计的双向变单向增速器来实现发电机驱动轴始终向一个方向旋转，这样就可以获得设计所要求功率的发电量，根据涨潮落潮的高度和正常发电所需的高度来计算出小浮体底面到固定锚座上定滑轮之间的距离，使大浮体始终漂在海面上。
本发明还提供一种用于实施上述发电方法的装置，它是由固定锚座、定滑轮、小浮体、大浮体、大浮体盖、发电机、双向变单向增速箱、绞盘、绞盘防水罩、配电箱、配重、导论、动力绳索、联轴器、安全离合器、飞轮、绞盘驱动轴和发电机驱动轴构成，大浮体和小浮体用动力绳索连接并固定在海床上的固定锚座上，大浮体和小浮体可随海浪上下移动。
本发明的有益效果，其一是与现今所有海浪发电方法比较发电效率高，二是发电装置的结构简单、维护方便、使用寿命长和安全可靠，三是制造成本低，四是放置装置的海床范围广、发电不会受潮汐的影响，五是该装置根据发电功率的要求可以设计成大小不等的体积，可在海面上单独设置、也可以多台联网设置，六是该装置可作为航标灯等海洋仪器设备供电、也可以通过电缆输送到海岛或沿岸并网供电，其应用领域很广。
附图说明：
以下结合附图和实施例对本发明详细说明，其中图1是本发明实施例装置示意的前视图，图1中1.固定锚座、2.定滑轮、3.小浮体、4.大浮体、5.大浮体盖、6.发电机、7.双向变单向增速箱、8.绞盘、9.绞盘防水罩、10.配电箱、11.配重、12.导轮、13.动力绳索。
图2是本发明实施例装置示意的俯视图，图中14.联轴器、15.安全离合器、16.飞轮。
图3是本发明实施例装置示意的双向变单向增速机构图。图中17.绞盘驱动轴、18.发电机驱动轴。
大浮体(4)和小浮体(3)通过绞盘(8)用动力绳索(13)连接，并把动力绳索(13)固定在海床上的固定锚座(1)上。
具体实施方案：
本发明要根据所选择海域的海浪特性的具体数据和所需发电功率，确定大浮体(4)和小浮体(3)的体积，根据海底的深度和潮涨潮落的高度，确定动力绳索(13)的长度。小浮体(3)全部浸入海水的浮力与大浮体的侵入海水部分的浮力要平衡，而小浮体(3)的浮力成为整个发电系统的自平衡浮力。根据发电功率的大小和发电装置的重量因素来因素来决定大浮体(4)的未被水浸没部分的体积，由大浮体(4)未被海水浸没部分产生浮力差；海浪上涌时大浮体(4)上升，被海水浸没体积增加，受到的浮力增大，小浮体(3)下降但始终浸没在海水里，受到的浮力不变，这就产生了向上的浮力差；同理，海浪下降时大浮体(4)下降，被海水浸没体积减小，受到的浮力减小，小浮体(3)上升但始终浸没在海水里，受到的浮力不变，这就产生了向下的浮力差；正是由于这种浮力差的存在，在重力的影响下，使得大浮体(4)、小浮体(3)随海浪不断的相对运动，从而不断地使动力绳索(13)产生移动，海浪上涌和下降时产生的驱动力使绞盘(8)转动的方向相反，对此采用“主动轴摆动变为被动轴单向旋转的传动机构”(ZL01202356.6)专利技术的双向变单向增速器(7)可实现发电机轴始终向一个方向旋转，即可实现绞盘驱动轴(17)双向旋转变为发电机驱动轴(18)始终向一个方向旋转，所采用的双向旋转变为发电机轴始终向一个方向旋转的如说明书附图3的结构，这种结构就是采用朴承镐的“主动轴摆动变为被动轴单向旋转的传动机构”(ZL01202356.6)的专利技术中所述的说明书附图2的第二实施例的结构来实现来设计的双向变单向增速器来实现发电机驱动轴始终向一个方向旋转，本专利申请中的绞盘驱动轴(17)对应于主动轴，发电机驱动轴(18)对应于被动轴，在绞盘驱动轴(17)上固定有2个带有棘爪结构的齿轮，左侧棘爪的外环可按逆时针方向旋转，右侧棘爪的外环可按顺时针方向旋转，在发电机驱动轴(18)上相应地固定2个齿轮，绞盘驱动轴(17)上的左侧带有棘爪结构的齿轮与发电机驱动轴(18)上的左侧齿轮相啮合，绞盘驱动轴(17)上的右侧带有棘爪结构的齿轮通过一个介轮与发电机驱动轴(18)上的右侧齿轮相啮合，当绞盘驱动轴(17)按顺时针方向旋转时，则左侧带有棘爪结构的齿轮按顺时针方向旋转并带动发电机驱动轴(18)上的左侧齿轮按逆时针方向旋转，此时绞盘驱动轴(17)上的右侧带有棘爪结构的齿轮由于棘爪反向不能传递力矩，同时，发电机驱动轴(18)上右侧齿轮使介轮顺时针方向旋转，而介轮使绞盘驱动轴(17)上的右侧带有棘爪结构的齿轮逆时针方向旋转，由于棘爪反向同样不能传递力矩，所以发电机驱动轴(18)能够向逆时针方向旋转；同理当绞盘驱动轴(17)按逆时针方向旋转时，由于左侧棘爪的反向，不能向发电机驱动轴(18)上左侧齿轮传递力矩，但同时绞盘驱动轴(17)上右侧带有棘爪结构的齿轮使介轮按顺时针方向旋转，而介轮使发电机驱动轴(18)上右侧齿轮按逆时针方向旋转，根据这一原理设计的双向变单向增速器来实现发电机驱动轴始终向一个方向旋转，这样就可以获得设计所要求功率的发电量。根据涨潮落潮的高度和正常发电所需的高度来计算出小浮体(3)底面到固定锚座(1)上定滑轮(2)之间的距离，使大浮体(4)始终漂在海面上。配电箱(10)中的配电系统起到整流滤波提供平稳电能的作用。大浮体(4)和小浮体(3)通过绞盘(8)用动力绳索(13)连接，并把动力绳索(13)固定在海床上的固定锚座(1)上。

Claims (3)

1.一种浮力差式自平衡双浮体海浪发电方法，包括：一个漂浮在海面上的大浮体(4)的浮力与全部浸没在海水中的小浮体(3)的浮力要平衡，小浮体(3)的浮力成为整个发电系统的自平衡浮力，根据发电功率的大小和发电装置的重量来决定大浮体(4)未被海水浸没部分的体积，由大浮体未被海水浸没部分产生浮力差；海浪上涌时大浮体(4)上升，被海水浸没体积增加，受到的浮力增大，小浮体(3)下降但始终浸没在海水里，受到的浮力不变，这就产生了向上的浮力差；海浪下降时大浮体(4)下降，被海水浸没体积减小，受到的浮力减小，小浮体(3)上升但始终浸没在海水里，受到的浮力不变，这就产生了向下的浮力差；由于这种浮力差的存在，在重力的影响下，使得大浮体(4)、小浮体(3)随海浪不断的相对运动，从而不断地使动力绳索(13)产生移动，海浪上涌和下降时产生的驱动力使绞盘(8)转动的方向相反，采用双向变单向增速器(7)使绞盘驱动轴(17)双向旋转变为发电机驱动轴(18)始终向一个方向旋转，在绞盘驱动轴(17)上固定2个带有棘爪结构的齿轮，左侧棘爪的外环按逆时针方向旋转，右侧棘爪的外环按顺时针方向旋转，在发电机驱动轴(18)上相应地固定2个齿轮，绞盘驱动轴(17)上的左侧带有棘爪结构的齿轮与发电机驱动轴(18)上的左侧齿轮相啮合，绞盘驱动轴(17)上的右侧带有棘爪结构的齿轮通过一个介轮与发电机驱动轴(18)上的右侧齿轮相啮合，当绞盘驱动轴(17)按顺时针方向旋转时，左侧带有棘爪结构的齿轮按顺时针方向旋转并带动发电机驱动轴(18)上的左侧齿轮按逆时针方向旋转，此时绞盘驱动轴(17)上的右侧带有棘爪结构的齿轮由于棘爪反向不能传递力矩，同时，发电机驱动轴(18)上右侧齿轮使介轮顺时针方向旋转，而介轮使绞盘驱动轴(17)上的右侧带有棘爪结构的齿轮逆时针方向旋转，由于棘爪反向同样不能传递力矩，发电机驱动轴(18)向逆时针方向旋转；当绞盘驱动轴(17)按逆时针方向旋转时，由于左侧棘爪的反向，不能向发电机驱动轴(18)上左侧齿轮传递力矩，绞盘驱动轴(17)上右侧带有棘爪结构的齿轮使介轮按顺时针方向旋转，而介轮使发电机驱动轴(18)上右侧齿轮按逆时针方向旋转，根据涨潮落潮的高度和正常发电所需的高度计算出小浮体(3)底面到固定锚座(1)上定滑轮(2)之间的距离，使大浮体(4)始终漂在海面上，配电箱(10)中的配电系统起到整流滤波提供平稳的电能的作用。
2.根据权利要求1所述的发电方法的装置，其特征在于，它是由固定锚座(1)、定滑轮(2)、小浮体(3)、大浮体(4)、大浮体盖(5)、发电机(6)、双向变单向增速箱(7)、绞盘(8)、绞盘防水罩(9)、配电箱(10)、配重(11)、导轮(12)、动力绳索(13)、联轴器(14)、安全离合器(15)、飞轮(16)、绞盘驱动轴(17)、发电机驱动轴(18)构成，大浮体(4)和小浮体(3)通过绞盘(8)用动力绳索(13)连接，并把动力绳索(13)固定在海床上的固定锚座(1)上。
3.根据权利要求1所述的发电方法的装置，其特征在于，它的双向变单向增速器(7)包括绞盘驱动轴(17)和发电机驱动轴(18)，在绞盘驱动轴(17)上固定有2个带有棘爪结构的齿轮，左侧棘爪的外环按逆时针方向旋转，右侧棘爪的外环按顺时针方向旋转，在发电机驱动轴(18)上相应地固定2个齿轮，绞盘驱动轴(17)上的左侧带有棘爪结构的齿轮与发电机驱动轴(18)上的左侧齿轮相啮合，绞盘驱动轴(17)上的右侧带有棘爪结构的齿轮通过一个介轮与发电机驱动轴(18)上的右侧齿轮相啮合。
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