CN101749169A - 双绳式浮体绳轮海浪发电系统 - Google Patents
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Abstract
双绳式浮体绳轮海浪发电系统。本发明涉及一种波浪能发电系统,本发明是利用浮体或摆板来接受波浪的推动,通过一端系在其上而另一端缠绕在转轮上的绳拉动转轮,将获得的无规律的波浪推力转换成旋转动力,波浪回落阶段,依靠重物的重力,通过另一条绳带动转轮反转,将绳收回,转轮通过棘轮机构、液压系统实现能量传递、汇集,最后经发电机实现发电。对于大规模波浪能发电,浮体可组成阵列面,本系统能够适应大多数波形的波浪,并能高效率的吸收波浪能,抗风浪性强、造价低、不必依赖岸基作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种海浪发电系统。
背景技术
海洋波浪能源是一种无穷无尽的可再生能量资源,如何利用这样丰富的能量资源为人类服务,是前人和现代人一直在研究的重要课题,利用波浪能发电就是其中一大课题。
海洋受复杂的自然因素变化影响,其波浪、海潮的大小和形式变化,给人们利用海洋波浪能量来进行稳定发电产生较大的困难。
根据以往的研究经验,认为目前利用波浪能发电有以下几种比较有效的方法:即振荡水柱波能装置、聚波水库波能装置、摆式波能装置等。
振荡水柱波能装置的优点是转动机构不与海水接触,防腐性能好,安全可靠,维护方便。其缺点是二级能量转换效率较低、对小波浪能适应性也不强,且造价高昂。
聚波水库装置的优点是一级转换没有活动部件,可靠性好,维护费用低,系统出力稳定。不足之处是电站建造对地形有要求,不易推广。
摆式波能装置,摆体的运动很适合波浪大推力和低频的特性,摆式装置的转换效率较高,但现有的装置机械的维护较为困难,容易损坏,且适合于海浪大小变化较大、又易于设计制造的大规模的成熟的装置还未见有报道。
最近出现的海蛇发电技术,因为其设计理念是侧重于生存性而忽略了效率,它只是利用了波浪面的夹角变化来提取能量,波面越陡,提取的能量越大,仔细观察海浪波形就会发现,浪的波高很大时,波面不一定就陡,因为此时波长也长了。另外在小波浪下,每一节收到的海浪冲击情况类似,所以,形成不了弯矩,输出的功率几何为0,所以经济效益收到限制。
总之,由于种种原因,迄今为止,还未出现一个实用的海浪发电系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种双绳式浮体绳轮海能发电系统,它能够自动适应大部分波形的波浪,其抗风浪能力强。
本发明的技术方案:
该海浪发电系统,包括波浪能采集部分、传动部分、发电机,其采集部分包括浮体(1)或摆板、绳一(7)、大转轮(8)、主轴(13)、棘轮机构(9)、小转轮(11)、绳二(10)、重物(12)、基座,绳一(7)一端系在浮体(1)或摆板上,另一端缠绕在大转轮(8)上,绳二(10)一端缠绕在小转轮(11)上,另一端系在重物(12)上,棘轮(9)、大转轮(8)、小转轮(11)通过主轴(13)实现轴联,主轴(13)的支架固定在稳定基座上。绳一(7)与绳二(10)缠上各自转轮的方向相反。
其传动部分为液压传动,液压系统包含有轴向柱塞泵(14)、单向阀、蓄能器、油缸、液压油管(15)、液压马达,液压马达带动发电机运转。
当波浪隆起或推来时,因为系统的基座位置固定,浮体(1)或摆板就在波浪作用下,相对于基座的距离增大,于是拉动绳一(7)使得大转轮(8)旋转,大转轮的旋转通过主轴(13)带动棘轮、小转轮(11)旋转,棘轮机构(9)将动力输出,而小转轮(11)将绳二(10)回收,使得重物(12)上升;当波浪回落时,波浪的推力消失,于是重物在重力的作用下,通过绳二拉动小转轮反转,小转轮通过主轴带动大转轮反转,将绳一收回,因为棘轮机构的单向传动性,此阶段不输出动力。
波浪能量的采集就是这样一拉一收,将无规律的波浪推力转换成时断时续的旋转动力输出,而液压传动系统的轴向柱塞泵(14)将此动力转换成液压能,液压传动系统的输出端液压马达将液压能转换成机械能,输出动力给发电机发电。至此,完成了整个波浪能向电能转换的全过程。
值得说明的是,绳一的始终不会缠上大转轮的那部分可用直杆(21)代替,直杆与浮体(1)铰接,这样可同时利用直杆的刚性和绳的挠性。
该系统的核心部分可在水下运行,为了防止腐蚀,该系统的波浪能采集部分是这样设计的,棘轮机构(9)、轴向柱塞泵(14)在左箱体(17)内,小转轮(11)在右箱体(18)内,大转轮(8)在两个箱体之间,主轴(13)在插入箱体的孔处套有密封圈(16),主轴的支架在箱体内,箱体固定在基座上,从而实现了对海水的密封,其中系统的液压传动系统、发电机也可放置在封闭的箱体内。
浮体、大转轮、主轴接触水那部分,表面做浸塑或刷漆防锈处理,或直接用耐腐蚀的材料制作,绳一为尼龙绳或者是包塑钢丝绳。
另外箱体内可以充入比所处水深压强稍大的气压,以防止海水渗进箱体内。
基座可以固定在海床上,或者是悬吊在水中的基板(19),基板比重大于水,借助浮体(1)的浮力悬吊在水中,用锚(20)将基板系泊。基板水平面积大,形成很大的水阻力,可以保证在受到绳一(7)的很大拉力时,基板仍保持位置上的稳定。
本系统的浮体(1)为一长方体状,浮体下面固结有横板(3),浮体在朝海浪一侧有翘边(2)。横板(3)的作用是为了增大与海浪的接触面积,增强与海浪的“附着力”,而翘边(2)的作用是,在浮体(1)迟滞波浪表面隆起时,增强浮体(1)底面受到的向上托力。
当多个采集单元工作时,多个浮体在同一平面上相隔一定距离的阵列排列,然后用弹性衔接面(4)将它们连接成一个易弯曲的面,易弯曲的面的四角通过绳连接在一个框架(5)上,以防止易弯面打卷,弹性衔接面即弹性材料制成的面。浮体的边角做圆角处理,以防止撕裂弹性衔接面。这种易弯面因为连续,可以减少波浪能的绕流,让波浪“无可选择”的必须推动它。
从浮体(1)的不同位置上引出多根绳,连接绳一(7)或通过横杆(6)连接绳一,这可以减小浮体的弯曲应力集中;当多个浮体工作时,从相邻的浮体引下绳系在横杆(6)上,然后在该横杆(6)上系上通向大转轮的绳,这样就可以将多个浮体提供的拉力汇集起来。
本发明具有以下优点:
1、抗风浪能力非常强:由于只有浮体(1)在海面上,系统的主要部分都在较为安静的水下,不必担心海浪的冲击。该系统没有刚性的主梁,绳一(7)是一种挠性构件,随便海浪上下左右怎么摇摆,不跟海浪硬碰硬。大转轮可以将绳一放的很长,这就大大延长了波浪冲击过程中的缓冲距离,减小了瞬时冲击力,其抗风浪能力由此得以增强。
2、耐腐蚀、防渗漏:该系统只有浮体(1)、绳一(7)、大转轮(8)、主轴(13)的一部分、箱体表面浸在海水里,而这些作了防锈处理,其它的都在箱体内,减少了与海水接触的部件。另外,箱体内充入比所处水深的压强大的气体,可以防止海水进入箱体内,同时防止润滑油、液压油渗入海洋中构成污染。
3、适应波形能力强、有效工作时间长,波浪能吸收转换能力高:因为任何波形的海浪都是以上下起伏表现的,所以浮体不管在那种波形下,都会上下起伏而工作。采用横板(3)、翘边(2)、易弯面等形式,则波浪能吸收能力更高。易弯面可以减少波浪能的绕流引起的能量损失。另外由于适应各种波浪,其有效作业时间也增长,从而整体效率也高。
4、成本低廉:该系统结构简单,没有造价高昂的大型水泥混凝土设施,不需耗费大量的钢材。
5、可以离岸作业:基板(19)悬于水中,这样就摆脱了对陆地的依赖。拖船可以拖着一整列该系统到处走,由此可以移动作业。
6、该系统,相对于浮体跟重物通过一根缠绕在轮上的绳相连的方式,其优点一是可以避免了绳干扰摩擦打结,二是可以改变重物的运动幅度。因为海浪有时高达十米多高,如果浮体与重物相连在一根绳子上,则重物的运动幅度也是高达十多米高,这样是很麻烦的事。而对于该系统,如小转轮的直径是大转轮的1/10,则即使在浪高十多米时重物的运动幅度也只有1米多高,大大降低了制造难度。
图1:双绳式浮体绳轮海浪发电系统采集部分透视图
图2:双绳式浮体绳轮海浪发电系统采集部分剖面图
图3:浮体及弹性衔接面外观图
图4:易弯面+多绳汇集结构外观图
1-浮体
2-翘边
3-横板
4-弹性衔接面
5-框架
6-横杆
7-绳一
8-大转轮
9-棘轮机构
10-绳二
11-小转轮
12-重物
13-主轴
14-轴向柱塞泵
15-液压油管
16-密封圈
17-左箱体
18-右箱体
19-基板
20-锚
21-直杆
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
该海浪发电系统,包括波浪能采集部分、传动部分、发电机,其采集部分包括浮体(1)或摆板、绳一(7)、大转轮(8)、主轴(13)、棘轮机构(9)、小转轮(11)、绳二(10)、重物(12)、基座,绳一(7)一端系在浮体(1)或摆板上,另一端缠绕在大转轮(8)上,绳二(10)一端缠绕在小转轮(11)上,另一端系在重物(12)上,棘轮(9)、大转轮(8)、小转轮(11)通过主轴(13)实现轴联,主轴(13)的支架固定在基座上。绳一(7)与绳二(10)缠上各自转轮的方向相反。
其传动部分为液压传动,液压系统包括轴向柱塞泵(14)、单向阀、蓄能器、油缸、液压油管(15)、液压马达,液压马达带动发电机运转。
当波浪隆起或推来时,因为系统的基座位置固定,浮体(1)或摆板就在波浪作用下,相对于基座的距离增大,于是拉动绳一(7)使得大转轮(8)旋转,大转轮的旋转通过主轴(13)带动棘轮机构(9)、小转轮(11)旋转,棘轮机构将动力输出,而小转轮将绳二(10)回收,使得重物(12)上升;当波浪回落时,波浪的推力消失,于是重物在重力的作用下,通过绳二拉动小转轮反转,小转轮通过主轴带动大转轮反转,将绳一收回,因为棘轮的单向传动性,此阶段不输出动力。
波浪能量的采集就是这样一拉一收,将无规律的波浪推力转换成时断时续的旋转动力输出,而液压传动系统的轴向柱塞泵(14)将此动力转换成液压能,液压传动系统的输出端液压马达将液压能转换成机械能,输出动力给发电机发电。至此,完成了整个波浪能向电能转换的全过程。
值得说明的是,绳一的始终不会缠上大转轮的那部分可用直杆(21)代替,同时利用直杆的刚性和绳的挠性,直杆与浮体铰接。
该系统的核心部分可在水下运行,为了防止腐蚀,该系统的波浪能采集部分是这样设计的,棘轮机构(9)、轴向柱塞泵(14)在左箱体(17)内,小转轮(11)在右箱体(18)内,大转轮(8)在两个箱体之间,主轴(13)在插入箱体的孔处套有密封圈(16),主轴的支架固定在箱体内,箱体固定在基座上,从而实现了对海水的密封,其中系统的液压传动系统、发电机也可放置在封闭的箱体内。另外箱体内可以充入比所处水深压强稍大的气压,以防止海水渗进箱体内。
基座可以固定在海床上,或者是悬吊在水中的基板(19),基板(19)比重大于水,借助浮体(1)的浮力悬吊在水中,用锚(20)将基板系泊。基板水平面积大,形成很大的水阻力,可以保证在受到绳一(7)的很大拉力时,基板仍保持位置上的稳定。
本系统的浮体(1)为一长方体状,浮体下面固结有横板(3),浮体在朝海浪一侧有翘边(2)。横板(3)的作用是为了增加与海浪的接触面积,增强与海浪的“附着力”,而翘边(2)的作用是,在浮体(1)迟滞波浪表面隆起时,增强浮体(1)受到的向上托力。
当多个采集单元工作时,多个浮体在同一平面上相隔一定距离的阵列排列,然后用弹性衔接面(4)将它们连接成一个易弯曲的面,易弯曲的面的四角通过绳连接在一个框架(5)上,以防止易弯面打卷,弹性衔接面即弹性材料制成的面,浮体的边角做圆角处理,以防止撕裂弹性衔接面。这种易弯面,可以减少波浪能的绕流,让波浪“无可选择”的必须推动它。
从浮体(1)的不同位置上引出多根绳,连接绳一(7)或通过横杆(6)与绳一(7)连接,这可以减小浮体的弯曲应力集中;当多个浮体工作时,从相邻的浮体引下绳系在一横杆(6)上,然后在该横杆(6)上系上通向大转轮的绳,这样就可以将多个浮体提供的拉力汇集起来。
本系统制造比较容易,门槛低,投入规模可大可小。
如果按照绳一的工作拉力为5000N设计的话,则部分尺寸参数可参考如下:
浮体(1):5×1×0.15m
绳一(7)外径:12mm
大转轮(8)外径:200mm
大转轮(8)宽:100mm
主轴(13)外径:48mm
棘轮顶圆直径:192mm
棘轮宽度:24mm
小转轮(11)外径:20mm
绳二(10)直径:2mm
重物(12)重量:50KG
浮体(1),可以用薄钢板来做,外面刷漆或浸塑,也可以用挤塑泡沫来做,但要加筋增强强度;弹性衔接面(3)可以用橡胶来做。
绳一(7)就采用尼龙绳或者是包塑钢丝绳。
用来系多根绳的横杆(6),可以用中间粗,两头细的形状(图4)。同样,横杆也要做防腐处理,浸塑或刷漆。
箱体,可以用薄钢板来做,外面刷漆或浸塑,也可以直接用工程塑料来做。。
基板(19)就采用钢筋混凝土板做即可,要面积大。
对于系统的其他构件,例如轴向柱塞泵(14)、蓄能器、单向阀、液压油管(15)、液压马达、发电机等,都可以在市场上买到。
所有一切都可以在工厂里制作组装,完成后,由轮船,将系统放入海中,而后,可以用拖船拖动,改变位置,用锚(20)将系统系泊。
该系统的大部分都在水下二三十米深处,这给维护增加了困难,所以在维护时,要将其水下部分升至水面,进行维护,完后再放入海中。
Claims (10)
1.一种波浪能发电系统,包括波浪能采集部分、传动部分、发电机,其特征在于:其采集部分包括浮体(1)或摆板、绳一(7)、大转轮(8)、主轴(13)、棘轮机构(9)、小转轮(11)、绳二(10)、重物(12)、基座,绳一(7)一端系在浮体(1)或摆板上,另一端缠绕在大转轮(8)上,绳二(10)一端缠绕在小转轮(11)上,另一端系在重物(12)上,棘轮、大转轮(8)、小转轮(11)通过主轴(13)实现轴联,主轴(13)的支架固定在稳定基座上,绳一(7)与绳二(10)缠上各自转轮的方向相反。
2.根据权利要求1所述的一种波浪能发电系统,其特征在于:棘轮机构(9)在左箱体(17)内,小转轮(11)在右箱体(18)内,大转轮(8)在两个箱体之间,主轴(13)在插入箱体的孔处套有密封圈(16),主轴的支架在箱体内,箱体固定在基座上。
3.根据权利要求2所述的一种波浪能发电系统,其特征在于:箱体内充入比所处水深压强稍大的气压。
4.根据权利要求2所述的一种波浪能发电系统,其特征在于:浮体(1)、大转轮(8)、箱体、主轴接触水那部分,表面做浸塑或刷漆防锈处理,或直接用耐腐蚀的材料制作,绳一(7)为尼龙绳或者是包塑钢丝绳。
5.根据权利要求1所述的一种波浪能发电系统,其特征在于:绳一(7)的始终不会缠上大转轮的那部分可用直杆(21)代替,直杆(21)与浮体(1)铰接。
6.根据权利要求1所述的一种波浪能发电系统,其特征在于:其传动机构为液压传动,液压系统包括轴向柱塞泵(14)、单向阀、蓄能器、油缸、液压油管(15)、液压马达。
7.根据权利要求1所述的一种波浪能发电系统,其特征在于:基座固定在海床上,或是悬吊在水中的基板(19),基板比重大于水,基板水平面积大,用锚(20)将基板系泊。
8.根据权利要求1所述的一种波浪能发电系统,其特征在于:浮体(1)为一长方体形状,浮体下面固结有横板(3),浮体在朝海浪一侧有翘边(2)。
9.根据权利要求1所述的一种波浪能发电系统,其特征在于:多个浮体(1)在同一平面上相隔一定距离的阵列排列,然后用弹性衔接面(4)将它们连接成一个易弯曲的面,浮体的边角做圆角处理,易弯曲的面的四角通过绳连接在一个框架(5)上,弹性衔接面为弹性材料制成的面。
10.根据权利要求1所述的一种波浪能发电系统,其特征在于:从浮体(1)的不同位置上引出多根绳,与绳一(7)连接或通过一横杆(6)与绳一(7)连接上;当多个浮体工作时,从相邻的浮体引下绳系在横杆(6)上,然后在该横杆(6)上系上通向大转轮的绳。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100623 |