CN102606375A - 单向阻尼波浪能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单向阻尼波浪能发电装置，属于水下海洋能研究领域。用于把波浪能转换成电能的装置。其结构包括浮体及支撑杆，所述支撑杆的上、下两端均穿出浮体，且上端与一支架装置相连，下端与单向阻尼器相连；且浮体与支撑杆之间设有间隙；所述浮体内安装的液压储能发电系统的液压缸活塞杆上端伸出浮体，且与支架装置相连。本发明由于浮体与支撑杆之间存有间隙，使波浪运动中支撑杆保持竖直状态时，浮体可以在波浪中随浪运动而顺势起伏，从而带动支架装置进行压缩液压缸工作，使浮体呈现上下运动和摆动相结合的运动方式，提高了吸收效率。结构合理，能量转化率高，且由于浮体与支撑杆之间相对移动，对灾害性天气适应性强。

Description

单向阻尼波浪能发电装置
技术领域
本发明涉及一种波浪能发电装置，尤其是涉及一种单向阻尼波浪能发电装置，属于水下海洋能研究领域。
背景技术
随着现代工业的发展，对能源的需求也日益增加。为此，人们不断探索和开发各种安全、清洁、且可再生的新能源。由于地球上海洋面积占有率大约为72%，全世界理论上可再生的海洋能总量为766亿千瓦，技术允许利用功率为64亿千瓦，约为目前全世界发电机容量的2倍。其中，海浪能密度最高，约为20亿千瓦，开发潜力很大。
尽管海洋波浪能发展潜力巨大，然而人类对海洋能源的利用很少，其原因是波浪能难以掌控。
把波浪能转化为电能是指将波浪所带的水动量转化为机械相对运动，进而带动发电机发电的一个过程。转化过程中如何避免能量的损失是核心。通过分析波浪能的特点发现实际中波浪并非理论上讲的水分子上下运动，实际上是水分子作椭圆形轨迹的运动，所以很多基于单纯上下运动的波浪能发电装置并不能发挥出理论上的发电效率。
目前，小型波浪能发电装置有多种形式，总体来说大致分为固定式和漂浮式两大类。固定式发电装置具有较高的转化效率，但是由于发电装置固定的特点，对于抵抗灾害性天气的能力比较差，同时安装地点也会受到限制，基建成本高，投入大。漂浮式发电装置可以避免固定式波浪能发电装置的缺失，但是由于相对运动产生较为困难，致使发电效率低。如果漂浮式发电装置能够加大产生相对运动的能力，进而提高发电效率，将会在提高波浪能发电装置的技术水平，降低基建成本，提高适用海域等方面起到重要推进作用。
发明内容
 有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术中波浪能发电装置中存在的效率低、适应性差等缺陷，而提供一种单向阻尼波浪能发电装置，该单向阻尼波浪发电装置具有效率高，适应性强等优点。
 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的，一种单向阻尼波浪能发电装置，包括浮体，其特征在于：所述浮体中间安装有一支撑杆，所述支撑杆的上端穿出浮体后，且与一支架装置相连，所述支撑杆下端穿出浮体后，与一单向阻尼器相连；所述浮体与所述支撑杆之间设有间隙；所述浮体内安装有液压储能发电系统，所述液压储能发电系统包括一液压缸、与液压缸配合的活塞杆及与液压缸相连的蓄能器，所述活塞杆上端伸出浮体，且与所述支架装置相连。
 所述单向阻尼器为倒置的圆锥体结构。
所述圆锥体上端面为开口状结构，在圆锥体内对称设置有加强筋，所述加强筋的一端固定在支撑杆上。
 所述支架装置由对称设置的三个支杆、及分别与三支杆相连的三个压杆组成，所述三个支杆的一端与支撑杆的上端连接成一体，所述每个压杆的一端安装在三个支杆的杆体上，压杆的另一端配合连接在浮体上。
 所述三个支杆以相交的一端向下呈倾斜状结构。
 所述液压缸为三个，所述液压缸配合的三个活塞杆上套设有弹簧，且三个活塞杆的上端分别与三个压杆的杆身相连。
 所述浮体上、下两面均设有对称的调整压轮，所述调整压轮压靠在支撑杆的侧壁上。
 所述调整压轮通过连接轴与一移动架相连，所述移动架在浮体外侧的轨道中移动，且移动架另一端由挡块阻挡，所述移动架设有一横杆部，在横杆部上套设有弹簧。
 所述液压缸内设有弹簧，所述弹簧的一端与活塞杆的下端相顶持，所述液压缸通过一换向阀与储能器相连。
所述液压储能发电系统还包括液压马达、发电机及蓄电池，所述储能器、液压马达、发电机、蓄电池依次相连。
本发明的有益效果，本发明由于浮体与支撑杆之间存有间隙，使在波浪运动中支撑杆保持竖直状态时，浮体可以在波浪中随浪运动而顺势起伏，从而带动支架装置进行压缩液压缸工作，使浮体呈现上下运动和摆动相结合的运动方式，提高了吸收效率。结构合理，能量转化率高。 
本发明的进一步的改进是支架装置，可以实现在浮体摆动中对能量的吸收，而且对360度方向的波浪能均可吸收。进一步增加了能量的转化效率。
本发明波浪能发电装置由于移动架上弹簧的弹力可以起到保护作用，在台风巨浪条件下在发电到达一个峰值后，不会产生硬性断裂等情况，恶劣环境下生存能力强，即对灾害性天气适应性强。
本发明单向阻尼器采用锥体结构可以对波浪推动浮体向上运动时产生较大的阻力，从而通过活塞杆向下运动压缩液压缸做功，进而使发电机发电，增加转化效率。
附图说明
图1 为本发明的结构示意图。
图2为本发明另一角度的结构示意图。
图3为本发明俯视结构示意图。
图4为本发明阻尼器及支撑杆连接的结构示意图。
图5为本发明液压储能发电系统的结构示意图。
图6为本发明调整压轮连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行具体说明，如图1和图2所示，本发明一种单向阻尼波浪能发电装置，包括浮体14、支撑杆18、支架装置、单向阻尼器19及液压储能系统。
所述支撑杆18穿插安装在浮体14中间，且支撑杆18与浮体14之间存在有间隙，使支撑杆18保持竖直状态时，浮体14可以在波浪中随浪运动而顺势起伏。所述支撑杆18上端穿出浮体14后，与支架装置相连。所述支撑杆18下端穿出浮体14后，与单向阻尼器19相连。支撑杆18的长度根据波浪的浪高来确定，以确保单向阻尼器19工作在静水区。
如图4所示，所述单向阻尼器19为倒置的圆锥体结构，支撑杆18的下端连接在单向阻尼器19的中心位置。单向阻尼器19的锥形结构可以对波浪推动浮体14向上运动时产生较大的阻力。所述圆锥体上端面为开口状结构，在圆锥体内设有对称设置有三个加强筋20，所述三个加强筋20的一端固定在支撑杆18上，另一端固定在圆锥体内侧壁上，以增加单向阻尼器19的强度，进而增加整体结构的使用寿命。
  如图2及图3所示，所述支架装置由对称设置的三个支杆1、及分别与三支杆1相连的三个压杆2组成。所述三个支杆1的一端与支撑杆18的上端固定连接成一体。所述三个支杆1由相交的一端向下呈倾斜状结构。所述每个压杆2的一端安装在三个支杆1的杆体上，压杆2的另一端配合连接在浮体14上，具体地说，可通过浮体14上的连杆与压杆2连接。
如图5所示，所述液压储能发电系统包括液压缸13、与液压缸13配合的活塞杆3、换向阀12、储能器7、液压马达11、发电机10及蓄电池9。
所述活塞杆3的上端伸出浮体14，并在活塞杆3上套设有弹簧21，所述活塞杆3的上端与压杆2的杆身相连。所述液压缸13内安设有弹簧15，该弹簧15的上端与活塞杆3的下端相顶持，从而有利于活塞杆3的复位。液压缸13通过换向阀12与储能器7相连，储能器7与液压马达11相连，从而把液压能转换成机械能。液压马达11再通过发电机10与蓄电池9相连，从而把机械能转化成电能，由蓄电池9储存起来。
在储能器7与液压马达11之间安设有调速阀8，以便控制能量的转换。
如图6所示，所述浮体14上、下两面均设有对称的调整压轮4，所述调整压轮4压靠在支撑杆18的侧壁上。具体地说，所述调整压轮4安装在一连接轴5上，且调整压轮4可在连接轴5上转动。连接轴5的两端固定在一移动架6上，所述移动架6上设有横杆部16，在横杆部上套设有弹簧17，该弹簧17的一端与横杆端部的凸台相顶持，弹簧17另一端与浮体14外的凸台相顶持，所述移动架6在浮体14外侧的轨道中移动，且移动架另一端由一挡块阻挡住，以防止移动架6滑脱。所述调整压轮4为三个，其数量也可以根据需要进行选择。浮体14浮动时，横杆上的弹簧17对浮体14与支撑杆18之间的位置进行调节，因此调整压轮4的结构可以使得浮体14和支撑杆18之间受力比较平衡，对整体设备的寿命起到保护作用，恶劣环境下生存能力强，即对灾害性天气适应性强。
在进行波浪能转换成电能工作时，波浪带动浮体14上升，由于浮体14受波浪的影响，总是先倾斜再整体上升，所以从倾斜开始，在浮体13和支撑杆18之间的间隙允许下，三个支杆1通过活塞杆3压缩液压缸13进行工作，使浮体14呈现上下运动和摆动相结合的运动方式，提高了吸收效率。在整体上升时，由于单向阻尼器19所产生的大阻力，会使得支架装置相对于浮体14产生大的压力差，这个压力差可以转化为支架装置克服活塞杆3上的弹簧21压缩液压缸13的动力，从而转化为液压能，再通过液压马达11把液压能转化成机械能，再通过发电机10、蓄电池9把机械能转化成电能储存起来，活塞杆3到达液压缸13的底端。
在浮体14到达波浪顶端后开始下降，在活塞杆3上的弹簧21所储备弹力的作用下，活塞杆3会相对于液压缸13向上运动，液压缸上的弹簧也使活塞杆3复位向上运动，并进行压缩液压油做功发电。为了保证整个发电装置能够快速向下运动并为下一波浪的到来做好准备，单向阻尼器19则减小了系统在向下运动中的阻力。
采用支杆1带动压杆2压缩活塞杆的方式，通过压杆2的力矩放大作用，增大了压强，减小了液压缸13的行程，可以增加发电效率。
上述实施方式的描述，是本发明具体的实施例，但不能以此限定本发明的保护范围，但凡以此方式所做的变化及修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单向阻尼波浪能发电装置，包括浮体，其特征在于：所述浮体中间安装有一支撑杆，所述支撑杆的上端穿出浮体后，与一支架装置相连，所述支撑杆下端穿出浮体后，与一单向阻尼器相连；所述浮体与支撑杆之间设有间隙；所述浮体内安装有液压储能发电系统，所述液压储能发电系统包括一液压缸、与液压缸配合的活塞杆及与液压缸相连的蓄能器，所述活塞杆上端伸出浮体，且与所述支架装置相连。
2.根据权利要求1所述的单向阻尼波浪能发电装置，其特征在于：所述单向阻尼器为倒置的圆锥体结构。
3.根据权利要求2所述的单向阻尼波浪能发电装置，其特征在于：所述圆锥体上端面为开口状结构，在圆锥体内对称设置有加强筋，所述加强筋的一端固定在支撑杆上。
4.根据权利要求1所述的单向阻尼波浪能发电装置，其特征在于：所述支架装置由对称设置的三个支杆、及分别与三个支杆相连的三个压杆组成，所述三个支杆的一端与支撑杆的上端连接成一体，所述每个压杆的一端安装在三个支杆的杆体上，压杆的另一端配合连接在浮体上。
5.根据权利要求4所述的单向阻尼波浪能发电装置，其特征在于：所述三个支杆以相交的一端向下呈倾斜状结构。
6.根据权利要求4所述的单向阻尼波浪能发电装置，其特征在于：所述液压缸为三个，所述液压缸配合的三个活塞杆上套设有弹簧，且三个活塞杆的上端分别与三个压杆的杆身相连。
7.根据权利要求1所述的单向阻尼波浪能发电装置，其特征在于：所述浮体上、下两面均设有对称的调整压轮，所述调整压轮压靠在支撑杆的侧壁上。
8.根据权利要求7所述的单向阻尼波浪能发电装置，其特征在于：所述调整压轮通过连接轴与一移动架相连，所述移动架在浮体外侧的轨道中移动，且移动架另一端由一挡块阻挡，所述移动架设有一横杆部，在横杆部上套设有弹簧。
9.根据权利要求1所述的单向阻尼波浪能发电装置，其特征在于：所述液压缸内设有弹簧，所述弹簧的一端与活塞杆的下端相顶持，所述液压缸通过一换向阀与储能器相连。
10.根据权利要求9所述的单向阻尼波浪能发电装置，其特征在于：所述液压储能发电系统还包括液压马达、发电机及蓄电池，所述储能器、液压马达、发电机、蓄电池依次相连。
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