CN102735963A - 一种波浪能发电模拟试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种波浪能发电模拟试验装置，其特征在于：它包括底座（1）、电机（2）、传动杆（13）、至少一个偏心轮、台板（9）、摆动液压缸（8）和浮筒（5）；偏心轮上连接有偏心轮轴，偏心轮轴通过轴承座安装在底座（1）上，偏心轮的外周面上配套有导轨，导轨上设有滚槽，所述的导轨的顶部连接有台板（9），摆动液压缸（8）安装在台板（9）上，摆动液压缸（8）上的摆杆（6）的自由端与浮筒（5）相连；电机（2）安装在底座（1）上，电机（2）的转轴通过传动杆（13）与所述的偏心轮轴转动连接。本发明提供了一种成本低且能在实验室的环境下更加真实的模拟波浪能发电，用于波浪能发电系统性能分析的波浪能发电模拟试验装置。

Description

一种波浪能发电模拟试验装置
技术领域
本发明涉及波浪能发电技术领域，具体是指一种波浪能发电模拟试验装置。
背景技术
随着能源需求的急剧增长和科技的不断进步，海洋能源的开发利用已成为一个新的热点。海洋中蕴含着巨大的能源，诸如波浪能、潮流能、温差能、盐差能等，都属于清洁可再生能源。各类海洋能实际可开发量中，波浪能的利用开发占据了相当大的比例。虽然波浪能利用的历史悠久，但在波浪能捕获装置的设计理论、转换效率、功率稳定性和系统可靠性等方面也还存在诸多亟待解决的问题。现有技术中波浪能捕获机械（发电）装置的结构形式繁多，包括截止式、点头吸收式、消耗式等几大类型的结构，在波浪能发电技术研究过程中离不开试验，而且多数需进行实验室水池试验，所以这几大类型的结构都有与之对应的波浪能发电模拟试验装置。这些模拟试验装置大多需要通过造波机造波，然后再在造波水池中通过摆动液压缸或是其它装置捕获造波机造出的波浪的能量来进行波浪能发电模拟试验。但造波水池占地面积大，耗电大，使用成本高，还有波浪的真实运动轨迹并没有特定的规则，它包括垂荡和纵摇方向的运动。然而现有技术中波浪能发电模拟试验装置通过造波机所产生的波浪一般较有规律，很难完全模拟真实波浪的情况，对波浪能发电模拟试验的试验数据影响较大。因此现在需要一种成本低，且能在实验室的环境下更加真实的模拟波浪能发电，用于波浪能发电系统性能分析的波浪能发电模拟试验装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种成本低且能在实验室的环境下更加真实的模拟波浪能发电，用于波浪能发电系统性能分析的波浪能发电模拟试验装置。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种波浪能发电模拟试验装置，它包括底座、电机、传动杆、至少一个偏心轮、台板、摆动液压缸和浮筒；偏心轮上连接有偏心轮轴，偏心轮轴通过轴承座安装在底座上，偏心轮的外周面上配套有导轨，导轨上设有滚槽，所述的导轨的顶部连接有台板，摆动液压缸安装在台板上，摆动液压缸上的摆杆的自由端与浮筒相连；电机安装在底座上，电机的转轴通过传动杆与所述的偏心轮轴转动连接。
采用以上结构后，本发明具有如下优点：不直接通过浮筒吸收波浪能带动摆动液压缸的主轴转动，而是反其道而行之，通过电机带动摆动液压缸沿圆形或椭圆形的轨迹运动并将摆杆通过浮筒置于水中，这样摆动液压缸的缸体在运动时摆杆会产生相对运动，从而实现摆动液压缸主轴的来回转动并向后面的发电机构输出能量，采用这样的方式，首先可以很好的解决受场地限制的问题，摆动液压缸摆动的主要动力源并不是来自波浪而是来自电机的转动，所以不需要造波水池，摆脱了场地的限制同时也大大降低了试验成本，采用以上结构后本发明涉及的波浪能发电模拟试验装置的运动轨迹，这正好与真实波浪的运动规律相似，此外，还可以通过调节偏心轮的偏心距可以调节摆动液压缸沿圆形或椭圆形的轨迹。最巧妙的是本发明还可以通过将浮筒置于有一定深度的水中，例如游泳池或是水箱中，浮筒在水中的浮动可以带动摆杆运动，这样摆杆与摆动液压缸的缸体之间的相对运动经过浮筒运动的修正后就能更加接近真实的波浪运动。综上所述，本发明提供了一种成本低且能在实验室的环境下更加真实的模拟波浪能发电，用于波浪能发电系统性能分析的波浪能发电模拟试验装置。
作为优选，所述偏心轮为四个且均为直径相等的圆形结构，所述的偏心轮为四个且均为直径相等的圆形结构，所述的偏心轮包括两个第一偏心轮和两个第二偏心轮，两个第一偏心轮通过第一偏心轮轴连接，两个第二偏心轮通过第二偏心轮轴连接，第一偏心轮轴和第二偏心轮轴的上均设有蜗轮，台板的下端面两侧分别安装有导轨，两个导轨上分别安装有第一滚槽和第二滚槽，第一滚槽内嵌有一个第一偏心轮和一个第二偏心轮，第二滚槽内嵌有一个第一偏心轮和一个第二偏心轮，电机的转轴通过联轴器与传动杆相连，所述的传动杆为蜗杆，所述的蜗杆同时与第一偏心轮轴上的蜗轮和第二偏心轮轴上的蜗轮啮合。采用蜗轮蜗杆传动。这样可以只通过一个电动机就可以带动在两个轴上的四个偏心轮的转动，如此不仅可以保证两个偏心轮转动的同步性，还可以减少电机数量，控制实验成本。
作为改进，所述的摆杆为伸缩杆。该结构可以根据试验场所的具体情况调节摆杆的长度，使浮筒处于最佳水位。
作为改进，所述的摆杆与浮筒的连接处设有用于调节摆杆与浮筒的连接角度的机构。进一步优选，所述的用于调节摆杆与浮筒的连接角度的机构包括设置在浮筒上的半圆形通孔和设置在调节摆杆上用于与所述半圆形通孔滑动配合的限位柱，限位柱上设有螺纹，限位柱上连接有定位螺母。
作为优选，所述的电机为变频电机。变频电机可以控制电机的转速，从而更好的模拟运动速度不断变化的波浪。
作为改进，所述的滚槽内设有滚珠。滚珠结构可以使偏心轮转动更加平滑。
作为改进，所述的第一偏心轮和第二偏心轮之间连接有连杆。进一步保证了两个偏心轮转动的同步性和平稳性。
作为优选，所述的偏心轮为四个完全相同的椭圆形结构，所述的偏心轮包括两个第一偏心轮和两个第二偏心轮，两个第一偏心轮通过第一偏心轮轴连接，两个第二偏心轮通过第二偏心轮轴连接，第一偏心轮轴和第二偏心轮轴的上均设有蜗轮，台板的下端面两侧分别安装有导轨，两个导轨上分别安装有第一滚槽和第二滚槽，第一滚槽内嵌有一个第一偏心轮和一个第二偏心轮，第二滚槽内嵌有一个第一偏心轮和一个第二偏心轮，电机的转轴通过联轴器与传动杆相连，所述的传动杆为蜗杆，所述的蜗杆同时与第一偏心轮轴上的蜗轮和第二偏心轮轴上的蜗轮啮合。该结构可以通过调节椭圆的形状来模拟不同横摇与垂荡的波浪。
作为优选，所述的偏心轮为四个完全相同的多边形结构，所述的偏心轮包括两个第一偏心轮和两个第二偏心轮，两个第一偏心轮通过第一偏心轮轴连接，两个第二偏心轮通过第二偏心轮轴连接，第一偏心轮轴和第二偏心轮轴的上均设有蜗轮，台板的下端面两侧分别安装有导轨，两个导轨上分别安装有第一滚槽和第二滚槽，第一滚槽内嵌有一个第一偏心轮和一个第二偏心轮，第二滚槽内嵌有一个第一偏心轮和一个第二偏心轮，电机的转轴通过联轴器与传动杆相连，所述的传动杆为蜗杆，所述的蜗杆同时与第一偏心轮轴上的蜗轮和第二偏心轮轴上的蜗轮啮合。该结构可以通过多边形轮转动时的顿挫感来模拟复杂海域的波浪运动。
附图说明
图1是本发明实施例一中波浪能发电模拟试验装置的结构示意图。
图2是本发明实施例一中波浪能发电模拟试验装置的立体视图。
图3是本发明实施例一中波浪能发电模拟试验装置电机与偏心轮部分的结构示意图。
图4是本发明实施例一中波浪能发电模拟试验装置的台板与导轨部分的结构示意图。
图5是本发明实施例二中波浪能发电模拟试验装置电机与偏心轮部分的结构示意图。
图6是本发明实施例三中波浪能发电模拟试验装置电机与偏心轮部分的结构示意图。
图7是本发明波浪能发电模拟试验装置的台板与导轨部分另一种实施例的结构示意图。
如图所示：1、底座，2、电机，3、联轴器，4、第一偏心轮，5、浮筒，6、摆杆，7、连杆，8、摆动液压缸，9、台板，10、偏心轮轴承座，11、传动杆轴承座，12、第一偏心轮轴，13、传动杆，14、第二偏心轮轴，15、第二偏心轮，16、第一滚槽，17、第二滚槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
一种波浪能发电模拟试验装置，它包括底座1、电机2、传动杆13、至少一个偏心轮、台板9、摆动液压缸8和浮筒5；偏心轮上连接有偏心轮轴，偏心轮轴通过轴承座安装在底座1上，偏心轮的外周面上配套有导轨，导轨上设有滚槽，所述的导轨的顶部连接有台板9，摆动液压缸8安装在台板9上，摆动液压缸8上的摆杆6的自由端与浮筒5相连；电机2安装在底座1上，电机2的转轴通过传动杆13与所述的偏心轮轴转动连接。
具体实施例一
结合附图1到附图4，一种波浪能发电模拟试验装置，它包括底座1、电机2、传动杆13、至少一个偏心轮、台板9、摆动液压缸8和浮筒5；偏心轮上连接有偏心轮轴，偏心轮轴通过轴承座安装在底座1上，偏心轮的外周面上配套有导轨，导轨上设有滚槽，所述的导轨的顶部连接有台板9，摆动液压缸8安装在台板9上，摆动液压缸8上的摆杆6的自由端与浮筒5相连；电机2安装在底座1上，电机2的转轴通过传动杆13与所述的偏心轮轴转动连接。所述的偏心轮为四个且均为直径相等的圆形结构，所述的偏心轮包括两个第一偏心轮4和两个第二偏心轮15，两个第一偏心轮4通过第一偏心轮轴12连接，两个第二偏心轮15通过第二偏心轮轴14连接，第一偏心轮轴12和第二偏心轮轴14的上均设有蜗轮，台板9的下端面两侧分别安装有导轨，两个导轨上分别安装有第一滚槽16和第二滚槽17，第一滚槽16内嵌有一个第一偏心轮4和一个第二偏心轮15，第二滚槽17内嵌有一个第一偏心轮4和一个第二偏心轮15，电机2的转轴通过联轴器3与传动杆13相连，所述的传动杆13为蜗杆，所述的蜗杆同时与第一偏心轮轴12上的蜗轮和第二偏心轮轴14上的蜗轮啮合。所述的摆杆6为伸缩杆。所述的摆杆6与浮筒5的连接处设有用于调节摆杆6与浮筒5的连接角度的机构。所述的用于调节摆杆6与浮筒5的连接角度的机构包括设置在浮筒5上的半圆形通孔和设置在调节摆杆6上的用于与所述半圆形通孔滑动配合的限位柱，限位柱上连接有定位螺母。所述的电机2为变频电机。所述的滚槽内设有滚珠。所述的第一偏心轮4和第二偏心轮15之间连接有连杆7。
具体实施例二
进一步结合附图5，一种波浪能发电模拟试验装置，它包括底座1、电机2、传动杆13、至少一个偏心轮、台板9、摆动液压缸8和浮筒5；偏心轮上连接有偏心轮轴，偏心轮轴通过轴承座安装在底座1上，偏心轮的外周面上配套有导轨，导轨上设有滚槽，所述的导轨的顶部连接有台板9，摆动液压缸8安装在台板9上，摆动液压缸8上的摆杆6的自由端与浮筒5相连；电机2安装在底座1上，电机2的转轴通过传动杆13与所述的偏心轮轴转动连接。所述的偏心轮为四个完全相同的椭圆形结构，所述的偏心轮包括两个第一偏心轮4和两个第二偏心轮15，两个第一偏心轮4通过第一偏心轮轴12连接，两个第二偏心轮15通过第二偏心轮轴14连接，第一偏心轮轴12和第二偏心轮轴14的上均设有蜗轮，台板9的下端面两侧分别安装有导轨，两个导轨上分别安装有第一滚槽16和第二滚槽17，第一滚槽16内嵌有一个第一偏心轮4和一个第二偏心轮15，第二滚槽17内嵌有一个第一偏心轮4和一个第二偏心轮15，电机2的转轴通过联轴器3与传动杆13相连，所述的传动杆13为蜗杆，所述的蜗杆同时与第一偏心轮轴12上的蜗轮和第二偏心轮轴14上的蜗轮啮合。所述的摆杆6为伸缩杆。所述的摆杆6与浮筒5的连接处设有用于调节摆杆6与浮筒5的连接角度的机构。所述的用于调节摆杆6与浮筒5的连接角度的机构包括设置在浮筒5上的半圆形通孔和设置在调节摆杆6上的用于与所述半圆形通孔滑动配合的限位柱，限位柱上连接有定位螺母。所述的电机2为变频电机。所述的滚槽内设有滚珠。所述的第一偏心轮4和第二偏心轮15之间连接有连杆7。
具体实施例三
一种波浪能发电模拟试验装置，它包括底座1、电机2、传动杆13、至少一个偏心轮、台板9、摆动液压缸8和浮筒5；偏心轮上连接有偏心轮轴，偏心轮轴通过轴承座安装在底座1上，偏心轮的外周面上配套有导轨，导轨上设有滚槽，所述的导轨的顶部连接有台板9，摆动液压缸8安装在台板9上，摆动液压缸8上的摆杆6的自由端与浮筒5相连；电机2安装在底座1上，电机2的转轴通过传动杆13与所述的偏心轮轴转动连接。进一步结合附图6，所述的偏心轮为四个完全相同的多边形结构，所述的偏心轮包括两个第一偏心轮4和两个第二偏心轮15，两个第一偏心轮4通过第一偏心轮轴12连接，两个第二偏心轮15通过第二偏心轮轴14连接，第一偏心轮轴12和第二偏心轮轴14的上均设有蜗轮，台板9的下端面两侧分别安装有导轨，两个导轨上分别安装有第一滚槽16和第二滚槽17，第一滚槽16内嵌有一个第一偏心轮4和一个第二偏心轮15，第二滚槽17内嵌有一个第一偏心轮4和一个第二偏心轮15，电机2的转轴通过联轴器3与传动杆13相连，所述的传动杆13为蜗杆，所述的蜗杆同时与第一偏心轮轴12上的蜗轮和第二偏心轮轴14上的蜗轮啮合。所述的摆杆6为伸缩杆。所述的摆杆6与浮筒5的连接处设有用于调节摆杆6与浮筒5的连接角度的机构。所述的用于调节摆杆6与浮筒5的连接角度的机构包括设置在浮筒5上的半圆形通孔和设置在调节摆杆6上的用于与所述半圆形通孔滑动配合的限位柱，限位柱上连接有定位螺母。所述的电机2为变频电机。所述的滚槽内设有滚珠。所述的第一偏心轮4和第二偏心轮15之间连接有连杆7。
需要说明的是，本发明涉及的波浪能发电模拟试验装置主要涉及的是波浪能的模拟与捕获部分，当然在具体实验时波浪能发电模拟试验装置捕获到波浪能后是要用于发电的，所以在实际使用时，本发明波浪能发电模拟试验装置的摆动液压缸8上的出油口是通过液压马达将液压能转换成机械能后来驱动发电机转动来发电的，因为这一部分结构与现有技术中的发电试验装置相同，所以本发明中不再详述。还有所述的第一滚槽16和第二滚槽17并不局限于上述实施例中的结构，进一步结合附图7它还可以是非闭合结构的导轨。只要导轨的上边，和两个侧边与偏心轮相接触即可。至于在滚槽内设置滚珠，其设置方法也属于常规技术，此处不再详述。还有就是为了保证装置更加平稳的运行，以上实施例中均采用了四个完全相同的偏心轮，具体实施时一个偏心轮也是可以实现所述的功能的，直接将一个偏心轮与电机的转轴相连，然后偏心轮通过导轨带动台板运动即可，同样两个偏心轮也是可以实现的，实施时将两个连在一起再通过上述的蜗轮、蜗杆传动即可。如果是三个偏心轮的话，将三个同时以一定间距套在电机的转轴上即可，这样台板就有了三个支撑它的偏心轮，运行会更加平稳。
本发明的工作原理如下：因为附图标记均在前面做了一对一的说明，此段中为了描述简洁，不再使用附图标记，用本发明涉及的波浪能发电模拟试验装置进行试验时，在游泳池（或有一定深度的水池、水箱均可）旁即可进行。首先将试验台按照如上文中所述的结构安装好，其中浮筒放入游泳池当中，而底座及其附属的装置均固定在岸边。
首先，启动电动机，电动机转动之后通过联轴器使蜗杆实现转动，蜗杆的转动将使与之啮合的蜗轮转动，此时转动的蜗轮通过键（蜗轮与偏心轮轴一般是采用键联接的）带动偏心轮轴转动，偏心轮轴再带动两侧的偏心轮实现回转，而偏心轮的回转将带动工作台实现竖直方向和水平方向上的综合运动，合成后呈圆形或是椭圆形轨迹，由于摆动液压缸与台板固定在一起，所以此时摆动液压缸也将在竖直方向和水平方向上进行综合运动，此时与摆动液压缸主轴相连的摆杆也将随之摆动，由于在浮筒的重力作用下，摆杆将会带动摆动液压缸的主轴来回的转动，而摆动液压缸主轴的转动将会促使摆动液压缸中的液压油的输入和输出，其中从液压缸中输出的液压油将会进入液压马达中，当然这其中要对液压油进行增压和储存，当液压油达到一定的量时将会带动液压马达转动（此时液压油已回流，以实现往复循环利用），而液压马达的转动可以带动发电机转动，从而达到发电的目的。本发明涉及的波浪能发电模拟试验装置已经经过设计者多次仿真模拟实验，其运动的轨迹与可行性均得到了有效的验证。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种波浪能发电模拟试验装置，其特征在于：它包括底座（1）、电机（2）、传动杆（13）、至少一个偏心轮、台板（9）、摆动液压缸（8）和浮筒（5）；偏心轮上连接有偏心轮轴，偏心轮轴通过轴承座安装在底座（1）上，偏心轮的外周面上配套有导轨，导轨上设有滚槽，所述的导轨的顶部连接有台板（9），摆动液压缸（8）安装在台板（9）上，摆动液压缸（8）上的摆杆（6）的自由端与浮筒（5）相连；电机（2）安装在底座（1）上，电机（2）的转轴通过传动杆（13）与所述的偏心轮轴转动连接。
2.根据权利要求1所述的波浪能发电模拟试验装置，其特征在于：所述的偏心轮为四个且均为直径相等的圆形结构，所述的偏心轮包括两个第一偏心轮（4）和两个第二偏心轮（15），两个第一偏心轮（4）通过第一偏心轮轴（12）连接，两个第二偏心轮（15）通过第二偏心轮轴（14）连接，第一偏心轮轴（12）和第二偏心轮轴（14）的上均设有蜗轮，台板（9）的下端面两侧分别安装有导轨，两个导轨上分别安装有第一滚槽（16）和第二滚槽（17），第一滚槽（16）内嵌有一个第一偏心轮（4）和一个第二偏心轮（15），第二滚槽（17）内嵌有一个第一偏心轮（4）和一个第二偏心轮（15），电机（2）的转轴通过联轴器（3）与传动杆（13）相连，所述的传动杆（13）为蜗杆，所述的蜗杆同时与第一偏心轮轴（12）上的蜗轮和第二偏心轮轴（14）上的蜗轮啮合。
3.根据权利要求1所述的波浪能发电模拟试验装置，其特征在于：所述的摆杆（6）为伸缩杆。
4. 根据权利要求1所述的波浪能发电模拟试验装置，其特征在于：所述的摆杆（6）与浮筒（5）的连接处设有用于调节摆杆（6）与浮筒（5）的连接角度的机构。
5.根据权利要求4所述的波浪能发电模拟试验装置，其特征在于：所述的用于调节摆杆（6）与浮筒（5）的连接角度的机构包括设置在浮筒（5）上的半圆形通孔和设置在调节摆杆（6）上的用于与所述半圆形通孔滑动配合的限位柱，限位柱上连接有定位螺母。
6. 根据权利要求1所述的波浪能发电模拟试验装置，其特征在于：所述的电机（2）为变频电机。
7. 根据权利要求1所述的波浪能发电模拟试验装置，其特征在于：所述的滚槽内设有滚珠。
8. 根据权利要求2所述的波浪能发电模拟试验装置，其特征在于：所述的第一偏心轮（4）和第二偏心轮（15）之间连接有连杆（7）。
9. 根据权利要求1所述的波浪能发电模拟试验装置，其特征在于：所述的偏心轮为四个完全相同的椭圆形结构，所述的偏心轮包括两个第一偏心轮（4）和两个第二偏心轮（15），两个第一偏心轮（4）通过第一偏心轮轴（12）连接，两个第二偏心轮（15）通过第二偏心轮轴（14）连接，第一偏心轮轴（12）和第二偏心轮轴（14）的上均设有蜗轮，台板（9）的下端面两侧分别安装有导轨，两个导轨上分别安装有第一滚槽（16）和第二滚槽（17），第一滚槽（16）内嵌有一个第一偏心轮（4）和一个第二偏心轮（15），第二滚槽（17）内嵌有一个第一偏心轮（4）和一个第二偏心轮（15），电机（2）的转轴通过联轴器（3）与传动杆（13）相连，所述的传动杆（13）为蜗杆，所述的蜗杆同时与第一偏心轮轴（12）上的蜗轮和第二偏心轮轴（14）上的蜗轮啮合。
10. 根据权利要求1所述的波浪能发电模拟试验装置，其特征在于：所述的偏心轮为四个完全相同的多边形结构，所述的偏心轮包括两个第一偏心轮（4）和两个第二偏心轮（15），两个第一偏心轮（4）通过第一偏心轮轴（12）连接，两个第二偏心轮（15）通过第二偏心轮轴（14）连接，第一偏心轮轴（12）和第二偏心轮轴（14）的上均设有蜗轮，台板（9）的下端面两侧分别安装有导轨，两个导轨上分别安装有第一滚槽（16）和第二滚槽（17），第一滚槽（16）内嵌有一个第一偏心轮（4）和一个第二偏心轮（15），第二滚槽（17）内嵌有一个第一偏心轮（4）和一个第二偏心轮（15），电机（2）的转轴通过联轴器（3）与传动杆（13）相连，所述的传动杆（13）为蜗杆，所述的蜗杆同时与第一偏心轮轴（12）上的蜗轮和第二偏心轮轴（14）上的蜗轮啮合。
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