CN103114957B - 波浪能采集装置 - Google Patents

Abstract

波浪能采集装置，涉及一种波浪能。设有工作平台、支撑杆、波能吸收浮子、连杆、小齿轮、大齿轮、转动轴、固定件和发电机；支撑杆垂直固定在工作平台的后部反面，在波能吸收浮子的两个端面的圆心处分别固定1个短轴，波能吸收浮子通过短轴和轴承的过盈配合与支撑杆相连接；波能吸收浮子左端面的前缘处固定一短轴并与连杆底端相连接，大齿轮端面圆心到边缘的中间处固定一短轴并与连杆顶点相连接；小齿轮固定在发电机的转轴上并通过螺栓固定在工作平台上，小齿轮、大齿轮、转动轴和固定件设在工作平台左侧边缘处，固定件两侧底部设有螺纹孔；转动轴与轴承过盈配合安装在固定件的通孔中；大齿轮通过平键固定在转动轴的边缘；小齿轮与大齿轮啮合。

Description

波浪能采集装置

技术领域

本发明涉及一种波浪能，尤其是涉及一种波浪能采集装置。

背景技术

波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，波浪能在全球的分布最为广泛，是地球上的可再生能源之一。面对能源紧缺和环境污染的巨大压力，海洋波浪能源的研究开发具有重要的战略意义，有希望减缓因为能源日益短缺而带来的危机。中国沿海(除台湾东岸部分区段以外)属于较弱的波浪能资源区域。然而，现在的大多数波浪能发电设备比较适用于波涛汹涌的波浪能集中的环境，且主要问题是制造成本高和装置易腐蚀、维护困难等，因而限制了波浪发电技术在中国沿海地区的推广。目前，当务之急是尽快开发适用于我国沿海波浪特点的收集波浪能的手段，即适合于从较弱的海浪中提取波浪能的关键技术，提高装置的效率以及大大降低建设成本，才能推广波浪能采集技术在中国的推广使用。

波浪能利用装置的种类繁多。统计现已有的波浪发电装置，波浪能采集系统的形式有振荡水柱式、振荡浮子式、摆式、鸭式、筏式、收缩坡道式、蚌式等，同时通过波浪绕射或折射的聚波技术，以及通过系统与波浪共振的惯性聚波技术等，可以在一定程度上提高波浪收集效率。能量转换系统有空气叶轮、低水头水轮机、液压系统、机械系统以及发电机等，通常通过可控叶片、变阻尼、整流、定压等方法提高转换效率，通过能量缓冲和调励磁等方法用来提高能量质量。

上述方法主要是提取到波浪能的动能部分，而大部分波浪势能却继续留在海浪中难以获得。而中国多数沿海地区的海浪的常态是处于一种相对较弱的波浪状态，必须提高其能量采集率，使得波浪能的开发具有更强的工程实用性。其次，波浪发电系统的工作环境十分恶劣，如大风大浪、海水对系统结构的长期腐蚀等，这对系统结构的稳定性、防风防水以及防腐蚀性的设计有着极高的要求，因而所设计的系统应尽量简单可靠，水下活动部件尽量减少。

因此，中国的波浪发电技术研究的关键问题在于如何简洁有效地从弱波浪中提取能源，提高装置发电效率和工程实用性，降低波浪发电设施的建设成本，开发一套适合中国海洋环境的波浪发电装置，使波浪发电同风力发电、太阳能发电一道走向商业化，进而提高波浪能发电在可再生能源开发领域的地位。

中国专利CN102287310A公开一种蛇形波浪能采集装置，用于海洋/河流/湖泊的波浪能量采集。该装置包括至少一个装载有永磁体的永磁体短截和至少一个装载有线圈的线圈短截，永磁体短截和线圈短截依次交替地活动连接；永磁体短截中的永磁体磁极同向布置；所述线圈短截内还安装有与该短截内的线圈电连接的储能装置，用于将产生的感应电能储存或输出。该发明将波浪能通过短截随着波浪的运动，直接转变为电能，减少了能量转换环节，简化了装置结构，提高了能量转换效率。该发明进一步包括励磁装置，根据波浪的频率自适应地调整励磁电流，使整个蛇形波浪能采集装置的固有振动频率与波浪频率保持一致，从而使输出的电能达到最大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波浪能采集装置。

本发明设有工作平台、支撑杆、波能吸收浮子、连杆、小齿轮、大齿轮、转动轴、固定件和发电机；

所述支撑杆垂直固定在工作平台的后部反面，支撑杆的另一端设有圆孔，圆孔内安装固定2个轴承；在波能吸收浮子的两个端面的圆心处分别固定1个短轴，波能吸收浮子通过短轴和轴承的过盈配合与支撑杆相连接，波能吸收浮子可绕此短轴转动；波能吸收浮子左端面的前缘处固定一短轴并与连杆底端相连接，大齿轮端面圆心到边缘的中间处固定一短轴并与连杆顶点相连接，连杆两端均设有圆孔，并在圆孔内安装2个轴承，2个轴承分别与波能吸收浮子和大齿轮上的短轴过盈配合，形成2个旋转副,连杆的两端可分别绕波能吸收浮子和大齿轮转动；小齿轮固定在发电机的转轴上并通过螺栓固定在工作平台上，所述小齿轮、大齿轮、转动轴和固定件设在工作平台左侧边缘处，固定件两侧底部设有螺纹孔，固定件通过螺栓与工作平台连接固定；固定件与工作平台的边缘平行；所述固定件的中上部设有通孔，通孔嵌套轴承，转动轴与轴承过盈配合安装在固定件的通孔中；大齿轮通过平键固定在转动轴的边缘；小齿轮与大齿轮啮合。

所述波能吸收浮子可采用点头鸭式浮子。

所述转动轴的端部可设有卡簧，以防止大齿轮脱落。

本发明具有以下突出优点：

1.波能吸收浮子外形曲面的设计，实现了对波浪动能和势能的双重采集，由于圆柱状的背波曲面绕自身圆心转动时，不会对后方兴起波浪，保证了能量的高效利用。

2.本发明可采用二级能量传递机构以平面四杆机构为主体，制造简便，结构简单，耐磨损，承载能力高，特别适用于该方案低转速下的运动传递，因而工程适用性强。

3.本发明将发电设备置于工作平台之上，减少了装置在海水中的活动部件，有效避免了海水的直接腐蚀，系统寿命将大大延长。

附图说明

图1是本发明实施例的结构组成示意图。

图2是波能吸收浮子的工作示意图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1和2，本发明实施例设有工作平台1、支撑杆2、波能吸收浮子3、连杆4、小齿轮5、大齿轮6、转动轴7、固定件8和发电机9。所述支撑杆2垂直固定在工作平台1的后部反面，支撑杆2的另一端设有圆孔，圆孔内安装固定2个轴承；在波能吸收浮子3的两个端面的圆心处分别固定一个短轴，波能吸收浮子3通过短轴和轴承的过盈配合与支撑杆2相连接，波能吸收浮子3可绕此短轴转动；波能吸收浮子3左端面的前缘处固定一短轴并与连杆4底端相连接，大齿轮6端面圆心到边缘的中间处固定一短轴并与连杆4顶点相连接，连杆4两端均设有圆孔，并在圆孔内安装2个轴承，2个轴承分别与波能吸收浮子3和大齿轮6上的短轴过盈配合，形成2个旋转副,连杆4的两端可分别绕波能吸收浮子3和大齿轮6转动；小齿轮5固定在发电机9的转轴上并通过螺栓固定在工作平台1上，所述小齿轮5、大齿轮6、转动轴7和固定件8设在工作平台1左侧边缘处，固定件8两侧底部设有螺纹孔，固定件8通过螺栓与工作平台1连接固定；固定件8与工作平台1的边缘平行；所述固定件8的中上部设有通孔，通孔嵌套轴承，转动轴7与轴承过盈配合安装在固定件8的通孔中；大齿轮6通过平键固定在转动轴7的边缘；小齿轮5与大齿轮6啮合。

所述波能吸收浮子3采用点头鸭式浮子。

固定件8的中上部开有一通孔，并嵌套一滚动轴承，转动轴7与轴承过盈配合安装在固定件8的通孔中。转动轴7的另外一端安装大齿轮6。其安装方式为：转动轴上有一凸台，防止大齿轮6轴向移动，同时加工一键槽，大齿轮6通过平键固定在转动轴7的边缘。转动轴7的端部固定一卡簧，防止大齿轮6脱落。

工作平台1的后部反面垂直固定两根支撑杆2，支撑杆2另外一端开有圆孔，圆孔内安装固定两个轴承。在波能吸收浮子3的两个端面的圆心处分别固定一个短轴，波能吸收浮子3通过短轴和轴承的过盈配合与支撑杆2相连接，波能吸收浮子3可绕此短轴转动。

波能吸收浮子3左端面的前缘处固定一短轴，与连杆4底端相连接。大齿轮6端面圆心到边缘的中间处固定一短轴，与连杆4顶点相连接。连杆4两端都开有圆孔，并在圆孔内安装滚动轴承。两个滚动轴承分别与波能吸收浮子3和大齿轮6上的短轴过盈配合，形成两个旋转副。最后，连杆4的两端可分别绕波能吸收浮子3和大齿轮6转动。

在发电机9的转轴上固定小齿轮5，并通过螺栓固定在工作平台1上，小齿轮5与大齿轮6啮合。

本发明将波能吸收浮子3吸收的波浪能通过连杆传递给齿轮组，再经过齿轮组的加速，驱动发电机旋转发电，所产生的电能经蓄电池存储供用户使用或者直接通过电线送入电网。

波能吸收浮子作为本发明的一级能量传递系统，将波浪能传递给机械传递结构。波能吸收浮子的特点是其外形主要由迎波曲面3-1和背波曲面3-2组成（参见图2），迎波曲面3-1为平面，背波曲面3-2为圆柱面，此外形结构对应的工作特点为：波浪水平的波动和上下的起伏都直接冲击到迎波曲面上，转换为波能吸收浮子的转动。同时，当波能吸收浮子转动时，由于背波曲面为一圆柱面，不会向后方兴起波浪，实现了波浪的动能和重力势能的吸收转换。

波能吸收浮子的外形尺寸特点为：波能吸收浮子截面的外形最长尺寸约为浪高的1～1.5倍，轴向长度可根据实际发电需求进行相应调整，约为当地浪高的2～4倍；背波曲面的半径为浮子截面最长尺寸的1/4～1/3，波能吸收浮子内部为空心。

机械传递结构作为本发明的二级能量传递系统，其特点是采用简洁高效的平面四杆机构。该机构由波能吸收浮子、连杆、大齿轮组成，其中波能吸收浮子与大齿轮等效为连架杆。机械传递结构主要是将浮子的动能传递给齿轮增速机构。其特点为：浮子通过连杆与大齿轮相连接，所设计的连杆长度正好使浮子在120°～180°范围之间转动（角度的计算，以水平向右为起始边，逆时针旋转为正方向。）。当浮子处于120°的位置时，大齿轮上与连杆组成的转动副运动到最高位置；当浮子处于180°的位置时，大齿轮上与连杆组成的转动副运动到最低位置。

齿轮增速机构的特点是采用一组两轴平行的齿轮机构组成，将浮子小范围低速度的转动转换为发电机高速的旋转输入，用以匹配发电机的发电转速。大齿轮和小齿轮均采用渐开线标准直齿轮。该齿轮增速机构的增速比在3～6之间变化。若需要更大的增速比来与发电机匹配，可将这两个齿轮增加为四个，由一级增速器转换为二级增速器，为系统提供更大的增速比。同时在大齿轮的转动轴上固定一个飞轮，避免四杆传递机构中固有的死点存在可能带来的冲击，使得系统工作不稳定。增速机构通过固定件固定在工作平台上。

工作平台作为系统的运行平台，其特点是用以保证各部件的装配空间以及整体结构的安装。对于系统的一些补充装置，如蓄电池、防水罩等，亦可固定安装在此平台上。在工作平台下方固定两根支撑杆，通过转动副与浮子相连接。

由于本发明所采用的摆式浮子能同时吸收波浪垂直运动的重力势能和水平运动的动能，能量吸收率高，特别适合我国沿海波浪幅值偏低的特点，可解决小型孤岛的用电需求，充当海上作业渔船的应急电源，为灯塔、航标灯等海上设备提供电能。

Claims (3)

1.波浪能采集装置，其特征在于设有工作平台、支撑杆、波能吸收浮子、连杆、小齿轮、大齿轮、转动轴、固定件和发电机；

所述支撑杆垂直固定在工作平台的后部反面，支撑杆的另一端设有圆孔，圆孔内安装固定2个轴承；在波能吸收浮子的两个端面的圆心处分别固定1个短轴，波能吸收浮子通过短轴和轴承的过盈配合与支撑杆相连接，波能吸收浮子可绕此短轴转动；波能吸收浮子左端面的前缘处固定一短轴并与连杆底端相连接，大齿轮端面圆心到边缘的中间处固定一短轴并与连杆顶点相连接，连杆两端均设有圆孔，并在圆孔内安装2个轴承，2个轴承分别与波能吸收浮子和大齿轮上的短轴过盈配合，形成2个旋转副,连杆的两端可分别绕波能吸收浮子和大齿轮转动；小齿轮固定在发电机的转轴上并通过螺栓固定在工作平台上，所述小齿轮、大齿轮、转动轴和固定件设在工作平台左侧边缘处，固定件两侧底部设有螺纹孔，固定件通过螺栓与工作平台连接固定；固定件与工作平台的边缘平行；所述固定件的中上部设有通孔，通孔嵌套轴承，转动轴与轴承过盈配合安装在固定件的通孔中；大齿轮通过平键固定在转动轴的边缘；小齿轮与大齿轮啮合。

2.如权利要求1所述波浪能采集装置，其特征在于所述波能吸收浮子采用点头鸭式浮子。

3.如权利要求1所述波浪能采集装置，其特征在于所述转动轴在安装有大齿轮的端部设有卡簧。