CN103388549A - 浮管海洋能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明所述的浮管海洋能发电装置，包括浮于海面的空心管状密闭整体结构的浮管主体、浮体式波浪能收集装置、海风能量收集装置、发电装置。所有能量收集装置收集的流体运动能量都能同步偶合、集中发电。所有钢铁件都设在水面以上有利于防锈，可望实现安全、长寿命、规模化、维护方便、低成本的商业化应用。漂浮式的浮管可安装在很深的海域，不仅使可利用的海域面积大大增加，还能获得更高海洋能密度的海域。

Description

浮管海洋能发电装置

技术领域

本发明属海上发电技术领域。具体涉及海上装置的安全柔性固定和抗台风海啸、以及海浪能量收集偶合、海浪海风能量偶合的发电技术。

技术背景

现有的海上发电技术，除仿水库式的潮汐电站、海上风电外，波浪能发电、海流发电等都只还是小规模的，其发电量无足轻重，面对当今的能源危机，只是“滴水车薪”而已。迄今为止，没有一种波浪发电装置能规模化、商业化推广。此前所设计的各种海洋能收集装置对于多种多样的海洋环保“能种”而言，都局限于只能少量的收集“单一能种”，而无法综合收集用于发电。海上装置的安全性、防腐、使用寿命、大规模波浪能收集后的低成本偶合等问题都没有得到解决，使得海上发电投资昂贵、造价甚高，发电成本毫无竞争力，这些都有待于进一步创新发明。本发明试图探索逐渐解决这些问题。

发明内容

1.本发明所述的浮管海洋能发电装置，包括浮管主体、浮体式波浪能收集装置、海风能量收集装置、发电装置。所有能量收集装置收集的流体运动能量都通过传动装置传至发电装置。其特征是：

(1)所述的浮管主体是一个浮于海面的空心管状密闭整体结构，空心管状密闭整体结构可以用钢筋水泥浇注制造，也可以用钢铁焊接制造，可安装在10——1000米深的海域，可大大增加利用海洋能的面积。水泥的耐腐蚀能力永比钢铁强，可经久耐用。管状密闭整体结构上面设有钢结构架，钢结构架上设有横轴和竖轴，竖轴与横轴通过锥齿轮连接，所有钢铁件都不在海水里以方便维护和防锈、密封；管状密闭整体结构下面设有不倒翁平衡体；浮管主体用若干长加重链相对锚固于海底，加重链可以是铁链也可以是有机材料，由于浮管主体是密封的，完全可以做到加重链的拉力远大于浮管主体的剩余浮力(浮管露出水面部分的体积)，即使是100米高的海啸也只是把浮管淹没而已，海啸过后浮管依然安然无恙，其原理类似于一根大于篮球浮力的绳把篮球固定于海底，任何巨浪海啸也奈何(破坏)不了这个篮球；空心管状密闭整体结构的内部设有发电装置，发电传动轴穿过浮管并以锥齿轮连接横轴。

(2)所述的浮体式波浪能收集装置是浮管主体上面的钢结构架上所设的横轴上设有若干使横轴定向转动的超越离合器，不同的超越离合器上设有传动索可分别与浮管主体两边的海面浮体连接以收集浮管两边海面上的波浪能。传动索带动超越离合器转动的结构是：棘轮固定在横轴上，棘爪安装在可绕横轴转动的转轮上，转轮上设有两个凹槽，用绳子反向绕在转轮的一个凹槽上若干圈后经浮管边上的定滑轮与配重体相连，用传动索正向绕在转轮的另一个凹槽上若干圈后与海面浮体相连，传动索经过与海底重物相连的定滑轮。横轴上设有若干个浮体式波浪能收集装置，把众多海面浮体收集的波浪能通过超越离合器偶合于横轴上，从而使横轴连续转动。浮管主体两边收集波浪能的传动索也帮助相对固定浮管主体(允许浮管主体动但限制其动的范围)，就像根系非常发达的大树样。

(3)所述的海风能量收集装置是在浮管主体上面的钢结构架上所设的竖轴上设有若干叶片，叶片上设有若干个孔，孔上设有可转动的门屏，门屏框是刚性材料，门屏是可形成风帆样的柔性材料，门屏的轴上设有扭簧以释放过剩风能，避免台风对装置的破坏。竖轴上设有锥齿轮C，锥齿轮C内设有超越离合器，锥齿轮C和横轴上的锥齿轮相连，锥齿轮C的齿数可比横轴上的锥齿轮齿数多以实现变速及充分使叶片收集的风能通过竖轴偶合于横轴上。

(4)所述的发电装置是浮管主体上面的钢结构架上所设的横轴上设有锥齿轮连接浮箱内的发电传动轴驱动发电机发电。

2.所述的浮管海洋能发电装置，其特征是：所述的钢结构架上设有的横轴可以设置为平行的两根横轴，横轴上设有若干使横轴定向转动的超越离合器，横轴上可设置若干个以锥齿轮连接的发电传动轴进入浮管内与发电装置相连驱动发电机；所述的钢结构架上设有的竖轴可直接进入浮管内连接发电装置驱动发电机。

3.所述的浮管海洋能发电装置，其特征是：所述的传动索带动超越离合器转动的结构可以是：棘轮固定在横轴上，棘爪安装在可绕横轴转动的转轮上，转轮上设有两个凹槽，用绳子反向绕在转轮的一个凹槽上若干圈后与装有恒力弹簧的卷绳器相连，卷绳器固定在浮管主体上，用传动索正向绕在转轮的另一个凹槽上若干圈后与海面浮体相连，传动索经过与海底重物相连的定滑轮。

附图说明

图1为浮管海洋能发电装置的原理结构示意图

图2、为浮体式波浪能收集装置、传动索带动超越离合器转动的原理结构示意图

图3、为海风能量收集装置的原理结构示意图

图4、为传动索带动超越离合器转动的另一原理结构示意图

图5、为浮管海洋能发电装置的另一原理结构示意图

具体实施方式

本发明所述的浮管海洋能发电装置，如图1、图2、图3、图4、图5、所示：

一、如图1所示：

图1中，1海面浮体，2锚，3加重链，4海底重物，5定滑轮，6传动索，7竖轴，8叶片，9超越离合器，10锥齿轮连接，11超越离合器，12钢结构架，13轴承座，14浮管，15横轴，16定滑轮，17绳，18配重体，19传动索，20海面浮体，21定滑轮，22海底重物，23加重链，24加重体，25加重链，26发电机，27发电传动轴，28锥齿轮连接，29不倒翁平衡体。

所述的浮管主体14是一个浮于海面的空心管状密闭整体结构，空心管状密闭整体结构14可以用钢筋水泥浇注制造，也可以用钢铁焊接制造，可安装在10——1000米深的海域，可大大增加利用海洋能的面积，水泥的耐腐蚀能力远比钢铁强，可经久耐用。管状密闭整体结构14上面设有钢结构架12，钢结构架12上设有横轴15和竖轴7，竖轴与横轴通过锥齿轮连接(如10、28所示)，所有钢铁件都不在海水里以方便维护和防锈、密封；管状密闭整体结构下面设有不倒翁平衡体29；浮管主体用若干长加重链(如3、23、25所示)相对锚固于海底(如2所示)，加重链的加重体24连接在加重链上，加重链在海底有水平的一段距离以缓冲巨浪对浮管的冲击。当浮管14相对移动时，加重物体24将被吊起同时也增加链对浮管的拉力以保持使浮管复位的力。加重链可以是铁链也可以是有机材料，由于浮管主体是密封的，完全可以做到加重链的拉力远大于浮管主体的剩余浮力(浮管露出水面部分的体积)，即使是100米高的海啸也只是把浮管淹没而已，海啸过后浮管依然安然无恙，其原理类似于一根大于篮球浮力的绳把篮球固定于海底，任何巨浪海啸也奈何(破坏)不了这个篮球；空心管状密闭整体结构的内部设有发电装置26，发电传动轴27以锥齿轮连接(如28所示)横轴15。

二、如图1、图2所示：

图2中，30转轮(超越离合器)，31弹片，32棘爪转动轴，33钢结构架上所设的横轴，34棘爪，35棘轮，36传动索，37绳子，38凹槽，39凹槽，40绳子，41配重体，42海底重物，43定滑轮，44传动索，45海面浮体。

所述的浮体式波浪能收集装置是浮管主体上面的钢结构架12上所设的横轴(15、33)上设有若干使横轴定向转动的超越离合器(9、11)，不同的超越离合器(9、11)上设有传动索(6、19)可分别与浮管主体14两边的海面浮体(1、20)连接以收集浮管两边海面上的波浪能。传动索44带动超越离合器转动的结构是：棘轮35固定在横轴33上，棘爪34安装在可绕横轴33转动的转轮30上，棘爪34可绕固定在转轮30上的轴32转动，转轮上设有弹片32施力于棘爪34，使棘爪始终处于与棘轮的齿接触状态。转轮上设有两个凹槽(38、39)，用绳子(40、37)反向绕在转轮的一个凹槽38上若干圈后经浮管边上的定滑轮(16所示)与配重体41相连，用传动索(36、44)正向绕在转轮的另一个凹槽39上若干圈后与海面浮体45相连，传动索(44、6、19)经过与海底重物(42、4、22)相连的定滑轮(43、5、21)。横轴上设有若干个浮体式波浪能收集装置，把众多海面浮体收集的波浪能通过超越离合器偶合于横轴上，从而使横轴连续转动。浮管主体两边众多收集波浪能的传动索也帮助相对固定浮管主体(允许浮管主体动但限制其动的范围)，就像根系非常发达的大树样。所以，这种原理可使浮管抵御任何环境载荷。

工作原理：如图2所示，海面浮体45在浪上升阶段产生的浮力会通过传动索44转动转轮30进而通过棘爪34驱动棘轮35从而带动横轴33转动，同时也使连接配重体41的绳子40、37往凹槽38上卷起；当海面浮体45随着波浪下降时，传动索44此时处于非拉紧状态且对转轮30没有作用力，此时配重体41的重力会使转轮30反向转动，但不带动横轴33转动，传动索44重新卷在凹槽39上。收集波浪能的海面浮体可设置在浮管主体两边的水域，众多海面浮体在不同的时间产生的浮力通过传动索、超越离合器作用在横轴时，可把能量偶合在横轴上使横轴连续转动，而且可以收集很大海域面积上的波浪能。

三、如图1、图3所示：

图3中，46叶片上的孔，47叶片，48锥齿轮C，49超越离合器，50竖轴，51门屏，52门屏框，53门屏轴，54扭簧，55闭合状态的门屏，56打开状态的门屏。

所述的海风能量收集装置是在浮管主体上面的钢结构架上所设的竖轴(7、50)上设有若干叶片(8、47)，叶片上设有若干个孔(如46所示)，孔上设有可转动的门屏51，门屏框52是刚性材料，门屏是可形成风帆样的柔性材料，门屏的轴53上设有扭簧54以释放过剩风能，避免台风对装置的破坏。竖轴上设有锥齿轮C48，锥齿轮C48内设有超越离合器49，锥齿轮C48和横轴15上的锥齿轮相连(10、28所示)，锥齿轮C的齿数可比横轴上的锥齿轮齿数多以实现变速及充分使叶片收集的风能通过竖轴偶合于横轴上。

工作原理：如图3所示，当风的运动方向是进入纸面时，右边的门屏会自动闭着(如55所示)，左边的门屏会自动打开(如56所示)，右边的门屏全闭时组成的大叶片将受到风的作用力而转动竖轴50做功。当流体的运动方向是从纸面出来时，则右边的门屏会自动打开，左边的门屏会自动闭着，左边的门屏组成的大叶片将受到风的作用力而以相同的方向转动竖轴50做功。东南西北方向的风都能使竖轴定向转动。作用在闭着的门屏上(如55所示)的风力太大时，门屏将转动扭簧使门屏(如55所示)推入纸面内从而释放过剩的力量以保护设备。超越离合器49的作用是：竖轴的转动可驱动横轴转动，但横轴的转动不会驱动竖轴转动。

四、如图1所示：

所述的发电装置是浮管主体14上面的钢结构架12上所设的横轴15上设有锥齿轮连接(如10、28所示)浮管内的发电传动轴(27所示)驱动发电机26发电。

五、如图4所示：

图4中，1浮管，2横轴，3锥齿轮连接，4超越离合器，5发电传动轴，6锥齿轮连接，7横轴，8钢结构架，9锥齿轮连接，10发电传动轴，11发电机，12发电机，13发电机，14发电机，15发电机，16发电传动轴，17发电传动轴，18锥齿轮连接，19超越离合器，20竖轴。

所述的浮管海洋能发电装置钢结构架8上设有的横轴可以设置为平行的两根横轴(2、7所示)，横轴上设有若干使横轴定向转动的超越离合器(如4、19所示)，横轴上可设置若干个以锥齿轮连接(如3、18、6、9所示)的发电传动轴(如16、17、5、10所示)进入浮管内与发电装置相连驱动发电机(如11、12、14、15所示)；所述的钢结构架8上设有的竖轴20可直接进入浮管内连接发电装置驱动发电机13。

六、如图5所示：

图5中，1装有恒力弹簧的卷绳器，2转轮，3弹片，4棘爪，5棘爪转动轴，6钢结构架上所设的横轴，7棘轮，8传动索，9凹槽，10传动索，11绳子，12凹槽，13海面浮体，14定滑轮，15海底重物。

所述的传动索带动超越离合器转动的结构可以是：棘轮7固定在横轴6上，棘爪4安装在可绕横轴6转动的转轮2上，棘爪4可绕固定在转轮2上的轴5转动，转轮上设有弹片3施力于棘爪4，使棘爪始终处于与棘轮的齿接触状态，转轮2上设有两个凹槽(如9、12所示)，用绳子11反向绕在转轮的一个凹槽12上若干圈后与装有恒力弹簧的卷绳器1相连，卷绳器固定在浮管主体上，用传动索(8、10所示)正向绕在转轮的另一个凹槽9上若干圈后(如8所示)与海面浮体13相连，传动索10经过与海底重物15相连的定滑轮14。

Claims (3)

1.本发明所述的浮管海洋能发电装置，包括浮管主体、浮体式波浪能收集装置、海风能量收集装置、发电装置。所有能量收集装置收集的流体运动能量都通过传动装置传至发电装置。其特征是：

(1)所述的浮管主体是一个浮于海面的空心管状密闭整体结构，管状密闭整体结构上面设有钢结构架，钢结构架上设有横轴和竖轴，竖轴与横轴通过锥齿轮连接；管状密闭整体结构下面设有不倒翁平衡体；浮管主体用若干长加重链相对锚固于海底；空心管状密闭整体结构的内部设有发电装置，发电传动轴以锥齿轮连接横轴。

(2)所述的浮体式波浪能收集装置是浮管主体上面的钢结构架上所设的横轴上设有若干使横轴定向转动的超越离合器，不同的超越离合器上设有的传动索可分别与浮管主体两边的海面浮体连接。传动索带动超越离合器转动的结构是：棘轮固定在横轴上，棘爪安装在可绕横轴转动的转轮上，转轮上设有两个凹槽，用绳子反向绕在转轮的一个凹槽上若干圈后经浮管边上的定滑轮与配重体相连，用传动索正向绕在转轮的另一个凹槽上若干圈后与海面浮体相连，传动索经过与海底重物相连的定滑轮。横轴上设有若干个浮体式波浪能收集装置。

(3)所述的海风能量收集装置是在浮管主体上面的钢结构架上所设的竖轴上设有若干叶片，叶片上设有若干个孔，孔上设有可转动的门屏，门屏的轴上设有扭簧。竖轴上设有锥齿轮C，锥齿轮C内设有超越离合器，锥齿轮C和横轴上的锥齿轮相连。

(4)所述的发电装置是浮管主体上面的钢结构架上所设的横轴上设有锥齿轮连接浮箱内的发电传动轴驱动发电机发电。

2.根据权力要求1所述的浮管海洋能发电装置，其特征是：所述的钢结构架上设有的横轴可以设置为平行的两根横轴，横轴上设有若干使横轴定向转动的超越离合器，横轴上可设置若干个以锥齿轮连接的发电传动轴进入浮管内与发电装置相连驱动发电机；所述的钢结构架上设有的竖轴可直接进入浮管内连接发电装置驱动发电机。

3.根据权力要求1所述的浮管海洋能发电装置，其特征是：所述的传动索带动超越离合器转动的结构可以是：棘轮固定在横轴上，棘爪安装在可绕横轴转动的转轮上，转轮上设有两个凹槽，用绳子反向绕在转轮的一个凹槽上若干圈后与装有恒力弹簧的卷绳器相连，卷绳器固定在浮管上，用传动索正向绕在转轮的另一个凹槽上若干圈后与海面浮体相连，传动索经过与海底重物相连的定滑轮。

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