CN103437944B - 水平竖直综合利用浮体绳轮发电系统 - Google Patents

Abstract

一种水平竖直综合利用浮体绳轮发电系统，包括中空的浮体，与浮体同一平面位于浮体中心的发电机舱，发电机舱通过连接于浮体内侧成对角线设置的多条绳索与浮体连接，所述发电机舱垂直下方的海底固定有锚基，发电机舱与锚基通过绳索连接，浮体四周设有多个固定的浮体锚基，浮体锚基通过锁链连接浮体外侧；能充分利用波浪水平及竖直方向上的能量发电，能量利用率高，且将发电机内嵌入卷筒内部，卷筒通过超越离合器驱动发动子机壳旋转，可以最大程度的减少转动惯量，提高设备整体的使用寿命，且核心部分均包含在卷筒内部，具有结构紧凑，易于模块化制造，成本低，利于维护的特点。

Description

水平竖直综合利用浮体绳轮发电系统

技术领域

本发明涉及波浪发电领域，特别涉及一种水平竖直综合利用浮体绳轮发电系统。

背景技术

现在随着化石能源的减少及其带来的环境污染问题，可再生能源的开发显得越来越重要，波浪能每米可达几Kw～几十Kw，是可再生能源中能量密度很高的一种，因此，在海岛以及沿海城市，波浪发电是一种非常不错的选择。

现有的波浪发电机包括以下几种：

“点头鸭”式

“点头鸭”式波浪能发电装置的得名是由于该装置的形状和运行特性酷似鸭的运动，波浪入射波的运动使得动压力推动转动部分绕轴线旋转，流体静压力的改变使浮体部分做上升和下沉运动，动能和位能同时通过液压装置转化，再通过液力或电力系统把动能转换为电能，由于“点头鸭”式装置很多部件直接与海水接触，极易损坏，因此各国已经基本对其停止使用和研究。

振荡水柱式

振荡水注式波浪能发电装置内的水柱在波浪的作用下做上下往复运动，水柱的作用类似于活塞，水柱的不停运动导致水柱自由表面上部的空气柱产生振荡运动，空气在气室上方的出气孔流经一个往复透平，从而将高速空气的动能转换为电能。振荡水柱式波浪能装置较其他波浪能装置最大的区别就是具有气室。所谓气室就是指一个结构，其下部有一个开口浸在海水里，使海水能够自由地进入气室内。

推摆式

推摆式波浪能发电装置是利用装置的运动部件，在波浪的推动下，通过摆体做前后或上下摆动，将波浪能转换成摆轴的动能。与摆轴相连的是液压装置，它将摆轴的动能转换成液力泵的压能，再带动发电机发电。

聚波蓄能式

聚波蓄能式波浪能发电装置是利用狭道把广范围的波能聚集在很小的范围内，这是一种提高能量密度的方式，波浪在逐渐变窄的波道中，波高不断地被放大，直到波峰高过波道的边墙，将波浪能转换成势能贮存在蓄水库中，可利用水轮发电机组进行发电。

振荡浮子式

振荡浮子式波浪能发电装置是在振荡水柱式装置的基础上发展起来的波浪能发电装置。装置通过振荡浮子将波浪能转换成驱动液压泵的往复机械能，再通过能量缓冲区将不稳定的液压能转换成稳定的旋转机械能，再通过发电机发出稳定的电能。

阀式

阀式波浪能发电装置是波面阀通过铰链相互铰接在一起，能量转换装置于每一个铰接处，波浪的运动使波面阀沿着铰接处弯曲，从而反复压缩液力活塞并输出机械能。当装置的固有频率与波浪的频率相一致或接近时，装置的输出效率最高。

现有技术中没有充分考虑转动惯量问题，因为波浪的周期一般在3s～10s之间，常见的是4～5秒。浮体只有在波浪上升的半个周期内发电，也就是说在2s～2.5s内，发电机的转速就要从0增加到最高速然后又降到0，从0到最高转速可能只有1s，而一般发电机需要在3s以上才能达到额定转速，并且每天几万次的重复，这对几Kw的电机来说，是个严峻的考验，发电机用于抵抗惯性而承受扭矩等于转动惯量乘以发电机的角加速度，这个扭矩是脉动的，转动惯量越大，扭矩发电机的扭矩越大，发电机很可能会因为频繁的启停工况而导致损坏，所以为了延长发电机使用寿命，必须尽可能的减少转动惯量。

另外现有方案核心部件分散，安装成本高，也不利于维护，现有技术的浮体绳轮发电系统只有竖直一根绳索，在水平方向上没有约束，容易导致受到风海流的作用偏离允许范围，且现有技术只是利用波浪竖直起落做功发电，能量利用率较低。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提出一种水平竖直综合利用浮体绳轮发电系统，能充分利用波浪水平及竖直方向上的能量发电，能量利用率高，且将发电机内嵌入卷筒内部，卷筒通过超越离合器驱动发动子机壳旋转，可以最大程度的减少转动惯量，提高设备整体的使用寿命，且核心部分均包含在卷筒内部，具有结构紧凑，易于模块化制造，成本低，利于维护的特点。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种水平竖直综合利用浮体绳轮发电系统，包括中空的浮体，与浮体同一平面位于浮体中心的发电机舱，发电机舱通过连接于浮体内侧成对角线设置的多条绳索与浮体连接，所述发电机舱垂直下方的海底固定有锚基，发电机舱与锚基通过绳索连接，浮体四周设有多个固定的浮体锚基，浮体锚基通过锁链连接浮体外侧；

所述发电机舱包括在绳索对应位置开孔的外壳及内部缠绕各绳索的卷筒发电机，垂直于海底的锚基及各个方向与浮体连接的绳索皆缠绕于对应方向的卷筒发电机上，卷筒发电机固定于发电机舱外壳上。

所述卷筒发电机包括卷筒，卷筒为一圆柱壳体结构，贯穿于卷筒发电机芯部的主轴将卷筒发电机固定于发电机舱外壳上，主轴和电机及卷筒同心，电机包裹于主轴外周，卷筒包裹于电机外周；电机的电枢定子与主轴同心固定，带有永磁铁的动子机壳可在主轴上自由旋转；卷筒两端部均设置有蜗簧，蜗簧的内端固定在主轴上，外端固定在卷筒上；卷筒内部通过超越离合器带动动子机壳旋转，主轴在插入卷筒两侧端面的孔处，套有密封圈。

所述发电机舱外壳外部绳索出口处还通过支架固定有导绳器，导绳器为一对紧挨的带有凹槽的定滑轮，绳索从导绳器中间穿过。

所述中空的浮体为环形或具有偶数条边的正多边型。

所述发电机舱中卷筒发电机的设置为，中间一个为竖直绳轮单元，四周两两对应设置2N个为水平绳轮单元，N为正整数。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：能充分利用波浪水平及竖直方向上的能量发电，能量利用率高，且将发电机内嵌入卷筒内部，卷筒通过超越离合器驱动发动子机壳旋转，可以最大程度的减少转动惯量，提高设备整体的使用寿命，且核心部分均包含在卷筒内部，具有结构紧凑，易于模块化制造，成本低，利于维护的特点。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图。

图2为本发明实施例的发电机舱内五发电机设置的发电机位置结构示意图。

图3为本发明实施例的卷筒发电机结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明：

如图1所示为本发明的整体结构示意图，为了描述清楚，仅对本发明技术方案相关结构进行描述，一种水平竖直综合利用浮体绳轮发电系统，包括中空的浮体1，与浮体1同一平面位于浮体中心的发电机舱2，发电机舱2通过连接于浮体1内侧成对角线设置的多条绳索3与浮体1连接，所述发电机舱2垂直下方的海底固定有锚基4，发电机舱2与锚基4通过绳索3连接，浮体1四周设有多个固定的浮体锚基5，浮体锚基5通过锁链6连接浮体1外侧；

所述发电机舱2包括在绳索3对应位置开孔的外壳21及内部缠绕各绳索3的卷筒发电机22，垂直于海底的锚基4及各个方向与浮体1连接的绳索3皆缠绕于对应方向的卷筒发电机22上，卷筒发电机22固定于发电机舱外壳21上。

如图3所示，所述卷筒发电机22包括卷筒221，卷筒221为一圆柱壳体结构，贯穿于卷筒发电机22芯部的主轴222将卷筒发电机22固定于发电机舱外壳21上，主轴222和电机及卷筒221同心，电机包裹于主轴222外周，卷筒221包裹于电机外周；电机的电枢定子223与主轴222同心固定，带有永磁铁的动子机壳224可在主轴222上自由旋转；卷筒221两端部均设置有蜗簧225，蜗簧225的内端固定在主轴222上，外端固定在卷筒221上；卷筒221内部通过超越离合器226带动动子机壳224旋转，主轴222在插入卷筒221两侧端面的孔处，套有密封圈227。

所述发电机舱外壳21外部绳索出口处还通过支架211固定有导绳器212，导绳器212为一对紧挨的带有凹槽的定滑轮，绳索3从导绳器212中间穿过。

所述中空的浮体1为环形或具有偶数条边的正多边型。

如图2所示，所述发电机舱2中卷筒发电机22的设置为，中间一个为竖直绳轮单元，四周两两对应设置2N个为水平绳轮单元，N为正整数。

本发明的工作原理为：波浪的本质是水质点做圆周运动，浮体1漂浮在海面上，随波浪做圆周运动，锚基4固定在海底，静止不动。

在竖直方向上，当波浪向上浮体1上升时，连接锚基4的卷筒发电机22与锚基4距离不断增大，这时绳索3便产生拉力，拉动卷筒221旋转，卷筒221内部通过超越离合器226带动动子机壳224旋转，由于发电机的电枢绕组与主轴222固定在一起不动，所以动子机壳224相对于电枢绕组旋转，发电，这个阶段，卷筒221相对于主轴222的旋转也收紧了蜗簧225。当波浪下降浮体1在重力随着下落时，浮体1上的卷筒221与锚基4之间距离不断缩小，这时，绳索3变松，卷筒221在蜗簧225的反向力矩作用下倒转，将绳索3回收。同时为防止由于卷筒221动荡导致绳索3缠绕纠结，增加了在发电机舱的外壳21上通过支架211固定的导绳器212，使绳索3始终能从卷筒221中部缠绕，不至纠结卡死。

在水平方向上，由于整个发电机舱2通过绳索3与浮体1内侧活动连接，因此当发电机舱2与浮体1在波浪中产生横向位移时，相应方向的绳索3拉动卷筒发电机22发电，原理与竖直方向相同，提高了对波浪能的整体利用率。同时由于通过四周浮体锚基5及锁链6将浮体1连接，增加了整个系统的稳定性。

Claims (5)

1.一种水平竖直综合利用浮体绳轮发电系统，其特征在于，包括中空的浮体，与浮体同一平面位于浮体中心的发电机舱，发电机舱通过连接于浮体内侧成对角线设置的多条绳索与浮体连接，所述发电机舱垂直下方的海底固定有锚基，发电机舱与锚基通过绳索连接，浮体四周设有多个固定的浮体锚基，浮体锚基通过锁链连接浮体外侧；

所述发电机舱包括在绳索对应位置开孔的外壳及内部缠绕各绳索的卷筒发电机，垂直于海底的锚基及各个方向与浮体连接的绳索皆缠绕于对应方向的卷筒发电机上，卷筒发电机固定于发电机舱外壳上。

2.根据权利要求1所述的水平竖直综合利用浮体绳轮发电系统，其特征在于，所述卷筒发电机包括卷筒，卷筒为一圆柱壳体结构，贯穿于卷筒发电机芯部的主轴将卷筒发电机固定于发电机舱外壳上，主轴和电机及卷筒同心，电机包裹于主轴外周，卷筒包裹于电机外周；电机的电枢定子与主轴同心固定，带有永磁铁的动子机壳可在主轴上自由旋转；卷筒两端部均设置有蜗簧，蜗簧的内端固定在主轴上，外端固定在卷筒上；卷筒内部通过超越离合器带动动子机壳旋转，主轴在插入卷筒两侧端面的孔处，套有密封圈。

3.根据权利要求2所述的水平竖直综合利用浮体绳轮发电系统，其特征在于，所述发电机舱外壳外部绳索出口处还通过支架固定有导绳器，导绳器为一对紧挨的带有凹槽的定滑轮，绳索从导绳器中间穿过。

4.根据上述任一权利要求所述的水平竖直综合利用浮体绳轮发电系统，其特征在于，所述中空的浮体为环形或具有偶数条边的正多边型。

5.根据权利要求4所述的水平竖直综合利用浮体绳轮发电系统，其特征在于，所述发电机舱中卷筒发电机的设置为，中间一个为竖直绳轮单元，四周两两对应设置2N个为水平绳轮单元，N为正整数。