CN103629040B - 多浮摆式波浪能采能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多浮摆式波浪能采能装置，它包括浮体系统、采集系统、转换系统、发电系统、自动定位系统、锚链系统。该装置通过多块浮摆采集波浪能，并合理配置浮摆的间距使得采集的波浪能达到最大。当波浪作用于浮摆时，浮摆在波浪方向来回摆动，浮摆带动浮管中的棘轮运动，将采集的波浪能输入到飞轮中，再通过发电系统发电，将转换成的电能由海底电缆输出。本发明装置具有结构简单，采集效率高，维护方便，不影响海上交通等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种多浮摆式波浪能采能装置，属于海洋可再生能源利用技术领域。
背景技术
我国能源结构禀赋“富煤、少油、缺气”，而我国海洋能资源非常丰富，且开发利用前景广阔。从国内外研究现状来看，波浪能发电装置主要有以下几种：（1）振荡水柱式波浪能发电站。如英国LIMPWT 500kW岸式波浪发电站、澳大利亚500kW 和中国汕尾100kW波浪发电装置等。该类发电装置的优点在于转换装置不与海水接触，可靠性高，工作于水面，容易施工；缺点在于建造费用昂贵，二级转换装置的效率较低。（2）振荡浮子式波浪能发电装置。如英国瑞典AquaBuoy、英国Pelamis和我国50KW岸式振荡浮子波浪能发电站。其优点是建造成本低，结构简单，能量转换效率高；缺点是抗波浪能力差，装置的可靠性较差。（3）越浪式波浪能发电装置。如挪威350KW收缩波道式装置、挪威槽式装置和欧洲多国合作Wave Dragon波浪装置等。其优点是装置活动部件少，可靠性较高，稳定性好；缺点是对地形要求严格，不易推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、采集效率高、维护浮摆且不干扰海上安全作业的多浮摆式波浪能采能装置。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
本发明是一种多浮摆式波浪能采能装置，它包括浮体系统、采集系统、转换系统、发电系统、锚链系统；所述的浮体系统浮在水面以下，它包括中间浮体和浮管，中间浮体和浮管连接在一起；所述的采集系统由多块浮摆组成，浮摆安装在浮体系统的浮管上且与安装在浮管内的转换系统连接；所述的发电系统安装在中间浮体内且与转换系统连接；所述的锚链系统安装在海底且与浮体系统连接。
所述的采集系统由六块浮摆组成，对称分布于中间浮体两侧，每一侧中的三块浮摆均匀分布；所述的浮摆的下端固定在转轴上，转轴的两端可旋转的插置在一根浮管的立柱上，转轴的内端与安装在浮管内的斜齿轮轴连接。
所述的三块浮摆根据不同海况设置浮摆的间距，浮摆的吃水深度为浮摆高度的一半；所述的浮摆间距接近于实际海况下波长的一半。
所述的转换系统包括斜齿轮、两个棘轮、飞轮、主轴、箱体；所述的两个棘轮、飞轮固定套置在主轴上，主轴两端通过轴承可旋转的安装在箱体上；所述的斜齿轮通过斜齿轮轴可旋转的安装在箱体上，且两侧分别与两个棘轮啮合；所述的箱体固定安装在浮体系统的浮管的密闭舱内。
所述的发电系统包括两个斜齿轮、齿轮组、电机和箱体；所述的斜齿轮通过斜齿轮轴和飞轮连接；所述的两个斜齿轮相互啮合并通过斜齿轮轴与齿轮组的输入轴连接；所述的齿轮组通过齿轮组输出轴和电机输入轴连接；所述的斜齿轮轴、齿轮组输入轴、齿轮组输出轴、电机输入轴皆可旋转的安装在箱体上；所述的箱体固定安装在浮体系统的中间浮体和浮管的密闭舱内。
本发明还包括一自动定位系统，该自动定位系统安装在中间浮体和浮管中，它是一种水上建筑中的砼结构物件定位用的微波自动跟踪定位系统，用于控制浮摆始终在波浪入射方向来回摆动。
采用上述方案后，由于本发明是一种多浮摆式波浪能采能装置，通过多块浮摆采集波浪能，并合理配置浮摆的间距使得采集的波浪能达到最大。当波浪作用于浮摆时，浮摆在波浪方向来回摆动，浮摆带动浮管中的棘轮运动，将采集的波浪能输入到飞轮中，再通过发电系统发电，将转换成的电能由海底电缆输出。整个装置通过锚链系统固定，并可根据水深调整锚链的长度，以适应不同的海域深度，装置漂浮在海平面下，不影响海上交通。本发明装置具有结构简单，采集效率高，维护方便，不影响海上交通等优点。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1 本发明的装置整体示意图；
图2 本发明的能量传递示意图；
图3 本发明浮摆的附加质量曲线图；
图4 本发明浮摆的阻尼系数曲线图；
图5 本发明的浮摆转角的时间历程曲线；
图6 本发明不同间距下浮摆的采能效率。
具体实施方式
如图1所示，本发明是一种多浮摆式波浪能采能装置，它包括浮体系统1、采集系统2、转换系统3、发电系统4、自动定位系统5和锚链系统。
所述的浮体系统1所述的浮体系统1放置在水平面以下，它主要由中间浮体11和六根浮管12组成。所述的中间浮体11是一个密闭的封闭舱。所述的浮管12由钢管和法兰连接而构成一个密闭舱。六根浮管12分为两组、每组三根，分别等距、间隔的固定在中间浮体11的两侧。
所述的采集系统2由六块浮摆201、202、203、204、205、206组成。所述的浮摆201的下端固定在转轴2011上，转轴2011的两端可旋转的插置在一根浮管12的立柱121、122上，转轴2011的内端与安装在浮管12内的斜齿轮31轴311连接。其余的浮摆202、203、204、205、206安装方式与浮摆201安装方式相同，不再赘述。分别安装在六根浮管12的六块浮摆201、202、203、204、205、206对称分布于中间浮体11两侧，一侧中的三块浮摆201、202、203和另一侧中的三块浮摆204、205、206均匀分布；所述的三块浮摆201、202、203根据不同海况设置浮摆201、202、203的间距，浮摆201、202、203、204、205、206的吃水深度大约为浮摆201、202、203、204、205、206的一半；所述的浮摆201、202、203的间距接近于实际海况下波长的一半。
如图2所示，所述的转换系统3由斜齿轮31、棘轮32、棘轮33、飞轮34、主轴35、箱体36组成。所述的棘轮32、棘轮33、飞轮34固定套置在主轴35上，主轴35两端通过轴承可旋转的安装在箱体36上；所述的斜齿轮31通过斜齿轮31轴311可旋转的安装在箱体36上，且两侧分别与棘轮32、棘轮33啮合。所述的箱体36固定安装在浮体系统1的浮管12的密闭舱内。在本实施例中，有六套转换系统3，分别安装在六个浮体系统1的浮管12的密闭舱内。
如图2所示，所述的发电系统4由斜齿轮41、斜齿轮42、齿轮组43、电机44和箱体45组成。所述的斜齿轮41通过斜齿轮轴411和飞轮34连接；所述的斜齿轮42与斜齿轮41啮合，通过斜齿轮42轴421与齿轮组43的输入轴431连接；所述的齿轮组43通过齿轮组43输出轴432和电机44输入轴441连接；所述的斜齿轮41轴411、斜齿轮42轴421、齿轮组43输入轴431、输出轴432、电机44输入轴441皆可旋转的安装在箱体45上。所述的箱体45固定安装在浮体系统1的中间浮体11和浮管12的密闭舱内。在本实施例中，有六套发电系统4，分别安装在六个浮体系统1的中间浮体11和浮管12的密闭舱内。
所述的自动定位系统5安装在中间浮体11内。该自动定位系统5是一种水上建筑中的砼结构物件定位用的微波自动跟踪定位系统，用于控制浮摆始终在波浪入射方向来回摆动。
所述的锚链系统所述锚链装置包括四条锚链和四个海底重物；所述四条锚链的一端分别均匀地安装固定于中间浮体11的四个方位，另一端分别与四个海底重物连接；所述的重物放置均匀放置在海底。
本发明的工作的原理：
如图1、图2所示，当采集系统2中的浮摆201、202、203、204、205、206在波浪的作用下来回摆动时带动斜齿轮31转动，当浮摆201、202、203、204、205、206沿着波浪方向摆动时，斜齿轮31顺时针转动，带动棘轮32顺时针转动，最后带动飞轮34转动，棘轮33不转动；当浮摆与波浪方向反向摆动时，斜齿轮31逆时针转动，带动棘轮33顺时针转动，最后带动飞轮34转动，棘轮32不转动。飞轮34与发电系统4中的斜齿轮41连接，斜齿轮41和斜齿轮42啮合，斜齿轮42和一齿轮组连接，齿轮组最终带动发电机发电。
当入射波浪的周期为3.6s，即波长为20m时，采集系统2中某一侧的三块浮摆201、202、203的间距配置为10m，三块浮摆201、202、203的附加质量和阻尼系数与单浮摆存在时的情况进行对比，会出现图3和图4所示的现象，由图3和图4可以看出，在频域下的浮摆201、浮摆202和浮摆203的附加质量和阻尼系数都出现了异于单浮摆的共振峰值，且浮摆202相对于浮摆201和浮摆202共振最为剧烈，说明在一定的频域范围内，浮摆201、浮摆202和浮摆203的采能效率都将大于单浮摆的情况，并且浮摆202的采能效率比浮摆201和浮摆203的要高。在时域的情况下，同样会出现这种情况，如图5所示，浮摆201、202、203的在100-150s时间段的转角高于单浮摆情况时的转角，三块浮摆201、202、203的采能效率的高低，可以通过学者李继刚提出的公式进行计算，如图6所示，在间距为10m的情况下，浮摆202的采集效率高于浮摆201和浮摆202。图6中包括间距为6m，8m，10m,12m和14m的情况，图中出现的效率值可以看出，每种不同间距下，浮摆202的采能效率基本上高于浮摆201和浮摆202；图中也可看出随着间距的增大采能效率先增大后减小，在间距接近波长一半时的总采能效率高于其他情况，随着间距的进一步增大，采能效率接近于单浮摆的情况。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，所述多浮摆式波浪能采能装置可根据实际情况进行改造，所述浮摆的数目、锚链的数目以及发电系统中的齿轮组可根据结构的构造和波况进行适当的修改，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (4)
1.一种多浮摆式波浪能采能装置，其特征在于：它包括浮体系统、采集系统、转换系统、发电系统、锚链系统；所述的浮体系统浮在水面以下，它包括中间浮体和浮管，中间浮体和浮管连接在一起；所述的采集系统由多块浮摆组成，浮摆安装在浮体系统的浮管上且与安装在浮管内的转换系统连接；所述的发电系统安装在中间浮体内且与转换系统连接；所述的锚链系统安装在海底且与浮体系统连接；所述的采集系统由六块浮摆组成，对称分布于中间浮体两侧，每一侧中的三块浮摆均匀分布；所述的浮摆的下端固定在转轴上，转轴的两端可旋转的插置在一根浮管的立柱上，转轴的内端与安装在浮管内的斜齿轮轴连接；所述的三块浮摆根据不同海况设置浮摆的间距，浮摆的吃水深度为浮摆高度的一半；所述的浮摆间距接近于实际海况下波长的一半。
2.根据权利要求1所述的多浮摆式波浪能采能装置，其特征在于：所述的转换系统包括斜齿轮、两个棘轮、飞轮、主轴、箱体；所述的两个棘轮、飞轮固定套置在主轴上，主轴两端通过轴承可旋转的安装在箱体上；所述的斜齿轮通过斜齿轮轴可旋转的安装在箱体上，且两侧分别与两个棘轮啮合；所述的箱体固定安装在浮体系统的浮管的密闭舱内。
3.根据权利要求1所述的多浮摆式波浪能采能装置，其特征在于：所述的发电系统包括两个斜齿轮、齿轮组、电机和箱体；所述的一个斜齿轮通过一个斜齿轮轴和飞轮连接；所述的两个斜齿轮相互啮合并通过另一个斜齿轮轴与齿轮组的输入轴连接；所述的齿轮组通过齿轮组输出轴和电机输入轴连接；所述的斜齿轮轴、齿轮组输入轴、齿轮组输出轴、电机输入轴皆可旋转的安装在箱体上；所述的箱体固定安装在浮体系统的中间浮体和浮管的密闭舱内。
4.根据权利要求1所述的多浮摆式波浪能采能装置，其特征在于：还包括一自动定位系统，该自动定位系统是一种水上建筑中的砼结构物件定位用的微波自动跟踪定位系统，安装在中间浮体和浮管中，用于控制浮摆始终在波浪入射方向来回摆动。
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