CN103850866A

CN103850866A - 一种双摆板波浪能转换装置设计

Info

Publication number: CN103850866A
Application number: CN201410110618.3A
Authority: CN
Inventors: 彭伟
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2014-06-11

Abstract

本发明属于新型可再生能源技术和海洋装备领域，特别涉及一种双摆板波浪能转换装置设计。它包括摆板、发电机、衍架和齿轮筒。摆板通过齿轮筒和发电机相连接；前后摆板通过衍架连接；整体装置通过在衍架的4个角上连接锚链进行固定。其特征是：摆板在波浪的作用下往复转动，摆板带动齿轮筒中的齿轮转动，并通过输出转轴驱动发电机工作发出电力。本发明适用于波浪能资源较为丰富的深海水域；采用双摆板能够充分利用竖直平面上入射波的波浪能，提高波浪能捕获效率；前后摆板间距半波长布放提高了装置的稳定性；整体装置形式简单易行，具有较高的可靠性，亦易于安装和运输。

Description

一种双摆板波浪能转换装置设计

技术领域

本发明属于新型可再生能源技术和海洋装备领域，特别是一种双摆板波浪能转换装置设计。

背景技术

随着世界经济的发展、人口的增加、社会生活水平的不断提高，各国对能源的需求迅速增长。近年，受化石能源日趋枯竭、能源供应安全和保护环境等的驱动，作为主要可再生能源之一的海洋能事业取得很大发展，海洋能应用技术日趋成熟，为人类在21世纪充分利用海洋能展示了美好前景。海洋能指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，主要有潮汐能、波浪能、海水盐差能和海水温差能。其中，波浪能能流密度最大，分布最为广泛。据世界能源委员会的调查显示，全球可利用的波浪能达到20亿kW，相当于目前世界发电能量的2倍。因此，世界各海洋大国均十分重视波浪能研究利用。

波浪能利用装置的种类繁多，主要基于以下几种基本机理，即利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动；利用波浪压力的变化；利用波浪的沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。其中，摆式波浪能装置是波浪能发电的重要方式之一，其具有频率响应范围宽、可靠性高、成本相对较低和常海况转换效率高等优点。目前发展较为成熟的摆式波浪能装置多基于固定式基础，按照其固定端位置的不同可以分析重力摆式波浪能装置（顶部铰接）和浮力摆式波浪能装置（底部铰接）。其中，浮力摆式波浪能装置因为其摆板运动参数更符合波浪水体速度空间分布规律在近些年来得到快速发展，我国国家海洋局海洋技术中心和浙江大学的浮力摆式设计。然而，对于固定基础的依赖大大限制了这一类波浪能装置适用的海域和气候条件。在波浪能密度较高的深海地区，漂浮式波浪能装置是当前的主流发展方向，由于深水海洋波浪能资源丰富，且在时间分布上变化较大，甚至还会面临台风等极端天气的影响，工程师们不得不考虑离岸式波浪能装置的稳定性和安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服上述现有摆式波浪能技术的不足及其面临的困难，提供一种双摆板波浪能转换装置设计，它能适应深水海域的地形特征，双摆板的设计能够充分利用转换入射波浪的能量，提高波浪能捕获效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种双摆板波浪能转换装置设计，包括摆板、发电机、衍架和齿轮筒。摆板通过齿轮筒和发电机相连接；前后摆板通过衍架连接；整体装置通过在衍架的4个角上连接锚链进行固定。其特征是：摆板在波浪的作用下往复转动，摆板带动齿轮筒中的齿轮转动，并通过输出转轴驱动发电机工作发出电力。

所述的一种双摆板波浪能转换装置设计，其特征是：同一个齿轮筒上安装有一个垂直向上的浮力摆板和一个垂直向下的重力摆板。

所述的一种双摆板波浪能转换装置设计，其特征是：竖直向上的浮力摆板总体密度小于海水密度。

所述的一种双摆板波浪能转换装置设计，其特征是：竖直向下的重力摆板总体密度大于海水密度。

所述的一种双摆板波浪能转换装置设计，其特征是：齿轮筒内部都采用两个棘轮机构，两个棘轮机构的转动输出方向相反。

所述的一种双摆板波浪能转换装置设计，其特征是：在衍架上安装的前后摆板的间距为特征波长的一半。

没有波浪作用时，浮力摆板呈竖直向上漂浮状态，重力摆板呈竖直向下下垂状态。当波浪通过双摆板波浪能装置时，摆板随着波浪水体的往复运动而摆动，在同一个竖直迎波面上，浮力摆板和重力摆板转动的方向相反，两个摆板分别连接不同的齿轮组输入轴，共同作用于同一个输出轴，并驱动发电机发电，能够充分利用竖直面上入射波的波浪能。同时，由于前后摆板的间距设计为特征波长的一半，则当波峰通过前摆板时，后摆板位于波谷位置。于是，前后摆板的运动参数刚好相反，使得整体发电装置受到的波浪外力总和最小，有利于发电装置的稳定性和安全性。

本发明的有益效果是：

本发明适用于波浪能资源较为丰富的深海水域；采用双摆板能够充分利用竖直平面上入射波的波浪能，提高波浪能捕获效率；前后摆板间距半波长布放提高了装置的稳定性；整体装置形式简单易行，具有较高的可靠性，亦易于安装和运输。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的前视图。

图3是本发明的顶视图。

图4是齿轮筒内部结构示意图。

图中，1-前浮力摆板，2-后浮力摆板，3-前重力摆板，4-后重力摆板，5-发电机，6-齿轮筒，7-衍架，8-输出转轴，9-输入转轴，10-顺时针棘轮机构，11-逆时针棘轮机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

如图1所示，浮力摆板1和重力摆板3与齿轮筒6连接，摆板1和3都只有一个方向的自由度；齿轮筒6的一端安装有发电机5；前后摆板间采用衍架7连接。

如图2所示，浮力摆板1和重力摆板3安装于同一个垂直平面，其与齿轮筒6连接的位置不同，有各自独立的输入转轴和棘轮机构系统。

如图3所示，波浪能转换装置有前后两组摆板，由衍架7连接，并分别安装有各自的发电机。

如图4所示，齿轮筒6内部有两个棘轮机构10和11，两个棘轮机构的转动输出方向相反，采用同一个根输入转轴9相连，并最终驱动同一个输出转轴8带动发电机5。

本实施例的工作原理：

实际使用时，在没有波浪作用的情况下前后和上下摆板都处于竖直状态且迎向来波方向，通过在衍架7的4个角上安装锚链并连接于海底进行固定。当波峰到达前摆板时，在水波压力的作用下前浮力摆板1向后转动（顺时针方向），前重力摆板3也向后转动（逆时针方向），此时与浮力摆板1连接的输入转轴发生转动，顺时针棘轮机构10带动输出转轴8顺时针转动，同时，重力摆板3连接的输入转轴上的逆时针棘轮机构11发挥作用，也驱动输出转轴8顺时针转动。最终，输出转轴8带动发电机5工作输出电力。当波谷通过前摆板1和3时，前浮力摆板1和前重力摆板3都向前运动，分别与之连接的逆时针棘轮机构和顺时针棘轮机构发挥作用，保证了输出转轴8的转动方向一直为顺时针转动。另外，在波谷位于前摆板时，波峰到达后摆板2和4所处位置，位置相距半波长的前、后摆板的运动特性和参数刚好相反，这样使得整个波浪能转换系统的波浪力合力最小，提高了整体系统的稳定性和安全性。

尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。

Claims

1.一种双摆板波浪能转换装置设计，包括摆板、发电机、衍架和齿轮筒；摆板通过齿轮筒和发电机相连接；前后摆板通过衍架连接；整体装置通过在衍架的4个角上连接锚链进行固定，其特征在于：摆板在波浪的作用下往复转动，摆板带动齿轮筒中的齿轮转动，并通过输出转轴驱动发电机工作发出电力。

2.根据权利要求1所述的双摆板波浪能转换装置设计，其特征在于：同一个齿轮筒上安装有一个垂直向上的浮力摆板和一个垂直向下的重力摆板。

3.根据权利要求1所述的双摆板波浪能转换装置设计，其特征在于：竖直向上的浮力摆板总体密度小于海水密度。

4.根据权利要求1所述的双摆板波浪能转换装置设计，其特征在于：竖直向下的重力摆板总体密度大于海水密度。

5.根据权利要求1所述的双摆板波浪能转换装置设计，其特征在于：齿轮筒内部都采用两个棘轮机构，两个棘轮机构的转动输出方向相反。

6.根据权利要求1所述的双摆板波浪能转换装置设计，其特征在于：在衍架上安装的前后摆板的间距为特征波长的一半。