CN104018980A - 一种利用多个浮体的桩式波浪能俘获装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于新型可再生能源技术和海洋装备领域，特别涉及一种利用多个浮体的桩式波浪能俘获装置。它包括桩体、浮子、连杆、发电仓、输入转轴、输出转轴、齿轮箱、传动链条、发电机和锚链。浮子通过连杆和输入转轴连接；发电仓位于桩体顶部，其内部安放有发电机；发电机通过传动链条和变速齿轮箱相连接。其特征是：浮子随着海面水位的变化而上下运动，带动变速齿轮箱的输入转轴转动，并通过齿轮箱加速后带动发电仓中的发电机转动发出电力。本发明设计能利用海面水位随波浪传递产生的变化，采用变速齿轮箱高效地将波浪能转化为电能，为海上航标灯、观测站等离岸设施提供电力，同时具有较高的可靠性，易于制造、安装和移动，容易进行维护和保养。

Description

一种利用多个浮体的桩式波浪能俘获装置

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，特别是一种利用多个浮体的桩式波浪能俘获装置。

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。目前，世界上主要的波浪能装置可根据其发电基本原理划分为三类：振荡水柱式、振荡浮子式和越波式。其中，振荡浮子式波浪能装置由于其形式多样，实施便利，能量转化效率较其他两种更高，得到了广泛的研究和应用。

振荡浮子式装置是在振荡水柱式装置的基础上发展起来的波能发电装置。通常的岸基式装置是用一个放在港中的浮子作为波浪能的吸收载体，然后将浮子吸收的能量通过一个放在岸上的机械或液压装置转换出去，用来驱动电机发电。日本科学家已经研制并试验了两种型式的样机。这两种型式均是将机械部分装在终端构件中，连接运动的浮子或浮片的连杆以巨大的压力通过泵吸作用使油流经一个液压发动机，发动机再带动水轮机工作。美国也研究了与日本类似的装置。此外美国还有机械式的装置，在浮子上连接齿条，用齿轮、棘轮、链轮等保证发电机单向转动。然而，目前大多数的振荡浮子式波浪能装置仍然受到能量转化效率低和在波浪能较小地区工作效率低这两个主要缺点的困扰。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服上述现有波浪能技术的造价较高、对波浪能密度低的地区适应不好和能量转换效率低等不足，提供一种利用多个浮体的桩式波浪能俘获装置，它能利用海面水位随波浪传递产生的变化，采用变速齿轮箱高效地将波浪能转化为电能，为海上航标灯、观测站等离岸设施提供电力，同时具有较高的可靠性，易于制造、安装和移动。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种利用多个浮体的桩式波浪能俘获装置，包括桩体、浮子、连杆、发电仓、输入转轴、输出转轴、齿轮箱、传动链条、发电机和锚链。浮子通过连杆和输入转轴连接；发电仓位于桩体顶部，其内部安放有发电机；发电机通过传动链条和变速齿轮箱相连接。其特征是：浮子随着海面水位的变化而上下运动，带动变速齿轮箱的输入转轴转动，并通过齿轮箱加速后带动发电仓中的发电机转动发出电力。

所述的一种利用多个浮体的桩式波浪能俘获装置，其特征是：连杆的长度为装置安装海域特征波长的四分之一。

所述的一种利用多个浮体的桩式波浪能俘获装置，其特征是：变速齿轮箱中针对每个浮子都安装了两个棘轮机构。

所述的一种利用多个浮体的桩式波浪能俘获装置，其特征是：浮子与连杆连接的部分采用插接板连接，易于拆卸。

所述的一种利用多个浮体的桩式波浪能俘获装置，其特征是：采用传动链条连接变速齿轮箱和发电仓中的直驱式发电机。

利用多个浮体的桩式波浪能俘获装置，其浮子高程在水面附近，发电机安装在水面以上，便于维护和保养，同时避免了海水的腐蚀和生物附着。装置的主体部分可以采用在岸上预制，利用驳船拖动到指定位置，沉入水中进行安装。装置主要利用波浪引起的水面高程的变化，与来波方向无关，是一种点吸收式波浪能装置。在桩体中安装变速齿轮箱对输入转动进行加速，并直接驱动发电机发电以提高能量转换效率。同时采用多浮子的设计，使得电力输出更加平稳。当风浪条件较为恶劣时，可以方便地将浮子拆掉并运输离开，保障装置的安全性。

当波浪传递到波浪能装置时，前后浮子会随着水面高程的变化而上下运动，进而通过连杆带动变速齿轮箱的输入转轴往复转动。当波峰位于近海侧浮子位置时，近岸侧浮子位于波谷位置。近海侧浮子由于所处位置水头较高且水体向上运动，浮子自身高程也较高，带动输入转轴顺时针转动。近岸侧浮子由于处于水头较低处且水体向下运动，浮子自身的高程也较低，进一步促进了输入转轴的顺时针转动。随着波峰向前传递，前后浮子处的自由水面发生变化，在动水压力和静水压力的共同作用下，前后浮子的运动状态也发生变化。当波峰传递到近岸侧浮子位置，近海侧浮子位于波谷位置，浮子和连杆的运动特征和前面所述刚好相反，近岸侧和近海侧浮子同时带动连杆和转轴逆时针转动。于是，浮子、连杆和输入转轴在规则波浪的作用下进入到一个往复运动的循环，通过输入转轴将力矩传递到变速齿轮箱，利用变速齿轮箱中的棘轮构造保证输出转轴转动方向不变，并进一步通过传动链条带动发电机转轴转动发电。

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离岸海域，采用多浮子的设计，能够适应各个方向的来波；其发电原理采用了变速齿轮箱加速带动发电机转轴转动的方式，形式简单，效率较高；齿轮箱和发电机分别位于桩体的内部和顶部，安全性高；波浪能转换装置设计形式简单，适应性较好，便于制造、安装和转移，容易进行维护和保养。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明采用重力式基础的示意图。

图3是本发明的俯视图。

图4是本发明采用变速齿轮箱的传动机构示意图。

图5是本发明采用漂浮式基础的示意图。

图中，1-桩体，2-近岸侧浮子，3-连杆，4-发电仓，5-主输入转轴，6-近海侧浮子，7-主输出齿轮，8-传动链条，9-发电机转轴，10-发电机，11-齿轮箱，12-主输出转轴，13-锚链。

具体实施方式

[0020]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和2所示，桩体1依靠自身重力和其他连接手段直接固定于海底基础上；浮子2和6通过连杆3和输入转轴5连接；发电仓4位于桩体1的顶部。

如图3所示，波浪能装置采用了多个浮子2和6，并将其对称分布于桩体1周围。

如图4所示，桩体1内部安放有变速齿轮箱11，齿轮箱11的主输入转轴5与连杆3相连；变速齿轮箱11的主输出转轴12通过齿轮7和传动链条8与发电机10的转轴9连接，发电机10位于发电仓4的内部。

本实施例的工作原理：

实际使用时，近岸侧浮子2和近海侧浮子6都处于漂浮状态，其上部表面位于水平面附近。当波浪传递到波浪能装置时，前后浮子2和6会随着水面高程的变化而上下运动，进而通过连杆3带动变速齿轮箱11的输入转轴5往复转动。当波峰位于近海侧浮子6位置时，近岸侧浮子2位于波谷位置。近海侧浮子6由于所处位置水头较高且水体向上运动，浮子自身高程也较高，带动输入转轴5顺时针转动。近岸侧浮子2由于处于水头较低处且水体向下运动，浮子自身的高程也较低，进一步促进了输入转轴5的顺时针转动。随着波峰向前传递，前后浮子2和6处的自由水面发生变化，在动水压力和静水压力的共同作用下，前后浮子的运动状态也发生变化。当波峰传递到近岸侧浮子2位置，近海侧浮子6位于波谷位置，浮子和连杆3的运动特征和前面所述刚好相反，近岸侧和近海侧浮子同时带动连杆3和转轴5逆时针转动。于是，浮子2和6、连杆3和输入转轴5在规则波浪的作用下进入到一个往复运动的循环，通过输入转轴5将力矩传递到变速齿轮箱11，利用变速齿轮箱11中的棘轮构造保证输出转轴12转动方向不变，并进一步通过传动链条8带动发电机转轴9转动发电。

实施例2：

请参阅图1和图5，与实施例1不同仅在于：波浪能转换装置主体并不是直接固定在海底基础上的，而是采用漂浮式桩体并利用锚链固定于海底。

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 (5)

1.一种利用多个浮体的桩式波浪能俘获装置，包括桩体、浮子、连杆、发电仓、输入转轴、输出转轴、齿轮箱、传动链条、发电机和锚链；浮子通过连杆和输入转轴连接；发电仓位于桩体顶部，其内部安放有发电机；发电机通过传动链条和变速齿轮箱相连接；其特征是：浮子随着海面水位的变化而上下运动，带动变速齿轮箱的输入转轴转动，并通过齿轮箱加速后带动发电仓中的发电机转动发出电力。

2.根据权利要求1所述的利用多个浮体的桩式波浪能俘获装置，其特征在于：连杆的长度为装置安装海域特征波长的四分之一。

3.根据权利要求1所述的利用多个浮体的桩式波浪能俘获装置，其特征在于：变速齿轮箱中针对每个浮子都安装了两个棘轮机构。

4.根据权利要求1所述的利用多个浮体的桩式波浪能俘获装置，其特征在于：浮子与连杆连接的部分采用插接板连接，易于拆卸。

5.根据权利要求1所述的利用多个浮体的桩式波浪能俘获装置，其特征在于：采用传动链条连接变速齿轮箱和发电仓中的直驱式发电机。