CN104033324B - 垂荡浮箱式深海波能发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种垂荡浮箱式深海波能发电装置，属于海洋工程和波能发电装备技术领域。这种发电装置包括浮式基底、张力腿、中心立柱和垂荡浮箱，中心立柱上固定两个限位板，套在中心立柱上的垂荡浮箱位于两个限位板之间，形状为碟形的垂荡浮箱与限位板的接触面上各设有一个弹簧减震装置，垂荡浮箱內设有3‑6驱动发电机的齿轮齿条式传动装置。该装置可以应用于水深较大的海域，垂荡浮箱能适应海面的高度，潮汐和海浪的流向对发电效率的影响小。浮式基底便于安装和拆除，维护方便。发电设备和蓄电设备均设置在装置内部，减小传输距离过长引起的能量损失。浮式基底本身可以控制装置整体的升沉，方便设备维修，必要时可全部沉入海底，对规避台风灾害也有很大好处。

Description

垂荡浮箱式深海波能发电装置
技术领域
本发明涉及一种波浪能发电装置，属于海洋工程和波能发电装备技术领域，尤其是一种用于深海的具有浮式基底的垂荡浮箱波浪发电装置。
背景技术
海洋中的波浪蕴藏着大量的能量，波浪能具有清洁、可再生、储量大、分布广等特点，因此，波浪能发电一直倍受人们重视和关注。
波浪能发电装置的研发费用和制造成本高。近岸以及固定基础的波浪发电装置，其建设和使用过程中，受天气、环保等条件制约，对选址的要求也很高。当潮汐发生时，发电装置本身如不进行调整，发电效率会大幅降低乃至无法工作。当波浪的传播方向改变时，能量的吸收也会受到很大的影响。由于装置浸没在水中，本身的维护工作难度较大。当自然灾害来临时，因为无法躲避而可能遭到破坏。从发电装置到用电处的传输距离较长，能量损失较大，液压管路布置不方便。在这背景情况下，研发的本发明装置具有对水深的要求较低，可应用海域范围广，对潮汐和海浪的流向适应力强，便于安装和拆除，维护方便，电能传输距离短，能量损失小，可以控制装置的升沉，容易规避台风灾害等优点。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种垂荡浮箱式深海波能发电装置，该装置能适应复杂多变的海洋环境，以较高的效率将波浪能转化为电能并进行存储。
本发明采用的技术方案是：一种垂荡浮箱式深海波能发电装置，它包括浮式基底和张力腿，它还包括中心立柱和垂荡浮箱，所述浮式基底的下部连接张力腿，上部固定连接套有垂荡浮箱的中心立柱；所述浮式基底采用兼作压载舱的中空直圆柱体结构，所述张力腿与海底直接固定，张力腿在浮式基底的下方正中位置集中布置多个张力腿，在外周均匀布置张力腿，所述中心立柱上固定两个限位板，套在中心立柱上的垂荡浮箱位于两个限位板之间，形状为碟形的垂荡浮箱与限位板的接触面上各设有一个弹簧减震装置；所述垂荡浮箱內设有3-6驱动发电机的齿轮齿条式传动装置，齿轮齿条式传动装置包括主传动齿条、主传动齿轮、一级加速齿轮和加速齿轮箱，主传动齿条固定在两个限位板之间的中心立柱上，主传动齿条依次经主传动齿轮、一级加速齿轮、加速齿轮箱与固定在垂荡浮箱內的发电机连接，发电机与整流和蓄电设备进行电连接，在中心立柱顶部限位板的下方悬挂波浪海流传感器，上方设置风速风向传感器；在深海波能的作用下，垂荡浮箱沿中心立柱上的主传动齿条作上下位移，通过齿轮齿条式传动装置驱动发电机发电。
所述中心立柱采用直圆柱形结构、三角形桁架结构或四边形桁架结构。
所述减震装置采用弹簧片减震结构或橡胶减震结构。
在组合使用时，组合连接单体之间共用一个大型浮式基底，组合连接单体以方形或圆形阵列的形式布置于大型浮式基底上。
本发明的有益效果是：这种垂荡浮箱式深海波能发电装置包括浮式基底、张力腿、中心立柱和垂荡浮箱，中心立柱上固定两个限位板，套在中心立柱上的垂荡浮箱位于两个限位板之间，形状为碟形的垂荡浮箱与限位板的接触面上各设有一个弹簧减震装置，垂荡浮箱內设有3-6驱动发电机的齿轮齿条式传动装置。在深海波能的作用下，垂荡浮箱沿中心立柱上的主传动齿条作上下位移，通过齿轮齿条式传动装置驱动发电机发电。该装置由于采用浮式基底，可以应用于水深较大的海域。因为垂荡浮箱能自发地适应海面的高度，潮汐和海浪的流向对发电效率的影响小。浮式基底本身便于安装和拆除，维护方便。发电设备和蓄电设备均设置在装置内部，减小传输距离过长引起的能量损失。浮式基底本身可以控制装置整体的升沉，方便设备维修，必要时可全部沉入海底，对规避台风灾害也有很大好处。
附图说明
图1是一种垂荡浮箱式深海波能发电装置的主视图
图2是一种垂荡浮箱式深海波能发电装置的俯视图
图3是图1中的A-A剖面图
图4是图2中的B-B剖面图
图5是图4中的I局部放大图
图6是中心立柱采用圆柱形式时的主视图
图7是中心立柱采用圆柱形式时的俯视图
图8是图6中的C-C剖面图
图9是中心立柱采用四边形桁架形式时的主视图
图10是中心立柱采用四边形桁架形式时的俯视图
图11是图9中的D-D剖面图
图12是多个装置组合布置成方形阵列的示意图的主视图
图13是多个装置组合布置成方形阵列的示意图的俯视图
图14是多个装置组合布置成圆形阵列的示意图的主视图
图15是多个装置组合布置成圆形阵列的示意图的俯视图
图中：1、浮式基底，2、张力腿，3、中心立柱，4、限位板，5、主传动齿条，6、垂荡浮箱，7、弹簧减震装置，8、风向风速传感器，9、主传动齿轮，10、一级加速齿轮，11、波浪海流传感器，12、加速齿轮箱，13、发电机，14、整流和蓄电设备，15、组合连接单体，16、大型浮式基底。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的结构做进一步描述。
图1、2表示出了一种垂荡浮箱式深海波能发电装置外形结构图。发电装置主体由两部分组成，其一为主要由浮式基底1和中心立柱3构成的固定部分，其二为主要由垂荡浮箱6以及其内部的装置和设备。浮式基底1由张力腿2系泊固定，主体波浪载荷小，对水深要求低。张力腿2在浮式基底1正中密集布置，在周围均匀布置。张力腿2一端与浮式基底1连接，另一端固定在在海底。中心立柱3与浮式基底1固定连接，中心立柱3采用三角形桁架的形式，结构本身稳定性较好，同时保证与垂荡浮箱6配合相对运动的稳定性。垂荡浮箱6套在中心立柱3外，形状为碟形，能减少水的阻力。中心立柱3上下设限位板4，限位板4与垂荡浮箱6接触的地方布有弹簧减震装置7。中心立柱3外缘竖直装有主传动齿条5。
图3、4、5表示出了一种垂荡浮箱式深海波能发电装置的内部结构以及机械传动构件的相互关系。中心立柱3边缘的主传动齿条5和垂荡浮箱6内的主传动齿轮齿轮9啮合。主传动齿轮9和一级加速齿轮10啮合。一级加速齿轮10与加速齿轮箱12的输入端连接。加速齿轮箱12的输出端与发电机13连接。发电机13与整流和蓄电设备14连接。
图6、7、8示出了圆柱型中心立柱的结构形式。主传动齿条5在中心立柱3上均匀布置三条，夹角为120°，垂荡浮箱6上对应安装三个主传动齿轮9。
图9、10、11示出了四边形桁架中心立柱的结构形式。主传动齿条5在中心立柱3的四条棱上共布置四条，垂荡浮箱6上对应安装四个主传动齿轮9。
图12、13、14、15示出了组合使用的形式，组合布置时，组合连接单体之间共用一个大型浮式基底，组合连接单体以方形或圆形阵列的形式布置于大型浮式基底上。这种形式可以使组合连接单体之间的横向力相互抵消。
所述垂荡浮箱式深海波能发电装置采用的工作步骤如下：
浮式基底1由张力腿在工作位置系泊固定，张力腿始终为张紧状态保证浮式基底的稳固。装置本身受到的浮力远远大于重力，剩余浮力靠拉紧张力腿的预张力予以平衡。垂荡浮箱3漂浮于水面；波浪来时，垂荡浮箱6受到的浮力发生变化，产生垂向运动；中心立柱3与垂荡浮箱6产生相对滑动，限位板4限制垂荡浮箱6的位移范围防止滑脱，弹簧减震装置7减少碰撞对装置造成的伤害；中心立柱3上安装的主传动齿条5带动垂荡浮箱6上的主传动齿轮9转动；主传动齿轮9带动一级加速齿轮10转动；一级加速齿轮10带动加速齿轮箱12运动；加速齿轮箱12带动发电机13转动；发电机13产生的电能经过整流和蓄电设备14整流后被保存在蓄电池中，亦可通过电缆传送到岸上。
风暴等灾害来临时，向浮式基底1内的压载舱加压载，可以使装置整体沉入水底，以躲避灾害。
装置需要维护时，浮式基底1内的压载舱压载减少，可以使基底上表面浮出水面，方便维护工作的实施。

Claims (3)

1.一种垂荡浮箱式深海波能发电装置，它包括浮式基底（1）和张力腿（2），其特征在于：它还包括中心立柱（3）和垂荡浮箱（6），所述浮式基底（1）的下部连接张力腿（2），上部固定连接套有垂荡浮箱（6）的中心立柱（3）；所述浮式基底（1）采用兼作压载舱的中空直圆柱体结构，所述张力腿（2）与海底直接固定，在浮式基底（1）的下方正中位置集中布置多个张力腿（2），在外周均匀布置张力腿（2），所述中心立柱（3）上固定两个限位板（4），套在中心立柱（3）上的垂荡浮箱（6）位于两个限位板（4）之间，形状为碟形的垂荡浮箱（6）与限位板（4）的接触面上各设有一个弹簧减震装置（7）；所述垂荡浮箱（6）内设有3-6个驱动发电机（13）的齿轮齿条式传动装置，齿轮齿条式传动装置包括主传动齿条（5）、主传动齿轮（9）、一级加速齿轮（10）和加速齿轮箱（12），主传动齿条（5）固定在两个限位板（4）之间的中心立柱（3）上，主传动齿条（5）依次经主传动齿轮（9）、一级加速齿轮（10）、加速齿轮箱（12）与固定在垂荡浮箱（6）内的发电机（13）连接，所述中心立柱（3）边缘的所述主传动齿条（5）和所述垂荡浮箱（6）内的所述主传动齿轮（9）啮合，所述主传动齿轮（9）和所述一级加速齿轮（10）啮合，所述一级加速齿轮（10）与所述加速齿轮箱（12）的输入端连接，发电机（13）与整流和蓄电设备（14）进行电连接，在中心立柱（3）顶部限位板（4）的下方悬挂波浪海流传感器（11），上方设置风速风向传感器（8）；在深海波能的作用下，垂荡浮箱（6）沿中心立柱（3）上的主传动齿条（5）作上下位移，通过齿轮齿条式传动装置驱动发电机（13）发电；所述发电机(13)和所述蓄电设备(14)均设置在垂荡浮箱（6）的内部。
2.根据权利要求1所述的垂荡浮箱式深海波能发电装置，其特征在于：所述中心立柱（3）采用直圆柱形结构、三角形桁架结构或四边形桁架结构。
3.根据权利要求1所述的垂荡浮箱式深海波能发电装置，其特征在于：在组合使用时，组合连接单体（15）之间共用一个大型浮式基底（16），组合连接单体（15）以方形或圆形阵列的形式布置于大型浮式基底（16）上。
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