CN104265555A - 浮子-链式离岸波浪能收集装置 - Google Patents

浮子-链式离岸波浪能收集装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种浮子—链式离岸波浪能收集装置，包括漂浮在水面的大浮子，悬浮在水中的小浮子，连接在大浮子与小浮子间的传动链，以及沉设在水底的安装箱；所述的安装箱上设有：受传动链带动的链轮，所述传动链由链轮下方绕过；受所述链轮驱动的液压泵；和用于在链轮和液压泵间传递固定的扭矩的机械传动系统。本发明结构简单，安装、拆卸方便，通过大、小浮子浮力拉动传动链，转动链轮，链轮转动产生的扭力经机械传动系统传输至液压泵，保持液压泵输入扭矩为定值，使其输出稳定的高压海水。

Description

浮子-链式离岸波浪能收集装置
技术领域
本发明属于波浪能收集装置，尤其涉及一种浮子—链式离岸波浪能收集装置。
背景技术
波浪所蕴涵的能量主要是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。台风导致的巨浪，其功率密度可达每米迎波面数千kW，而波浪能丰富的欧洲北海地区，其年平均波浪功率也仅为20～40kW/m2，中国海岸大部分的年平均波浪功率密度为2～7kW/m2。
全世界波浪能的理论估算值也为109kW量级。利用中国沿海海洋观测台站资料估算得到，中国沿海理论波浪年平均功率约为1.3X107kW。但由于不少海洋台站的观测地点处于内湾或风浪较小位置，故实际的沿海波浪功率要大于此值。其中浙江、福建、广东和台湾沿海为波能丰富的地区。
波浪能量如此巨大，存在的如此广泛，自古吸引着沿海的能工巧匠们，想尽各种办法，企图驾驭海浪为人所用。将波浪能收集起来并转换成电能或其他形式能量的波能装置有设置在岸上的和漂浮在海里的两种。
海洋波浪能是一种清洁的可再生能源，可以用来发电、制冷、淡化海水，海洋波浪能利用技术繁多，其中点吸收式适合我国波浪条件。点吸收式装置又称为振荡浮子式装置，通常是用一个放在海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。如公开号为CN103790759A的申请文献提供了一种多轴点吸收式波浪能发电装置，所用浮子实现多个来波方向上波浪能的同时捕获，可同时沿垂向、纵荡和横荡三个方向分别做垂荡、横摇和纵摇运动，从而分别带动三个发电机同时工作，实现三个方向上波浪能的同时捕获发电，使装置的一次能量捕获和系统转换效率得到较大提高，进而使得装置能量输出更加平稳，发电质量得到提高。点吸收式中振荡浮子作为最为常见的波浪能收集装置，但是一般的振荡浮子式浮子随波浪上下波动，浮子所能提供的拉力为不确定值。
发明内容
为克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种结构简单、且便于安装的浮子—链式离岸波浪能收集装置，能输出稳定的高压海水，可适应不同潮位的海浪，是一种大功率的波浪能收集装置。
一种浮子—链式离岸波浪能收集装置，包括漂浮在水面的大浮子，悬浮在水中的小浮子，连接在大浮子与小浮子间的传动链，以及沉设在水底的安装箱；所述的安装箱上设有：
受传动链带动的链轮，所述传动链由链轮下方绕过；
受所述链轮驱动的液压泵；
和用于在链轮和液压泵间传递固定的扭矩的机械传动系统。
本发明通过波浪经过时，大浮子与小浮子来回拉动传动链，带动链轮转动，转动的链轮通过机械传动系统传递给液压泵稳定的扭矩，保持液压泵输出海水压力、流量等稳定。
优选的，所述的大浮子和\或小浮子为筒状或球形，传动链连接在大浮子底部。
两个浮子的形状可根据具体情况设定，一般为筒状或球形，需使浮体不易变形且具有较好的强度，可用UV树脂或工程塑料制造。
优选的，所述的小浮子上设有供传动链穿过的定位孔，该定位孔用于保持链轮和小浮子之间的两段传动链部分的平行。
进一步优选的，所述的小浮子为竖直放置的筒状物，圆筒内部设有两个轴向贯穿小浮子且对称设置的通孔，所述传动链一端连接在小浮子的底部，传动链的另一端绕过链轮后穿过其中一个通孔与大浮子底部连接。
小浮子在水中可垂向、纵荡和横荡三个方向运动，容易使小浮子与大浮子的错位，造成传动链脱链，影响装置的正常运行。为解决该技术问题，本发明进一步限定小浮子为筒状物，并在其内部设有两个轴向贯穿小浮子的通孔，使链轮穿过一个通孔后与大浮子铰接，限制小浮子的移动，使得大浮子与小浮子大体位于同一直线上，保持链轮和小浮子之间的两段传动链部分的始终平行，避免脱链，另外两个对称布置的通孔，可保持小浮子在水中的平衡，减少小浮子对传动链的运动阻碍，提高能量利用率。
优选的，所述大浮子与小浮子的体积比为20:1～5:1。
小浮子一方面用于牵制大浮子；另一方面用于在波谷经过大浮子时，拉动传动链带动链轮转动；小浮子对传动链的拉力，取决于小浮子所受的浮力，若小浮子体积过小，则对大浮子牵制过小或难以拉动传动链，若小浮子体积过大，对大浮子牵制过大，波浪经过时链轮转动较慢，使得其输出的扭矩过小，能量利用率低。因此，本发明限定大浮子与小浮子的体积比为10:1，维持液压泵具有稳定且高效的压力输出。
作为优选的，所述的机械传动系统包括依次设置在链轮和液压泵之间的，用于单向传递扭矩的超越离合器，以及用于控制传递扭矩大小的扭矩离合器。
超越离合器的内圈与链轮的轴同步转动，超越离合器的外圈连接至一传动轴，该传动轴用于驱动液压泵工作；所述传动轴由扭矩离合器的内圈穿过并与其内圈周向定位，扭矩离合器的外圈与安装箱固定。
波峰经过大浮子时，大浮子的浮力增大，链轮正向旋转使超越离合器锁紧后在扭矩离合器作用下停止运动；当海水漫过大浮子时，链轮传递的扭矩达到最大值超过且扭矩离合器的设定数值，链轮带动传动轴旋转，液压泵工作，保持液压泵输入固定的扭矩，维持其输出海水压力、流量等稳定。
作为优选的，所述超越离合器的外圈带有法兰，该法兰连接有半联轴器，所述传动轴的一端与半联轴器连接，传动轴的另一端穿过扭矩离合器的内圈后通过联轴器连接所述的液压泵。通过法兰、半联轴器和联轴器的配合，将链轮转动产生的扭矩输送至液压泵，驱动液压泵工作。
在本发明中，所述的传动链为锚链，该锚链绕过链轮时嵌入链轮外表面的槽中，浮子拉动锚链时，锚链带动链轮转动。
本发明结构简单，安装、拆卸方便，通过大、小浮子浮力拉动传动链，转动链轮，链轮转动产生的扭力经机械传动系统传输至液压泵，保持液压泵输入扭矩为定值，使其输出稳定的高压海水。
附图说明
图1为波浪能收集装置的结构示意图。
图2为图1中波浪能收集装置的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明的波浪能收集装置作进一步详细描述。
如图1所示，一种浮子—链式离岸波浪能收集装置，包括漂浮在海面的大浮子1，悬浮在海水中的小浮子3，连接在大浮子1与小浮子3间的锚链2，以及沉设在海底的安装箱4，该安装箱4上装有链轮5、液压泵10和用于在链轮5与液压泵10间传递固定的扭矩的机械传动系统。
如图2所述，大浮子1和小浮子3均为筒状物，小浮子3内部设有两个轴向贯穿小浮子3且对称的通孔13，锚链2一端铰接在小浮子3的底部，另一端绕过链轮5后穿过小浮子3内的任一个通孔13与大浮子1底部铰接。小浮子3经锚链2穿过后漂浮位置相对大浮子1大体固定，不会随海水随意浮动，避免绕过链轮5的锚链2脱链。
本实施例中，大浮子1和小浮子3的体积比为10:1，试验表明，此体积比下的装置稳定性最好，能量利用率高；锚链2长度可以根据水深调整，以适应大范围的潮位变化。
机械传动系统包括超越离合器6和扭矩离合器8。超越离合器6的内圈与链轮5的轴11同步转动，超越离合器6的外圈带有法兰，该法兰连接有半联轴器7，半联轴器7连接至一传动轴12，传动轴12的另一端穿过扭矩离合器8的内圈后通过联轴器9连接液压泵10，该传动轴12与扭矩离合器8的内圈周向定位，扭矩离合器8的外圈通过法兰与安装箱4固定。
本装置的工作原理如下：
波浪波峰经过大浮子1时，大浮子1的位置升高，链轮5正向旋转使超越离合器6锁紧后在扭矩离合器8作用下停止运动；当海水漫过大浮子1时，链轮5传递的扭矩达到最大值并超过扭矩离合器8的设定数值，链轮5带动传动轴12旋转，液压泵10工作，保持给液压泵10输入固定的扭矩，维持其输出海水压力、流量等稳定；波谷经过大浮子1时，小浮子3拉动锚链2，链轮5反向旋转，超越离合器6松开，链轮5可以转动。

Claims (9)

1.一种浮子—链式离岸波浪能收集装置，其特征在于，包括漂浮在水面的大浮子，悬浮在水中的小浮子，连接在大浮子与小浮子间的传动链，以及沉设在水底的安装箱；所述的安装箱上设有：
受传动链带动的链轮，所述传动链由链轮下方绕过；
受所述链轮驱动的液压泵；
和用于在链轮和液压泵间传递固定的扭矩的机械传动系统。
2.如权利要求1所述的浮子—链式离岸波浪能收集装置，其特征在于，所述的大浮子和\或小浮子为筒状或球形，传动链连接在大浮子底部。
3.如权利要求1所述的浮子—链式离岸波浪能收集装置，其特征在于，所述的小浮子上设有供传动链穿过的定位孔，该定位孔用于保持链轮和小浮子之间的两段传动链部分的平行。
4.如权利要求1和2所述的浮子—链式离岸波浪能收集装置，其特征在于，所述的小浮子为竖直放置的为筒状物，圆筒内部设有两个轴向贯穿小浮子且对称设置的通孔，所述传动链一端连接在小浮子的底部，传动链的另一端绕过链轮后穿过其中一个通孔与大浮子底部连接。
5.如权利要求4所述的浮子—链式离岸波浪能收集装置，其特征在于，所述大浮子与小浮子的体积比为20:1～5:1。
6.如权利要求1所述的浮子—链式离岸波浪能收集装置，其特征在于，所述的机械传动系统包括依次设置在链轮和液压泵之间的，用于单向传递扭矩的超越离合器，以及用于控制传递扭矩大小的扭矩离合器。
7.如权利要求6所述的浮子—链式离岸波浪能收集装置，其特征在于，所述超越离合器的内圈与链轮的轴同步转动，超越离合器的外圈连接至一传动轴，该传动轴用于驱动液压泵工作；
所述传动轴由扭矩离合器的内圈穿过并与其内圈周向定位，扭矩离合器的外圈与安装箱固定。
8.如权利要求7所述的浮子—链式离岸波浪能收集装置，其特征在于，所述超越离合器的外圈带有法兰，该法兰连接有半联轴器，所述传动轴的一端与半联轴器连接，传动轴的另一端穿过扭矩离合器的内圈后通过联轴器连接所述的液压泵。
9.如权利要求1所述的浮子—链式离岸波浪能收集装置，其特征在于，所述的传动链为锚链，该锚链绕过链轮时嵌入链轮外表面的槽中。
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