CN104329209A - 一种垂向运动的点吸收式波浪能装置 - Google Patents

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    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
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    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Abstract

本发明属于新型可再生能源技术和海洋装备领域，特别是一种垂向运动的点吸收式波浪能装置。它包括发电舱、浮子、立柱、定滑轮、钢缆、齿轮箱和发电机。其特征是：装置整体通过立柱安放在海底基础上；立柱上方安装发电舱，发电舱内安装齿轮箱、传动齿条和发电机；两个立柱之间布放浮子，浮子通过钢缆和定滑轮与传动齿条连接。本发明设计适用于波浪能资源较为丰富的近海区域，采用浮子的点吸收式液压波浪能装置的设计，能够适应各个方向的来波；其发电原理简单，效率稳定；发电装置安装于装置主体内部，安全性高；装置整体，形式简单，便于制作和安装。

Description

一种垂向运动的点吸收式波浪能装置
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，特别是一种垂向运动的点吸收式波浪能装置。
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位置分布划分为三类：离岸式(离岸超过2.5Km)、近岸式和岸基式。其中，近岸式波浪能装置由于易于安装和维护、建设成本低等特点受到了广泛的研究。同时，其所处区域波浪能密度相对较高，又不容易受到台风等恶劣天气的影响。近些年来，这类波浪能装置得到了较大的发展。然而，考虑到海水的特殊物理化学性质以及波浪的随机性和其极端天气下巨大的破坏力，对于安装在海中的波浪能发电装置，工程师们不得不重点考虑装置的稳定性和安全性。在保证波浪能转换装置能适应不同的天气状况的同时，需要考察设计在极端天气条件下的生存策略和生存能力。
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稳定性低、安全性差等不足，提供一种垂向运动的点吸收式波浪能装置，它能利用海面水位随波浪传递产生的变化，高效地将波浪能转化为电能，适用于近海区域，为海上航标灯、观测站等离岸设施提供电力，也易于直接发电联网，同时具有较高的可靠性，易于制造和安装。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种垂向运动的点吸收式波浪能装置，包括发电舱、浮子、立柱、定滑轮、钢缆、齿轮箱和发电机。其特征是：装置整体通过立柱安放在海底基础上；立柱上方安装发电舱，发电舱内安装齿轮箱、传动齿条和发电机；两个立柱之间布放浮子，浮子通过钢缆和定滑轮与传动齿条连接。
所述的一种垂向运动的点吸收式波浪能装置，其特征是：浮子上下两侧都连接有钢缆并通过定滑轮与齿条连接。
所述的一种垂向运动的点吸收式波浪能装置，其特征是：发电舱中的传动齿条和齿轮箱的输入转轴咬合连接。
所述的一种垂向运动的点吸收式波浪能装置，其特征是：传动齿条的两端分别与钢缆铰接连接。
所述的一种垂向运动的点吸收式波浪能装置，其特征是：齿轮箱中安装了一组顺时针棘轮机构和一组逆时针棘轮机构。
波浪能装置通过立柱直接安防在海底基础上，适用于近海海域。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。其浮子的数目也可以合理增加，以提高波浪能的捕获效率。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。
没有波浪作用时，浮子的浮力和重力达到平衡状态，浮子静止不动。当波浪传递到波浪能装置时，浮子会随着水面高程的变化而上下运动，进而带动钢缆和传动齿条作往复运动。当波峰通过浮子所处位置时，浮子在动水压力和静水压力的共同作用下，浮子所受的力的平衡被打破，浮子加速向上运动，拉动浮子下方的钢缆一起向上运动。浮子下方的钢缆通过定滑轮的转向，拉动传动齿条向右运动，传动齿条的运动同时带动齿轮箱输入转轴转动，并通过齿轮箱传动到发电机，发电机转动发出电力。当波峰继续向前传递，浮子随着所处位置水面高程的下降，开始向下加速，进而通过钢缆带动传动齿条向左加速，直到浮子位于波谷位置，这个过程中传动齿条向左运动，也带动齿轮箱输入转轴转动，转动方向与上一过程相反，通过齿轮箱传动带动发电机工作发电。于是，传动齿条随着波浪的作用进入到一个往复运动的循环，齿条不断的带动齿轮箱输入转轴转动，齿轮箱传动到发电机使得发电机工作输出电力。齿轮箱中的顺时针棘轮机构和逆时针棘轮机构能够保证无论输入转轴的转动方向如何，发电机的转轴的转动方向都是不变的，这个设置提高了发电装置的稳定性和使用寿命。
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近海区域，采用浮子的垂向运动的点吸收式波浪能装置的设计，能够适应各个方向的来波；其发电原理形式简单，效率稳定；发电装置安装于装置主体内部，安全性高；装置整体，形式简单，便于制作和安装。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的齿轮箱的结构剖视图。
图3是本发明在近海布放的示意图。
图中，1-发电舱，2-浮子，3-立柱，4-定滑轮，5-自由水面，6-海底，7-钢缆，8-齿轮箱输入转轴，9-传动齿条，10-顺时针棘轮机构，11-逆时针棘轮机构，12-发电机转轴，13-发电机。
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，装置整体通过立柱3安放在海底基础6上；立柱3上方安装发电舱1，发电舱内安装齿轮箱、传动齿条9和发电机13；两个立柱3之间布放浮子2；浮子2上下两侧都连接有钢缆7并通过定滑轮4与传动齿条9连接；发电舱1中的传动齿条9和齿轮箱的输入转轴8咬合连接；传动齿条9的两端分别与钢缆7铰接连接。
如图2所示，齿轮箱中安装了一组顺时针棘轮机构10和一组逆时针棘轮机构11；齿轮箱中的棘轮机构连接发电机转轴12，带动发电机13工作。
如图3所示，数个垂向运动的点吸收式波浪能装置可以并排布放，形成一个波浪能发电场。
本实施例的工作原理：
实际使用中在没有波浪作用时，浮子2的浮力和重力达到平衡状态，浮子2静止不动。当波浪传递到波浪能装置时，浮子2会随着水面高程的变化而上下运动，进而带动钢缆7和传动齿条9作往复运动。当波峰通过浮子2所处位置时，浮子2在动水压力和静水压力的共同作用下，浮子2所受的力的平衡被打破，浮子2加速向上运动，拉动浮子2下方的钢缆7一起向上运动。浮子2下方的钢缆7通过定滑轮4的转向，拉动传动齿条9向右运动，传动齿条9的运动同时带动齿轮箱输入转轴8转动，并通过齿轮箱传动到发电机13，发电机13转动发出电力。当波峰继续向前传递，浮子2随着所处位置水面高程的下降，开始向下加速，进而通过钢缆7带动传动齿条9向左加速，直到浮子2位于波谷位置，这个过程中传动齿条9向左运动，也带动齿轮箱输入转轴8转动，转动方向与上一过程相反，通过齿轮箱传动带动发电机13工作发电。于是，传动齿条9随着波浪的作用进入到一个往复运动的循环，齿条不断的带动齿轮箱输入转轴8转动，齿轮箱传动到发电机13使得发电机13工作输出电力。齿轮箱中的顺时针棘轮机构10和逆时针棘轮机构11能够保证无论输入转轴8的转动方向如何，发电机13的转轴12的转动方向都是不变的，这个设置提高了发电装置的稳定性和使用寿命。
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)

1.一种垂向运动的点吸收式波浪能装置，包括发电舱、浮子、立柱、定滑轮、钢缆、齿轮箱和发电机，其特征是：装置整体通过立柱安放在海底基础上；立柱上方安装发电舱，发电舱内安装齿轮箱、传动齿条和发电机；两个立柱之间布放浮子，浮子通过钢缆和定滑轮与传动齿条连接。
2.根据权利要求1所述的垂向运动的点吸收式波浪能装置，其特征在于：浮子上下两侧都连接有钢缆并通过定滑轮与齿条连接。
3.根据权利要求1所述的垂向运动的点吸收式波浪能装置，其特征在于：发电舱中的传动齿条和齿轮箱的输入转轴咬合连接。
4.根据权利要求1所述的垂向运动的点吸收式波浪能装置，其特征在于：传动齿条的两端分别与钢缆铰接连接。
5.根据权利要求1所述的垂向运动的点吸收式波浪能装置，其特征在于：齿轮箱中安装了一组顺时针棘轮机构和一组逆时针棘轮机构。
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