CN104454320A - 一种波浪能量转换设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波浪能量转换设备，包括设置在水面上的安装台以及安装在安装台上的波浪能量转换装置，波浪能量转换装置包括浮标、绳缆、发电机、导管、以及用于使绳缆的一端往复运动的复位机构；其中，发电机、复位机构和导管的一端均固定安装在安装台上，绳缆穿设在导管内，绳缆缠绕在发电机的转子上，且绳缆的一端与浮标连接，绳缆的另一端与复位机构连接；当浮标随波浪向上运动时，绳缆被浮标向上牵拉，从而带动发电机的转子转动以产生电能，同时牵引复位机构，使复位机构积聚弹性势能；当浮标随波浪向下运动时，绳缆松弛，复位机构释放弹性势能，并驱动发电机的转子转动以产生电能。

Description

一种波浪能量转换设备

技术领域

本发明涉及一种发电技术领域，更具体地说，涉及一种将海水的波浪动能转化成电能的波浪能量转换设备。

背景技术

波浪能是海洋中分布最广、能量密度最大的可再生能源，成功且高效率的利用波浪能为海洋设备和海岛居民提供电力在海洋勘测、渔业开发和海洋军事方面有着重要的意义。目前，较为常见的发电设备有漂浮式波浪能发电装置、磁电式波浪能发电装置等，在这些波浪能发电装置中具有两种常见的设计元素：1.使用一个单一的浮标来提取波浪能；2.用于安装发电机的安装台固定在海底，为浮标提供一个静态参考物。利用单一的浮标提取波浪能的波浪能利用率低下，另外，安装台安装在海底需要严格的电绝缘要求，致使波浪能发电装置的安装成本高昂。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述波浪能发电装置的波浪能利用率低、安装成本高昂的缺陷，提供一种能提高能量转换效率且、大大降低安装成本的波浪能量转换设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种波浪能量转换设备，包括设置在水面上的安装台以及安装在所述安装台上的波浪能量转换装置，所述波浪能量转换装置包括浮标、绳缆、发电机、导管、以及用于使所述绳缆的一端往复运动的复位机构；其中，所述发电机、复位机构和导管的一端均固定安装在所述安装台上，所述绳缆穿设在所述导管内，所述绳缆缠绕在所述发电机的转子上，且所述绳缆的一端与所述浮标连接，所述绳缆的另一端与所述复位机构连接；当所述浮标随波浪向上运动时，所述绳缆被所述浮标向上牵拉，从而带动所述发电机的转子转动以产生电能，同时牵引所述复位机构，使所述复位机构积聚弹性势能；当所述浮标随波浪向下运动时，所述绳缆松弛，所述复位机构释放弹性势能，并驱动所述发电机的转子转动以产生电能。

本发明所述的波浪能量转换设备中，多个所述波浪能量转换装置等间距地分布在所述安装台上。

本发明所述的波浪能量转换设备中，所述导管包括第一通管、第二通管和具有一定弯折角度的接头，所述第一通管、第二通管分别连接在所述接头上，所述第一通管垂直于海平面设置，所述第二通管端部固定安装在所述安装台上。

本发明所述的波浪能量转换设备中，所述波浪能量转换装置还包括安装在所述接头内的导向轮。

本发明所述的波浪能量转换设备中，所述第一通管、第二通管分别与所述接头通过焊接、螺纹及卡套中的任意一种方式连接。

本发明所述的波浪能量转换设备中，所述复位机构包括导轨、弹性装置和连接板，所述弹性装置套设在所述导轨上，所述连接板可滑动地穿设在所述导轨上并与所述弹性装置抵接，所述绳缆穿设固定在所述连接板上。

本发明所述的波浪能量转换设备中，所述导轨包括第一轨道和第二轨道，所述弹性装置包括第一弹性装置和第二弹性装置；所述第一弹性装置套设在所述第一轨道上，所述第二弹性装置套设在所述第二轨道上，所述连接板可滑动地穿设在所述第一轨道与第二轨道上并分别与所述第一弹性装置、第二弹性装置抵接，所述绳缆穿设固定在所述连接板上。

本发明所述的波浪能量转换设备中，所述弹性装置为中空的圆柱体。

本发明所述的波浪能量转换设备中，所述波浪能量转换装置还包括套设在所述发电机的转子外部并与所述转子同步转动的转轮，所述转轮外侧壁开设有用于容置所述绳缆的螺纹槽。

本发明所述的波浪能量转换设备中，所述浮标为漂流式浮标。

实施本发明所述波浪能量转换设备，通过设置导管以及固定安装在导管的接头内的导向轮使浮标垂直运动所产生的垂直拉力转变为近似水平方向的拉力，这种拉力方向的改变，一方面实现发电机能够安装在水平面上，免去发电机安装在海底时严格的电绝缘要求，大大降低高昂的安装成本，另一方面，拉力方向的改变，并未改变驱动发电机转动的方式，即依然为直接驱动式传动方式，增加能量转换的效率。另外，安装台上等间距均匀分布多个波浪能量转换装置，可充分利用多方位的波浪能，将波浪能转换成电能，提高波浪能的利用率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明较佳实施例的波浪能量转换设备的结构示意图；

图2是图1所示的其中一个波浪能量转换装置的主视图；

图3是图2所示波浪能量转换装置的俯视图；

图4是图3所示波浪能量转换装置沿A-A线的剖视图；

图5是图4所示的导管的局部放大图；

图6是图3所示的复位机构的放大俯视图；

图7是图4所示的复位机构的放大剖视图；

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，为本发明较佳实施例的波浪能量转换设备的结构示意图，该波浪能量转换设备，包括设置在水面上的安装台1以及安装在安装台1上的波浪能量转换装置2。其中，安装台1可以采用采用打桩的方式在水里建立一个安装平台，还可以采用深海大型漂浮设备的安装座。使用时，可根据海域波浪分布情况，在安装台1上等间距均匀分布多个波浪能量转换装置2，可充分利用不同方位的波浪能，将波浪能转换成电能，提高波浪能的利用率。

如图2-3所示，分别为图1所示波浪能量转换装置的主视图与俯视图，其中，波浪能量转换装置包括波浪能量转换装置2包括浮标21、绳缆22、发电机23、导管24、以及用于使绳缆22的一端往复运动的复位机构25、安装在导管弯折处的导向轮26。浮标21为漂流式浮标，绳缆22为钢绳。此外，波浪能量转换装置2还包括套设在发电机23的转子外部并与转子同步转动的转轮27，转轮27外侧壁开设有用于容置绳缆22的螺纹槽，如图7所示，绳缆22沿着螺纹槽缠绕转轮27一圈后与复位机构连接，此外，绳缆22还可沿着转轮27的螺纹槽缠绕转轮27数圈，以增大绳缆22与转轮27的摩擦力，另一方面，螺纹槽将缠绕在转轮27上相互平行的绳缆22彼此分开，可避免相互平行的绳缆22间的接触摩擦，保护绳缆22的完整性，延长绳缆22的使用寿命。

图4所示，为图3所示波浪能量转换装置沿A-A线的剖视图，发电机23和复位机构25和导管24的一端固定安装安装台1上，绳缆22穿设在导管24内，绳缆22缠绕在发电机23的转子上，且绳缆22的一端与浮标21连接，绳缆22的另一端与复位机构25连接。将导管24的一端固定安装安装台1上即可将整个导管24固定在安装台1上，使随波浪做上下往复运动的浮标21提供一个静态参照物。另外，通过在导管24的折弯处固定安装一个导向轮26，使浮标垂直运动所产生的垂直拉力转变为近似水平方向的拉力，这种拉力方向的改变，一方面实现发电机23能够安装在水平面上，免去发电机安装在海底时严格的电绝缘要求，极大降低高昂的安装成本；另一方面，拉力方向的改变，并未改变驱动发电机23转动的方式，即依然为直驱式传动方式，增加能量转换的效率。

如图5所示，为图4所示的导管的局部放大图；导管24包括第一通管241、第二通管242和具有一定弯折角度的接头243，第一通管241、第二通管242分别连接在接头243上，第一通管241垂直于海平面，第二通管242端部固定安装在安装台1上。其中，接头243的弯折角度小于90°使第一通管241与第二通管242之间的夹角小于90°。第一通管241、第二通管242分别与接头243焊接连接或螺纹连接或卡套连接。

如图6-7所示，分别为图3-4中所示复位机构的放大俯视图与剖视图，复位机构25包括导轨251、弹性装置252和连接板253，弹性装置252套设在导轨251上，连接板253可滑动地穿设在导轨251上并与弹性装置252抵接，绳缆22穿设固定在连接板253上。该弹性装置252可以为成中空圆柱形的复位弹簧、复位弹片或者其他具有复位弹力的弹性装置。其中，导轨251包括第一轨道2511和第二轨道2512，弹性装置252包括第一弹性装置2521和第二弹性装置2522；第一弹性装置2521套设在第一轨道2511上，第二弹性装置2522套设在第二轨道2512上，连接板253可滑动地穿设在第一轨道2511与第二轨道上2512并分别与第一弹性装置2521、第二弹性装置2522抵接，绳缆22穿设固定在连接板253上。其中，复位机构25的导轨251的两端可通过螺栓连接或焊接连接固定安装在由四根立柱构成的支架上。在本实施方式中，可以通过一个或多个由导轨251、弹性装置252和连接板253共同构成的复位机构25组成，设立多个复位机构25可应用于波浪能分布较为集中的区域，通过绳缆22牵引弹性装置252的往复伸缩，积聚更大的弹性势能，为发电机的转动提供更大的弹性势能。

该波浪能量转换设备使用过程中，波浪能转换成电能的原理如下：当浮标21随波浪向上运动时，绳缆22被浮标21向上牵拉，绳缆22经导向轮26导向后，带动转轮27转动，此时发电机23的转子同步转动以产生电能，同时绳缆22通过牵引复位机构25的连接板253，连接板253沿导轨251向牵引方向运动，与连接板253相抵接的弹性装置252沿牵引方向收缩，使复位机构25积聚弹性势能；当浮标21随波浪向下运动时，复位机构25的弹性装置252因复位而释放弹性势能，并牵引转轮27转动，使发电机23的转子沿相反方向同步转动，发电机23的转子在绳缆22的带动下反复转动，将转动动能转化成电能。

实施本发明波浪能量转换设备，通过设置导管以及固定安装在导管弯折处的导向轮使浮标垂直运动所产生的垂直拉力转变为近似水平方向的拉力，这种拉力方向的改变，一方面实现发电机能够安装在水平面上，免去发电机安装在海底时严格的电绝缘要求，极大降低高昂的安装成本；另一方面，拉力方向的改变，并未改变驱动发电机转动的方式，即依然为直驱式传动方式，增加能量转换的效率。另外，安装台上沿径向均匀分布多个波浪能量转换装置，可充分利用不同方位的波浪能，将波浪能转换成电能，提高波浪能的利用率。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，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，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种波浪能量转换设备，其特征在于，包括设置在水面上的安装台（1）以及安装在所述安装台（1）上的波浪能量转换装置（2），所述波浪能量转换装置（2）包括浮标（21）、绳缆（22）、发电机（23）、导管（24）、以及用于使所述绳缆（22）的一端往复运动的复位机构（25）；其中，所述发电机（23）、复位机构（25）和导管（24）的一端均固定安装在所述安装台（1）上，所述绳缆（22）穿设在所述导管（24）内，所述绳缆（22）缠绕在所述发电机（23）的转子上，且所述绳缆（22）的一端与所述浮标（21）连接，所述绳缆（22）的另一端与所述复位机构（25）连接；当所述浮标（21）随波浪向上运动时，所述绳缆（22）被所述浮标（21）向上牵拉，从而带动所述发电机（23）的转子转动以产生电能，同时牵引所述复位机构（25），使所述复位机构（25）积聚弹性势能；当所述浮标（21）随波浪向下运动时，所述绳缆（22）松弛，所述复位机构（25）释放弹性势能，并驱动所述发电机（23）的转子转动以产生电能。

2.根据权利要求1所述的波浪能量转换设备，其特征在于，多个所述波浪能量转换装置（2）等间距地分布在所述安装台（1）上。

3.根据权利要求1所述的波浪能量转换设备，其特征在于，所述导管（24）包括第一通管（241）、第二通管（242）和具有一定弯折角度的接头（243），所述第一通管（241）、第二通管（242）分别连接在所述接头（243）上，所述第一通管（241）垂直于海平面设置，所述第二通管（242）端部固定安装在所述安装台（1）上。

4.根据权利要求3所述的波浪能量转换设备，其特征在于，所述波浪能量转换装置（2）还包括安装在所述接头（243）内的导向轮（26）。

5.根据权利要求3所述的波浪能量转换设备，其特征在于，所述第一通管（241）、第二通管（242）分别与所述接头（243）通过焊接、螺纹及卡套中的任意一种方式连接。

6.根据权利要求1所述的波浪能量转换设备，其特征在于，所述复位机构（25）包括导轨（251）、弹性装置（252）和连接板（253），所述弹性装置（252）套设在所述导轨（251）上，所述连接板（253）可滑动地穿设在所述导轨（251）上并与所述弹性装置（252）抵接，所述绳缆（22）穿设固定在所述连接板（253）上。

7.根据权利要求6所述的波浪能量转换设备，其特征在于，所述导轨（251）包括第一轨道（2511）和第二轨道（2512），所述弹性装置（252）包括第一弹性装置（2521）和第二弹性装置（2522）；所述第一弹性装置（2521）套设在所述第一轨道（2511）上，所述第二弹性装置（2522）套设在所述第二轨道（2512）上，所述连接板（253）可滑动地穿设在所述第一轨道（2511）与第二轨道上（2512）并分别与所述第一弹性装置（2521）、第二弹性装置（2522）抵接，所述绳缆（22）穿设固定在所述连接板（253）上。

8.根据权利要求6或7所述的波浪能量转换设备，其特征在于，所述弹性装置（252）为中空的圆柱体。

9.根据权利要求1所述的波浪能量转换设备，其特征在于，所述波浪能量转换装置（2）还包括套设在所述发电机（23）的转子外部并与所述转子同步转动的转轮（27），所述转轮（27）外侧壁开设有用于容置所述绳缆（22）的螺纹槽。

10.根据权利要求1所述的波浪能量转换设备，其特征在于，所述浮标（21）为漂流式浮标。