CN104454321B - 全封闭摆锤内感波浪发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全封闭摆锤内感波浪发电系统，由壳体和封闭在壳体内部的发电装置构成，壳体为空腔壳体，分为上下两部分，上半部分为形状为长方形浮筒，下半部分为形状为扇形的摆筒；浮筒和摆筒结合，相互贯通；所述发电装置由一级变速组件、二级变速组件、摆动组件和发电机成；发电机发出的电从单个壳体中通过旋转密封电缆汇总到发电中心，系统采用全包裹结构，使壳体得内部发电装置的工作环境与陆地工作环境相同或相近，基本无需维护，装置内部为框架结构，维修人员能进入内部维修，便于能量转化集中，本技术同时吸收波浪推进及抬举功，通过2级齿轮箱转换，发电装置的全封密结构，减少了能量转换装置在水中阻力，极大的提高了能量转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及新能源开发技术，特别涉及一种全封闭摆锤内感波浪发电系统。
背景技术
波能发电装置简称WEC，为英文Wave Energy Converter首字母缩写大都源于几种基本原理，即：
一、利用波浪压力的变化的振荡水柱式装置OWC: Oscillating Water Column；
二、利用波浪的沿岸爬升将波能转换成水的势能的聚波水库式装置OTD:Overtopping Devices；
三、利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动的摆式装置WAB: Wave ActuatedBodies。
这三种类型的WEC各有优缺点，但存在的共同问题是波能转换成电能的中间环节多，效率低，电力输出波动性大，这也是影响波浪发电大规模开发利用的主要原因之一。如何把分散的、低密度的、不稳定的波能吸收起来，集中、经济、高效地转化为有用的电能，并使得装置及其构筑物简单坚固和易于维护，能承受灾害性海洋气候的破坏和海水及海洋生物的侵蚀，实现安全运行，是波能开发中必须解决的问题和研究方向。
目前现有的波浪发电装置尚不能达到这种水平，因此需要设计一种更先进的结构方案，实现上述目标。
发明内容
本发明的目的就是为克服现有技术的不足，针对波能开发需要解决的问题，提供一种全封闭摆锤内感波浪发电系统的设计方案，系统采用全包裹结构将发电装置封密，以求通过全封密结构减少能量转换装置在水中阻力，进而提高能量转换效率。壳体采用流线结构，进而提高抗风浪性，同时维修方便，能承受灾害性海洋气候的破坏和海水及海洋生物的侵蚀。
本发明是通过这样的技术方案实现的：一种全封闭摆锤内感波浪发电系统，其特征在于，由壳体和封闭在壳体内部的发电装置构成，
所述壳体为空腔壳体，分为上下两部分，上半部分为形状为长方形浮筒，下半部分为形状为扇形的摆筒；浮筒和摆筒结合，相互贯通；
所述发电装置由一级变速组件、二级变速组件、摆动组件和发电机成；
所述一级变速组件包括主支撑箱体、主轴、一级变速大齿轮和一级变速小齿轮；
主支撑箱体为长方形空腔体，其长向两侧底部焊接在壳体的内腔，主支撑箱体的底面位于浮筒和摆筒结合处，主支撑箱体的底面与浮筒下底面处于同一水平面；
主支撑箱体的前后板上分别设有两个主轴孔，两个主轴孔在纵向轴线上同心，每个主轴孔上嵌装主轴套，一级主轴与主轴套紧密配合固定，一级主轴的两轴端分别和一个第一主轴承的内环紧密配合，第一主轴承的外环和一级变速大齿轮的轴孔紧密配合；通过第一主轴承，使一级主轴两轴端分别连接一个一级变速大齿轮；
一级变速大齿轮为扇形齿轮，和一级变速小齿轮啮合，通过一级变速小齿轮将动力传递给二级变速组件；一级变速大齿轮下端通过连接杆连接摆动组件的摆锤；
所述二级变速组件包括二级超越变速箱体、二级主轴、第二主轴承、两个超越离合器、二级变速扇齿轮、二级变速小齿轮；
二级超越变速箱体为长方形空腔体，其长底部焊接在主支撑箱体的上面，前后板上分别设有两个主轴孔，两个主轴孔在纵向轴线上同心，每个主轴孔上嵌装轴承架，第二主轴承的外环和轴承架内径紧密配合；
二级主轴的轴杆和两个第二主轴承的内环紧密配合，通过两个第二主轴承固定在二级超越变速箱体上，二级主轴的中部配合安装两个超越离合器、两个超越离合器上固定两个镜像对称的二级变速扇齿轮；二级主轴的两轴端分别连接一个一级变速小齿轮；
两个镜像对称的二级变速扇齿轮中间啮合二级变速小齿轮；二级变速小齿轮固定在发电机的电机轴上；
通过采用全包裹结构，将发电装置封装在壳体内，使壳体内部发电装置的工作环境与陆地工作环境相同或相近；
所述壳体上半部分的长方形浮筒承担装置的飘浮功能，下半部分的扇形的摆筒承担装置的摆动功能；
当壳体随着波浪摇摆时，摆动组件中的摆锤在重力作用下，相对于壳体处于垂直状态，而一级变速组件、二级变速组件和发电机则随壳体摆动，一级变速大齿轮与一级变速小齿轮之间保持啮合，一级变速小齿轮在摆动的同时转动， 通过二级主轴、两个超越离合器、二级变速扇齿轮和二级变速小齿轮传递动力到发电机的电机轴上，发电机发出的电从单个壳体中通过旋转密封电缆汇总到发电中心。
本发明有益效果是：系统采用全包裹结构，使壳体得内部发电装置的工作环境与陆地工作环境相同或相近，基本无需维护。装置内部为框架结构，维修人员能进入内部维修。对于能量转化集中，本技术同时吸收波浪推进及抬举功，通过2级齿轮箱转换，发电装置的全封密结构，减少了能量转换装置在水中阻力，极大的提高了能量转换效率。
由于全包裹结构，只有壳体和水接触，壳体为流线结构，整个挂在锚上，抗风浪性强。海中生物侵蚀的只是外壳，对能量装换主部件没有影响，能承受灾害性海洋气候的破坏和海水及海洋生物的侵蚀，全封闭结构。漂浮单点系泊。摆锤垂直自摆。
系统采用全包裹结构将发电装置封密，通过全封密结构减少能量转换装置在水中阻力，进而提高能量转换效率。壳体采用流线结构，进而提高抗风浪性，同时维修方便，能承受灾害性海洋气候的破坏和海水及海洋生物的侵蚀。
附图说明
图1、全封闭摆锤内感波浪发电系统剖视图；
图2、发电装置爆炸图；
图3、发电装置轴测图；
图4、发电装置主视图；
图5、发电装置侧视图；
图6、发电装置剖视图；
图7、发电装置俯视图；
图8、壳体主视图；
图9、壳体侧视图；
图10、壳体俯视图。
图中：1. 壳体，2. 一级变速组件，3. 二级变速组件，4. 摆动组件，5. 发电机；
101. 浮筒，102. 摆筒；
21. 主支撑箱体，22. 主轴，23. 一级变速大齿轮，24. 一级变速小齿轮，25.第一主轴承，2101.主轴套；
31. 二级超越变速箱体，32. 二级主轴，33. 第二主轴承，34.超越离合器，35. 二级变速扇齿轮， 36. 二级变速小齿轮， 3101. 轴承架；
41. 连接杆，42. 摆锤，51. 电机轴。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：
如图1-图10所示，一种全封闭摆锤内感波浪发电系统，由壳体1和封闭在壳体1内部的发电装置构成，
所述壳体1为空腔壳体，分为上下两部分，上半部分为形状为长方形浮筒101，下半部分为形状为扇形的摆筒102；浮筒101和摆筒102结合，相互贯通；
所述发电装置由一级变速组件2、二级变速组件3、摆动组件4和发电机5构成；
所述一级变速组件2包括主支撑箱体21、主轴22、一级变速大齿轮23和一级变速小齿轮24；
主支撑箱体21为长方形空腔体，其长向两侧底部焊接在壳体1的内腔，主支撑箱体21的底面位于浮筒101和摆筒102结合处，主支撑箱体21的底面与浮筒101下底面处于同一水平面；
主支撑箱体21的前后板上分别设有两个主轴孔，两个主轴孔在纵向轴线上同心，每个主轴孔上嵌装主轴套2101，一级主轴22与主轴套2101紧密配合固定，一级主轴22的两轴端分别和一个第一主轴承25的内环紧密配合，第一主轴承25的外环和一级变速大齿轮23的轴孔紧密配合；通过第一主轴承25，使一级主轴22两轴端分别连接一个一级变速大齿轮23；
一级变速大齿轮23为扇形齿轮，和一级变速小齿轮24啮合，通过一级变速小齿轮2将动力传递给二级变速组件3；一级变速大齿轮23下端通过连接杆41连接摆动组件4的摆锤42；
所述二级变速组件3包括二级超越变速箱体31、二级主轴32、第二主轴承33、两个超越离合器34、二级变速扇齿轮35、二级变速小齿轮36；
二级超越变速箱体31为长方形空腔体，其长底部焊接在主支撑箱体21的上面，前后板上分别设有两个主轴孔，两个主轴孔在纵向轴线上同心，每个主轴孔上嵌装轴承架3101，第二主轴承33的外环和轴承架3101内径紧密配合；
二级主轴32的轴杆和两个第二主轴承33的内环紧密配合，通过两个第二主轴承33固定在二级超越变速箱体31上，二级主轴32的中部配合安装两个超越离合器34、两个超越离合器34上固定两个镜像对称的二级变速扇齿轮35；二级主轴32的两轴端分别连接一个一级变速小齿轮24；
两个镜像对称的二级变速扇齿轮35中间啮合二级变速小齿轮36；二级变速小齿轮36固定在发电机5的电机轴51上；
通过采用全包裹结构，将发电装置封装在壳体内，使壳体1内部发电装置的工作环境与陆地工作环境相同或相近；
所述壳体1上半部分的长方形浮筒101承担装置的飘浮功能，下半部分的扇形的摆筒102承担装置的摆动功能；
当壳体1随着波浪摇摆时，摆动组件4中的摆锤42在重力作用下，相对于壳体1处于垂直状态，而一级变速组件2、二级变速组件3和发电机5 则随壳体1摆动，一级变速大齿轮23与一级变速小齿轮24之间保持啮合，一级变速小齿轮24在摆动的同时转动， 通过二级主轴32、两个超越离合器34、二级变速扇齿轮35和二级变速小齿轮36传递动力到发电机5的电机轴51上，发电机5发出的电从单个壳体中通过旋转密封电缆汇总到发电中心。
发电构件的主支撑箱通过螺栓螺纹连接及焊接在主壳体上。主壳体完全封闭，放入水中，水线在主壳体如图所示处，取得最大水线。
1、摆锤通过螺纹固定在连接杆上
2、连接杆通过螺纹固定在一级变速大齿轮上。
3、一级变速大齿轮通过轴承及主轴定位连接在主支撑箱上。
4、主支撑箱通过螺纹及焊接和二级变速箱连接。
5、一级变速小齿轮通过轴承及二级主轴定位和二级变速箱连接。
6、两个超越离合器内轮通过键与二级主轴连接。
7、两个超越离合器外轮通过轴承与内轮连接。
8、二级变速扇齿轮与两个超越离合器外轮一体加工。
9、发电机通过螺纹与二级变速箱体连接。
10、二级变速小齿轮通过键与发电机轴连接。
动作原理
波浪的波峰波谷推动主壳体前后的起伏上下摆动，摆锤因为终点是轴承连接在主支撑箱上，所以摆锤由于重力，和主壳体做相对摆动。
摆锤相对摆动，带动一级大齿轮，转动。一级大齿轮带动一级小齿轮转动，一级小齿轮带动二级主轴转动，通过超越离合器，将二级主轴的转动化为二级小齿轮的单向传动，带动发电机发电。
发电机发出来的电，通过旋转密封电缆输出。
由于壳体长宽尺寸不一样，所以如果浪从侧边打来，壳体将自适应调整到窄边迎浪。
对于发电，在发电装置能力范围内的，壳体将吸收浪能用于发电。如海浪过高，则将从壳体外卸载，以保护发电装置。
根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。
Claims (1)
1.全封闭摆锤内感波浪发电系统，其特征在于，由壳体（1）和封闭在壳体（1）内部的发电装置构成；
所述壳体（1）为空腔壳体，分为上下两部分，上半部分为形状为长方形浮筒（101），下半部分为形状为扇形的摆筒（102）；浮筒（101）和摆筒（102）结合，相互贯通；
所述发电装置由一级变速组件（2）、二级变速组件（3）、摆动组件（4）和发电机（5）构成；
所述一级变速组件（2）包括主支撑箱体（21）、主轴（22）、一级变速大齿轮（23）和一级变速小齿轮（24）；
主支撑箱体（21）为长方形空腔体，其长向两侧底部焊接在壳体（1）的内腔，主支撑箱体（21）的底面位于浮筒（101）和摆筒（102）结合处，主支撑箱体（21）的底面与浮筒（101）下底面处于同一水平面；
主支撑箱体（21）的前后板上分别设有两个主轴孔，两个主轴孔在纵向轴线上同心，每个主轴孔上嵌装主轴套（2101），一级主轴（22）与主轴套（2101）紧密配合固定，一级主轴（22）的两轴端分别和一个第一主轴承（25）的内环紧密配合，第一主轴承（25）的外环和一级变速大齿轮（23）的轴孔紧密配合；通过第一主轴承（25），使一级主轴（22）两轴端分别连接一个一级变速大齿轮（23）；
一级变速大齿轮（23）为扇形齿轮，和一级变速小齿轮（24）啮合，通过一级变速小齿轮（24）将动力传递给二级变速组件（3）；一级变速大齿轮（23）下端通过连接杆（41）连接摆动组件（4）的摆锤（42）；
所述二级变速组件（3）包括二级超越变速箱体（31）、二级主轴（32）、第二主轴承（33）、两个超越离合器（34）、二级变速扇齿轮（35）、二级变速小齿轮（36）；
二级超越变速箱体（31）为长方形空腔体，其长底部焊接在主支撑箱体（21）的上面，前后板上分别设有两个主轴孔，两个主轴孔在纵向轴线上同心，每个主轴孔上嵌装轴承架（3101），第二主轴承（33）的外环和轴承架（3101）内径紧密配合；
二级主轴（32）的轴杆和两个第二主轴承（33）的内环紧密配合，通过两个第二主轴承（33）固定在二级超越变速箱体（31）上，二级主轴（32）的中部配合安装两个超越离合器（34）、两个超越离合器（34）上固定两个镜像对称的二级变速扇齿轮（35）；二级主轴（32）的两轴端分别连接一个一级变速小齿轮（24）；
两个镜像对称的二级变速扇齿轮（35）中间啮合二级变速小齿轮（36）；二级变速小齿轮（36）固定在发电机（5）的电机轴（51）上；
通过采用全包裹结构，将发电装置封装在壳体内，使壳体（1）内部发电装置的工作环境与陆地工作环境相同或相近；
所述壳体（1）上半部分的长方形浮筒（101）承担装置的漂浮功能，下半部分的扇形的摆筒（102）承担装置的摆动功能；
当壳体（1）随着波浪摇摆时，摆动组件（4）中的摆锤（42）在重力作用下，相对于壳体（1）处于垂直状态，而一级变速组件（2）、二级变速组件（3）和发电机（5） 则随壳体（1）摆动，一级变速大齿轮（23）与一级变速小齿轮（24）之间保持啮合，一级变速小齿轮（24）在摆动的同时转动， 通过二级主轴（32）、两个超越离合器（34）、二级变速扇齿轮（35）和二级变速小齿轮（36）传递动力到发电机（5）的电机轴（51）上，发电机（5）发出的电从单个壳体中通过旋转密封电缆汇总到发电中心。
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