CN104847576B - 漂浮式海浪能量转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明给出一种漂浮式海浪能量转换装置，主要解决利用牵引绳直接与采能器连接，易造成采能器单向偏转，效率转化不高，无法获得稳定能量输出的问题。它包括基座、发电机、液压马达、采能器和换能器；其中，基座设有固定杆，该固定杆包括环形齿轮部和光轴部；采能器设有与环形齿轮部配合的齿轮，该齿轮一轴端设有牵引绳缠绕轮，采能器套置在光轴部上并能上下移动；换能器包括缸体、活塞、端盖和牵引绳，牵引绳连接在活塞和牵引绳缠绕轮之间，采能器下端的端盖与活塞之间设置套有螺旋弹簧的导向柱，该导向柱穿出端盖且与端盖间隙配合。它利用与环形齿轮部相配合的齿轮通过牵引绳带动活塞往复运动，提高能量转换效率，获得稳定的能量输出。

Description

漂浮式海浪能量转换装置

技术领域

该方案涉及一种无序海浪动能转换装置，具体地说是一种漂浮式海浪能量转换装置。

背景技术

海洋面积占地球面积的71％，海浪能在海洋能源中占有重要的比重，是一种丰富、可靠且取之不尽用之不竭的可靠能源。海水的波浪动能蕴藏着巨大的能量，据估算，世界海洋中比较容易利用的波浪能达到700亿千瓦以上，具有巨大的开发潜能。

我国拥有1.8万公里海岸线，且近海受季风气候的影响，特别是在冬季强烈的偏北风作用下，从黄海至南海形成一条东北至西南走向的大波浪带，平均海浪高度在2米以上，周期在4～8秒，具有十分可观的开发潜力。

多年以来，有关波浪能发电的研究持续推进，出现了多种设想，如近年英国等西欧国家开发应用的浮筒式海蛇技术，他们使用几个串联在一起的浮筒骑在海浪上，利用海浪的起伏波角变化来推动浮筒的活塞发电，此种方式虽作为一种新的海浪发电理念被提出，但是，因为海浪的起伏本身存在一定限度，使得角度变化很小，且它是垂直于波峰线的，所以一串浮筒只能对应很小角度的波浪，且波动效果也不好。而对于体积较大的漂浮物，随海浪一起波动时，其产生的晃动比较大，将其与牵引绳连接能够产生较大的牵引力；因此相较而言，目前大多数漂浮式海浪能量转换装置，主要还是利用漂浮在海面上的采能器随着海浪上下浮动，并通过牵引绳直接将采能器的机械能转换为液压缸(换能器)的压力势能，并进一步通过液压马达驱动发电机进行发电。

但是，由于采能器在实际中是随海浪一起进行的无序晃动，采能器的浮动并不是垂直方向上的规则往复运动，从而直接通过牵引绳直接将采能器的机械能转换为液压缸或者气缸的压力势能的过程中，很容易造成采能器单方向的偏转，使得效率转化不高，无法获得稳定的能量输出。

发明内容

针对上述现有技术中牵引绳直接与采能器连接，容易造成采能器单方向的偏转，使得效率转化不高，无法获得稳定的能量输出的问题，本发明的目的在于提供一种漂浮式海浪能量转换装置，它能够减轻采能器的无序晃动，使采能器的运动近似为垂直方向上的规则往复运动，并通过与环形齿轮轴相配合的齿轮带动牵引绳，有效提高能量转化效率，并获得稳定的能量输出。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种漂浮式海浪能量转换装置，其特征在于，包括基座、发电机、液压马达、采能器和换能器；

所述基座上设有固定杆，所述固定杆包括上方的环形齿轮部和下方的光轴部；

所述换能器包括缸体、活塞、端盖和牵引绳，所述缸体上端与工作平台下侧固定连接，所述端盖设置在所述缸体下端；所述活塞设置在所述缸体的内腔中，所述缸体内腔中充满液态介质，所述牵引绳一端与所述活塞下端中心处连接，另一端穿出所述端盖中心处设置的通孔；所述活塞下端设有导向柱，所述导向柱穿出所述端盖，且所述导向柱能沿轴向相对所述端盖移动，所述活塞与所述端盖之间的所述导向柱上套有螺旋弹簧；

所述采能器为圆筒形结构，其内部设有与所述环形齿轮部配合的齿轮，所述齿轮利用第一固定架设置在所述采能器的顶板上，所述齿轮的齿轮轴一端设有牵引绳缠绕轮；导向轮利用第二固定架设置在所述采能器的顶板上，所述牵引绳绕过导向轮后缠绕在所述牵引绳缠绕轮上；所述采能器的底板上设有支撑座，所述支撑座套置在所述光轴部上，所述采能器能相对所述光轴部上下移动；

所述发电机和液压马达设置在所述工作平台上侧，所述换能器驱动所述液压马达转动，所述液压马达带动所述发电机进行发电；

进一步地，所述光轴部上设有直线轴承，所述直线轴承设置在所述支撑座上。

进一步地，所述活塞下端中心处设有双头螺柱，所述双头螺柱下端设有与其螺纹连接的固定帽，所述固定帽中心处设有通孔，所述牵引绳穿过所述通孔后打成死结，该所述死结的直径大于所述通孔的直径。

进一步地，所述齿轮有多个，沿所述环形齿轮部均匀分布，且每个所述齿轮对应的一个所述导向轮、一个所述换能器、一个发电机和一个液压马达均沿所述环形齿轮部的中心均匀分布。

本发明的有益效果是：第一，本发明结构简单可靠，制作成本低廉，能够在海岸线进行大范围建造使用；第二，能够减轻采能器的无序晃动，使采能器的运动近似为垂直方向上的规则往复运动，并通过与环形齿轮轴相配合的齿轮带动牵引绳，有效提高能量转化效率，并获得稳定的能量输出；第三，采用多组均匀布置换能器，进一步提高一次能量转化利用效率，同时增强整个装置的整体稳定性。

附图说明

图1为本发明的轴视结构示意图；

图2为本发明的正视结构示意图；

图3为本发明中换能器结构示意图；

图4为本发明中采能器的正视结构示意图；

图5为本发明中采能器的俯视结构示意图。

图中：1基座，11固定杆，111环形齿轮部，112光轴部，2采能器，21齿轮，211牵引绳缠绕轮，22第一固定架，23第二固定架，231导向轮，24支撑座，241直线轴承，3工作平台，31发电机，32液压马达，33换能器，331牵引绳，332缸体，3321连接凸缘，3322端盖，333活塞，3331双头螺柱，3332固定帽，3333导向柱，3334螺旋弹簧。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明主要包括基座1、发电机31、液压马达32、采能器2和换能器33，主要原理是利用漂浮在海面上的采能器2随着海浪上下浮动，并通过牵引绳331直接将采能器2的机械能转换为换能器33的压力势能；其中，所述发电机31和液压马达32均设置在所述工作平台3上侧，所述换能器33进一步通过内部的液压介质驱动所述液压马达32转动，所述液压马达32带动所述发电机31进行发电。

以上本发明总体方案的整体描述，下面结合附图对本发明的技术方案和具体的结构进行详细的描述。

如图1所示，所述基座1为海底礁床或者人工制作的安装平台，固定杆11主要用来固定所述采能器2，其中，所述固定杆11下端固定设置在基座1上，该所述固定杆11包括上方的环形齿轮部111和下方的光轴部112。

如图3所示，所述换能器33包括缸体332、活塞333、端盖3322和牵引绳331，其主要原理是将采能器2随海浪上下浮动所产生的机械动能转化为活塞333的往复运动，并利用活塞333驱动所述缸体332中的液压介质运动，继而驱动液压马达32带动发电机31发电。

其中，如图3所示，所述缸体332上端与工作平台3下侧通过紧固螺栓固定连接；所述端盖3322设置在所述缸体332下端，具体实施例中，如图3所示，所述缸体332下端设有连接凸缘3321，所述述端盖3322与该所述连接凸缘3321通过紧固螺栓连接固定。

其中，如图3所示，所述活塞333设置在所述缸体332的内腔中，所述缸体332内腔中充满液态介质，该液态介质通常为液压油；所述牵引绳331一端与所述活塞333下端中心处连接，另一端穿出所述端盖3322中心处设置的通孔与采能器2连接。

具体实施例中，如图3所示，所述活塞333下端中心处设有双头螺柱3331，该所述双头螺柱3331上端与所述活塞333螺纹连接，所述双头螺柱3331下端设有与其螺纹连接的固定帽3332；其中，该所述固定帽3332为一端封闭的圆筒结构，其内侧设有螺纹，封闭端中心处设有通孔，所述牵引绳331由外侧穿过所述通孔后打成死结，该所述死结的直径大于所述通孔的直径，从而实现所述牵引绳331与所述固定帽3332的固定连接。

其中，如图3所示，所述活塞333下端设有导向柱3333，该所述导向柱3333为沿所述活塞333中心均匀分布的至少两个；在具体实施例中，所述导向柱3333优选两个，如图3所示，所述导向柱3333上端与所述活塞333固定连接，下端穿出所述端盖3322，所述导向柱3333与所述端盖3322间隙配合，且所述活塞333与所述端盖3322之间的所述导向柱3333上套有螺旋弹簧3334；这样，在所述牵引绳331的拉动以及所述螺旋弹簧3334的共同作用下，所述活塞333相对于所述缸体332作往复运动，从而通过液压介质驱动液压马达32转动。

如图4所示，所述采能器2为圆筒形结构，其内部设有与所述环形齿轮部111配合的齿轮21，所述齿轮21利用第一固定架22设置在所述采能器2的顶板上，所述齿轮21的齿轮轴一端设有牵引绳缠绕轮211。

其中，具体实施例中，如图4所示，导向轮231利用第二固定架23设置在所述采能器2的顶板上，所述牵引绳331绕过导向轮231后缠绕在所述牵引绳缠绕轮211上；所述采能器2的底板上设有支撑座24，所述支撑座24套置在所述光轴部112上，且所述采能器2能相对所述光轴部112上下移动。

作为上述方案的进一步优化，为减少所述光轴部112与所述支撑座24之间的摩擦，增加所述采能器2的灵活性，减少能量损失；如图4所示，所述光轴部112上套有直线轴承241，具体实施例中，所述支撑座24的中心处在竖直方向上设有通孔，对置的两个直线轴承241嵌入所述通孔中，然后通过紧固螺钉将两个直线轴承241固定设置在所述支撑座24上。

这样，所述采能器2随海浪上下运动时，所述齿轮21带动所述牵引绳缠绕轮211旋转，然后通过所述牵引绳331带动所述活塞333往复运动，由于所述环形齿轮部111与所述齿轮21类似齿条齿轮配合，从而有效控制所述采能器2浮动时产生的无序偏转，使采能器2近似为垂直方向上的规则往复运动，有效提高能量转化效率，并获得稳定的能量输出。

进一步地，为提高一次能量转化效率，同时增强整个装置的整体稳定性，上述能量转换装置共有沿所述固定杆11中心均匀分布的四组；具体实施例中，如图5所示，每组中的所述齿轮21和所述导向轮231沿所述固定杆11中心均匀分布；相应地，如图1所示，每组中的所述换能器33、所述发电机31和所述液压马达32也沿所述固定杆11中心均匀分布。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种漂浮式海浪能量转换装置，其特征在于，包括基座（1）、发电机（31）、液压马达（32）、采能器（2）和换能器（33）；

所述基座（1）上设有固定杆（11），所述固定杆（11）包括上方的环形齿轮部（111）和下方的光轴部（112）；

所述换能器（33）包括缸体（332）、活塞(333）、端盖（3322）和牵引绳（331），所述缸体（332）上端与工作平台（3）下侧固定连接，所述端盖（3322）设置在所述缸体（332）下端；所述活塞（333）设置在所述缸体（332）的内腔中，所述缸体（332）内腔中充满液态介质，所述牵引绳（331）一端与所述活塞（333）下端中心处连接，另一端穿出所述端盖（3322）中心处设置的通孔；所述活塞（333）下端设有导向柱（3333），所述导向柱（3333）穿出所述端盖（3322），且所述导向柱（3333）能沿轴向相对所述端盖（3322）移动，所述活塞（333）与所述端盖（3322）之间的所述导向柱（3333）上套有螺旋弹簧（3334）；

所述采能器（2）为圆筒形结构，其内部设有与所述环形齿轮部（111）配合的齿轮（21），所述齿轮（21）利用第一固定架（22）设置在所述采能器（2）的顶板上，所述齿轮（21）的齿轮轴一端设有牵引绳缠绕轮（211）；导向轮（231）利用第二固定架（23）设置在所述采能器（2）的顶板上，所述牵引绳（331）绕过导向轮（231）后缠绕在所述牵引绳缠绕轮（211）上；所述采能器（2）的底板上设有支撑座（24），所述支撑座（24）套置在所述光轴部（112）上，所述采能器（2）能相对所述光轴部（112）上下移动；

所述发电机（31）和液压马达（32）设置在所述工作平台（3）上侧，所述换能器（33）驱动所述液压马达（32）转动，所述液压马达（32）带动所述发电机（31）进行发电。

2.根据权利要求1所述的漂浮式海浪能量转换装置，其特征在于，所述光轴部（112）上设有直线轴承（241），所述直线轴承（241）设置在所述支撑座（24）上。

3.根据权利要求1所述的漂浮式海浪能量转换装置，其特征在于，所述活塞（333）下端中心处设有双头螺柱（3331），所述双头螺柱（3331）下端设有与其螺纹连接的固定帽（3332），所述固定帽（3332）中心处设有通孔，所述牵引绳（331）穿过所述通孔后打成死结，该所述死结的直径大于所述通孔的直径。

4.根据权利要求1所述的漂浮式海浪能量转换装置，其特征在于，所述齿轮（21）为多个，沿所述环形齿轮部（111）均匀分布，且每个所述齿轮（21）与一个所述导向轮（231）、一个所述换能器（33）、一个发电机（31）、一个液压马达（32）都相对应，且所述导向轮（231）、所述换能器（33）、所述发电机（31）、所述液压马达（32）都是沿所述环形齿轮部（111）的中心均匀分布。