CN105275725B - 一种海浪海流复合发电装置 - Google Patents

一种海浪海流复合发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海浪海流复合发电装置,包括:导轨总成、海浪跌荡能捕获装置和海流能捕获装置;导轨总成形成可上下窜动的机构,设置链条作为海浪跌荡能捕获装置基础传动件,海浪跌荡能捕获装置本体设有震荡浮子,震荡浮子与导轨总成可窜动部分固定,海浪跌荡能捕获装置设置两套链轮传动机构,通过链条与两套链轮传动机构的配合形式以及单向轴承的运用,实现海浪跌荡能捕获装置相对链条两个方向的移动形式各有一套链轮传动机构传递扭矩,且传递单独方向的扭矩,海流能捕获装置为海流驱动转动,又通过传动导向齿轮组将扭矩传递给海浪跌荡能捕获装置驱动的主动力齿轮上,两者通过超越离合器实现大扭矩传递,实现稳定发电。

Description

一种海浪海流复合发电装置
技术领域
[0001] 本发明涉及海洋能发电领域,特别涉及一种能够同时利用海浪跌荡和海流两种形 式能量的海浪海流复合发电装置。
背景技术
[0002] 现海洋占地球表面积的70%,海洋波浪能和洋流是用之不竭的可再生能源,如何 高效的利用波浪能和洋流能源,使之变为可利用的电能,是人们一直研究的重要课题。
[0003] 现有的波浪能俘获技术有:震荡水柱、筏式、收缩波道式、点吸收式、鸭式、摆式等。 震荡水柱波能装置其转动机构不与海水接触,防腐蚀性好,安全,维护方便;其缺点是二级 能量转换效率低,对小波浪能适应性不强,造价高昂。摆式波能装置,摆体的运动很适合波 浪大推力和低频的特性,摆式装置的转换效率较高,但现有的装置机械维修比较困难,容易 损坏。收缩波道式的优点是一级转换没有活动部件,可靠性好,维护费用低,系统出力稳定; 缺点是电站建造对地理地形要求高,不易推广。筏式装置,一级能量转换效率低,二级能量 转换也不高,且装置机构较为复杂,机械维修比较困难。点吸收式是采用震荡浮子方式获得 波浪能,其优点是波能转换效率高,转换机构可以设计成简单可靠的装置,地理位置要求不 尚,易于推广。
[0004] 现有的洋流能俘获技术有两种:水平轴涡轮机与垂直轴涡轮机,水平轴涡轮机需 迎流辅助装置,而垂直轴涡轮机则无需迎流辅助装置;本发明采用阻力型或升力型垂直轴 涡轮机。
[0005] 综上,现有海洋发电装置均为单纯利用海浪的跌荡或者流动的一种能量,各种方 案本身有自己的局限无法相结合,且造价地理位置要求均比较高。
发明内容
[0006] 本发明针对上述技术问题,提出一种成本低,能量捕获效果好,环境适应能力强, 且可同时利用海浪跌荡和流动两种能量的复合发电装置。
[0007]为达到以上目的,通过以下技术方案实现的:
[0008] 一种海浪海流复合发电装置,包括:导轨总成、海浪跌荡能捕获装置和海流能捕获 装置;
[0009] 导轨总成包括:能够稳定立于海面上的垂直导轨、套至于垂直导轨上的浮动套和 固定于垂直导轨上的链条;其中,链条的延伸方向与垂直导轨的延伸方向相同,浮动套能够 沿着垂直导轨的延伸方向自由往复移动;
[0010]海浪跌荡能捕获装置包括:震荡浮子,设置于震荡浮子上的整机安装壳体和依次 安装于整机安装壳体内部的永磁直驱发电机、第一链轮传动组件、第二链轮传动组件、主动 力齿轮、动力输出齿轮和飞轮组件;震荡浮子固定于浮动套上;
[0011]第一链轮传动组件包括:第一动力链轮、第一链轮轴、第一单向轴承和第一传动齿 轮;其中,第一动力链轮通过第一单向轴承与第一链轮轴单向传递扭矩装配,第一传动齿轮 与第一链轮轴同步转动装配;
[0012] 第二链轮传动组件包括:第二动力链轮、第二链轮轴、第二单向轴承和第二传动齿 轮;其中,第二动力链轮通过第二单向轴承与第二链轮轴单向传递扭矩装配,第二传动齿轮 与第二链轮轴同步转动装配;
[0013] 主动力齿轮转动装配于整机安装壳体内部,且同时与第一传动齿轮和第二传动齿 轮啮合;
[0014] 动力输出齿轮与主动力齿轮同轴且同步转动装配,其中动力输出齿轮同时与发电 动力齿轮和飞轮组件的惯性传动齿轮啮合;
[0015] 发电动力齿轮同步转动装配于永磁直驱发电机动力输入轴上;
[0016] 其中,第一单向轴承和第二单向轴承传递扭矩的旋转方向相同;
[0017] 其中,链条依次绕经第一动力链轮和第二动力链轮,且链条在此处绕经路径呈“S” 形;
[0018] 海流能捕获装置包括:垂直轴水轮、水轮轴套、水轮旋转套、水轮动力齿轮、第一直 齿轮轴、超越离合器、第一锥齿轮轴和动力锥齿轮;
[0019] 动力锥齿轮固定于主动力齿轮所在轴上,且与主动力齿轮所在轴同步转动装配;
[0020] 水轮轴套固定于浮动套上,且位于震荡浮子下方;水轮旋转套套至于水轮轴套外 壁,且通过轴承装配实现自由转动,垂直轴水轮固定于水轮旋转套上;
[0021] 水轮动力齿轮固定于水轮旋转套上;
[0022] 第一直齿轮轴同步转动装配于超越离合器扭矩输入端,第一锥齿轮轴同步转动装 配于超越离合器扭矩输出端,其中第一直齿轮轴的直齿轮部分与水轮动力齿轮啮合;
[0023] 动力锥齿轮与第一锥齿轮轴的锥齿轮部分啮合。
[0024] 作为优选结构,垂直导轨上端设置有固定平衡架,且固定平衡架设置有大于等于3 个的牵引固定锚索,此结构目的在于使垂直导轨可稳定立于水面,进而固定平衡架的形态 和牵引固定锚索的数量根据实际情况而定。
[0025]作为优选结构,垂直轴水轮采用升力型垂直轴水轮或者阻力型垂直轴水轮。
[0026]作为优选结构,垂直导轨与浮动套之间通过多个滑轮组件实现低阻窜动和导向。 [0027]作为优选结构,位于第一动力链轮上方和第二动力链轮下方均设置有用于张紧链 条依次绕经第一动力链轮和第二动力链轮的“S”形绕经路径部分的张紧轮。
[0028]采用上述技术方案的本发明,海浪跌荡能捕获装置运行原理是通过震荡浮子的跌 荡实现震荡浮子上整个机构与垂直导轨的相对运动,进而链条与第一动力链轮和第二动力 链轮配合传递动力,且最终实现单向扭矩传动;
[0029] 运动形式为以下两种:
[0030]第一种,当震荡浮子上升时,由于链条呈“S”形先后绕经第一动力链轮和第二动力 链轮,那么此时第一动力链轮和第二动力链轮旋转方向相反,又由于第一动力链轮和第二 动力链轮的单向轴承保证的是他们旋转传递扭矩方向相同,那么此时只有一个动力链轮传 递扭矩,另一个空转,传递扭矩的动力链轮将扭矩继续传递给对应的传动齿轮,传动齿轮将 扭矩传递给主动力齿轮,最终通过动力输出齿轮与发电动力齿轮配合传动带动发电机发 电;
[0031]第二种,当震荡浮子下降时,此时机构工作原理与震荡浮子上升时相同,由于相对 运动方向相反,那么上一次传递扭矩的动力链轮此时空转,上一次空转的动力链轮此时传 递扭矩;
[0032]这样就通过两个传动机构保证无论震荡浮子上升还是下降最终通过主动力齿轮 传递的扭矩都是单向的。
[0033]海流能捕获装置运行原理,通过水轮轴套、水轮旋转套和轴承装配实现转动机构, 垂直轴水轮在水流作用下带动水轮旋转套旋转,进而水轮旋转套上的水轮动力齿轮旋转, 带动第一直齿轮轴转动,此时在超越离合器的作用下,判断是否传递扭矩给第一锥齿轮轴 转动;第一锥齿轮轴如果转动将扭矩传递给动力锥齿轮,最终将扭矩传递给与动力锥齿轮 同轴的动力输出齿轮。
[0034] 上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段, 而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够 更明显易懂,以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。
附图说明
[0035] 本发明共11幅附图,其中:
[0036]图1为本发明的整体结构示意图。
[0037]图2为本发明的海浪跌荡能捕获装置和海流能捕获装置的主视结构示意图。
[0038]图3为图2的俯视图。
[0039]图4为图2的垂直轴水轮位置俯视图。
[0040]图5为本发明的海浪跌荡能捕获装置和海流能捕获装置的侧视结构示意图。
[0041]图6为图5的俯视图。
[0042]图7为本发明的震荡浮子上升时传动部分结构示意图。
[0043]图8为本发明的震荡浮子下降时传动部分结构示意图。
[0044]图9为升力型垂直轴水轮工作状态示意图。 …
[0045]图10为本发明采用阻力型垂直轴水轮主体部分侧视结构示意图。
[0046]图11为阻力型垂直轴水轮工作状态示意图。
[0047]、图中:1、导轨总成,H、垂直导轨,i .2、浮动套,13、链条,14、固定平衡架,15、 牵引固走fel索,I.6、滑轮组件,1 _7、张紧轮,2、浪跌荡能捕获装置,2.1、震荡浮子,2.2、整机 安装壳体,2.3、永磁直驱发电机,2.4、主动力齿轮,2.5、飞轮组件,2.6、第一动力链轮,2.7、 第一链轮轴,2.8、第一单向轴承,2.9、第一传动齿轮,2.1〇、第二动力链轮,2.11、第二链轮 轴,2.12、第一单向轴承,2 • I3、第一传动齿轮,2 • 14、发电动力齿轮,2 • 15、动力输出齿轮,3、 海流能捕获装置,3 • 1、垂直轴水轮,3 • 2、水轮轴套,3 • 3、水轮旋转套,3 • 4、水轮动力齿轮, 3 _5、第一直齿轮轴,3.6、超越呙合器,3.7、第一锥齿轮轴,3.8、动力锥齿轮。
具体实施方式 _8]如图1至图11所示的一种海浪海流复合发电装置,包括:导轨总成丄、海浪跌荡能捕 获装置2和海流能捕获装置3;
[0049]导轨总成1包括:能够稳定立于海面上的垂直导轨〖•丨、套至于垂直导轨丨.丨上的浮 动套1.2和固走于垂直导轨1.1上的链条1_ 3;其中,链条1.3的延伸方向与垂直导轨1.1的延 伸方向相同,浮动套1.2能够沿着垂直导轨1 • 1的延伸方向自由往复移动;
[0050]海浪跌荡能捕获装置2包括:震荡浮子2.1,设置于震荡浮子2.1上的整机安装壳体 2.2和依次安装于整机安装壳体2_2内部的永磁直驱发电机2.3、第一链轮传动组件、第二链 轮传动组件、主动力齿轮2 • 4、动力输出齿轮2 • 15和飞轮组件2.5;震荡浮子2 _ 1固定于浮动 套1.2上;
[0051]第一链轮传动组件包括:第一动力链轮2 • 6、第一链轮轴2.7、第一单向轴承2 • 8和 第一传动齿轮2.9;其中,第一动力链轮2.6通过第一单向轴承2.8与第一链轮轴2.7单向传 递扭矩装配,第一传动齿轮2.9与第一链轮轴2.7同步转动装配;
[0052]第二链轮传动组件包括:第二动力链轮2 • 10、第二链轮轴2.11、第二单向轴承2 • 12 和第二传动齿轮2.13;其中,第二动力链轮2.10通过第二单向轴承2.12与第二链轮轴2.11 单向传递扭矩装配,第二传动齿轮2.13与第二链轮轴2.11同步转动装配;
[0053] 主动力齿轮2 • 4转动装配于整机安装壳体2 • 2内部,且同时与第一传动齿轮2 • 9和 第二传动齿轮2.13啮合;
[0054]动力输出齿轮2.15与主动力齿轮2.4同轴且同步转动装配,其中动力输出齿轮 2.15同时与发电动力齿轮2.14和飞轮组件2.5的惯性传动齿轮啮合;
[0055] 发电动力齿轮2.14同步转动装配于永磁直驱发电机2.3动力输入轴上;
[0056] 其中,第一单向轴承2.8和第二单向轴承2.12传递扭矩的旋转方向相同;
[0057] 其中,链条1.3依次绕经第一动力链轮2.6和第二动力链轮2.10,且链条1 • 3在此处 绕经路径呈“S”形;
[0058] 海流能捕获装置3包括:垂直轴水轮3.1、水轮轴套3.2、水轮旋转套3.3、水轮动力 齿轮3.4、第一直齿轮轴3.5、超越离合器3 •6、第一锥齿轮轴3 • 7和动力锥齿轮3 • 8;
[0059] 动力锥齿轮3.8固定于主动力齿轮2.4所在轴上,且与主动力齿轮2 • 4所在轴同步 转动装配;
[0060] 水轮轴套3.2固定于浮动套1 • 2上,且位于震荡浮子2 • 1下方;水轮旋转套3 • 3套至 于水轮轴套3.2外壁,且通过轴承装配实现自由转动,垂直轴水轮3.1固定于水轮旋转套3 • 3 上;
[0061] 水轮动力齿轮3.4固定于水轮旋转套3.3上;
[0062] 第一直齿轮轴3.5同步转动装配于超越离合器3 •6扭矩输入端,第一锥齿轮轴3 • 7 同步转动装配于超越离合器3 •6扭矩输出端,其中第一直齿轮轴3 •5的直齿轮部分与水轮动 力齿轮3_4啮合;
[0063] 动力锥齿轮3.8与第一锥齿轮轴3 • 7的锥齿轮部分啮合。
[0064] 作为优选结构,垂直导轨1.1上端设置有固定平衡架1.4,且固定平衡架1.4设置有 大于等于3个的牵引固定锚索1 • 5,此结构目的在于使垂直导轨1 • 1可稳定立于水面,进而固 定平衡架1.4的形态和牵引固定锚索1.5的数量根据实际情况而定。
[0065] 作为优选结构,垂直轴水轮3 • 1采用升力型垂直轴水轮或者阻力型垂直轴水轮。 [0066]作为优选结构,垂直导轨1_1与浮动套1_2之间通过多个滑轮组件1.6实现低阻窜 动和导向。
[0067]作为优选结构,位于第一动力链轮2.6上方和第二动力链轮2.1〇下方均设置有用 于张紧链条1.3依次绕经第一动力链轮2 •6和第二动力链轮2 •10的“S”形绕经路径部分的张 紧轮1.7。
[0068]采用上述技术方案的本发明,海浪跌荡能捕获装置2运行原理是通过震荡浮子2.1 的跌荡实现震荡浮子2.1上整个机构与垂直导轨1.1的相对运动,进而链条3与第一动力 链轮2 • 6和第二动力链轮2 • 10配合传递动力,且最终实现单向扭矩传动;
[0069] 运动形式为以下两种:
[0070]第一种如图7所示,当震荡浮子2.1上升时,由于链条1.3呈“S”形先后绕经第一动 力链轮2 • 6和第二动力链轮2 • 10,那么此时第一动力链轮2 • 6逆时针旋转,第二动力链轮 2 • 10顺时针旋转,又由于第一动力链轮2 •6和第二动力链轮2 • 10的单向轴承保证的是使主 动力齿轮2.4为逆时针方向他们旋转传递扭矩方向相同(假定第一动力链轮2.6和第二动力 链轮2 • 10均为顺时针转动传递扭矩),那么此时只有第二动力链轮2 • 10传递扭矩,第一动力 链轮2 • 6逆时针空转,进而第二动力链轮2 • 10带动主动力齿轮2 • 4转动,动力输出齿轮2.15 同步转动带动发电动力齿轮2• 14转动实现发电机发电(此过程中海流能捕获装置3同步工 作,且通过超越离合器3 •6判断最大扭矩传递);
[0071] 第二种如图8所示,当震荡浮子2.1下降时,此时机构工作原理与震荡浮子2.1上升 时相同,由于相对运动方向相反,那么上一次传递扭矩的动力链轮(第二动力链轮2.10逆时 针转动)空转,上一次空转的动力链轮(第一动力链轮2 •6顺时针旋转)此时传递扭矩,进而 第一动力链轮2 • 6转动带动主动力齿轮2 • 4转动,动力输出齿轮2 • 15同步转动带动发电动力 齿轮2.14转动实现发电机发电(此过程中海流能捕获装置3同步工作,且通过超越离合器 3.6判断最大扭矩传递
[0072] 这样就通过两个传动机构保证无论震荡浮子2.1上升还是下降最终通过主动力齿 轮2.4传递的扭矩都是单向的。
[0073] 海流能捕获装置3运行原理,通过水轮轴套3.2、水轮旋转套3 • 3和轴承装配实现转 动机构,垂直轴水轮3 • 1在水流作用下带动水轮旋转套3 •3旋转,进而水轮旋转套3 •3上的水 轮动力齿轮3 • 4旋转,带动第一直齿轮轴3 • 5转动,此时在超越离合器3.6的作用下,判断是 否传递扭矩给第一锥齿轮轴3 • 7转动;第一锥齿轮轴3.7如果转动将扭矩传递给动力锥齿轮 3.8,最终将扭矩传递给与动力锥齿轮3 •8同轴的动力输出齿轮2 •15。
[0074] 以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽 然本发明己以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人 员在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上诉揭示的技术内容做出些许更动或修饰为 等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对 以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1. 一种海浪海流复合发电装置,其特征在于:包括,导轨总成(1)、海浪跌荡能捕获装置 (2)和海流能捕获装置⑶; 所述导轨总成(1)包括:能够稳定立于海面上的垂直导轨(1.1)、套至于垂直导轨(1 • 1;) 上的浮动套(1.2)和固定于垂直导轨(1.1)上的链条d.3);其中,链条(1_3)的延伸方向与 垂直导轨(1 • 1)的延伸方向相同,浮动套(1 • 2)能够沿着垂直导轨(1.1)的延伸方向自由往 复移动; 所述海浪跌荡能捕获装置⑵包括:震荡浮子(2.1),设置于震荡浮子(2_ D上的整机安 装壳体(2.2)和依次安装于整机安装壳体(2 • 2)内部的永磁直驱发电机(2.3)、第一链轮传 动组件、第二链轮传动组件、主动力齿轮(2 • 4)、动力输出齿轮(2 • 15)和飞轮组件(2.5);所 述震荡浮子(2.1)固定于浮动套(1.2)上; ^ 所述第一链轮传动组件包括:第一动力链轮(2.6)、第一链轮轴(2.7)、第一单向轴承 (2 • S)和第一传动齿轮(2 • 9);其中,第一动力链轮(2 • 6)通过第一单向轴承(2.8)与第一链 轮轴(2 • 7)单向传递扭矩装配,第一传动齿轮(2 •9)与第一链轮轴(2 • 7)同步转动装配; 所述第二链轮传动组件包括:第二动力链轮(2.10)、第二链轮轴(2.11)、第二单向轴承 (2.12)和第二传动齿轮(2.1¾ ;其中,第二动力链轮(2.1〇)通过第二单向轴承(2.12)与第 二链轮轴(2.11)单向传递扭矩装配,第二传动齿轮(2.13)与第二链轮轴(2.11)同步转动装 配; 主动力齿轮(2.4)转动装配于整机安装壳体(2.2)内部,且同时与第一传动齿轮(2.9) 和第二传动齿轮(2.13)啮合; 动力输出齿轮(2.15)与主动力齿轮(2.4)同轴且同步转动装配,其中动力输出齿轮 (2 • 15)同时与发电动力齿轮(2 • 14)和飞轮组件(2.5)的惯性传动齿轮啮合; 发电动力齿轮(2.14)同步转动装配于永磁直驱发电机(2.3)动力输入轴上; 其中,第一单向轴承(2.8)和第二单向轴承(2.12)传递扭矩的旋转方向相同; 其中,链条(1.3)依次绕经第一动力链轮(2.6)和第二动力链轮(2.10),且链条(1 • 3)在 此处绕经路径呈“S”形; 海流能捕获装置(3)包括:垂直轴水轮(3.1)、水轮轴套(3.2)、水轮旋转套(3.3)、水轮 动力齿轮(3.4)、第一直齿轮轴(3 • 5)、超越离合器(3.6)、第一锥齿轮轴(3.7)和动力锥齿轮 (3.8); 所述动力锥齿轮(3.8)固定于主动力齿轮(2.4)所在轴上,且与主动力齿轮(2.4)所在 轴同步转动装配; 所述水轮轴套(3.2)固定于浮动套(1.2)上,且位于震荡浮子(2.1)下方;所述水轮旋转 套(3.3)套至于水轮轴套(3.2)外壁,且通过轴承装配实现自由转动,所述垂直轴水轮(3 • 1) 固定于水轮旋转套(3.3)上; 所述水轮动力齿轮(3.4)固定于水轮旋转套(3.3)上; 所述第一直齿轮轴(3.5)同步转动装配于超越离合器(3.6)扭矩输入端,第一锥齿轮轴 (3 • 7)同步转动装配于超越离合器(3 • 6)扭矩输出端,其中第一直齿轮轴(3 • 5)的直齿轮部 分与水轮动力齿轮(3.4)啮合; 所述动力锥齿轮(3.8)与第一锥齿轮轴(3.7)的锥齿轮部分啮合。
2. 根据权利要求1所述的一种海浪海流复合发电装置,其特征在于:所述垂直导轨 (1.1) 上端设置有固定平衡架(1.4),且固定平衡架(1.4)设置有大于等于3个的牵引固定細 索(1 • 5) 〇
3. 根据权利要求1所述的一种海浪海流复合发电装置,其特征在于:所述垂直轴水轮 (3.1) 采用升力型垂直轴水轮或者阻力型垂直轴水轮。
4. 根据权利要求1所述的一种海浪海流复合发电装置,其特征在于:所述垂直导轨 (1 • 1)与浮动套(1.2)之间通过多个滑轮组件(1 •6)实现低阻窜动和导向。
5.根据权利要求1所述的一种海浪海流复合发电装置,其特征在于: 位于第一动力链轮(2_6)上方和第二动力链轮(2.10)下方均设置有用于张紧链条 (1 •3)依次绕经第一动力链轮(2 •6)和第二动力链轮(2.1〇)的“S”形绕经路径部分的张紧轮 (1.7)。 ~
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