CN105756846A - 一种海边波浪推力发电装置及其漂浮机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海边波浪推力发电装置及其漂浮机构。漂浮机构包括用于漂浮在海面上的浮子和用于相对于海岸固定设置的支撑架，支撑架上设有用于在浮子升降浮动时对浮子导向的轨道，轨道和/或浮子上设有供浮子在上下浮动的过程中相对于支撑架前后漂移的漂移结构。本发明中支撑架和浮子通过漂移结构实现水平方向的相对移动，这样在浮子受海浪冲击上浮受推或下沉回位的过程中，海浪施加在浮子上的水平分力可通过浮子相对于支撑架在水平方向的漂移释放，以减少浮子作用在支撑架上的水平应力，保证浮子和支撑架之间不会出现相互卡滞的现象，从而本发明中漂浮机构具有在海浪潮汐的作用下平稳动作的优点。

Description

一种海边波浪推力发电装置及其漂浮机构
技术领域
本发明涉及一种海边波浪推力发电装置及其漂浮机构。
背景技术
目前，随着现代工业的蓬勃发展，能源已成为人类活动的物质基础，由于煤炭、石油、天然气等一次性常规能源有限，且不可再生。人们正在着手开发各种新型能源，例如太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能等等。尽管海洋能有巨大的发展潜力，但人类对波浪能的利用还是比较少的，波浪能是指液体表面波动所具有的能量，波浪能的能量受波高、周期以及迎波面的宽度的影响，因此对波浪能的收集方面的研发工作成为波浪能利用过程中十分重要的一环，现有的漂浮式发电装置由于漂浮相对运动产生则较为困难，结构复杂，装置运行的稳定性和可靠性还有待研究解决。
中国专利文献CN104100445A公开了一种“滚动浮子索动式岸边海浪发电装置”，包括安装在陆地上的发电机和随海浪上下浮动的滚动浮子，滚动浮子和发电机之间连接有传动机构和松紧自控兼避险装置，其中滚动浮子上连接有竖向延伸的传递杆，传递杆沿上下方向导向移动插装在支撑架的套筒中，并在传递杆上设有竖向延伸的索槽，索槽的上端为供传动机构的下牵引索端头固定的固定点，下端为供传动机构的上牵引索端头固定的固定点，以在滚动浮子在海浪的推动下上下浮动的过程中，传动杆在滚动浮子的推拉作用下带动上、下牵引索分别张紧和放松，从而通过传动机构带动发电机的输入端转动。但因海浪对滚动浮子进行推动的过程中，海浪施加在滚动浮子上的顶推力具有竖向和水平方向的分力，其中竖向分力会带动传动杆竖向升降，水平分力虽然会被滚动浮子的滚动卸去一部分，但仍然会有部分残余的水平分力作用在传动杆和套筒之间，导致传动杆容易被套筒别弯或别断，降低传动杆升降移动的顺畅程度，也就使得整个发电装置的动作稳定性降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种在海浪潮汐的作用下平稳动作的漂浮机构，同时还提供了一种使用该漂浮机构的海边波浪推力发电装置。
为了实现以上目的，本发明中漂浮机构的技术方案如下：
漂浮机构，包括用于漂浮在海面上的浮子和用于相对于海岸固定设置的支撑架，支撑架上设有用于在浮子升降浮动时对浮子导向的轨道，轨道和/或浮子上设有供浮子在上下浮动的过程中相对于支撑架前后漂移的漂移结构。
轨道沿竖直方向延伸，漂移结构包括浮子上设置的沿水平直线方向延伸的漂移长孔，漂移长孔的孔长大于轨道的最大外径，漂浮长孔的宽度方向的两侧孔壁面沿上下方向与轨道导向配合。
漂移结构包括轨道的在竖向倾斜的斜段或弯曲的弯段，所述浮子上设有沿斜段或弯段的延伸方向导向移动装配在轨道上的导向件。
所述斜段或弯段上设有沿延伸方向设置的导向槽，所述导向件为沿延伸方向导向滑动装配在导向槽中的滑块或滑杆。
所述漂浮结构有两处、并分别位于浮子的相对两侧，两漂浮结构分别对应于支撑架的两侧分别设置的轨道。
本发明中海边波浪推力发电装置的技术方案如下：
海边波浪推力发电装置，包括用于固定在海岸上的发电机和用于漂浮在海面上的漂浮机构，漂浮机构的输出端和发电机的输入端之间通过传动机构连接，漂浮机构包括用于漂浮在海面上的浮子和用于相对于海岸固定设置的支撑架，支撑架上设有用于在浮子升降浮动时对浮子导向的轨道，轨道和/或浮子上设有供浮子在上下浮动的过程中相对于支撑架前后漂移的漂移结构。
传动机构为用于在受推件受推击移动时带动发电机的转子转动、在受推件在回位时与发电机的转子脱开的间歇机构。
间歇机构包括连接在浮子上的牵引线和传动连接在发电机的转子上的惯性轮，牵引线从浮子上引出后绕经支撑架上装配的换向滑轮而连接有回位弹簧，回位弹簧用于连接在海岸上，换向滑轮用于在浮子上浮受推时牵引线拉紧回位弹簧、在浮子下沉回位时牵引线松开回位弹簧，并在牵引线上连接有用于回位弹簧拉紧或松开的过程中、与惯性轮的外周面摩擦配合而带动惯性轮转动的摩擦片。
牵引线上还连接有用于在浮子上浮受推时被拉紧、在浮子下沉回位时被松开的间歇弹簧，间歇弹簧处于惯性轮的上侧，间歇弹簧用于通过间歇支架固定在海岸上。
所述漂浮结构有两处、并分别位于浮子的相对两侧，两漂浮结构分别对应于支撑架的两侧分别设置的轨道。
本发明中支撑架和浮子通过漂移结构实现水平方向的相对移动，这样在浮子受海浪冲击上浮受推或下沉回位的过程中，海浪施加在浮子上的水平分力可通过浮子相对于支撑架在水平方向的漂移释放，以减少浮子作用在支撑架上的水平应力，保证浮子和支撑架之间不会出现相互卡滞的现象，从而本发明中漂浮机构具有在海浪潮汐的作用下平稳动作的优点。
附图说明
图1是本发明的发电装置的实施例1的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是本发明的发电装置的实施例2的结构示意图；
图4是图3的俯视图。
具体实施方式
本发明中海边波浪推力发电装置的实施例1：如图1和图2所示，该发电装置主要由漂浮机构、传动机构和发电机构三部分组成。
漂浮机构包括用于固定在海岸附近的海底上的支撑架101和装配在支撑架101上的浮子。支撑架101为框架，支撑架101主要由下框架1011、支撑立柱1012和上框架1013组成，其中支撑立柱1012有两组、并对称布置在上框架1013和下框架1011的左右两侧，每组支撑立柱1012有两个，同组中两支撑立柱1012前后间隔设置，以通过该支撑立柱1012在上框架1013和下框架1011的左右两侧起到支撑和导向的作用，即每个支撑立柱1012均是一条竖直延伸的竖直轨道。浮子包括方框形的主架体102，主架体102具有处于支撑立柱1012的前后两侧的横梁和处于两组支撑立柱1012的相背两侧的主纵梁，并在两横梁之间桥接固定有对称布置在左右两侧的两副纵梁1021，同侧的主纵梁和副纵梁1021左右间隔布置，以在主纵梁和副纵梁1021之间形成前后延伸的窄长的漂浮长孔，该漂浮长孔的宽度等于支撑立柱1012的外径、长度远大于支撑立柱1012的外径，以使主纵梁和副纵梁1021的相向两侧壁面与支撑立柱1012在上下方向导向滑动配合，同时支撑立柱1012可在漂浮长孔相对的前后漂移；主架体102的前侧固定有板面朝向前后方向的挡板1022，挡板1022的上下两侧均从主架体102的上下两侧伸出；主架体102左右两侧的主纵梁上还分别固定有用于带动其漂浮在海面上的漂浮气囊1023，以在主架体102的自重和漂浮气囊1023的浮力作用下，浮子可随着海浪浮沉。
传动机构包括从挡板1022上侧的两棱角上引出的牵引线104、装配在下框架1011前侧固定的悬臂架上的下换向滑轮1051和装配在上框架1013的前框边上的上换向滑轮1052，其中下换向滑轮1051和上换向滑轮1052均为定滑轮，两牵引线104从挡板1022引出后分别依次绕经下换向滑轮1051、上换向滑轮1052，两牵引线104的引出端之间桥接有左右延伸的摩擦片106，该摩擦片106为选用可弹性伸缩的布料，并在摩擦片106的后侧连接有前后延伸的回位弹簧107，回位弹簧107有两个、并相互平行布置，回位弹簧107的一端连接在摩擦片106上、另一端连接在海岸上固定的回位支架上。两牵引线104上还分别连接有处于摩擦片106之前的间歇弹簧108，间歇弹簧108竖向倾斜设置在摩擦片106的前方、回位弹簧107的上方，间歇弹簧108的下端连接在牵引线104上、上端连接在海岸上固定的间歇支架上。
发电机构包括固定在海岸上的发电机1091，由于回位弹簧107起到来回往复作用，该发电机既可以选用压电晶体发电机，也可以选用传统发电机，并在发电机的输入端上传动连接有两同轴布置的惯性轮109，两惯性轮109分别对应一条牵引线104布置、并处于摩擦片106之前，惯性轮109的外周面可与摩擦片106摩擦配合而带动发电机进行发电。
本实施例中发电装置的工作原理是：随着海岸边海浪的逼近，海浪会将挡板1022向后推动，同时海面会逐渐向上升起，以使浮子在挡板1022和漂浮气囊的带动下向后、向上漂移，同时随着浮子的上浮受推，挡板1022会向上拉动牵引线104，牵引线104经下换向滑轮1051和上换向滑轮1052换向后，同时将间歇弹簧108和回位弹簧107拉紧，以使摩擦片106向下、向前被拉动，并随着浮子所处部位的海面持续升高，摩擦片106会与惯性轮109的外周面摩擦配合而带动发电机发电；
随着海面海浪的退去，海浪会向前推动挡板1022，同时海面会逐渐下沉，以使浮子在挡板1022和漂浮气囊的带动下向前、向下漂移，同时随着浮子的下沉回位，挡板1022会向下松开牵引线104，牵引线104经换向后，同时将间歇弹簧108和回位弹簧107松开，以使摩擦片106在两弹簧的向上、向后的拉动下，从惯性轮109的上方绕过惯性轮109回位，避免摩擦片106带动惯性轮109反转。
在遇到大风大浪天气时，可以将小轮径的惯性轮109更换为大轮径的惯性轮109，以充分利用风浪的能量，同时也能够保证整个发电装置的正常运转。
本发明中海边波浪推力发电装置的实施例2：本实施例与实施例1的区别在于漂浮机构的不同，如图3和图4所示，漂浮机构包括用于固定在海岸附近的海底上的支撑架201和装配在支撑架201上的浮子203。支撑架201包括上下相对布置的上框架2013和下框架2011，上框架2013和下框架2011的后侧通过竖直延伸的撑托立柱支撑，上框架2013和下框架2011的前侧设有对称布置在左右两侧的弧形支柱2012，弧形支柱2012又是由自下而上逐渐向前倾斜的弧形弯杆组成，同一弧形立柱中弧形弯杆有两个、并前后间隔布置，以由两弧形弯杆形成在竖向完全的弯曲轨道，由两弧形弯杆之间的空隙形成沿延伸方向设置的导向槽。浮子203包括桥接在两弧形支柱2012之间的导向杆2031，导向杆2031的两端分别穿装在两导向槽中，且导向杆2031的两端分别从两导向槽中穿出，穿出部分上设有向前倾斜的止脱弯段；导向杆2031的中部固定有前后延伸的浮板2032，浮板2032的上侧固定有漂浮气囊2033、下侧固定有配重2034，且浮板2032为前端可俯仰摆动的摆动板体，浮板2032的前侧两棱角上与牵引线204的起始端连接。
本实施例中发电装置的工作原理是：在海浪逼近海岸时，随着海面的升起，浮板2032拖动导向杆2031在导向槽中升起，同时在海浪的前高后低的海面影响下，浮板2032的前侧相对于导向杆2031逐渐向上仰起，以拉动牵引线204的起始端向后、向上拉紧，以通过传动机构带动惯性轮209转动，实现发电；
在海浪退出海岸时，随着海面的落下，浮板在配重的作用下下沉，同时在海浪的前低后高的海面影响下，浮板的前侧相对于导向杆逐渐向下俯下，以拉动牵引线的起始端向下、向前回位，实现对间歇弹簧和回位弹簧的松开。
在上述实施例中，传动机构采用牵引线、摩擦片和惯性轮等组成，在其他实施例中，传动机构也可以采用齿轮齿条传动机构、棘轮棘爪传动机等代替，尤其在需要发电机转子单向转动时，可通过在转子和传动机构之间安装超越离合器实现，当然在为了保证主动部件和从动部件脱离后，发电机的转子仍然朝着一个方向转动，可在转子的主轴上安装飞轮，即在传动部件的输出端和转子之间安装保持转子惯性转动的飞轮，以增大转子的转动量。在上述实施例中，浮子和支撑架之间通过浮子上的漂浮长孔或支撑架上的弧形导向槽实现水平漂移，在其他实施例中，漂浮长孔也可以用漂浮长槽、孔隙等替换，弧形导向槽也可以用弧形轨道、倾斜导向槽等替换。
上述实施例1中，挡板与海平面呈垂直设置，在其他实施例中，挡板也可以与海平面呈倾斜设置。
在其他实施例中，下换向滑轮和上换向滑轮都可以设在上框架上，不浸泡在海水中，以利于不被海水腐蚀。
本发明中漂浮机构的实施例：本实施例中漂浮结构的结构与上述实施例中漂浮机构的结构相同，因此不再赘述。

Claims (10)

1.漂浮机构，包括用于漂浮在海面上的浮子和用于相对于海岸固定设置的支撑架，其特征在于，支撑架上设有用于在浮子升降浮动时对浮子导向的轨道，轨道和/或浮子上设有供浮子在上下浮动的过程中相对于支撑架前后漂移的漂移结构。
2.根据权利要求1所述的漂浮机构，其特征在于，轨道沿竖直方向延伸，漂移结构包括浮子上设置的沿水平直线方向延伸的漂移长孔，漂移长孔的孔长大于轨道的最大外径，漂浮长孔的宽度方向的两侧孔壁面沿上下方向与轨道导向配合。
3.根据权利要求1所述的漂浮机构，其特征在于，漂移结构包括轨道的在竖向倾斜的斜段或弯曲的弯段，所述浮子上设有沿斜段或弯段的延伸方向导向移动装配在轨道上的导向件。
4.根据权利要求3所述的漂浮机构，其特征在于，所述斜段或弯段上设有沿延伸方向设置的导向槽，所述导向件为沿延伸方向导向滑动装配在导向槽中的滑块或滑杆。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的漂浮机构，其特征在于，所述漂浮结构有两处、并分别位于浮子的相对两侧，两漂浮结构分别对应于支撑架的两侧分别设置的轨道。
6.海边波浪推力发电装置，包括用于固定在海岸上的发电机和用于漂浮在海面上的漂浮机构，漂浮机构的输出端和发电机的输入端之间通过传动机构连接，漂浮机构包括用于漂浮在海面上的浮子和用于相对于海岸固定设置的支撑架，其特征在于，支撑架上设有用于在浮子升降浮动时对浮子导向的轨道，轨道和/或浮子上设有供浮子在上下浮动的过程中相对于支撑架前后漂移的漂移结构。
7.根据权利要求6所述的海边波浪推力发电装置，其特征在于，传动机构为用于在受推件受推击移动时带动发电机的转子转动、在受推件在回位时与发电机的转子脱开的间歇机构。
8.根据权利要求7所述的海边波浪推力发电装置，其特征在于，间歇机构包括连接在浮子上的牵引线和传动连接在发电机的转子上的惯性轮，牵引线从浮子上引出后绕经支撑架上装配的换向滑轮而连接有回位弹簧，回位弹簧用于连接在海岸上，换向滑轮用于在浮子上浮受推时牵引线拉紧回位弹簧、在浮子下沉回位时牵引线松开回位弹簧，并在牵引线上连接有用于回位弹簧拉紧或松开的过程中、与惯性轮的外周面摩擦配合而带动惯性轮转动的摩擦片。
9.根据权利要求8所述的海边波浪推力发电装置，其特征在于，牵引线上还连接有用于在浮子上浮受推时被拉紧、在浮子下沉回位时被松开的间歇弹簧，间歇弹簧处于惯性轮的上侧，间歇弹簧用于通过间歇支架固定在海岸上。
10.根据权利要求6至9中任意一项所述的海边波浪推力发电装置，其特征在于，所述漂浮结构有两处、并分别位于浮子的相对两侧，两漂浮结构分别对应于支撑架的两侧分别设置的轨道。
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