CN105882892A - 具有锚链自动调整装置的波浪发电设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有锚链自动调整装置的波浪发电设备。本发明旨在提供一种低建造成本的波浪发电设备。其技术方案包括：附体系统、做功浮体、锚定系统、锚链自动调节装置、发电系统5。附体系统1被锚定系统3拉住，就会被拉进水中；当浮力和锚链的拉力达到平衡，浮体系统1会静止在水中，不会随波浪起伏。安装于附体系统1的发电系统5由于其齿条或液压杆随做功浮体2的运动而产生电能。锚链自动调节装置4根据潮汐的变化，可以调整缆绳的长度，从而让附体系统1的浮体永远在水面下的某点，与水面几乎保持稳定的距离，保证做功浮体2在支架的某个固定范围内运动。本发明建造成本较低，制造简单、安装容易、维修方便，具有较大的商业价值。

Description

具有锚链自动调整装置的波浪发电设备

技术领域

本发明涉及利用调整波浪发电设备适应潮差的装置，特别涉及一种令波浪发电设备在低潮时可以工作、在高潮时同样有效率的锚链自动调整装置。

技术背景

目前波浪发电设备在实际应用中存在以下几个问题：完全漂浮式波浪发电设备体积庞大，附体比做功浮体大很多，导致成本大增，难以有商业价值；打桩固定式或海底锚定式，又受到潮汐的影响，为了能兼顾高潮、低潮同样能做功，就必须加长固定装置，好让做功浮体不受潮汐的影响，都能正常工作；这样也导致建造成本大增。例如，目前世界上流行的单点浮体波浪发电设备，附体很长、很大，一头沉到静水层，起到阻尼的作用；另一头必须用一根很粗的管与做功浮体贯通，限制做功浮体的运动范围；而且，在静水层的阻尼浮体也不是与海床硬性链接，还是不能做到绝对静止，也会随做功浮体上下运动，只是幅度小很多；这样做功浮体与附体的相对运动行程就不大，输出功率就会降低，且附体由于很长、较大，也导致成本不低，难以有商业价值。

未来海床固定式波浪发电设备的发展趋势是：系泊成本低、接近硬性固定，投放成本低、效率高，建造成本低、容易安装、能在水面维修。只有效率高，才能充分攫取波浪能；只有建造成本低、容易安装、能在水面维修，总成本才会降低，才具有商业利用价值。

发明内容

本发明旨在提供一种兼具高效率、特别是面对高潮、低潮照样可以工作，而且成本还非常低的具有锚链自动调整装置的波浪发电设备。全球所有海域都有潮汐，有的潮差很大，达到8-9米，例如在英国；中国沿海的潮差在2.5-3.5米之间。由于波浪发电设备只利用表面的波能，所以，固定式波浪发电设备首要考虑的问题是如何适应低潮、高潮时都能有效地攫取波浪能。为了适应潮差，现在所有固定式波浪发电设备的支架都很长，这样是为了让做功浮体在低潮、高潮时都能工作。支架长，对于打桩固定式波浪发电设备增加的成本还不是很大；但是，对于海底锚定式波浪发电设备，成本就会增加很多。因为支架长，意味着重心高；为了平衡重心，支点就要做得很宽，就像电视塔脚座一样，这样才能平稳地漂浮在海面上。本发明由于采用了锚链自动调整装置，通过卷扬机收放钢缆或锚链，可以让附体随潮汐上下升降，始终固定在水面的某个位置，这样，支架就可以做得不长，仍能保障做功浮体有足够的运动空间，从而可以攫取最大波浪能。由于支架不长，附体在满足做功浮体需要的前提下，就可以尽量做得小，总体成本就会很低。又由于利用自动锚定装置，可以让附体通过锚链或钢缆硬性固定于海床，这样附体就基本上可以做到绝对静止，与做功浮体的相对运动就不会因为附体的上下移动而减小效率，可以让做功浮体获得最大的相对行程，从而使效率最高。由于效率高、成本低，使得本发明具有很好的商业价值。

本发明的工作原理：

实验证明：向下拉扯浮体的力大于浮力时，浮体会沉入水中，浮体的浮力和锚链的拉力达到平衡，浮体就会因锚链的长度而静止在水中某点，浮体就不会随波浪起伏，只会随波浪前后左右摆动。我们在这个浮体上面安装露出水面的支架，整体就会成为附体；再让另一个可以随波浪起伏的做功浮体与支架相对运动，就会产生能量；把这种能量转换成电能，就是波浪发电设备。

如图1，本发明由附体系统1、做功浮体2、锚定系统3、锚链自动调节装置4、发电系统5组成。

附体系统1被锚定系统3通过锚链拉住，当锚链的长度短于水面到海床的距离时，附体系统1就会被拉进水中，附体系统1的浮力和锚链的拉力达到平衡，浮体系统1会静止在水中，不会随波浪起伏。做功浮体2由于没有固定在海床，会随波浪上下起伏，这样就会与附体系统1产生相对运动，就会产生能量。安装于附体系统1的支架上部的发电系统5由于其齿条或液压杆随做功浮体2的运动而产生电能。锚链自动调节装置4根据潮汐的变化，可以调整缆绳的长度，从而让附体系统1的浮体永远在水面下的某点，与水面几乎保持稳定的距离，保证做功浮体2在支架的某个固定范围内运动，不会因为低潮时而碰着附体系统1的支架底部，也不会因为高潮时而碰着支架的上部，从而对支架造成破坏，同时有足够的做功行程，让发电设备输出最大电力。

本发明具有的有益效果：

1、利用锚链的拉力和附体的浮力，几乎就可以让附体系统1与海床有接近刚性的链接，不会随波浪的变化而产生上下运动；而这是其它漂浮式波浪发电设备梦寐以求的效果。

2、这样，附体系统1就可以做得较小，只要其总浮力大于自身的重力+做功浮体2的重力+保险浮力，就可以了；不必像其它漂浮发电设备那样，为了让附体获得足够的稳定而做得非常大。

3、由于附体系统1较小，所以占据的总成本就不大，接近做功浮体2的成本；而传统的漂浮式波浪发电设备的附体一般占据总体积的80％以上。

4、由于总体积不大，浮力不大，样固定设备的拉力也不大，重力锚就不大，需要的安装设备就较小，安装费用就会大幅度降低。

5、利用了锚链自动调节装置，可以使设备非常好地消除了潮差造成的不良影响。

附图说明

图1是本发明整体结构的正视图。

图2是本发明整体结构的俯视图。

图3是附体系统1的正视图、俯视图。

图4是附体浮体101的正视图、俯视图。

图5是做功浮体2的仰视图、正视图。

图6是锚定系统3的结构图。

图7是锚链自动调节装置4结构的正视图、俯视图。

图8是发电系统5的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，本实施例由附体系统1、做功浮体2、锚定系统3、锚链自动调节装置4、发电系统5组成；

如图3、4所示，附体系统1由附体浮体101、支架102、配重架103、配重物104组成，限位滑轮403平均安装于附体浮体101边缘；附体浮体101围绕轴心105呈对称分布，可以是圆环形，也可以是多边形，本文标示正六边圆筒形；配重物104的作用是降低整体重心，防止附体系统1因头重脚轻而倾倒；轴心105是附体系统1和做功浮体2的中心点；

如图5所示，做功浮体2是一个分级圆环体，也可以是分级方体，或者分级正多边体等；

如图6所示，锚定系统3由重力锚301、锚链302组成；锚链302可以是铁链，也可以是钢缆、高分子尼龙绳等牵引物；锚链302一头系着重力锚301，另一头系着链接架404的底部；

如图7所示，锚链自动调节装置4由卷扬机400、缆绳401、转弯滑轮402、限位滑轮403、链接架404、上浮体开关411、下浮体开关412等组成；缆绳401可以是钢缆、铁链、尼龙绳等；

如图8所示，发电系统5由发电机501、轴方向转换器502、齿条503等组成；发电机501、轴方向转换器502安装于支架104上，齿条503安装于做功浮体2上。

如图6所示，重力锚301沉于海底，通过锚链302拉住链接架404的底部，把附体系统1固定在海面，如图1。链接架404的上面系上缆绳401的一头，缆绳401的另一头连接上卷扬机400，卷扬机400固定在支架102上；即附体系统1通过缆绳401系上链接架404，附体系统1就能固定在海面上。

缆绳401经过转弯滑轮402、限位滑轮403，然后连接上链接架404的上部，就可以增加其灵敏度。缆绳可以是1根，也可以是30根，这里标示3根，因为3根容易确定一个平面。

卷扬机400可以安装在支架102的上面，也可以安装在侧面上浮体开关411的位置。卷扬机可以使用1台统一控制1-30条缆绳，说明书附图标示控制3条；也可以使用多台台卷扬机400，每台控制1条缆绳。

由于锚链302+缆绳401从附体浮体101底部算起的长度短于海平面到海床的距离，所以，附体浮体101就会没入水中；附体浮体101的浮力和锚链302的拉力达到一个平衡，附体浮体101就会静止在水面下某点，不会随波浪起伏。

而做功浮体2由于没有固定，会随波浪起伏，其上下距离等于波高410。由于有支架102的限定，它只能规则地随波浪上下运动，不会发生左右前后的位移。

齿条503固定在做功浮体2的中间点，发电机501、轴方向转换器502则固定在支架102上部中间位置；齿条503会随做功浮体2上下运动，上下运动产生的力矩会通过轴方向转换器502变成匀速单向的圆周运动，然后通过轴传递给发电机501，发电机501就会产生比较平稳的电力。

当涨潮时，水位会高过上浮体开关411，使其淹没，上浮体开关411闭合，卷扬机400反向转动，从而放松缆绳401；在附体浮体101的浮力作用下，附体系统1会整体上升，这样安装在支架102的上浮体开关411就会露出水面，呈断开状态，卷扬机400停止工作。水位不断上升，上浮体开关411不断露出水面，不断闭合，卷扬机400就会不断反转，缆绳不断被放松，直至到上平潮期，水位不再上升。由于有这样的控制，做功浮体2始终在上浮体开关411的下面工作，而不会撞上支架102的上部。

在退潮潮时，水位会低于下浮体开关412，使其露出水面，下浮体开关412闭合，卷扬机400正向转动，收缩缆绳401；在缆绳401的拉力作用下，附体系统1会整体下降，这样安装在支架102的下浮体开关412就会没入水中，呈断开状态，卷扬机400停止工作。水位不断下降，下浮体开关412不断露出水面，不断闭合，卷扬机400就会不断正转，缆绳不断被收紧，直至到下平潮期，水位不再下降。由于有这样的控制，做功浮体2始终在下浮体开关412的上面工作，而不会撞上附体浮体101的上部。

电路开关控制器，可以使用浮体开关，也可以使用电子感应开关，视成本和其它因素而定，本文采用浮体开关。

本发明不局限于上述具体的实施例或实施方式，只要由缆绳的伸缩导致附体系统1随潮汐上升和下降的波浪发电设备，就落入本方案的保护范围；至于缆绳采用什么材料、采用几台卷扬机、卷扬机安装在什么位置、一台卷扬机控制几条缆绳；卷扬机的控制开关采用浮体开关、或者其它方式的开关，只要使缆绳的伸缩周期与潮汐周期同步；附体浮体101采用何种形状，只要围绕轴心105对称布置，均落入本发明的保护范围之中。

上面结合附图对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前题做出各种变化。

Claims (5)

1.一种具有锚链自动调整装置的波浪发电设备，包括附体系统(1)、做功浮体(2)、锚定系统(3)、锚链自动调节装置(4)、发电系统(5)；其特征在于：

附体系统(1)由附体浮体(101)、支架(102)、配重架(103)、配重物(104)组成；

做功浮体(2)是一个分级圆环体，也可以是分级方体，或者分级正多边体等；

锚定系统(3)由重力锚(301)、锚链(302)组成；

锚链自动调节装置(4)由卷扬机(400)、缆绳(401)、转弯滑轮(402)、限位滑轮(403)、链接架(404)、上浮体开关(411)、下浮体开关(412)等组成；

发电系统(5)由发电机(501)、轴方向转换器(502)、齿条(503)等组成。

2.根据权利要求1所述的具有锚链自动调整装置的波浪发电设备，其特征在于：附体系统(1)由可伸缩的缆绳(401)和锚定系统(3)固定于海床，所使用的缆绳(401)是1-30条(本专利说明书附图标示的是3条)；缆绳(401)的伸缩周期与潮汐同步，一个涨潮期就是缆绳(401)的伸长期，一个退潮期就是缆绳(401)的缩短期；缆绳(401)通过卷扬机(400)的收放，可以让附体系统(1)随潮汐水位的高低保持在恒定的水平面，使支架(102)的上部不会因高潮而没入水中，也不会因低潮而让附体浮体(101)露出水面；缆绳(401)的材料可以是钢缆、高分子尼龙绳、铁链等。

3.根据权利要求1所述的具有锚链自动调整装置的波浪发电设备，其特征在于：由一台卷扬机(400)控制1-30条缆绳(401)；也可以在一套设备安装1-30台卷扬机(400)，每台卷扬机(400)控制1条揽绳(401)。

4.根据权利要求1所述的具有锚链自动调整装置的波浪发电设备，其特征在于：所述卷扬机(400)收放缆绳(401)是由上浮体开关(411)和下浮体开关(412)控制；涨潮时水位不断升高，上浮体开关(411)没入水中，电路就会闭合，卷扬机(400)就会反转放松缆绳(401)，让附体系统(1)上升；退潮时水位不断下降，下浮体开关(412)就会露出水面，电路就会闭合，让卷扬机(400)正转收紧缆绳(401)，附体系统(1)就会下降；电路控制可以使用上浮体开关(411)和下浮体开关(412)，也可以用电子开关或其它；可以使用卷扬机(400)收放缆绳，也可以使用棘轮等其它方式收放缆绳。

5.根据权利要求1所述的具有锚链自动调整装置的波浪发电设备，其特征在于：所述附体浮体(101)围绕轴心(105)呈对称分布，形成以轴心(105)为中心的中空浮体。