CN105888956A - 一种回型杠杆式波浪能发电装置 - Google Patents

一种回型杠杆式波浪能发电装置 Download PDF

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Abstract

一种回型杠杆式波浪能发电装置，其属于海洋能发电领域。该装置将海洋表面的波浪能通过浮箱、回型杠杆、曲轴等机械方式收集并传递给转盘，由转盘带动发电机组发电，工艺结构简单。整个工艺结构只有浮箱置于海面，其他部分都可置于海面以上或岸上，降低了海洋大风、高盐、高湿等恶劣环境对装置的破坏。本装置的回型杠杆及杠杆两段硬质弹簧可将波浪能稳定利用，有效降低海面大风浪的拉伤破坏风险。本装置可安装后自动运转，不需要人员实施操控，节省人力资源成本。本装置结构全部为机械方式，不需要任何其他外力或能源、也没有任何污废排放，节能环境，可持久使用。

Description

一种回型杠杆式波浪能发电装置
技术领域
本发明涉及一种回型杠杆式波浪能发电装置，其属于海洋能发电领域。主要利用海面清洁、无穷的波浪能，将海洋表面上下波动的波浪动能通过大型浮箱、回型杠杆、曲轴等转换为驱动转盘转动，并带动发电机组运转发电的装置。
背景技术
波浪能是风吹动海洋表面形成波浪所具有的动能和势能，是最重要的海洋能之一。全世界波浪能的理论估算值为109kw量级，我国沿海波浪能理论年平均功率为1.3×107kw，浙江、福建、广东和台湾沿海波浪能最为丰富。将波浪能收集起来并转换为电能作为社会经济发展的能源补给是当前海洋能开发利用研究的主要领域。目前，已经研发成功的波浪能发电装置按照设计结构，有点头鸭式、波面筏式、波力发电船式、环礁式、整流器式、波流式等十多种，但是由于波浪能极不稳定，加上波浪能开发利用所处的海况多为风大、浪急、高盐、高湿等恶劣环境，成功投入实践应用的波浪能发电装置并不多，且都处于小规模海试。我国人口众多，能源资源有限，社会经济快速发展需要海量的能源供给驱动。目前，我国能源利用结构中70%以上为煤炭，煤炭等化石能源的大规模开发利用一方面破坏地质环境，最为突出的是煤炭大规模消费产生的雾霾等严重的环境污染问题。海洋波浪能是一种取之不尽、清洁环保的新型能源资源，研发经济可行、坚固耐用的波浪能发电装置，将无穷的波浪能转化为电能，是优化我国能源结构，实现绿色发展、解决环境问题的重要技术领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、坚固耐用、经济可行、自动运转的回型杠杆式波浪能发电装置。
本发明解决现有技术问题所采用的技术方案：一种回型杠杆式波浪能发电装置，它包括浮箱和回型杠杆，回型杠杆的一端与设置在浮箱上的浮箱连接杆柔性连接，回型杠杆另一端的杠杆旋球与曲轴一端的杠杆旋球巢柔性连接，回型杠杆作用在固定支柱上，浮箱连接杆上设有浮箱硬质弹簧；曲轴另一端的转盘连接杆旋球巢与转盘连接杆上的转盘连接杆旋球柔性连接，曲轴中段设有曲轴硬质弹簧；转盘连接杆固定连接在小转盘上，小转盘与大转盘同轴固定连接，大转盘外周上的大转盘齿轮与设置在发电机轴上的发电机轴端齿轮相配合；回型杠杆作用在固定支柱上的点为固定支点，固定支点到浮箱连接杆之间的回型杠杆为浮箱杠杆段，固定支点到曲轴之间的回型杠杆为曲轴杠杆段；所述浮箱杠杆段与曲轴杠杆段的长度比例大于3:1；所述大转盘可根据转动功率，设置若干个由其驱动的发电机组，以提高整体发电功率。
一种回型杠杆式波浪能发电装置的工作过程为：置于海洋表面的浮箱随波浪反复上浮-下沉，浮箱上浮时推动浮箱连接杆上升，以固定支点为杠杆支点，进而推动浮箱杠杆段上升则曲轴杠杆段下降，曲轴杠杆段带动曲轴下拉，通过转盘连接杆驱动小转盘转动，小转盘带动大转盘转动；浮箱下沉时拉动浮箱连接杆下降，以固定支点为杠杆支点，进而拉动浮箱杠杆段下降则曲轴杠杆段上升，曲轴杠杆段推动曲轴上升，通过转盘连接杆继续驱动小转盘转动，小转盘带动大转盘不停转动。大转盘通过转盘周边的齿轮驱动发电机轴快速旋转，发电机运转发电。浮箱随波浪如此反复地上下浮沉，将波浪能通过与之连接的回型杠杆、曲轴传递到转盘，转盘不停转动过程中以齿轮驱动多个发电机组稳定运转发电。
本发明专利的有益效果为：（1）该装置将海洋表面的波浪能通过浮箱、回型杠杆、曲轴等机械方式收集并传递给转盘，由转盘带动发电机组发电，工艺结构简单。（2）浮箱杠杆段与曲轴杠杆段的长度比例大于3:1，一方面可以提升曲轴驱动转盘的力量，提高转盘带动发电机组的数量，增加发电效率，另一方面，可以有效压缩海面波浪大小引起的波幅变化，降低大风浪对发电装置的拉伤风险。（3）回型杠杆为反回型“”， 回型杠杆与浮箱连接端、回型杠杆与曲轴连接端分别设有硬质弹簧，硬质弹簧能在强力作用下升缩，可有效调节波浪的波高变幅，防止大风浪引起的过高或过低波峰、波谷拉伤波浪能发电装置。（4）由于大转盘上的齿轮与发电机轴端齿轮之间轮径差异较大，大转盘齿轮慢速转动传递到发电机轴端齿轮会加速发电机运转，提高发电效率。（5）整个工艺结构只有浮箱置于海面，其他部分都可置于海面以上或岸上，降低了海洋大风、高盐、高湿等恶劣环境对装置的破坏。（6）本装置安装后可自动运转，不需要人员实时操控，节省人力资源成本。（7）本装置结构全部为机械方式，不需要任何其他外力或能源、也没有任何污废排放，节能环境，可持久使用。
附图说明
图1是一种回型杠杆式波浪能发电装置的结构图。
图2是发电装置中转盘的主视图。
图3是曲轴的放大图。
图中：1、浮箱，2、回型杠杆，2a、浮箱杠杆段，2b、曲轴杠杆段，2c、杠杆旋球，3、固定支柱，3a、固定支点，4、曲轴，4a、曲轴硬质弹簧，4b、转盘连接杆旋球巢，4c、杠杆旋球巢，5、转盘连接杆，5a、转盘连接杆旋球，6、发电机组，7、固定支架，8、小转盘，9、大转盘，10、大转盘齿轮，11、浮箱连接杆，11a、浮箱硬质弹簧，12、转盘轴，13、发电机轴，13a、发电机轴端齿轮。
具体实施方式
图1-3示出了一种回型杠杆式波浪能发电装置，它包括浮箱1和回型杠杆2，回型杠杆2的一端与设置在浮箱上的浮箱连接杆11柔性连接，回型杠杆2另一端的杠杆旋球2c与曲轴4一端的杠杆旋球巢4c柔性连接，回型杠杆2作用在固定支柱3上，浮箱连接杆11上设有浮箱硬质弹簧11a；曲轴4另一端的转盘连接杆旋球巢4b与转盘连接杆5上的转盘连接杆旋球5a柔性连接，曲轴4中段设有曲轴硬质弹簧4a；转盘连接杆5固定连接在小转盘8上，小转盘8与大转盘9同轴固定连接，大转盘9外周上的大转盘齿轮10与设置在发电机轴13上的发电机轴端齿轮13a相配合；回型杠杆2作用在固定支柱3上的点为固定支点3a，固定支点3a到浮箱连接杆11之间的回型杠杆2为浮箱杠杆段2a，固定支点3a到曲轴4之间的回型杠杆2为曲轴杠杆段2b；所述浮箱杠杆段2a与曲轴杠杆段2b的长度比例大于3:1；发电机组6和转盘轴12固定在固定支架7上。
置于海洋表面的浮箱1随波浪能往复上浮-下沉，浮箱1上浮时推动浮箱连接杆11上升，以固定支点3a为杠杆支点，进而带动浮箱杠杆段2a上升则曲轴杠杆段2b下降，曲轴杠杆段2b带动曲轴4下拉，通过转盘连接杆5驱动小转盘8转动；浮箱1下沉时拉动浮箱连接杆11下降，以固定支点3a为杠杆支点，进而拉动浮箱杠杆段2a下降则曲轴杠杆段2b上升，曲轴杠杆段2b推动曲轴4上升，通过转盘连接杆5驱动小转盘8继续转动；小转盘8带动大转盘9转动。大转盘9通过大转盘齿轮10驱动发电机轴13快速旋转，电机轴13的快速旋转带动发电机组6稳定运转，发电机组6稳定运转过程中形成持续发电能力。浮箱1随波浪如此反复地上下浮沉，将波浪能通过与之连接的回型杠杆2、曲轴4传递到小转盘8，小转盘8带动大转盘9不停转动过程中以齿轮驱动多个发电机组6稳定运转发电。
浮箱为封闭中空钢质箱体，置于波浪能丰富的海域；固定支柱设置于海岸或浅海，作为支撑杠杆的固定支点；回型杠杆置于固定支点之上，一端连接浮箱，另一端连接曲轴，回型杠杆长度根据场地需要设计，固定支点两端长度比例3：1以上；曲轴一端柔性连接回型杠，另一端柔性连接转盘，曲轴中间为硬质弹簧，可升缩；转盘由大转盘和小转盘组成，大转盘和小转盘之间同轴固定连接，由回型杠杆反复升降通过曲轴驱动不停转动；发电机组若干个通过齿轮与大转盘连接，由大转盘转动驱动发电机组运转发电。置于海域的浮箱随波浪能引起的水面升降反复上浮←→下沉，浮箱的沉浮通过回型杠传递到杠杆另一端的曲轴，曲轴不停上下运动驱动小转盘转动，小转盘带动大转盘转动，大转盘通过齿轮驱动连接的多个发电机组运转发电。本发明专利利用杠杆原理将用之无穷的海洋波浪能自动转化为电能，不需要任何其他能源与人工实时操作，无任何污染物、废弃物产生，环保高效，极具实际应用价值，对于解决我国能源资源供给短缺，化石能源利用产生的环境污染问题等具有重要的意义。
采用上述技术方案工作时，置于海洋表面浮箱随波浪能反复上浮-下沉，浮箱上浮时拉动与之连接的回型杠杆浮箱段上升，连接曲轴的另一端下降，带动曲轴下拉，驱动小转盘转动；浮箱上浮到波峰后开始下沉，拉动与之连接的回型杠杆浮箱段下降，连接曲轴的另一端上升，带动曲轴上推，继续驱动小转盘转动；小转盘带动大转盘不停转动，由于大转盘上的齿轮与发电机组齿轮之间轮径差异较大，大转盘慢速转动传递到发电机组齿轮会加速发电机组运转，提高发电效率。大转盘可根据转动功率，设置若干个由其驱动的发电机组，以提高整体发电功率。浮箱随波浪如此反复上下浮沉，将波浪能通过与之连接的回型杠杆、曲轴传递到转盘，转盘不停转动过程中以齿轮驱动多个发电机组运行发电。回型杠杆两端的硬质弹簧能有效调节波浪振幅，防止大浪引起波峰、波谷振幅过大对装置的拉伤。依据杠杆原理，固定支点到浮箱的距离是固定支点到曲轴距离的3倍以上，则曲轴拉动转盘的力量是浮箱沉浮力的3倍以上，同时曲轴的上下摆幅只有浮箱沉浮高差的1/3以下。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种回型杠杆式波浪能发电装置，它包括浮箱（1），其特征在于：它还包括回型杠杆（2），回型杠杆（2）的一端与设置在浮箱上的浮箱连接杆（11）柔性连接，回型杠杆（2）另一端的杠杆旋球（2c）与曲轴（4）上的杠杆旋球巢（4c）柔性连接，回型杠杆（2）作用在固定支柱（3）上，浮箱连接杆（11）上设有浮箱硬质弹簧（11a）；曲轴（4）上的转盘连接杆旋球巢（4b）与转盘连接杆（5）上的转盘连接杆旋球（5a）柔性连接，曲轴（4）中段设有曲轴硬质弹簧（4a）；转盘连接杆（5）固定连接在小转盘（8）上，小转盘（8）与大转盘（9）同轴固定连接，大转盘（9）外周上的大转盘齿轮（10）与设置在发电机轴（13）上的发电机轴端齿轮（13a）相配合；回型杠杆（2）作用在固定支柱（3）上的点为固定支点（3a），固定支点（3a）到浮箱连接杆（11）之间的回型杠杆（2）为浮箱杠杆段（2a），固定支点（3a）到曲轴（4）之间的回型杠杆（2）为曲轴杠杆段（2b）；所述浮箱杠杆段（2a）与曲轴杠杆段（2b）的长度比例大于3:1；
置于海洋表面的浮箱（1）随波浪能反复上浮-下沉，浮箱（1）上浮时推动浮箱连接杆（11）上升，以固定支点（3a）为杠杆支点，进而带动浮箱杠杆段（2a）上升则曲轴杠杆段（2b）下降，曲轴杠杆段（2b）带动曲轴（4）下拉，通过转盘连接杆（5）驱动小转盘（8）转动；浮箱（1）下沉时拉动浮箱连接杆（11）下降，以固定支点（3a）为杠杆支点，进而拉动浮箱杠杆段（2a）下降则曲轴杠杆段（2b）上升，曲轴杠杆段（2b）推动曲轴（4）上升，通过转盘连接杆（5）驱动小转盘（8）继续转动；小转盘（8）带动大转盘（9）转动，大转盘（9）通过齿轮驱动发电机轴（13）旋转，电机轴（13）的旋转带动发电机组（6）稳定运转，发电机组（6）稳定运转过程中形成持续发电能力。
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