CN105971810B - 含漏斗形月池结构的波浪能发电装置 - Google Patents

含漏斗形月池结构的波浪能发电装置 Download PDF

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Abstract

含漏斗形月池结构的波浪能发电装置，它涉及一种波浪能发电装置。本发明的目的是为了解决现有技术中的波浪发电装置存在聚能效果差，波浪能利用率低，建设成本高，稳定性差的问题。本发明包括月池装置、浮体装置和发电装置，月池结构包括由上至下依次布置的月池上盖、第一套筒和第二套筒，第一套筒的直径大于第二套筒的直径，第一套筒和第二套筒通过圆环建立连接，发电装置置于月池上盖上端，浮体装置下端置于由月池上盖、第一套筒和第二套筒围合的区域内，浮体装置的上端连接发电装置。本发明可以有效的解决目前波浪能发电装置吸收及俘获效率低、波浪响应速度慢、波浪能发电装置俘获结构巨大等问题。

Description

含漏斗形月池结构的波浪能发电装置
技术领域
本发明涉及一种波浪能发电装置，具体涉及含漏斗形月池结构的波浪能发电装置，属于波浪发电技术领域。
背景技术
时代的进步及科技的发展都离不开的重要因素就是能源，而随着全球石油、煤炭等资源总量的不断减少，使人们认识到新能源的开发及利用迫在眉睫。在过去的几十年里，从海浪中提取能量并通过理论或实验研究，最大限度地提高他们的转换效率等问题受到越来越多的关注。目前，各种形式的波能转换装置已处于广泛研究中，而如何高效地获取能量成为主要研究热点。而作为直驱的振荡浮子型波能装置，其波能俘获能力的研究，对于其他形式的波能转换装置的研究具有重要借鉴意义。
早在1799年，法国的吉拉德父子就已经获得了最早的波浪能利用专利，随后两个世纪以来，全球波浪能利用的相关机械及装置不断的涌现，且形式多样，振荡浮子式波能转换装置就是其中之一。振荡浮子波浪能发电技术是指点吸式波浪能发电技术。利用海洋波浪的运动推动点吸收式波浪能发电装置的活动部分即浮子产生往复运动，驱动机械系统或以油、水等作为中间介质的液压系统，进而带动发电机发电。早期的振荡浮子波浪能发电装置的研发主要集中于欧美和日本等发达国家，如日本研制的绳轮-棘轮式点吸式波浪能发电装置、美国提出的机械浮子点吸式海洋波浪能发电装置等。振荡浮子式海洋波浪能发电装置是目前发展较好的波浪能转换装置，且已经投入使用，如加拿大的AquaBuoy装置、美国的PowerBuoy、荷兰的阿基米德波浪摆以及英国的波浪骑士装置。我国也提出了一种点吸式海洋波浪能发电系统，即岸式点吸收式海洋波浪能转换装置，它采用振荡的浮子作为波浪能的吸收载体，然后将浮子吸收的能量通过一个机械或液压装置转换出去，用来驱动发电机发电。
波浪能到目前为止，世界上关于振荡浮子式波浪发电装置的研究工作已经很多，但依旧存在很多问题。
波浪能本身是一种较为不稳定的可再生能源，波浪的不定期产生以及波高的变化使其很难被收集俘获，稳定性差，聚能效率低，这些都成为了阻碍波浪能发展的关键性问题。由于技术限制，效率不高，使得利用波浪能产生的电能无法直接应用到大型用电设备中及接入电网，大多也只能用有航标灯、浮标等小型用电设备上，并没真正的实现波浪能应有的价值。
由于我国受到我国近海地形的影响，波浪破碎显著，小波浪的情况较多，波浪密集度较低，一般的大型载体及俘获结构存在普遍性较差的缺点，且对波浪作用的响应速度较慢，聚能效率很低，要在我国实现波浪能利用的产业化还很困难。
与此同时，离岸或是有岸基的固定式波浪能装置在投入使用是都是通过建造大型的水工基础来实现，往往成本较高、建造难度大，经济实用性不高。同时固定式的结构由于不能移动，当受到波浪侵袭时无缓冲能力，易遭到破坏，稳定性差也是阻碍波浪能推广的重要原因之一。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的波浪发电装置存在聚能效果差，波浪能利用率低，建设成本高，稳定性差的问题。
本发明的技术方案是：含漏斗形月池结构的波浪能发电装置，包括月池结构、浮体装置和发电装置，所述月池结构包括由上至下依次布置的月池上盖、第一套筒和第二套筒，所述第一套筒的直径大于第二套筒的直径，第一套筒和第二套筒通过圆环建立连接，所述发电装置置于月池上盖上端，浮体装置下端置于由月池上盖、第一套筒和第二套筒围合的区域内，浮体装置的上端连接发电装置。
所述月池结构下端设有锚泊装置，所述锚泊装置包括定位锚、重力锚、水平链绳、垂直链绳和百叶阻水板，所述垂直链绳上端连接月池结构的下端，垂直链绳的下端穿过阻水板连接重力锚，重力锚的下端通过水平链绳连接定位锚，整个浮体装置漂浮在海面上，其位置由锚泊系统固定在海洋底部，所述阻水板以最快的速度恢复到原来位置，使得主浮体内的波浪幅值复位，进而出现下一高峰，再次进行波浪能俘获及聚集，所述重力锚能够有效的起到重力作用，稳定位置，所述定位锚通过连接链绳与重力锚相连，从而稳定整个发电装置在海洋中的位置。
所述浮体装置包括导轨、浮子和连接杆，所述连接杆呈开口向下的U形，连接杆的两个开放端穿过月池上盖伸入月池结构内，浮子安装在连接杆的两个开放端，所述导轨的上端连接月池上盖的下端面，浮子沿着导轨上下滑动。
所述发电装置包括齿条、齿轮、传动轴、链条和发电机，发电机固定在月池上盖上，齿条的上端安装在连接杆的U形封闭端，齿条的下端穿过月池上盖伸入月池结构内，齿条与齿轮啮合，所述齿轮通过传动轴安装在月池上盖上，齿轮通过链条与发电机建立传动连接。在波浪的作用下，浮子会随浪产生上下的周期性振荡，与浮子通过连接相连的齿条进而上下运动，带动齿轮运转，进而发电。而置于浮子外部的漏斗形月池结构，能够使浮子周围流体发生有效的共振，从而提高波浪俘获效率，更加高效的聚集能量，且能够使浮子相对处于比较稳定的波浪环境当中，使其运动能够更趋于稳定，从而提高发电稳定性。
所述导轨上设有上下布置的第一限位器和第二限位器，浮子在第一限位器和第二限位器之间沿导轨上下滑动。浮子的运动范围受到第一限位和第二限位器的控制，浮子在一定的范围内在波浪的作用下作上下往复运动。
所述浮子为圆环形浮子，浮子的内环侧壁与导轨建立滑动连接。
所述齿条的两个相对侧面上设有沿齿条长度方向延伸的齿条凹槽，齿条凹槽沿齿条长度方向的两侧侧壁上设有滑槽，滑槽内设有滚轮，所述月池上盖上设有止位装置，止位装置通过滚轮与齿条建立滑动连接，所述止位装置的另一端连接月池上盖。
所述月池上盖与第一套筒铰接连接。
本发明的月池结构是指在一些特殊功能的船舶或者海洋平台上布置一种垂直向上贯穿载体，使得内外海水相连，腔内有界面的结构件。
本发明与现有技术相比具有以下效果：利用月池能量不可辐射特性，具有积累能量并加剧月池内水柱振荡的作用，采用缩小入口的月池结构作为套筒，置于振荡浮子结构的外部，运用月池共振来提高波能转换效率。当浮子随波浪上下运动时，由于共振效应的影响，月池内部的波浪幅值会增大，使得浮子的运动也更加剧烈，同时由于月池结构的聚能作用，使得月池内的波浪运动更为稳定持续。使得浮子在随波浪运动时，能够俘获更多的能量，相比较于固定式的及无月池的波浪能发电装置提高了聚能发电效率，具有转换效率较高、更加稳定可靠等优点，从而更加有利于振荡浮子式波浪发电装置的利用及推广；本发明可以有效的解决目前波浪能发电装置吸收及俘获效率低、波浪响应速度慢、波浪能发电装置俘获结构巨大等问题。
附图说明
图1本发明含月池结构漏斗概念的波浪能发电装置结构立体图；
图2本发明含月池结构漏斗概念的波浪能发电装置结构剖面图；
图3a本发明含月池结构漏斗概念的波浪能发电装置结构正视图，图3b本发明含月池结构漏斗概念的波浪能发电装置结构侧视图，图3c本发明含月池结构漏斗概念的波浪能发电装置结构俯视图；
图4本发明的齿轮、齿条和发电机及其输出装置的连接示意图；
图5本发明止位装置与齿条连接的结构示意图。
具体实施方式
结合附图说明本是发明的具体实施方式，本实施方式的含漏斗形月池结构的波浪能发电装置，包括月池装置、浮体装置和发电装置，所述月池结构包括由上至下依次布置的月池上盖8、第一套筒1和第二套筒2构成缩小入口的月池，所述第一套筒1的直径大于第二套筒2的直径，第一套筒1和第二套筒2通过圆环建立连接，所述发电装置置于月池上盖8上端，浮体装置下端置于由月池上盖8、第一套筒1和第二套筒2围合的区域内，浮体装置的上端连接发电装置。
所述月池装置下端设有锚泊装置，所述锚泊装置包括重力锚5、垂直链绳3和百叶阻水板4，所述垂直链绳3上端连接月池结构的下端，垂直链绳3的下端穿过百叶阻水板4连接重力锚5。
所述锚泊装置包括定位锚7和水平链绳6，所述定位锚7通过水平链绳6连接重力锚5的下端。
所述浮体装置包括导轨18、浮子19和连接杆9，所述连接杆9呈开口向下的U形，连接杆9的两个开放端穿过月池上盖8伸入月池装置内，浮子19与连接杆9的两个开放端通过铰链15铰接，所述导轨18的上端轨由铰接装置固定在月池上盖8的下端面，浮子19沿着导轨18上下滑动。
所述发电装置包括齿条17、齿轮13、传动轴、链条和发电机及其输出装置12，发电机及其输出装置12固定在月池上盖8上，齿条17的上端安装在连接杆9的U形封闭端，齿条17的下端穿过月池上盖8伸入月池结构内，齿条17与齿轮13啮合，所述齿轮13通过传动轴安装在月池上盖8上，齿轮13通过链条与发电机及其输出装置12建立传动连接。
所述导轨18上设有上下布置的第一限位器21和第二限位器16，浮子19在第一限位器21和第二限位器16之间沿导轨18上下滑动。
所述浮子19为圆环形浮子，浮子19的内环侧壁与导轨18建立滑动连接。
所述月池上盖8与第一套筒1通过铰链10铰接连接。
所述齿条17的两个相对侧面上设有沿齿条长度方向延伸的齿条凹槽17-1，齿条凹槽17-1沿齿条17长度方向的两侧侧壁上设有滑槽17-2，滑槽17-2内设有滚轮，所述月池上盖上设有止位装置11，止位装置11通过滚轮与齿条17建立滑动连接，所述止位装置11的另一端连接月池上盖；止位装置11与滚轮构成运动约束，限制齿条运动不会偏离，进而有效的限制连接杆9的运动不会偏离轨道，使得齿条能够与齿轮较好的咬合，共同构成运动机构。
本发明的工作过程为：
浮子19在波浪的带动下运动，从而带动齿条17上下往复运动，进而带动与齿条17啮合的齿轮13转动，齿轮13通过与其配合连接链条带动发电机及其输出装置12，从而将波浪中的能量转化为电能。
所述百叶阻水板4连接于链绳与重物沉砣之间，当月池形浮体进入波浪低谷时，百叶阻水板4会张开，在链绳及重力锚5等的共同重量作用下迅速下潜，从而以最快的速度恢复到原来位置，使得主浮体内的波浪幅值复位，进而出现下一高峰，再次进行波浪能俘获及聚集。

Claims (4)

1.含漏斗形月池结构的波浪能发电装置，包括月池结构、浮体装置和发电装置，其特征在于：所述月池结构包括由上至下依次布置的月池上盖、第一套筒和第二套筒，所述第一套筒的直径大于第二套筒的直径，第一套筒和第二套筒通过圆环建立连接，所述发电装置置于月池上盖上端，浮体装置下端置于由月池上盖、第一套筒和第二套筒围合的区域内，所述发电装置连接浮体装置的上端；
所述月池结构下端设有锚泊装置，所述锚泊装置包括重力锚、垂直链绳和百叶阻水板，所述垂直链绳上端连接月池结构的下端，垂直链绳的下端穿过百叶阻水板连接重力锚；
所述锚泊装置包括定位锚和水平链绳，所述定位锚通过水平链绳连接重力锚的下端；
所述浮体装置包括导轨、浮子和连接杆，所述连接杆呈开口向下的U形，连接杆的两个开放端穿过月池上盖伸入月池结构内与浮子建立连接，所述导轨的上端连接月池上盖的下端面，浮子沿着导轨上下滑动；
所述发电装置包括齿条、齿轮、传动轴、链条和发电机，发电机固定在月池上盖上，齿条的上端安装在连接杆的U形封闭端，齿条的下端穿过月池上盖伸入月池结构内，齿条与齿轮啮合，所述齿轮通过传动轴安装在月池上盖上，齿轮通过链条与发电机建立传动连接；
所述齿条的两个相对侧面上设有沿齿条长度方向延伸的齿条凹槽，齿条凹槽沿齿条长度方向的两侧侧壁上设有滑槽，滑槽内设有滚轮，月池上盖上设有止位装置，止位装置通过滚轮与齿条建立滑动连接，所述止位装置的另一端连接月池上盖。
2.根据权利要求1所述含漏斗形月池结构的波浪能发电装置，其特征在于：所述导轨上设有上下布置的第一限位器和第二限位器，浮子在第一限位器和第二限位器之间沿导轨上下滑动。
3.根据权利要求1所述含漏斗形月池结构的波浪能发电装置，其特征在于：所述浮子为圆环形浮子，浮子的内环侧壁与导轨建立滑动连接。
4.根据权利要求1所述含漏斗形月池结构的波浪能发电装置，其特征在于：所述月池上盖与第一套筒铰接连接。
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