CN106014842A - 一种小型漂浮式浮杆波浪能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种小型漂浮式浮杆波浪能发电装置，包括浮杆、主浮体和发电机，所述的主浮体为密闭式中空腔体，主浮体内安装有若干发电机，发电机皮带轮和主浮体内壁的皮带轮之间张紧有皮带；与发电机数量相同的浮杆呈辐射状均布在主浮体侧壁，所述的浮杆一端固连浮球，另一端伸入主浮体内，通过滑块连接皮带，且浮杆与主浮体铰接，能够垂直于水平面做上下运动，进而带动皮带往复运动。本发明能360度全向收集波浪能，不受来波方向的影响，具有工作频带宽、适应性好、工作可靠、能量转化效率高等优点。

Description

一种小型漂浮式浮杆波浪能发电装置
技术领域
本发明属于海洋波浪能发电技术领域，涉及一种波浪能发电装置。
背景技术
以波浪能为代表的海洋能源具有储量巨大、清洁并可再生的特点，是一种极具发展潜力的替代能源形式。波浪能的开发利用从上世纪七八十年代世界石油危机爆发后得到欧洲北海沿岸国家的重视，经过三十多年的密集投入和持续开发，已获得了长足的发展。
但是，目前的波浪能发电装置都存在着发电装置载体及俘获结构体积巨大的缺陷，导致装置吃水面积较大，载体受风浪作用明显，自身稳定性差，使得载体和俘获结构之间的相对不明显，波浪能的吸收效率很低。如英国2009年研制的“海蛇”发电装置，其长度达到150米。俘获结构体积巨大还会导致发电装置对波浪作用的响应速度较慢，使得俘获结构的运动和波浪之间存在相位差，影响吸收效率。而我国近海由于受地形影响，波浪支离破碎，大多数情况下都是小波浪，大型俘获机构更是无用武之地，难以实现波浪能利用的产业化。
在公开号为104832362A的发明创造中，公开了一种振荡浮子式的波浪能发电装置。该装置为纯机械结构，结构冗杂，中间多级损耗，转化效率低。
邓启平在大连理工大学硕士生毕业论文《一种新型摆式波浪发电装置的研制》一文中公开了一种摆式波浪能的应用，利用摆轮收到的波浪起伏在摆盘上面摆动来发电。利用此方法进行发电，收到来波方向的限制，不能将任意波浪全都高效得进行转换，并且中间变速齿轮过多，能源损耗较多，严重影响其发电效率。
基于上述原因，必须探索一种小型的结构简单、传递效率高的波浪能发电装置，能较好的全面收集波浪能，不受来波方向影响，高效转换发电，并实现波浪能利用的产业化。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种小型漂浮式浮杆波浪能发电装置，采用做浮沉运动的浮杆与呈现稳定姿态的主浮体的组合机构，利用受波浪激励作用的浮球和主浮体的相对运动俘获波浪能，以此来适应小波浪海况，加快波浪响应速度，提高波浪能的吸收和利用效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括浮杆、主浮体和发电机。
所述的主浮体为密闭式中空腔体，主浮体内安装有若干发电机，发电机皮带轮和主浮体内壁的皮带轮之间张紧有皮带；与发电机数量相同的浮杆呈辐射状均布在主浮体侧壁，所述的浮杆一端固连浮球，另一端伸入主浮体内，通过滑块连接皮带，且浮杆与主浮体铰接，能够垂直于水平面做上下运动，进而带动皮带往复运动。
所述浮杆的数量为6个。
所述的主浮体为轴线垂直于水面的中空圆柱体。
所述的浮杆穿过主浮体侧壁位置通过柔性密封胶保证密封和浮杆的自由转动。
所述的皮带固连一个矩形滑块，矩形滑块内部设计为指环形滑套，浮杆伸进主浮体的一端穿过指环形滑套且保证浮杆可沿指环形滑套自由滑动，避免浮杆摆动时引起皮带出现的弧度；矩形滑块的一个侧面与皮带固连，其余侧面自由。
本发明还包括整流电路和蓄能器组，各个发电机在浮杆及皮带的带动下发电，经过整流电路变成统一单向的电能输出，存于蓄能器组中。
本发明还包括竖直重力球，所述的竖直重力球与主浮体的下端固连，保证整个主浮体不受风浪影响而倾斜。
本发明还包括锚链、重力锚以及抓力锚，所述的重力锚和抓力锚通过锚链固连在主浮体下端，保证主浮体在设定海域进行工作。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的浮杆机构能360度全向收集波浪能，不受来波方向的影响，具有工作频带宽、适应性好、能量转化效率高等优点。
(2)本发明提供了一套简单可靠的能量转化机构，利用皮带将浮杆的摆动转化为转动，避免使用双向齿轮等复杂多级的结构，工作可靠，能量损失小。
附图说明
图1为本发明的浮动式结构示意图；
图2为本发明的皮带传动系统结构示意图；
图3为本发明的锚泊重力系统结构示意图；
图中，01-浮杆，02-上端盖，03-铰接架支撑盘，04-中间柱形空心桶，05-下端盖，06-浮动式铰接架，07-竖直重力球，8-皮带铰接架，09-固连矩形滑块，10-指环形滑套，11-皮带，12-发电机下带轮，13-发电机，14-发电机底座，15-锚链，16-重力锚，17-抓力锚。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明所涉及的小型漂浮式六浮杆波浪能发电装置包括浮动式结构、皮带传动系统、发电系统及锚泊重力系统。浮动式结构漂浮在海面上，由锚泊系统系留，重力系统保持稳定，皮带传动系统及发电系统设置在浮动式结构内部。
浮动式结构包括浮杆、轴承、浮动式铰接架、主浮体。主浮体包括上端盖，铰接架支撑盘，中间柱形空心桶，下端盖四部分组成。四部分以顺序用螺栓进行装配，装配面垫入密封圈保证密封性。
所述的浮动式结构的浮杆为6个，浮杆的顶端设计成一个浮球以增大浮力。浮杆的总长度为1米，浮球的半径为0.1米。浮动式铰接架共有6个，呈半圆耳片状，与上下均通透的圆柱形铰接架支撑盘为一个整体，呈辐射状环绕排列在其一周。6个浮杆通过轴承穿过浮动式铰接架，沿着浮动式铰接架方向向外呈辐射状，并以接触点为支点摆动带动皮带滑动发电，末端穿过主浮体内部的皮带传动系统的指环形滑套内，可在滑套内自由来回穿梭。
所述的主浮体，包括上端盖，铰接架支撑盘，中间柱形空心桶，下端盖，四者以自上至下的顺序用螺栓连接。四者直径相等，都为圆柱形，上端盖上侧封闭，下侧通透与铰接架支撑盘用螺栓连接，铰接架支撑盘上下面均通透，下侧用螺栓与中间柱形空心桶的上侧连接，中间柱形空心桶下侧与下端盖上侧螺栓连接，下端盖下侧封闭，螺栓连接面均放置密封圈进行密封，在外部形成一个完整的圆柱体。上端盖顶端内侧有6个皮带铰接架皮带穿过铰接架，可绕铰接架滑动；铰接架支撑盘在中心开启6个辐射状矩形孔洞来装配浮动式铰接架，中间塞有柔性密封胶保证密封和浮杆的自由转动；中间柱形空心桶为皮带传送区域，下端盖固连6个发电机底座用来放置发电机。
皮带传动系统包括皮带铰接架、轴承、带轮、固连矩形滑块的皮带、发电机下带轮。
所述的皮带铰接架共有6个，与上端盖固连，轴承用以连接皮带铰接架和上带轮，上带轮与皮带相连。在浮杆水平放置时与皮带相接处皮带连接一个矩形滑块，在矩形滑块与皮带的接触面上用螺丝进行连接。矩形滑块内部设计为指环形滑套，浮杆末端穿过指环形滑套且保证浮杆可沿指环形滑套自由滑动，避免浮杆摆动时引起皮带出现的弧度。矩形滑块的一个侧面与皮带固连，另一侧面自由，可带动皮带进行滑动，皮带底部与发电机下带轮相连，带动发电机发电。
发电系统包括六个发电机组，整流电路，蓄能器组。
所述的6个发电机安放于发电机底座上，同时发电，经过整流变成统一单向的电能往外输出，存于蓄能器中。
锚泊重力系统包括竖直重力球，锚链和重力锚以及抓力锚。
所述的竖直重力球与主浮体的下端盖固连，用以保证整个浮筒不受海浪和大风影响受到倾斜，始终保持主浮体竖直。锚链、重力锚以及抓力锚保证装置在某一片海域进行工作。
本发明所涉及的小型漂浮式六浮杆波浪能发电装置在海面上呈漂浮状态，通过锚泊重力系统始终保持竖直并固定在一片海域。在波浪的作用下，浮杆会产生一定周期和振幅的随波摆动，并与波浪产生共振。做深沉运动的浮杆通过指环形滑套利用矩形滑块带动皮带绕其支点转动，带动发电机转动，实现利用波浪能发电。
本发明的实施例如图所示，小型漂浮式六浮杆波浪能发电装置包括浮动式结构，皮带传动系统，发电系统及锚泊重力系统。浮动式结构漂浮在海面上，由锚泊重力系统系留并保证竖直状态下工作，皮带传动系统与发电系统和浮动式结构设置在一起。
浮动式结构包括浮杆01，浮动式铰接架06，主浮体。浮动式铰接架06呈辐射状环绕在铰接架支撑盘03上，浮杆01穿过浮动式铰接架06末端穿过主浮体内部的指环形滑套09，并可随着海浪的波动在和指形滑套09中自由穿梭。6个浮杆01绕主浮体一周，呈辐射状排列。
所述的浮动式结构的浮杆为6个，浮杆的顶端设计成一个浮球以增大浮力。浮杆的总长度为1米，浮球的半径为0.1米。浮动式铰接架共有6个，呈半圆耳片状，围绕上下均通透的圆柱形铰接架支撑盘上，呈辐射状环绕排列。6个浮杆通过轴承穿过浮动式铰接架，沿着浮动式铰接架方向向外呈辐射状，并以接触点为支点摆动带动皮带滑动发电，末端与主浮体内部的皮带传动系统的指环形滑套内相连。
浮杆01顶端为球状以增大浮力，中间通过轴承与浮动式铰接架06相连，末端插入与皮带11固连的指环形滑套10内，可在滑套10内自由滑动，避免出现摆动时的画弧现象。
浮动式铰接架06呈半圆与矩形拼凑状，中间装有轴承与浮杆相连，浮动式铰接架06共有6个，设置与铰接架支撑盘上呈辐射状排列。
主浮体包括上端盖02，铰接架支撑盘03，中间柱形空心桶04，下端盖05.其中上端盖02上表面封闭，下表面通透，铰接架支撑盘03和中间柱形空心桶04上下表面均通透，四者之间接触面从上至下顺序用螺栓装配，相互之间装有密封圈保证密封性。上端盖02顶端内侧加工有皮带铰接架08。铰接架支撑盘03在其一周开设6个等距离辐射状矩形孔洞来装配浮动式铰接架06，中间塞有柔性密封胶保证密封和浮杆的自由上下摆动。中间柱形空心桶04为皮带11传送区域，下端盖固连6个发电机底座14。
皮带传动系统包括皮带铰接架08，矩形滑块09，指环形换套10，皮带11，发电机下带轮12。
皮带铰接架08与上端盖02为一个整体进行加工。皮带11上端绕过皮带铰接架08，下端绕过发电机下带轮12。在浮杆01水平放置时与皮带11相接处单侧连接一个矩形滑块09，在二者的接触面用螺丝进行连接，矩形滑块09和皮带11的另一个侧面自由，确保滑块09能带动皮带滑动。滑块09内部加工为指环形滑套10。矩形滑块09、指环形滑套10均为一个整体。浮杆01末端穿过滑套10，且保证浮杆01可沿指环形滑套10自由滑动，避免浮杆01摆动时引起皮带11出现画弧运动。浮杆01受海浪的摆动带动矩形滑块09上下运动，再带动皮带11的运动，皮带11再带动发电机下带轮12转动进行发电。
锚泊重力系统包括竖直重力杆07，锚链14，重力锚15，抓力锚16。重力锚15和抓力锚16将装置固定在某一片海域，通过锚链14系留，竖直重力杆保证装置处于始终竖直的工作情况。

Claims (8)

1.一种小型漂浮式浮杆波浪能发电装置，包括浮杆、主浮体和发电机，其特征在于：所述的主浮体为密闭式中空腔体，主浮体内安装有若干发电机，发电机皮带轮和主浮体内壁的皮带轮之间张紧有皮带；与发电机数量相同的浮杆呈辐射状均布在主浮体侧壁，所述的浮杆一端固连浮球，另一端伸入主浮体内，通过滑块连接皮带，且浮杆与主浮体铰接，能够垂直于水平面做上下运动，进而带动皮带往复运动。
2.根据权利要求1所述的小型漂浮式浮杆波浪能发电装置，其特征在于：所述浮杆的数量为6个。
3.根据权利要求1所述的小型漂浮式浮杆波浪能发电装置，其特征在于：所述的主浮体为轴线垂直于水面的中空圆柱体。
4.根据权利要求1所述的小型漂浮式浮杆波浪能发电装置，其特征在于：所述的浮杆穿过主浮体侧壁位置通过柔性密封胶保证密封和浮杆的自由转动。
5.根据权利要求1所述的小型漂浮式浮杆波浪能发电装置，其特征在于：所述的皮带固连一个矩形滑块，矩形滑块内部设计为指环形滑套，浮杆伸进主浮体的一端穿过指环形滑套且保证浮杆可沿指环形滑套自由滑动，避免浮杆摆动时引起皮带出现的弧度；矩形滑块的一个侧面与皮带固连，其余侧面自由。
6.根据权利要求1所述的小型漂浮式浮杆波浪能发电装置，其特征在于：还包括整流电路和蓄能器组，各个发电机在浮杆及皮带的带动下发电，经过整流电路变成统一单向的电能输出，存于蓄能器组中。
7.根据权利要求1所述的小型漂浮式浮杆波浪能发电装置，其特征在于：还包括竖直重力球，所述的竖直重力球与主浮体的下端固连，保证整个主浮体不受风浪影响而倾斜。
8.根据权利要求1所述的小型漂浮式浮杆波浪能发电装置，其特征在于：还包括锚链、重力锚以及抓力锚，所述的重力锚和抓力锚通过锚链固连在主浮体下端，保证主浮体在设定海域进行工作。
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