CN106194562A - 一种机械筏式波浪能转换装置及其工作方法 - Google Patents

一种机械筏式波浪能转换装置及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机械筏式波浪能转换装置及其工作方法，包括若干由活动铰链依次连接的圆柱形浮体，且相邻圆柱形浮体的铰接处设有PTO模块，所述PTO模块包括能量转换单元，所述能量转换单元包括一固接在圆柱形浮体上的轴、设于轴上的单向轴承、增速行星轮系和发电机，所述单向轴承通过齿轮组带动增速行星轮系运动，所述增速行星轮系的输出端还设有储能的发条弹簧盒，所述发条弹簧盒的输出端与发电机的输入端相连。本发明结构紧凑、造价低廉、安全可靠，相比较以往产品而言有广阔的市场前景。

Description

一种机械筏式波浪能转换装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种机械筏式波浪能转换装置及其工作方法。
背景技术
传统不可再生能源的日益消耗引发了许多社会问题。因此开发利用绿色可再生新能源，比如对破浪能的利用就非常紧迫。这就需要一种能将波浪能转换为可用的电能的装置。我国东部沿海含有丰富的波浪能资源，而现在国内一般的波浪能转换装置机械结构复杂，体积庞大造价高，而且俘获转换效率低，平稳性不够，同时抵抗恶劣天气能力较差，不能满足需求。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种机械筏式波浪能转换装置及其工作方法，不仅结构紧凑体积小，且造价低廉能量转换效率高。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种机械筏式波浪能转换装置，包括若干由活动铰链依次连接的圆柱形浮体，且相邻圆柱形浮体的铰接处设有PTO（PowerTake Off）模块，即动力输出模块，所述PTO模块包括能量转换单元，所述能量转换单元包括一固接在圆柱形浮体上的轴、设于轴上的单向轴承、增速行星轮系和发电机，所述单向轴承通过齿轮组带动增速行星轮系运动，所述增速行星轮系的输出端还设有储能的发条弹簧盒，所述发条弹簧盒的输出端与发电机的输入端相连。
进一步的，所述发电机通过电气控制系统将电能经稳压逆变处理存储到蓄电池中，或通过海底电缆将电能输送到陆基变电站。
进一步的，所述发电机为三相发电机，所述发条弹簧盒为棘轮式发条弹簧盒，所述三相发电机的主轴通过一联轴器与棘轮式发条弹簧盒的输出轴相连接。
进一步的，所述齿轮组包括一套设在单向轴承上的主动轮和带动增速行星轮系运动的从动轮，所述主动轮的直径大于从动轮的直径。
进一步的，所述依次连接的圆柱形浮体的两个自由端设有半球状压舱体，以使整个装置保持平衡，且压舱体与圆柱形浮体密封连接。
进一步的，所述圆柱形浮体或压舱体上设有与海底固定物连接的柔性锚绳，以此来限定整个装置的运动范围。
为了解决上述技术问题，本发明的另一种技术方案是：一种机械筏式波浪能转换装置，具体工作方法包括以下步骤：
（1）将装置组装好并在装置上设一柔性锚绳；
（2）将装置顺着波浪运动方向漂浮于海面并将柔性锚绳与海底固定物连接；
（3）波浪运动时，相邻圆柱形浮体在波浪的作用下以一定的角速度绕着轴往复摆动俘获波浪能；
（4）圆柱形浮体摆动，轴相对于相邻圆柱形浮体转动。当轴的转动与单向轴承的自由运动方向一致时，单向轴承会随着轴一起转动，当轴往另一方向转动时，单向轴承空转；
（5）当单向轴承转动时驱动主动轮沿同一方向转动，进而与之啮合的从动轮也随之转动，并通过增速行星轮系的增速作用获得一个输出转速到发条弹簧盒中，上紧发条；
（6）当发条弹簧盒上紧到设定值时，旋转释放能量驱动发电机的转动，将存储的机械能转化为电能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的方向转换机构和行星增速机构的设计，使得能量以较平稳的形式输出，提高了装置的波浪能利用效率。此外，活动铰链的设置，减小了波浪对装置的无用冲击，提高了装置随着波浪的起伏运动俘获波浪能的安全可靠性。采用漂浮式水平圆柱体作为其受能体，因其所受波浪力并不随着波高的增加而线性增大，针对我国台风等极端海况仍具有较强的海洋生存能力，而且传输效率高，可以输出较平稳的电能，另外也可以在固定海域通过阵列组合来增加波浪能的单位面积俘获量，满足了对绿色能源有效的利用。本发明结构紧凑、造价低廉、安全可靠，相比较以往产品而言有广阔的市场前景。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的俯视图；
图2为本发明实施例的侧视图；
图3为本发明实施例能量转换单元的构造示意图；
图4为本发明实施例能量转换单元的原理图。
图中：1-圆柱形浮体，2-PTO模块，210-轴，220-单向轴承，230-齿轮组，231-主动轮，232-从动轮，240-增速行星轮系，250-发条弹簧盒，260-联轴器，270-发电机，3-压舱体，4-柔性锚绳，5-活动铰链。
具体实施方式
实施例：如图1~4示，在本发明实施例中，一种机械筏式波浪能转换装置，包括若干由活动铰链5依次连接的圆柱形浮体1，且相邻圆柱形浮体1的铰接处设有PTO模块2，所述PTO模块包括能量转换单元，所述能量转换单元包括一固接在圆柱形浮体1上的轴210、设于轴210上的单向轴承220、增速行星轮系240和发电机270，所述单向轴承220通过齿轮组带动增速行星轮系240运动，所述增速行星轮系240的输出端还设有储能的发条弹簧盒250，所述发条弹簧盒250的输出端与发电机270的输入端相连。
本实施例中，所述发电机270通过电气控制系统将电能经稳压逆变处理存储到蓄电池中，或通过海底电缆将电能输送到陆基变电站。
本实施例中，所述发电机270为三相发电机，所述发条弹簧盒250为棘轮式发条弹簧盒，所述三相发电机的主轴通过一联轴器260与棘轮式发条弹簧盒的输出轴相连接。
本实施例中，所述齿轮组包括一套设在单向轴承220上的主动轮231和带动增速行星轮系240运动的从动轮232，所述主动轮231的直径大于从动轮232的直径。
本实施例中，所述依次连接的圆柱形浮体1的两个自由端设有半球状压舱体3，以使整个装置保持平衡，且压舱体3与圆柱形浮体1密封连接。
本实施例中，所述圆柱形浮体1或压舱体3上设有与海底固定物连接的柔性锚绳4，以此来限定整个装置的运动范围。
以上所述的一种机械筏式波浪能转换装置，其具体工作方法包括以下步骤：
（1）将装置组装好并在圆柱形浮体1或压舱体3上固定一柔性锚绳4；
（2）将装置顺着波浪运动方向漂浮于海面上，并将柔性锚绳4与海底固定物连接，以使装置在一定范围内运动。这样还能减小波浪对装置的无用冲击，提高装置随着波浪的起伏运动俘获波浪能的安全可靠性；
（3）波浪运动时，相邻圆柱形浮体1在波浪的作用下以一定的角速度绕着轴210往复摆动俘获波浪能；
（4）圆柱形浮体1摆动，轴210相对于相邻圆柱形浮体1转动。当轴210的转动与单向轴承220的自由运动方向一致时，单向轴承220会随着轴210一起转动，当轴210往另一方向转动时，单向轴承220空转；
（5）当单向轴承220转动时驱动主动轮231沿同一方向转动，进而与之啮合的从动轮232也随之转动，并通过增速行星轮系240的增速作用获得一个输出转速到发条弹簧盒250中，上紧发条；
（6）当发条弹簧盒250上紧到设定值时，旋转释放能量驱动发电机270的转动，发电机270将存储的机械能转化为电能。发电机270通过电气控制系统将电能经稳压逆变处理存储到蓄电池中，或通过海底电缆将电能输送到陆基变电站。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种机械筏式波浪能转换装置，其特征在于：包括若干由活动铰链依次连接的圆柱形浮体，且相邻圆柱形浮体的铰接处设有PTO模块，所述PTO模块包括能量转换单元，所述能量转换单元包括一固接在圆柱形浮体上的轴、设于轴上的单向轴承、增速行星轮系和发电机，所述单向轴承通过齿轮组带动增速行星轮系运动，所述增速行星轮系的输出端还设有储能的发条弹簧盒，所述发条弹簧盒的输出端与发电机的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的机械筏式波浪能转换装置，其特征在于：所述发电机通过电气控制系统将电能经稳压逆变处理存储到蓄电池中，或通过海底电缆将电能输送到陆基变电站。
3.根据权利要求1所述的机械筏式波浪能转换装置，其特征在于：所述发电机为三相发电机，所述发条弹簧盒为棘轮式发条弹簧盒，所述三相发电机的主轴通过一联轴器与棘轮式发条弹簧盒的输出轴相连接。
4.根据权利要求1所述的机械筏式波浪能转换装置，其特征在于：所述齿轮组包括一套设在单向轴承上的主动轮和带动增速行星轮系运动的从动轮，所述主动轮的直径大于从动轮的直径。
5.根据权利要求1所述的机械筏式波浪能转换装置，其特征在于：所述依次连接的圆柱形浮体的两个自由端设有半球状压舱体，以使整个装置保持平衡，且压舱体与圆柱形浮体密封连接。
6.根据权利要求5所述的机械筏式波浪能转换装置，其特征在于：所述圆柱形浮体或压舱体上设有与海底固定物连接的柔性锚绳，以此来限定整个装置的运动范围。
7.一种如权利要求4所述的机械筏式波浪能转换装置的工作方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将装置组装好并在装置上设一柔性锚绳；
（2）将装置顺着波浪运动方向漂浮于海面并将柔性锚绳与海底固定物连接；
（3）波浪运动时，相邻圆柱形浮体在波浪的作用下以一定的角速度绕着轴往复摆动俘获波浪能；
（4）圆柱形浮体摆动，轴相对于相邻圆柱形浮体转动，当轴的转动与单向轴承的自由运动方向一致时，单向轴承会随着轴一起转动，当轴往另一方向转动时，单向轴承空转；
（5）当单向轴承转动时驱动主动轮沿同一方向转动，进而与之啮合的从动轮也随之转动，并通过增速行星轮系的增速作用获得一个输出转速到发条弹簧盒中，上紧发条；
（6）当发条弹簧盒上紧到设定值时，旋转释放能量驱动发电机的转动，将存储的机械能转化为电能。
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