CN106762368B - 一种利用波浪能的动力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一种利用波浪能的动力装置，包括壳体，以及设置在壳体内的陀螺容器、活塞、储油罐和液压发动机；其中，陀螺容器垂直布置在壳体内，该陀螺容器内设置有高速旋转部件以及用于带动高速旋转部件旋转的电动机，陀螺容器的一端与壳体的内侧铰接，另一端与活塞的活塞杆铰接，该活塞的活塞缸与壳体的内侧铰接，且铰接点与高速旋转部件转轴与壳体内侧的铰接点相对；液压发动机安装在壳体内侧，其输出轴伸出至壳体外，活塞的活塞缸进出油口通过软管与液压发动机的第一进出油口相连通，液压发动机的第二进出油口与储油罐的进出油相连通。本发明采用了部件间相对运动的思路，并利用了陀螺效应，使得本发明的装置更加的紧凑，特别适用于船舶等的备用动力。

Description

一种利用波浪能的动力装置
技术领域：
本发明涉及一种动力装置，特别涉及一种利用波浪能的动力装置。
背景技术：
风能来源于太阳能，而海洋波浪又来源于风能(小部分波浪能来源于地月引力变化和地球自转)，风吹过海面形成波浪，波浪能与风速成比例。波浪能是海洋表面波浪运动所形成的能量，可利用波浪能作不同用途，例如发电、海水淡化或作为船舶的备用动力等。波浪能是海洋能中能量最不稳定又无规律的能源。波浪运动形成的位能差可以转化成其他更规则的能量输出。2008年第一个试验波浪能发电农场 Wave Farm在葡萄牙开设，虽然自从1890年已有人尝试使用波浪能，但商业上它目前仍未被广泛采用。波浪能发电与潮汐能发电和海洋环流发电是不同的，波浪能发电的主要竞争对手是海上的离岸风力发电。与风能相比波浪能的能量密度更加的集中，据统计，全世界海上风能平均密度为0.5kW/m2，而波浪能的平均密度为2-3kW/m2，此外，波浪能的采集装置不必像离岸风力发电那样深入高空。世界范围内冲击海岸线的波浪能达1TW的数量级，如果考虑开放海域的波浪能，波浪能的数量级达10TW(与当前世界的能源消耗相当)。在海岸线附近或浅水区的海洋能利用存在多种方式，主要思路是浮体随波浪运动，利用浮体相对海底固定位置的运动做功。但是在深海区，动力装置无法以海底作为支点，动力装置只能依靠装置各部件之间的相对运动做功。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种利用波浪能的动力装置，其利用装置中大惯性组件和小惯性组件之间的相对运动驱动液压回路的循环，具有独立、紧凑和适应强的特点。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种利用波浪能的动力装置，包括壳体，以及设置在壳体内的陀螺容器、活塞、储油罐和液压发动机；其中，
陀螺容器垂直布置在壳体内，该陀螺容器内设置有高速旋转部件以及用于带动高速旋转部件旋转的电动机，陀螺容器的一端与壳体的内侧铰接，另一端与活塞的活塞杆铰接，该活塞的活塞缸与壳体的内侧铰接，且铰接点与高速旋转部件转轴与壳体内侧的铰接点相对；
液压发动机安装在壳体内侧，其输出轴伸出至壳体外，活塞的活塞缸进出油口通过软管与液压发动机的第一进出油口相连通，液压发动机的第二进出油口与储油罐的进出油相连通；使用时，壳体固定在浮体上。
本发明进一步的改进在于，陀螺容器的一端通过第一万向节与壳体的内侧铰接，另一端通过第二万向节与活塞的活塞杆铰接，该活塞的活塞缸通过第三万向节与壳体的内侧铰接。
本发明进一步的改进在于，在静止状态时，第一万向节、第二万向节及第三万向节在垂直方向上成一条直线，当壳体随着波浪的运动发生倾斜时，第一万向节与第二万向节形成的一条直线和第三万向节与第二万向节形成的另一条直线成一定角度，且该角度为钝角。
本发明进一步的改进在于，液压发动机的第二进出油口通过管道与储油罐的进出油相连通。
本发明进一步的改进在于，液压发动机的内部采用威尔斯透平或者齿轮泵。
本发明进一步的改进在于，陀螺容器内部为真空状态。
相对于现有技术，本发明具有如下的优点：
本发明提供的利用波浪能的动力装置，包括一个垂直布置的陀螺容器，陀螺容器内布置有高速旋转部件，陀螺容器与高速旋转部件构成了装置的大惯性组件；还包括壳体，壳体与浮体固定连接，构成了装置的小惯性组件。小惯性组件的惯性较小，可以快速地跟随波浪运动；而大惯性组件由于惯性较大，趋向于保持相对静止的状态。由此在装置内部形成了组件之间的相对运动。利用大惯性组件和小惯性组件的相对运动推动液压活塞往复运动，从而将组件之间的相对动能转化为流体动能，不需要将装置连接到海底或其他固定位置，因此本装置可以自成一体，具有独立性。利用液压回路中的高压流体驱动液压发动机对外输出功，从而将流体的动能转化为旋转机械功。利用高速旋转部件陀螺效应以及单摆力矩共同提升大惯性组件的惯性。
进一步，本发明利用了万向节连接陀螺容器与壳体、陀螺容器与活塞、活塞与壳体。在静止状态，三个万向节成一条直线，当发生相对运动时，三个万向节形成一个三角形，其中一条边将被拉长或压缩，由此将相对摇摆运动转化成活塞内部的相对平移运动。
更进一步，由于采用了万向节，陀螺容器和活塞可以沿任何一个方向摆动，三个万向节可以在任何一个垂直平面内形成三角形，意味着本装置可以适应不同的波浪方向。
最后，利用高速旋转部件陀螺效应以及单摆力矩共同提升大惯性组件的惯性，这样的设计可以保证本装置的紧凑性，紧凑的设计对于船舶的驱动尤其重要。
综上所述，本发明提出的动力装置采用了部件间相对运动的思路，并利用了陀螺效应，使得本发明的装置更加的紧凑，特别适用于船舶等的备用动力。
附图说明：
图1为本发明一种利用波浪能的动力装置的透视图。
图2为本发明一种利用波浪能的动力装置的剖视图。
图3本发明一种利用波浪能的动力装置的原理图，其中，图3(a)为水平状态，图3(b)为倾斜状态。
图中：1-壳体，2-第一万向节，3-陀螺容器，4-第二万向节，5-活塞缸，6-第三万向节，7-储油罐，8-管道，9-液压发动机，10-输出轴，11-软管，12-高速旋转部件，13-活塞杆，14-电动机。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供的利用波浪能的动力装置，包括壳体1，以及设置在壳体1内的陀螺容器3、活塞、储油罐7和液压发动机9。
其中，陀螺容器3通过第一万向节2悬挂在壳体1上，陀螺容器3内部空心，安装有高速旋转部件12，为了增加高速旋转部件12的惯性，采用圆盘形设计，圆盘的质量集中在远离中心的位置。需要说明的是，圆盘依靠电动机14驱动。为了减小圆盘旋转过程中摩擦造成的能量损失，陀螺容器3内部可以抽成真空。陀螺容器3又通过第二万向节4与活塞的活塞杆13连接，活塞的活塞缸5通过第三万向节6与壳体1连接。在静止的状态下三个万向节将成一条垂直的直线。活塞缸5的输出端口通过软管11与液压发动机9相连接，液压发动机9通过管道8与储油罐7相连接。液压发动机9内部可以采用威尔斯透平，此时输出轴10输出的是单向力矩，也可采用齿轮泵，此时输出轴10输出的是往复的双向力矩。
下面结合原理图3对本发明的原理进行说明，如图3(a)所示，当整个装置处于静止状态时，三个万向节将成一条垂直的直线。第二万向节4到第三万向节6的距离最短，活塞杆13相对于活塞缸5处于下行程的极限位置。如图3(b)所示，当壳体1随着波浪的运动发生倾斜时，陀螺容器3和高速旋转部件12在重力和陀螺效应的作用下，其轴线将具有很大惯性来保持其垂直位置，此时其轴线将与第二万向节2与第三万向节6之间的连线成一角度，三个万向节将无法保持在一条直线上，在第一万向节2到第二万向节4以及第一万向节2到第三万向节6的距离保持不变的情况下，第二万向节4到第三万向节6的距离会增大，活塞杆13相对于活塞缸5向上运动，此时将抽吸储油罐7中的液压油向液压缸5中运动，在这个过程中将带动液压发动机9的输出轴10旋转，从而对外做功。当壳体1在波浪的作用下往复摇摆时，将带动活塞杆13在活塞缸5中往复运动，从而通过液压发动机9不断的对外输出功。

Claims (6)

1.一种利用波浪能的动力装置，其特征在于，包括壳体(1)，以及设置在壳体(1)内的陀螺容器(3)、活塞、储油罐(7)和液压发动机(9)；其中，陀螺容器(3)垂直布置在壳体(1)内，该陀螺容器(3)内设置有高速旋转部件(12)以及用于带动高速旋转部件(12)旋转的电动机(14)，陀螺容器(3)的一端与壳体(1)的内侧铰接，另一端与活塞的活塞杆(13)铰接，该活塞的活塞缸(5)与壳体(1)的内侧铰接，且铰接点与高速旋转部件(12)转轴与壳体(1)内侧的铰接点相对；
液压发动机(9)安装在壳体(1)内侧，其输出轴(10)伸出至壳体(1)外，活塞的活塞缸(5)进出油口通过软管(11)与液压发动机(9)的第一进出油口相连通，液压发动机(9)的第二进出油口与储油罐(7)的进出油口相连通；使用时，壳体(1)固定在浮体上。
2.根据权利要求1所述的一种利用波浪能的动力装置，其特征在于，陀螺容器(3)的一端通过第一万向节(2)与壳体(1)的内侧铰接，另一端通过第二万向节(4)与活塞的活塞杆(13)铰接，该活塞的活塞缸(5)通过第三万向节(6)与壳体(1)的内侧铰接。
3.根据权利要求2所述的一种利用波浪能的动力装置，其特征在于，在静止状态时，第一万向节(2)、第二万向节(4)及第三万向节(6)在垂直方向上成一条直线，当壳体(1)随着波浪的运动发生倾斜时，第一万向节(2)与第二万向节(4)形成的一条直线和第三万向节(6)与第二万向节(4)形成的另一条直线成一定角度，且该角度为钝角。
4.根据权利要求1所述的一种利用波浪能的动力装置，其特征在于，液压发动机(9)的第二进出油口通过管道(8)与储油罐(7)的进出油口相连通。
5.根据权利要求1所述的一种利用波浪能的动力装置，其特征在于，液压发动机(9)的内部采用威尔斯透平或者齿轮泵。
6.根据权利要求1所述的一种利用波浪能的动力装置，其特征在于，陀螺容器(3)内部为真空状态。
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