CN107605645B - 自动适应波长的波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了自动适应波长的波浪能发电装置，属于微能量收集和海洋发电技术领域领域。本装置包括波长感应系统、波浪能采集系统和传动系统，利用波长感应系统中的定子和波浪感应臂自动检测波浪的波长变化，通过液压系统将波长变化传递给波浪能采集系统，当波长发生变化时，摆与摆支架之间产生相对的往复转动，最后通过传动系统将往复运动转化为连续的单向运动并最终传送给发电装置。该装置结构简单、安全可靠、环保高效、使用灵活，能适应不同波长的波浪能并提高了波浪能的采集效率。

Description

自动适应波长的波浪能发电装置

技术领域

本发明属于微能量收集和海洋发电技术领域领域，具体涉及自动适应波长的波浪能发电装置。

背景技术

海洋占全球表面约71％的面积，海水在运动过程中产生多种可再生能量，主要包括波浪能、潮汐能、潮流能、海流能等，统称为海洋能。

海洋能中的波浪能是一种在风的作用下产生的并以位能和动能的形式由短周期波储存的机械能，波浪能发电时海洋新能源开发中的热点领域，波浪能是海洋中分布最广的可再生能源，大海里很难找到没有波浪的地方，其次波浪能是可再生能源，这是由于波浪运动是周而复始、永无休止的，而且波浪能的能流密度最大、属于一种干净无污染的能源，基于上述优点，波浪能的开发在传统陆地能源日渐耗竭的今天是十分必要的，从上世纪80年代开始，各国已经展开了对波浪能的深入研究，而我国具有得天独厚的自然优势，我国的海洋能资源十分丰富，可开发利用量达10亿kW的量级，其中沿岸波浪能理论平均功率为1285万k W。国际能源组织(IEA)在1994公布的报告预测：波浪能如果充分开发，最终可提供目前全球电力需要的10％左右，估计为20-30亿千瓦。

不同于潮汐、水流等能量载体，波浪能的开发利用目前来说是最难的，主要难在波浪能的能量波动主要表现在流速的变化，波浪的变化主要表现在波长和波高的改变以及流速的改变，目前来说，潮汐发电装置和水流发电装置依然可以使用，效率损失也较小，如李文斌在专利公开号为(CN202300819U)中提到了一种潮汐能和波浪能发电装置，潮汐和波浪造成水的高低起伏，水位高和低所形成的落差产生了动能和势能，推动了水轮机的旋转，从而让发电机发电，该装置结构简单，成本低。但是值得注意的是在利用波浪能时，波长的大幅改变往往意味着波浪能发电装置发电效率的大幅度下降，甚至完全失效，而且波浪的波长的改变非常剧烈和频繁。

传统方法中波浪能的转换一般有三级，第一级为波浪能的收集，通常采用聚波和共振两种方法把分散的波浪能聚集起来。第二级为能量的传递，包括机械传动、低压水力传动、高压液压传动、气动传动，使波浪能转换为可以利用的机械能。第三级转换为最终转换，将机械能通过发电机转换为电能。为了提高波浪能的利用效率，我们有必要改善第一级中的转换方式。

为了解决波长的大幅改变造成的发电效率的下降，我们有必要开发一种能够适应波浪波长改变的波浪能发电装置，从源头解决波浪能利用效率低的问题，在本发明中依靠附体在波浪的带动下产生角位移的方式来提取波浪能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动适应波长的波浪能发电装置，在保证能够利用波浪能进行发电的前提下，通过改变自身的长度来适应不同的波长，从而使波浪能采集系统的能量采集效率更高。

本发明的目的是这样实现的：

自动适应波长的波浪能发电装置，包括波长感应系统、波浪能采集系统、传动系统，所述的波长感应系统中的波浪感应臂1通过感应齿轮2和感应齿条3与感应液压缸5固定连接，定子10位于支架9的远离波浪感应臂1的一端，定子10和波浪感应臂1在有波浪作用时与波浪的波形贴合，当波浪的波长发生改变时，波形上一定距离的两点的斜率之差会发生改变，定子10和波浪感应臂1之间产生了相对角位移，从而自动检测波长变化；利用波长感应系统和波浪能采集系统中的液压系统将波长变化传递给波浪能采集系统，使波浪能采集系统中的浮力体19、浮力体20之间的距离发生改变，浮力体19、浮力体20分别固定安装在控制臂18和固定臂21上的远离控制液压缸13的两个末端，摆支架22与浮力体20固定连接，摆支架22的末端为摆23，当波浪能采集系统在浮力体19和浮力体20的作用下发生摇摆时，摆23受惯性的作用与摆支架22之间产生相对的往复转动；最后通过传动系统中的棘轮机构将摆的往复转动转化为连续的单向运动并传送给发电装置。

所述的波长感应系统中的感应齿轮2和感应齿条3之间为啮合连接，感应齿条3随着感应齿轮2的转动而上下运动，感应齿轮2的转动轴心与感应液压缸5之间的距离保持不变。

所述的液压系统包括波长感应系统中的感应活塞4、感应液压缸5和波浪能采集系统中的控制活塞15和控制液压缸13。

所述的波长感应系统中的感应液压缸出口6通过液压管道与波浪能采集系统的控制液压缸入口14相连。

所述的波长感应系统中的浮子7为中空圆柱体，浮子7套在支架活塞8上。

所述的波长感应系统中的浮力增强体11、浮力增强体12分别固定安装在波浪感应臂1的两个末端。

所述的波浪能采集系统中的控制臂18通过控制齿轮17和控制齿条16与控制液压缸13固定连接。

所述的波浪能采集系统中的控制齿轮17和控制齿条16之间为啮合连接，控制齿条16随着控制齿轮17的转动而上下运动，控制齿轮17的转动轴心与控制液压缸13之间的距离保持不变。

所述的波长感应系统中的定子10、浮力增强体11、浮力增强体12与波浪能采集系统中的浮力体19、浮力体20所用材料的密度小于水的密度，其余装置所用材料的密度均大于水的密度。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种自动适应波长的波浪能发电装置，首先利用波长感应系统自动感应波长的变化，然后利用液压系统将波长的变化信号传递给波浪能采集系统，波浪能采集系统因为波长的变化而发生形变，通过形变和单摆转动采集吸收到的波浪能，最后通过传动系统，利用棘轮机构将单摆转动转化为持续的单向运动并最终传送给发电机。该装置结构简单、安全可靠、环保高效、使用灵活，能适应不同波长的波浪能并提高了波浪能的采集效率。

附图说明

图1为波长感应系统的正视图。

图2为波长感应系统的右视图。

图3为波长感应系统中的浮子细节放大图。

图4为波长感应系统的正等测图。

图5为波浪能采集系统的正视图。

图6为波浪能采集系统的俯视图。

图7为浪能采集系统的的正等测图。

图8为传动系统的示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的描述：

本发明涉及自动适应波长的波浪能发电装置，如图1到图8所示，装置包括波长感应系统、波浪能采集系统、传动系统。其中，波长感应系统包括波浪感应臂1、感应齿轮2、感应齿条3、感应活塞4、感应液压缸5、感应液压缸出口6、浮子7、支架活塞8、支架9、定子10、浮力增强体11、浮力增强体12；波浪采集系统包括控制液压缸13、控制液压缸入口14、控制活塞15、控制齿条16、控制齿轮17、控制臂18、浮力体19、浮力体20、固定臂21、摆支架22、摆23。

波长感应系统感应到波长的变化，通过液压系统将变化传递到波浪能采集系统，波浪感应臂1通过感应齿轮2和感应齿条3与感应液压缸5固定连接，感应齿轮2和感应齿条3之间为啮合连接，感应齿条3随着感应齿轮2的转动而上下运动，感应齿轮2的转动轴心与感应液压缸5之间的距离保持不变；感应液压缸5、浮子7、支架活塞8、支架9从上到下依次固定连接，其中浮子7为中空圆柱体，浮子7套在支架活塞8上，故浮子7能在上下方向一定范围内运动但不能在水平方向运动；定子10位于支架的远离波浪感应臂的一端，定子10和波浪感应臂1在有波浪作用时与波浪的波形贴合，当波浪的波长发生改变时，波形上一定距离的两点的斜率之差会发生改变，定子10和波浪感应臂1之间产生了相对角位移，这种角位移反映到感应活塞4上，感应活塞4随着波浪感应臂1的转动而产生与感应液压缸5之间的相对位移，活塞与液压缸之间的相对位移引起液压缸内液体的转移，液体通过感应液压缸出口6、液体管道和控制液压缸入口14进入到控制液压缸13；浮力增强体11和浮力增强体12分别固定在波浪感应臂1的两端，用来提高波浪感应臂1对波浪变化的灵敏度。

波浪能采集系统通过液压系统对自身的长度进行改变，从而实现对不同波长的适应。通过感应液压缸出口6、液体管道和控制液压缸入口14进入到控制液压缸13的液体推动控制活塞15做上下运动，控制活塞15带动控制齿条16的上下运动，控制臂18通过控制齿轮17和控制齿条16与控制液压缸13固定连接，控制齿轮17和控制齿条16之间为啮合连接，控制齿条16的上下运动带动了控制齿轮17的转动，控制齿轮17的转动轴心与控制液压缸13之间的距离保持不变，在控制齿轮17的控制下控制臂18转动，浮力体19、浮力体20)分别固定安装在控制臂18和固定臂21上的远离控制液压缸13的两个末端，所以控制臂18的转动使浮力体19、浮力体20之间的距离发生改变，而控制臂18、固定臂21的密度均大于水但浮力体19和浮力体20的密度小于水，故实际进行波浪能采集的是浮力体19和浮力体20，浮力体19和浮力体20之间的距离发生改变则意味着波浪能采集系统的适应波长发生改变。

摆支架22与浮力体20固定连接，摆支架22的末端为摆23，当波浪能采集系统在浮力体19和浮力体20的作用下发生摇摆时，摆23受惯性的作用与摆支架22之间产生相对的往复转动；最后通过传动系统中的棘轮机构将往复转动转化为连续的单向运动并传送给发电装置。

定子10、浮力增强体11、浮力增强体12与浮力体19、浮力体20所用材料的密度小于水的密度，其余装置所用材料的密度均大于水的密度，通过这种方式保证定子10和浮力增强体11和浮力增强体12以及浮力体19和浮力体20可以漂浮在水面上，并能够良好的贴合波浪的波长。

液压系统包括波长感应系统中的感应活塞4、感应液压缸5和波浪能采集系统中的控制活塞15和控制液压缸13。

这里必须指出的是，本发明所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (9)

1.自动适应波长的波浪能发电装置，包括波长感应系统、波浪能采集系统、传动系统，其特征在于：所述的波长感应系统中的波浪感应臂(1)通过感应齿轮(2)和感应齿条(3)与感应液压缸(5)固定连接，定子(10)位于支架的远离波浪感应臂的一端，定子(10)和波浪感应臂(1)在有波浪作用时与波浪的波形贴合，当波浪的波长发生改变时，波形上一定距离的两点的斜率之差会发生改变，定子(10)和波浪感应臂(1)之间产生了相对角位移，从而自动检测波长变化；利用波长感应系统和波浪能采集系统中的液压系统将波长变化传递给波浪能采集系统，使波浪能采集系统中的第一浮力体(19)、第二浮力体(20)之间的距离发生改变，第一浮力体(19)、第二浮力体(20)分别固定安装在控制臂(18)和固定臂(21)上的远离控制液压缸(13)的两个末端，摆支架(22)与第二浮力体(20)固定连接，摆支架(22)的末端为摆(23)，当波浪能采集装置在第一浮力体(19)和第二浮力体(20)的作用下发生摇摆时，摆(23)受惯性的作用与摆支架(22)之间产生相对的往复转动；最后通过传动系统中的棘轮机构将往复转动转化为连续的单向运动并传送给发电装置。

2.根据权利要求1所述的自动适应波长的波浪能发电装置，其特征在于：所述的波长感应系统中的感应齿轮(2)和感应齿条(3)之间为啮合连接，感应齿条(3)随着感应齿轮(2)的转动而上下运动，感应齿轮(2)的转动轴心与感应液压缸(5)之间的距离保持不变。

3.根据权利要求1所述的自动适应波长的波浪能发电装置，其特征在于：所述的液压系统包括波长感应系统中的感应活塞(4)、感应液压缸(5)和波浪能采集系统中的控制活塞(15)和控制液压缸(13)。

4.根据权利要求1所述的自动适应波长的波浪能发电装置，其特征在于：所述的波长感应系统中的感应液压缸出口(6)通过液压管道与波浪能采集装置的控制液压缸入口(14)相连。

5.根据权利要求1所述的自动适应波长的波浪能发电装置，其特征在于：所述的波长感应系统中的浮子(7)为中空圆柱体，浮子(7)套在支架活塞(8)上。

6.根据权利要求1所述的自动适应波长的波浪能发电装置，其特征在于：所述的波长感应系统中的第一浮力增强体(11)、第二浮力增强体(12)分别固定安装在波浪感应臂(1)的两个末端。

7.根据权利要求1所述的自动适应波长的波浪能发电装置，其特征在于：所述的波浪能采集系统中的控制臂(18)通过控制齿轮(17)和控制齿条(16)与控制液压缸(13)固定连接。

8.根据权利要求1所述的自动适应波长的波浪能发电装置，其特征在于：所述的波浪能采集系统中的控制齿轮(17)和控制齿条(16)之间为啮合连接，控制齿条(16)随着控制齿轮(17)的转动而上下运动，控制齿轮(17)的转动轴心与控制液压缸(13)之间的距离保持不变。

9.根据权利要求1所述的自动适应波长的波浪能发电装置，其特征在于：所述的波长感应系统中的定子(10)、第一浮力增强体(11)、第二浮力增强体(12)与波浪能采集系统中的第一浮力体(19)、第二浮力体(20)所用材料的密度小于水的密度，其余装置所用材料的密度均大于水的密度。