CN107630781B - 一种应用于浅海的水下波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于浅海的水下波浪能发电装置，其结构包括底座，且底座的上端设置有立柱，所述立柱的上端套接安装有升降台，且升降台的外侧套接安装有转环，所述立柱上设置有齿条，且升降台上设置有与齿条匹配的升降驱动电机，所述转环的外侧设置有至少两个连接座，且连接座的外侧均固定安装有铰接座。优点：该装置整体结构简单，制作难度低，不仅能够有效的利用浅海流域的湍流，紊流，涌波，回流，反射溢波等波浪的动能和势能进行发电，而且能够避免海面恶劣的天气对发电装置的冲击与损坏，从而对自身进行保护。

Description

一种应用于浅海的水下波浪能发电装置

技术领域

本发明涉及一种应用于浅海的水下波浪能发电装置，属于波浪能发电技术领域。

背景技术

化石燃料的大量使用已严重的污染了空气，人们一直寻求可替代的绿色能源，由于风能与太阳能受到地域与光照时间的限制，人们一直在探索可持续的不受限制的绿色能源。人们开始把目光瞄准了大海，海洋中“风三尺浪”无，水下更是暗流涌动，蕴含各类的湍流，紊流，卷波，涌波，回流，反射溢波等波浪，而波浪的势能和动能如果合理的利用将能够用作为清洁的电力来源方式，我国近2年已经起步研发相应的波浪能转换装置，但在实际的使用过程中，现有的方案大多数只能够针对波浪的升降运动和水平运动设计不同的装置进行能量收集，无法全面的利用海面下的湍流，紊流，卷波，涌波，回流，反射溢波的动能和势能，因此能量利用率低，而且现有的装置缺乏相应的自我保护功能，在面对台风、海啸等自然灾害时容易被破坏，为此我们提供了一种应用于浅海的水下波浪能发电装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种应用于浅海的水下波浪能发电装置。

为解决上述技术问题，一种应用于浅海的水下波浪能发电装置，包括底座，且底座的上端设置有立柱，所述立柱的上端套接安装可在立柱外侧上下移动的升降台，且升降台的外侧套接安装有转环，所述转环的外侧设置有至少两个连接座，且连接座的外侧均固定安装有铰接座，所述铰接座的末端铰接安装有连接杆，且连接杆的下端与铰接座的下端之间设置有用于对连接杆和铰接杆之间的上下摆动运动进行缓冲的复位弹簧，所述连接杆的末端设置有换能装置，且换能装置的上端铰接安装有铰接球，所述铰接球的上端固定设置有导向管，且导向管上套接安装有滑动球，所述滑动球上设置有浮动机构，所述导向管中部开有通孔，且滑动球的中心处设置有穿过导向管上通孔并连接滑动球两侧的连杆，所述连杆上固定连接有强制回缩绳和转轴驱动绳，且强制回缩绳和转轴驱动绳通过导向管的内部伸入换能装置内，且强制回缩绳用于连接换能装置上的回收机构，所述转轴驱动绳用于连接换能装置内的换能机构，所述升降台的外侧与转环之间通过扭簧连接，且扭簧和复位弹簧上均安装有力传感器，所述力传感器的信号通过控制器处理后用于控制回收机构的运动。

进一步的，所述立柱上设置有齿条，且升降台上设置有与齿条匹配的升降驱动电机，所述力传感器的信号通过控制器处理后用于控制升降驱动电机的运动。

进一步的，所述浮动机构包括配合板和表面浮动体，且配合板铰接安装在滑动球的外侧，每个所述配合板上至少安装一个表层浮动体。

进一步的，所述立柱上设置有导向槽，且升降台上一体成型有与导向槽匹配的导向凸起。

进一步的，所述换能装置的外侧固定安装有调整浮动体。

进一步的，所述回收机构为设置在换能装置上且连接在强制回收绳末端的牵引电机。

进一步的，所述换能机构包括设置在换能装置内部的转轴、增速器、升降齿条板、配合轮、悬挂重物和发电机，所述转轴位于铰接球的下方，且增速器安装在转轴的末端，所述增速器的输出端驱动发电机，所述转轴驱动绳的末端连接可以在换能装置内上下滑动的升降齿条板，且悬挂重物设置在升降齿条板的末端，所述配合轮安装在转轴上并与升降齿条板啮合安装。

本发明所达到的有益效果：

与现有技术相比，本发明专利的有益效果是：本发明专利设计的波浪能转换装置整体结构简单，制作难度低，不仅能够有效的利用波浪的动能和势能进行发电，而且能够对自身进行保护，减少了人工维护的成本和面临自然灾害时的损失，相对于传统功能单一的波浪能转换装置具有显著的优势。

附图说明

图1为本发明专利结构示意图；

图2为本发明专利结构的剖视图；

图3为图2中A区域的结构放大图；

图4为本发明专利底座的结构示意图；

图5为本发明专利换能装置的安装示意图。

图中：1底座、2立柱、3升降台、4导向管、5滑动球、6配合板、7表层浮动体、8牵引电机、9发电机、10换能装置、11调整浮动体、12铰接球、13转环、14升降驱动电机、15复位弹簧、16连接杆、17铰接座、18连杆、19齿条、20连接座、21扭簧、22导向凸起、23导向槽、24强制回缩绳、25转轴驱动绳、26悬挂重物、27配合轮、28转轴、29升降齿条板、30增速器、31力传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1-5，该装置主要应用与不超过500米的浅海，本发明专利提供一种技术方案：一种应用于浅海的水下波浪能发电装置，包括底座1，且底座1的上端设置有立柱2，立柱2的上端套接安装可在立柱2外侧上下移动的升降台3，且升降台3的外侧套接安装有转环13，转环13的外侧设置有至少两个连接座20，且连接座20的外侧均固定安装有铰接座17，铰接座17的末端铰接安装有连接杆16，且连接杆16的下端与铰接座17的下端之间设置有用于对连接杆16和铰接杆17之间的上下摆动运动进行缓冲的复位弹簧15，连接杆16的末端设置有换能装置10，且换能装置10的上端铰接安装有铰接球12，铰接球12的上端固定设置有导向管4，且导向管4上套接安装有滑动球5，滑动球5上设置有浮动机构，导向管4中部开有通孔，且滑动球5的中心处设置有穿过导向管4上通孔并连接滑动球5两侧的连杆18，连杆18上固定连接有强制回缩绳24和转轴驱动绳25，且强制回缩绳24和转轴驱动绳25通过导向管4的内部伸入换能装置10内，且强制回缩绳24用于连接换能装置10上的回收机构，转轴驱动绳25用于连接换能装置10内的换能机构，升降台3的外侧与转环13之间通过扭簧21连接，且扭簧21和复位弹簧15上均安装有力传感器31，力传感器31的信号通过控制器处理后用于控制回收机构的运动。

立柱2上设置有齿条19，且升降台3上设置有与齿条19匹配的升降驱动电机14，力传感器31的信号通过控制器处理后用于控制升降驱动电机14的运动。浮动机构包括配合板6和表面浮动体7，且配合板6铰接安装在滑动球5的外侧，每个配合板6上至少安装一个表层浮动体7，立柱12上设置有导向槽23，且升降台3上一体成型有与导向槽23匹配的导向凸起22，换能装置10的外侧固定安装有调整浮动体11，回收机构为设置在换能装置10上且连接在强制回收绳24末端的牵引电机8，换能机构包括设置在换能装置10内部的转轴28、增速器30、升降齿条板29、配合轮27、悬挂重物26和发电机9，转轴28位于铰接球12的下方，且增速器30安装在转轴28的末端，增速器30的输出端驱动发电机9，转轴驱动绳25的末端连接可以在换能装置10内上下滑动的升降齿条板29，且悬挂重物26设置在升降齿条板29的末端，配合轮27安装在转轴28上并与升降齿条板29啮合安装。

工作原理：该装置安装时，首先将底座固定在河床或者海床上，然后利用升降驱动电机14将升降台3提升至指定的工作位置，在此位置处，滑动球5能够上浮至水面，随后牵引电机8将强制回收绳24放出，表层浮动体7在浮力的作用下，驱动滑动球5沿着导向管4上下滑动，当波浪上扬滑动球5向着导向管顶端滑动式，转轴驱动绳25在浮力作用下利用齿轮齿条配合通过增速器30增速后驱动转轴28旋转，从而驱动发电机9发电，当波浪回落时，转轴驱动绳在悬挂重物26的牵引下向下运动反向驱动发电机9发电，由于导向管4与换能装置10之间采用了铰接球12进行连接，因此表层浮动体7不仅能够垂直的上下运动，而且能够跟随波浪的运动方向而四处摆动，在摆动的过程中依然能够通过滑动球5与配合板6的铰接关系而使表层浮动体7的运动转换为滑动球5沿着导向管4的上下运动，从而使转轴驱动绳25依然能够将波浪能转换为电能，实现了对各种运动状态下的波浪所携带的动能和势能的有效利用。

由于水面上的波浪运动并不是均匀的，因此存在部分表面浮动体7受力较大，而其余表面浮动体7受力较小，从而导致该装置整体受力不平衡发生局部损伤的情况，而且海面上会有台风海啸、河面上会有大潮等自然现象产生的远超平常波浪的巨浪，从而对该装置造成巨大的损伤，因此该装置设计了一套完整的方案进行自我调整和自我保护：升降台3和转环13整体采用套接，能够相对转动，同时升降台3和转环13之间设置有扭簧21，扭簧21一方面能够避免转环13无休止旋转带来过度磨损和波浪能转换效率的下降，其次能够利用扭簧21承受的力通过力传感器31判断波浪的猛烈程度和分布均匀性，不仅导向管4能够自由的摆动，表层浮动体7也能够在滑动球5上自由的旋转和摆动，从而更好的与波浪接触，当局部区域的表层浮动体7受力过猛时，不仅会导致扭簧21上的力传感器31检测到异常数据，还会使复位弹簧15上的力传感器31检测到异常数据，从而使该装置进行自我调整和规避风险。

该装置自我调整和规避风险的方式具体如下：

当单个复位弹簧15上的力传感器31检测到异常受力数据，其余力传感器31上的数据未超过阈值时，可以判断为产生了局部大波浪或者冲击性水流，此时在相应牵引电机8的驱动下将复位弹簧15所对应的滑动球5由强制回缩绳24牵引拉下，从而使其上的编程浮动体沉入水中避免冲击性水流或者局部大波浪的影响；

当各个复位弹簧15和扭簧21上的力传感器31均检测到异常受力数据时，则表明装置整体遭受了大波浪的袭击，此时不仅各个换能装置10上的滑动球5会在牵引电机8的作用下向下运动规避波浪，而且升降台也将在升降驱动电机14的作用下向下运动至海床或者河床上，从而有效的减少巨浪对装置整体的损伤，从而有效的保护自身。其他情况则依据各个力传感器31检测到的数据由预定义的程序经控制器进行选择性执行规避和调整力度。

该装置中，悬挂重物26用于保障表层浮动体7在波浪推动下上升至最高点后能够迅速回落贴近水面并使绳子下端能够用于驱动转轴28，因此悬挂重物26所需的质量可以根据实验验证出最优解，同时设置的调整浮动体11是为了平衡连接杆16末端的受力，避免升降台3受力过度不均衡与立柱2卡死，同时也减少了驱动升降台3运动所需要的功率，因此只需要保障调整浮动体11能够抵消掉连接杆16末端所受重力即可，该装置工作时，内置的控制器只需要管理发电机9、储能设备和力传感器31，现有技术中不仅相关的控制程序成熟，而且由于控制设备简单，采用常规的32位单片机即可完成控制，比如市面上的stm32系列单片机，而且该装置产生的电能也能够用于维护自身运作，因此该装置整体结构简单，制作难度低，不仅能够有效的利用波浪的动能和势能进行发电，而且能够对自身进行保护，减少了人工维护的成本和面临自然灾害时的损失，相对于传统功能单一的波浪能转换装置具有显著的优势。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种应用于浅海的水下波浪能发电装置，其特征是，包括底座（1），且底座（1）的上端设置有立柱（2），所述立柱（2）的上端套接安装可在立柱（2）外侧上下移动的升降台（3），且升降台（3）的外侧套接安装有转环（13），所述转环（13）的外侧设置有至少两个连接座（20），且连接座（20）的外侧均固定安装有铰接座（17），所述铰接座（17）的末端铰接安装有连接杆（16），且连接杆（16）的下端与铰接座（17）的下端之间设置有用于对连接杆（16）和铰接杆（17）之间的上下摆动运动进行缓冲的复位弹簧（15），所述连接杆（16）的末端设置有换能装置（10），且换能装置（10）的上端铰接安装有铰接球（12），所述铰接球（12）的上端固定设置有导向管（4），且导向管（4）上套接安装有滑动球（5），所述滑动球（5）上设置有浮动机构，所述导向管（4）中部开有通孔，且滑动球（5）的中心处设置有穿过导向管（4）上通孔并连接滑动球（5）两侧的连杆（18），所述连杆（18）上固定连接有强制回缩绳（24）和转轴驱动绳（25），且强制回缩绳（24）和转轴驱动绳（25）通过导向管（4）的内部伸入换能装置（10）内，且强制回缩绳（24）用于连接换能装置（10）上的回收机构，所述转轴驱动绳（25）用于连接换能装置（10）内的换能机构，所述升降台（3）的外侧与转环（13）之间通过扭簧（21）连接，且扭簧（21）和复位弹簧（15）上均安装有力传感器（31），所述力传感器（31）的信号通过控制器处理后用于控制回收机构的运动。

2.根据权利要求1所述的一种应用于浅海的水下波浪能发电装置，其特征是，所述立柱（2）上设置有齿条（19），且升降台（3）上设置有与齿条（19）匹配的升降驱动电机（14），所述力传感器（31）的信号通过控制器处理后用于控制升降驱动电机（14）的运动。

3.根据权利要求1所述的一种应用于浅海的水下波浪能发电装置，其特征是，所述浮动机构包括配合板（6）和表层浮动体（7），且配合板（6）铰接安装在滑动球（5）的外侧，每个所述配合板（6）上至少安装一个表层浮动体（7）。

4.根据权利要求1或2所述的一种应用于浅海的水下波浪能发电装置，其特征是，所述立柱（2）上设置有导向槽（23），且升降台（3）上一体成型有与导向槽（23）匹配的导向凸起（22）。

5.根据权利要求1所述的一种应用于浅海的水下波浪能发电装置，其特征是，所述换能装置（10）的外侧固定安装有调整浮动体（11）。

6.根据权利要求1所述的一种应用于浅海的水下波浪能发电装置，其特征是，所述回收机构包括设置在换能装置（10）上且连接在强制回收绳（24）末端的牵引电机（8）。

7.根据权利要求1所述的一种应用于浅海的水下波浪能发电装置，其特征是，所述换能机构包括设置在换能装置（10）内部的转轴（28）、增速器（30）、升降齿条板（29）、配合轮（27）、悬挂重物（26）和发电机（9），所述转轴（28）位于铰接球（12）的下方，且增速器（30）安装在转轴（28）的末端，所述增速器（30）的输出端驱动发电机（9），所述转轴驱动绳（25）的末端连接可以在换能装置（10）内上下滑动的升降齿条板（29）上，且悬挂重物（26）设置在升降齿条板（29）的末端，所述配合轮（27）安装在转轴（28）上并与升降齿条板（29）啮合安装。