CN108131235A - 一种双行程往复摆动式波浪能发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双行程往复摆动式波浪能发电装置，包括底座，所述底座上铰接有偏摆，所述底座的左右两端均安装有能量转换器，所述能量转换器的一端与支座铰接，另外一端与偏摆铰接，所述支座与底座固定连接，两个能量转换器以偏摆的中心线镜像对称分布。本发明通过利用偏摆接受波浪的摆动，然后将摆动的势能通过能量转换器转化为电能，而且偏摆的两侧均设有能量转换器，具有设计简洁紧凑，易于成组配置，有助于提高疲劳寿命和可靠性，而且可以实现成组式大规模波浪能发电。
Description
技术领域
本发明涉及一种波浪能发电领域，特别是摆动式波浪能发电装置。
背景技术
当前，世界上可开发的海洋波浪能储量超过1TW，近海岸的波浪具有20-50kW/m的潜在功率，其峰值可达100KW/m，相比于太阳能(1500W/m2)和风能(600W/m2)的功率密度，海洋波浪的功率密度和可开采的储量都具有明显的优势。从目前到2050年，世界各国采用的各种波浪发电技术可实现的波浪能开发总量将超过46GW。因此，波浪能发电技术将是弥补现有能源短缺和危机的一种重要的技术手段，也是未来新能源技术发展的一个重要的趋势和方向。
根据现有的波浪动能至电功率转换原理的不同，现有的波浪发电装置主要可以分成四类：(1)震荡水柱式波浪发电装置；(2)水坝式波浪发电装置；(3)端部固定式波浪发电装置；(4)点吸收式波浪发电装置。震荡水柱式波浪发电装置通过波浪运动驱动固定导流管内的水柱，进而驱动管内的空气运动，带动风机在空气运动中旋转发电。该发电装置具有三次的能量转换过程，最终是采用低密度的空气运动实现电功率转换，虽然具有结构成熟、易于实现等特征，但整体的能量转换效率偏低。水坝式波浪能发电采用溢出水坝的水流动能冲击水轮机实现波浪能到电功率的转换，该装置需要构建大型的基础水坝，具有投资周期长，过程复杂等问题。端部固定形式的波浪发电装置采用各种曲面形式的波浪能吸收和转换元件，并具有装置底部或者顶部固定的结构形式，尤其有利于近海沿岸的波浪能吸收和功率转换。点吸收形式的波浪发电装置一般用于远海和深海的波浪能转换，但常难以获得有效的维护和高效的实时控制。
上述各类波浪发电装置通常用于波浪周期为5～12s左右的波浪环境中，由于没有设置恰当的功率缓冲环节，经由上述装置中发出的电功率波动幅度很大，震荡很剧烈。当上述波浪发电装置发出的电功率并入电网时，极容易对电网功率造成很大的冲击，严重影响电网的稳定性和电能质量。同时，上述波浪能发电装置的效率偏低，通常只有约10–15％的波浪动能能够最终转换成为电功率。如果采用液压形式的波浪能转换结构，上述装置还容易产生液压油泄露并对海洋环境产生污染等问题。
综上所述，现有的波浪能发电技术通常具有结构复杂、成本过高、效率偏低、功率质量比较低等一系列的缺点，也难以较好地在近海沿岸大规模应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种能够在近海沿岸实现大规模波浪能转换的高效的波浪能发电装置。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种双行程往复摆动式波浪能发电装置，包括底座，所述底座上铰接有偏摆，所述底座的左右两端均安装有能量转换器，所述能量转换器的一端与支座铰接，另外一端与偏摆铰接，所述支座与底座固定连接，两个能量转换器以偏摆的中心线镜像对称分布。
作为上述技术方案的进一步改进，所述能量转换器包括箱体，所述箱体的上下两端分别套有上推力管与下推力管；所述上推力管的上端与偏摆铰接，下端与与箱体滑动连接；所述下推力管的下端与支座铰接，上端与箱体滑动连接，所述上推力管与下推力管的中心线重合，所述上推力管的下端与上推力管的上端相互离开；所述箱体的上下两端还分别轴接有上丝杆、下丝杆，所述上丝杆套在上推力管内并与上推力管螺纹连接，所述下丝杆套在下推力管内并与下推力管螺纹连接，所述箱体的左右两端均设有发电机，所述发电机包括电机轴，两个所述的电机轴分别与上丝杆、下丝杆传动连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的能量转换器还包括传动轴，所述传动轴有两条，所述传动轴的一端与电机轴之间通过超越离合器连接，所述传动轴的另外一端与上丝杆/下丝杆通过锥齿轮连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述上丝杆、下丝杆通过轴承与箱体轴接，所述传动轴通过轴承与箱体轴接，所述传动轴38与箱体之间设有密封圈。
作为上述技术方案的进一步改进，所述箱体的上下两端设有丝杆轴，所述丝杆轴的一端通过轴承与箱体轴接，所述丝杆轴的另外一端通过联轴节与上丝杆/下丝杆连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述偏摆通过夹板与底座铰接，所述上推力管通过连接板与夹板铰接；所述下推力管通过连接板与支座铰接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述能量转换器还包括电气功率变换单元，所述电气功率变换单元与发电机电连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电气功率变换单元包括整流器与升压器。
作为上述技术方案的进一步改进，每个发电机中均设有电气功率变换单元，所有电气功率变换单元并联连接。
本发明的有益效果是：本发明通过利用偏摆接受波浪的摆动，然后将摆动的势能通过能量转换器转化为电能，而且偏摆的两侧均设有能量转换器，具有设计简洁紧凑，易于成组配置，有助于提高疲劳寿命和可靠性，而且可以实现成组式大规模波浪能发电。
同时，能量转化器采用纯机械的高效率的传动方式，无液压功率和流体润滑的损失，也没有液压油泄露和对环境造成污染等风险，具有高效、可靠、环保等优势。而且在发电机中增加了电气功率变换单元，能有效地对发电机的功率和电气特性等进行单独和高效的控制，实现发电质量和效率的最优化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的能量转换器的结构示意图；
图3是本发明的电气功率变换单元的电气原理图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1，一种双行程往复摆动式波浪能发电装置，包括底座1，所述底座1上铰接有偏摆2，所述底座1的左右两端均安装有能量转换器3，所述能量转换器3的一端与支座4铰接，另外一端与偏摆2铰接，所述支座4与底座1固定连接，两个能量转换器3以偏摆2的中心线镜像对称分布。偏摆在波浪动力的驱动下以底座为中心点，做往复的双行程的摆动，并将波浪动能转换成为偏摆的机械动能。偏摆的往复运动的机械能传递至能量转换器，并因此转换称为相对稳定的电功率输出。
参见图2，进一步作为优选的实施方式，所述能量转换器3包括箱体31，所述箱体31的上下两端分别套有上推力管32与下推力管33；所述上推力管32的上端与偏摆2铰接，下端与与箱体31滑动连接；所述下推力管33的下端与支座4铰接，上端与箱体31滑动连接，所述上推力管32与下推力管33的中心线重合，所述上推力管33的下端与上推力管33的上端相互离开；所述箱体31的上下两端还分别轴接有上丝杆34、下丝杆35，所述上丝杆34套在上推力管32内并与上推力管32螺纹连接，所述下丝杆35套在下推力管33内并与下推力管33螺纹连接，所述箱体31的左右两端均设有发电机36，所述发电机36包括电机轴37，两个所述的电机轴37分别与上丝杆34、下丝杆35传动连接。所述的能量转换器3还包括传动轴38，所述传动轴38有两条，所述传动轴38的一端与电机轴37之间通过超越离合器连接，所述传动轴38的另外一端与上丝杆34/下丝杆35通过锥齿轮连接。能量转换器对称布置在偏摆的两侧，通过推力管和丝杠构成的螺纹连接，具体的为滚珠丝杠机构连接，将偏摆的往复摆动转换成推力管的双向往复直线运动，并进而转换称为丝杠的双向旋转运动。该双向的旋转运动汇入到由四个锥齿轮和两侧超越离合器构成的锥齿轮箱中，并转换成为两侧对称的永磁发电机的单向连续的电功率输出。
工作的时候，推力管和丝杠构成的滚珠丝杠副能够将偏摆和推力管直线的往复运动转换成丝杠的双向旋转运动，并经由丝杠轴传递至锥齿轮箱中，实现波浪动能至机械动能和电功率的转换。同时，对称安装在电机轴上的两侧超越离合器只能够传递单方向的运动，即只有当电机锥齿轮的转速大于或等于电机轴的转速且同方向转动时，电机锥齿轮才能驱动电机轴和永磁电机旋转发电。箱体两侧的发电机能够始终按照同一个方向旋转，但转向相反，因此有助于将随机、时变、双向运动的波浪能高效地转换成单方向连续的电功率输出。
进一步作为优选的实施方式，所述上丝杆34、下丝杆35通过轴承与箱体31轴接，所述传动轴38通过轴承与箱体31轴接，所述传动轴38与箱体31之间设有密封圈。
进一步作为优选的实施方式，所述箱体31的上下两端设有丝杆轴39，所述丝杆轴39的一端通过轴承与箱体31轴接，所述丝杆轴39的另外一端通过联轴节与上丝杆34/下丝杆35连接。通过增加丝杆轴，可以使得结构更加简便，箱体整体可以进行预安装，使得箱体中的丝杆轴、传动轴与锥齿轮组首先安装好在箱体内，然后再通过联轴节将丝杆轴与丝杆连接，然后通过超越离合器将传动轴与电机轴连接，提高了安装的效率，以及维护的便捷性。
进一步作为优选的实施方式，所述偏摆2通过夹板5与底座1铰接，所述上推力管32通过连接板6与夹板5铰接；所述下推力管33通过连接板6与支座4铰接。
进一步作为优选的实施方式，所述能量转换器3还包括电气功率变换单元，所述电气功率变换单元与发电机36电连接。
参见图3，进一步作为优选的实施方式，所述电气功率变换单元包括整流器与升压器。
进一步作为优选的实施方式，每个发电机36中均设有电气功率变换单元，所有电气功率变换单元并联连接。电气功率变换单元由整流器和升压变换器以及负载等构成，分别针对每一台永磁发电机设计单独的电气功率变换单元。将永磁电机的输出的时变不稳定的电功率整流成直流电之后，同时经过升压变换器接入到负载中。多台电气功率变换单元通过并排组合可以提高功率利用效率并能够维持大负载的功率需求。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种双行程往复摆动式波浪能发电装置，其特征在于：包括底座(1)，所述底座(1)上铰接有偏摆(2)，所述底座(1)的左右两端均安装有能量转换器(3)，所述能量转换器(3)的一端与支座(4)铰接，另外一端与偏摆(2)铰接，所述支座(4)与底座(1)固定连接，两个能量转换器(3)以偏摆(2)的中心线镜像对称分布。
2.根据权利要求1所述的双行程往复摆动式波浪能发电装置，其特征在于：所述能量转换器(3)包括箱体(31)，所述箱体(31)的上下两端分别套有上推力管(32)与下推力管(33)；所述上推力管(32)的上端与偏摆(2)铰接，下端与与箱体(31)滑动连接；所述下推力管(33)的下端与支座(4)铰接，上端与箱体(31)滑动连接，所述上推力管(32)与下推力管(33)的中心线重合，
所述上推力管(33)的下端与上推力管(33)的上端相互离开；
所述箱体(31)的上下两端还分别轴接有上丝杆(34)、下丝杆(35)，
所述上丝杆(34)套在上推力管(32)内并与上推力管(32)螺纹连接，所述下丝杆(35)套在下推力管(33)内并与下推力管(33)螺纹连接，所述箱体(31)的左右两端均设有发电机(36)，
所述发电机(36)包括电机轴(37)，两个所述的电机轴(37)分别与上丝杆(34)、下丝杆(35)传动连接。
3.根据权利要求2所述的双行程往复摆动式波浪能发电装置，其特征在于：所述的能量转换器(3)还包括传动轴(38)，所述传动轴(38)有两条，所述传动轴(38)与电机轴(37)之间通过超越离合器连接，所述传动轴(38)与上丝杆(34)/下丝杆(35)通过锥齿轮连接。
4.根据权利要求3所述的双行程往复摆动式波浪能发电装置，其特征在于：所述上丝杆(34)、下丝杆(35)通过轴承与箱体(31)轴接，所述传动轴(38)通过轴承与箱体(31)轴接，所述传动轴(38)与箱体(31)之间设有密封圈。
5.根据权利要求4所述的双行程往复摆动式波浪能发电装置，其特征在于：所述箱体(31)的上下两端设有丝杆轴(39)，所述丝杆轴(39)的一端通过轴承与箱体(31)轴接，所述丝杆轴(39)的另外一端通过联轴节与上丝杆(34)/下丝杆(35)连接。
6.根据权利要求5所述的双行程往复摆动式波浪能发电装置，其特征在于：所述偏摆(2)通过夹板(5)与底座(1)铰接，所述上推力管(32)通过连接板(6)与夹板(5)铰接；所述下推力管(33)通过连接板(6)与支座(4)铰接。
7.根据权利要求2所述的双行程往复摆动式波浪能发电装置，其特征在于：所述能量转换器(3)还包括电气功率变换单元，所述电气功率变换单元与发电机(36)电连接。
8.根据权利要求7所述的双行程往复摆动式波浪能发电装置，其特征在于：所述电气功率变换单元包括整流器与升压器。
9.根据权利要求8所述的双行程往复摆动式波浪能发电装置，其特征在于：每个发电机(36)中均设有电气功率变换单元，所有电气功率变换单元并联连接。
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