CN108194253A - 一种迎波面积可调的重力摆式波浪发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种迎波面积可调的重力摆式波浪发电装置，包括外框架、摆板单元、发电机、电机安装平台、铰支座、调节电机、转轴、动力转换机构、控制装置，所述外框架通过顶部铰支座活动连接所述电机安装平台，所述摆板单元通过上、下两端的转轴转动地排列设置在外框架内，所述调节电机位于外框架顶端水密机舱内并通过联轴器分别连接对应摆板单元上端的转轴，所述外框架通过动力转换机构与发电机的输入端驱动连接，所述控制装置通过电路连接发电机和调节电机。本发明通过对摆板单元的姿态调节以控制装置的迎波面积，进而调节整个装置的波浪力输出，实现控制不同海况下功率稳定输出，保证其极端大浪环境中正常工作和生存能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种波浪发电装置，尤其涉及一种迎波面积可调以改变装置所受波浪载荷的摆式波浪发电装置。
背景技术
环境、能源及人口压力加速了人类开发海洋的步伐。海洋中的波浪能资源丰富，人们发明了各种各样的波浪发电装置进行波浪能向电能的转换。波浪发电装置所处的海洋环境非常复杂，因此有效的波浪发电装置必须满足发电连续稳定、较好的生存能力和可维护性等特点。摆式波浪发电装置具有几何尺度较大、迎波面积较大的特点，因此其结构强度对波浪载荷具有较高的敏感度。然而目前研究的摆式波浪发电装置多为一块整体的摆板，在海况变化时装置所受波浪载荷变化较大，该种整体摆板的结构形式不能很好地适应海况的变化，因此不能动态地调整结构的有效迎波面积。在极端海况下，现有的技术多采用停止波浪发电装置的正常工作，沉入海底以躲避风浪；或者在设计阶段给与较大的结构载荷承载能力等等。上述诸措施具有一定的有效性，但同时也会带来较高的运营和生产成本等不利影响。
如上所述，摆式波浪发电装置具有较大的波浪承载面，大浪中会受到较大的波浪冲击力，导致摆板摇幅过大甚至超过其正常工作位置极限，使摆板装置发生致命的机械或结构损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以人工或自动控制的迎波面积可调的重力摆式波浪发电装置。通过对多个摆板单元迎波面积的控制，实现摆板在变化海况中保持整体受力稳定、摇摆幅值不致较大，进一步防止摆板结构强度、刚度、稳定性或输出过载的情形发生，保证其极端大浪环境中正常工作和良好生存能力的功能。
本发明的机构组成和技术方案如下：
一种迎波面积可调的重力摆式波浪发电装置，包括外框架、若干摆板单元、设置在电机安装平台上的发电机、铰支座、若干调节电机、转轴、动力转换机构、控制装置，所述的外框架通过顶部铰支座活动连接所述电机安装平台，所述若干摆板单元通过上、下两端的转轴转动地排列设置在外框架内，所述的调节电机位于外框架顶端水密机舱内并通过联轴器分别连接对应摆板单元上端的转轴，所述外框架通过动力转换机构与发电机的输入端驱动连接，将外框架的摆动运动转换为旋转运动驱动发电机旋转发电，所述的控制装置通过电路连接发电机和调节电机，用于通过调节电机调节摆板单元的有效迎波面积控制装置的波浪载荷。
本方案提供的迎波面积可调的重力摆式波浪发电装置可以在大浪中通过控制摆板单元的有效迎波面积控制装置的波浪载荷,如装置所在海域波高增加或波浪周期增大时，通过传感器实测的现场波浪参数并对比装置设计时的额定载荷，得出满足额定载荷的有效受波面积，通过调节电机调节摆板单元的迎浪角度以减小摆板的有效迎波面积。这样就无需改变负荷端的大小，实现了能量供给端的平衡。同时，在极端海况下完全使摆板单元的有效迎波面积最小，就不用采用其他技术所述的将整个装置卧底或拖离的老办法，将大大减小维护工作量和降低经济成本。因此既保证了发电量的连续稳定输出，也提高了装置的抗风浪生存能力。
进一步地，所述的动力转换机构为机械动力转换机构，包括动力输出轴、增速机构，所述的动力输出轴一端与铰支座相连接，随外框架的摆动同步转动，另一端与增速机构输入端相连接，所述增速机构的输出端与所述发电机的输入端驱动连接。本方案采用直驱发电结构，将发电机置于水面上，无需选择对密封性要求很高的发电机。
进一步地，所述的增速机构为齿轮增速机构。
进一步地，所述的动力转换机构为液压动力转换机构，包括液压油缸、液压马达，所述的液压油缸一端与所述外框架相铰接，另一端与岸式基础相铰接，所述液压油缸的进、出油管连接所述液压马达的进、出油口，所述液压马达的输出端与所述发电机的输入端驱动连接。本方案采用液压系统将摆板的机械能转换为液压能驱动发电机，结构紧凑、维护方便。
进一步地，所述的液压油缸的数量为一个以上。
进一步地，所述的摆板单元为中空结构，其自身重力大于其自身浮力，使其可以在波浪中保持下垂状态。
进一步地，所述的电机安装平台为岸式基础或浮动平台。
进一步地，所述的发电机为双向交流发电机。
进一步地，还包括姿态传感器，所述的姿态传感器设置在调节电机上，通过电路连接所述的控制装置，用于检测和反馈各摆板单元的转动角度，从而实现对各摆板单元转角的精确控制。
相比现有技术，本发明的有益效果是：本发明通过实时检测装置所在海域的波浪参数，自动调节摆板单元的有效迎浪面积而实现装置所受波浪载荷的稳定性，继而保持摆板主体摇幅的稳定，防止摆板发生结构强度破坏和功率输出过载的情形发生，既保证了发电量的连续稳定输出，还保证其极端大浪环境中正常工作和生存能力的功能，具有很好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的迎波面积可调的重力摆式波浪发电装置实施例一的结构示意图。
图2是本发明的迎波面积可调的重力摆式波浪发电装置压载舱内调节电机和转轴的结构示意图。
图3是本发明的迎波面积可调的重力摆式波浪发电装置实施例二的结构示意图。
图中所示为：1-外框架；2-摆板单元；3-发电机；4-电机安装平台；5-铰支座；6-动力输出轴；7-增速机构；8-调节电机；9-转轴；10-液压油缸；11-液压马达。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
实施例一
如图1和图2所示，一种迎波面积可调的重力摆式波浪发电装置，包括外框架1、若干摆板单元2、设置在电机安装平台4上的发电机3、铰支座5、若干调节电机8、转轴9、动力输出轴6、增速机构7、姿态传感器、控制装置，电机安装平台4为岸式基础或浮动平台，所述的发电机3为双向交流发电机，其输电端通过电缆将电能送至岸上，由于发电机3置于水面上，无需选择对密封性要求很高的发电机。所述的外框架1通过顶部铰支座5活动连接电机安装平台4，所述若干摆板单元2通过上、下两端的转轴9转动地排列设置在外框架1内，摆板单元2的制作材料不限，但满足自身重力大于其自身浮力的条件以使其可以在波浪中保持下垂状态；所述的调节电机8位于外框架1顶端水密机舱内并通过联轴器分别连接对应摆板单元2上端的转轴9所述的动力输出轴6一端与铰支座5相连接，随外框架1的摆动同步转动，另一端与增速机构7输入端相连接，所述增速机构7为齿轮增速机构，其输出端与所述发电机3的输入端驱动连接，将外框架1的摆动运动转换为旋转运动驱动发电机3旋转发电；所述的控制装置通过电路连接发电机3和调节电机8，用于通过调节电机8调节摆板单元2的有效迎波面积控制装置的波浪载荷。
所述的姿态传感器设置在调节电机8上，通过电路连接所述的控制装置，用于检测和反馈各摆板单元2的转动角度，从而实现对各摆板单元2转角的精确控制。
本实施例中，所述调节电机8及其控制系统设置在外框架1顶部的水密压载舱内部，其数量与摆板单元2的数量相对应，可根据海况动态调整摆板单元的姿态，以控制整个装置的有效迎波面积，实现人工或自动的动态调节摆板单元姿态的功能，结构简单、控制方便，便于实施和维护。所述摆板单元2的转动角度由相应姿态传感器进行检测和反馈，
具体来说，结合图2所示，在本实施例中，当装置所在海域的波浪参数发生变化，控制装置会根据满足装置额定载荷不变的前提下计算出摆板单元2的相应的姿态角，进而驱动调节电机8来调节摆板单元2的有效迎波面积。
实施例二
如图3所示，本实施例与实施例一的区别在于：
所述的动力转换机构为液压动力转换机构，包括液压油缸10、液压马达11，所述的液压油缸10一端与所述外框架1相铰接，另一端与岸式基础4相铰接，所述液压油缸10的进、出油管连接所述液压马达11的进、出油口，所述液压马达11的输出端与所述发电机3的输入端驱动连接。所述的液压油缸10的数量可以是一个，也可以为一个以上。
应当指出，本发明的发电方案不限于实施例所述的直接驱动发电模式和液压转换发电模式两类，其他利用此面积可调摆板结构形式的能量转换系统都属于此发明的保护范围。
上述实施例可以在几乎所有海况下实时控制摆板的有效迎波面积，降低波浪载荷大小以防止其摆幅较大并保持持续发电。由于这种装置的有效迎波面积可以控制，因此保证了发电量的连续稳定输出，同时也提高了装置的抗风浪生存能力。因此具有较好的应用前景。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种迎波面积可调的重力摆式波浪发电装置，其特征在于：包括外框架(1)、若干摆板单元(2)、设置在电机安装平台(4)上的发电机(3)、铰支座(5)、若干调节电机(8)、转轴(9)、动力转换机构、控制装置，所述的外框架(1)通过顶部铰支座(5)活动连接电机安装平台，所述若干摆板单元(2)通过上、下两端的转轴(9)转动地排列设置在外框架(1)内，所述的调节电机(8)位于外框架(1)顶端水密机舱内并通过联轴器分别连接对应摆板单元(2)上端的转轴(9)，所述外框架(1)通过动力转换机构与发电机(3)的输入端驱动连接，将外框架(1)的摆动运动转换为旋转运动驱动发电机(3)旋转发电，所述的控制装置通过电路连接发电机(3)和调节电机(8)，用于通过调节电机(8)调节摆板单元(2)的有效迎波面积控制装置的波浪载荷。
2.根据权利要求1所述的迎波面积可调的重力摆式波浪发电装置，其特征在于：所述的动力转换机构为机械动力转换机构，包括动力输出轴(6)、增速机构(7)，所述的动力输出轴(6)一端与铰支座(5)相连接，随外框架(1)的摆动同步转动，另一端与增速机构(7)输入端相连接，所述增速机构(7)的输出端与所述发电机(3)的输入端驱动连接。
3.根据权利要求2所述的迎波面积可调的重力摆式波浪发电装置，其特征在于：所述的增速机构(7)为齿轮增速机构。
4.根据权利要求1所述的迎波面积可调的重力摆式波浪发电装置，其特征在于：所述的动力转换机构为液压动力转换机构，包括液压油缸(10)、液压马达(11)，所述的液压油缸(10)一端与所述外框架(1)相铰接，另一端与岸式基础(4)相铰接，所述液压油缸(10)的进、出油管连接所述液压马达11的进、出油口，所述液压马达(11)的输出端与所述发电机(3)的输入端驱动连接。
5.根据权利要求4所述的迎波面积可调的重力摆式波浪发电装置，其特征在于：所述的液压油缸(10)的数量为一个以上。
6.根据权利要求1所述的迎波面积可调的重力摆式波浪发电装置，其特征在于：所述的摆板单元(2)为中空结构，其自身重力大于其自身浮力。
7.根据权利要求1所述的迎波面积可调的重力摆式波浪发电装置，其特征在于：所述的电机安装平台(4)为岸式基础或浮动平台。
8.根据权利要求1所述的迎波面积可调的重力摆式波浪发电装置，其特征在于：所述的发电机(3)为双向交流发电机。
9.根据权利要求1所述的迎波面积可调的重力摆式波浪发电装置，其特征在于：还包括姿态传感器，所述的姿态传感器设置在调节电机(8)上，通过电路连接所述的控制装置，用于检测和反馈各摆板单元(2)的转动角度。
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