CN108397341A - 一种摆叶式波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

一种摆叶式波浪能发电装置，涉及新能源领域波浪能利用技术。该装置主要由摆叶、摆叶架、摆幅限位器、浮体、传动轴、变速箱、飞轮、发电机和固定台架所组成。所述摆叶是一种流线型叶片，靠近前沿处有一轴，摆叶在水中绕轴摆动。摆叶数量有若干，其轴围绕并垂直于传动轴呈辐射状布置。所述摆叶架是一种支承摆叶的机构，向传动轴传递摆叶的动能，可向水下放下或向上收起。所述摆幅限位器是一种限位装置，通过改变摆叶的摆幅角度来调节发电功率。所述浮体，随波浪一起浮动，有圆形旋转式和非旋转式两种类型。所述传动轴可以是带万向节的伸缩轴，也可以是普通空心轴。所述飞轮是一种机械能储能装置，用以储存或释放转动动能。

Description

一种摆叶式波浪能发电装置

技术领域

本发明涉及波浪能利用技术。

背景技术

波浪所蕴涵的能量主要是是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。台风导致的巨浪，其功率密度可达每米迎波面数千千瓦，而波浪能丰富的欧洲北海地区，其年平均波浪功率为20-40kW/m²，中国海洋沿岸大部分的年平均波浪功率为2-7kW/m。

全世界波浪能的理论估算值为10⁹kW量级，利用潜力很大。

目前将波浪能收集起来并转换成电能或其他形式能量的波能装置有设置在岸上的和漂浮在海里的两大类。按能量传递形式分类有直接机械传动、低压水力传动、高压液压传动、气动传动4种。其中气动传动方式采用空气涡轮波力发电机，把波浪运动压缩空气产生的往复气流能量转换成电能，旋转件不与海水接触，能作高速旋转，因而发展较快。波力发电装置五花八门，不拘一格，有点头鸭式、波面筏式、波力发电船式、环礁式、整流器式、海蚌式、软袋式、振荡水柱式、多共振荡水柱式、波流式、摆式、结合防波堤的振荡水柱式、收缩水道式等十余种。这些技术方案普遍存在结构分散、集成度低、系统复杂、波浪能收集效率低、安装难度大、建造成本高等问题，需要结构紧凑、集成度高、系统简单、便于安装以及效率高、成本低的技术方案予以替代。

以上背景技术来源于网络和媒体资料。

发明内容

当前波浪能发电装置主要是要解决结构分散、集成度低、系统复杂、波浪能收集效率低、安装难度大、建造成本高的问题。本发明提供了一种解决方案，具有结构紧凑、集成度高、系统简单、建造成本低、便于安装的特点。

本发明描述了由摆叶、摆叶架、摆幅限位器、浮体、传动轴、变速箱、飞轮、发电机和固定台架组成的一种摆叶式波浪能发电装置。所述摆叶是一种流线型叶片，靠近前沿处有一轴，摆叶在水中绕轴摆动，吸收波浪能量；摆叶的数量有若干，其轴垂直于传动轴并围绕传动轴呈辐射状布置。所述摆叶架是一种支承摆叶的机构，同时向传动轴传递摆叶的动能，在其驱动机构的带动下，工作时向水下放下，非工作状态可向上收起。所述摆幅限位器是一种限制摆叶摆动幅度的限位装置，在其驱动机构的带动下，通过改变摆叶的摆幅角度来调节发电功率。所述浮体，随波浪一起浮动，有圆形旋转式和非旋转式两种类型。所述传动轴可以是带万向节的伸缩轴，也可以是普通空心轴。所述飞轮是一种机械能储能装置，安装在变速箱与发电机之间的主轴上，在波浪输入能量增强时储存动能，在波浪输入能量减弱时释放动能。所述固定台架，不随传动轴一起转动，不随或可随浮体一起浮动。

所述摆叶，采用空心结构，或者采用其它类型轻型结构或轻质材料，使其重力与水产生的浮力基本相当。这种结构的摆叶，其最大的优点就是：不采用弹簧复位就能使摆叶抵消自身重力恢复到中间位置，以简化机械结构，增加可靠性。

所述摆幅限位器，其驱动机构安装于空心的传动轴或摆叶架中，采用电动或液压或气动，并采用空腔气室密封防水。部件常年浸泡在水里，防水问题尤为突出。采用上端封闭、下端开口(以便机械部件穿过)的倒置容器结构，形成空腔气室，具有可靠的防水功能。

所述摆叶架，可与摆叶一对一配置，也可以所有摆叶共用一个摆叶架。

所述摆叶架放下和收起的驱动机构，采用电动或液压或气动或简易手操。这一功能可用于检修维护，或防止灾难性巨浪的破坏。

工作原理：当浮体半潜在水里时，在波浪的推动下作自由上下运动，从而带动摆叶架和摆叶作上下运动。当摆叶向某个方向摆动时很快就受到限位，于是其形成的斜面便在水的作用下产生横向推力，通过摆叶架，多个推力一致作用于传动轴的圆周切向，从而使传动轴旋转，并将转动能量传递给变速箱，再经变速箱增速后，带动飞轮储能和发电机发电。

功率调节方法：摆叶不受外力时呈水平状态；对于大小确切的波浪，在±90°摆动范围确定一个θ点，当摆叶在±θ°范围摆动时，处于最高效率的吸收波浪能状态，输出较大的功率。摆叶向上或向下摆动一次(半幅)的行程称为摆动半角。当摆动半角＜θ°时，上下摆动一次的行程缩短，适合在较小的波浪下增强输出功率；当摆动半角＞θ°时，上下摆动一次的行程增加，适合在较大的波浪下减小输出功率，以保护发电机不过载；当摆动范围在±90°时，传递给摆叶架的力几乎没有，输出功率几乎为零。因此，根据波浪的大小，我们可以调节输出功率，特别是在巨浪时可以调小输出功率，甚至使输出功率为零，以保护发电机。

附图说明

图1是摆叶式波浪能发电装置立面图，其结构形式为圆形旋转式浮体、摆叶和摆叶架一对一配置。图中：1-摆叶，2-摆叶架，3-摆幅限位器，4-浮体，5-传动轴，6-变速箱，7-飞轮，8-发电机，9-固定台架，W-波浪。

图2是摆叶式波浪能发电装置传动轴以下部分俯视图，其结构形式为圆形旋转式浮体、摆叶和摆叶架一对一配置。图中：1-摆叶，2-摆叶架，3-摆幅限位器，4-浮体，5-传动轴。

图3是摆叶式波浪能发电装置摆幅限位器的限位原理示意图，适用于结构形式为圆形旋转式浮体、摆叶和摆叶架一对一配置。图中：1-摆叶，11-轴，3-摆幅限位器(凸轮式)。

图4是摆叶式波浪能发电装置另一种形式的立面图，其结构形式为非旋转式浮体、所有摆叶共用一个摆叶架。图中：1-摆叶，2-摆叶架，4-浮体，5-传动轴，6-变速箱，7-飞轮，8-发电机，9-固定台架，W-波浪，摆幅限位器3隐藏于摆叶架内。

图5是摆叶式波浪能发电装置另一种形式的传动轴以下部分俯视图，其结构形式为非旋转式浮体、所有摆叶共用一个摆叶架。1-摆叶，2-摆叶架，4-浮体，5-传动轴，摆幅限位器隐藏于摆叶架内。

图6是摆叶式波浪能发电装置摆幅限位器另一种形式的限位原理示意图，适用于结构形式为非旋转式浮体、所有摆叶共用一个摆叶架。图中：1-摆叶，11-轴(根部带凸柄)，3-摆幅限位器(挡块式)。

具体实施方式

下面结合具体实施例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。

实施例一：

如图1和图2所示，一种摆叶式波浪能发电装置，其结构形式为圆形旋转式浮体、摆叶和摆叶架一对一配置。包括摆叶1、摆叶架2、摆幅限位器3、浮体4、传动轴5、变速箱6、飞轮7、发电机8和固定台架9。所述摆叶1是一种流线型叶片，靠近前沿处有一轴11(参见图3)，摆叶1与轴11不固定，可相对转动。所述摆叶架2从中部铰链处分成两段，其上半段固定于浮体4上，下半段端部连接摆叶1。摆叶1及其摆叶架2的数量有4套(或多套)，沿浮体4的外圆周向布置并固定，摆叶1的轴11垂直于传动轴呈辐射状。所述摆幅限位器3是一种限制摆叶1摆动幅度的限位装置，在其驱动机构的带动下，通过使其凸轮转动(参见图3中的摆幅限位器3)来改变摆叶1的摆幅角度，实现调节输出功率。所述浮体4为圆形旋转式，随波浪W一起浮动，带动摆叶架2及摆叶1一起上下运动，吸收波浪能而转动。所述传动轴5是带万向节的伸缩轴，允许浮体4既可上下运动，也能向任意方向摇晃，同时还传递旋转动能。所述飞轮7安装在变速箱6与发电机8之间的主轴上，用以储存或释放能量。所述固定台架9承载变速箱6、飞轮7和发电机8，固定于岸上或其它大型船体或漂浮物上，不随浮体4和传动轴5一起转动和上下运动。

所述摆叶1，采用空心结构，使其重力与水的浮力基本相当。

所述摆幅限位器3，其驱动机构安装于空心的摆叶架2中，采用电动或液压或气动；摆叶架2采用上端封闭、下端开口(以便机械部件穿过)的倒置容器结构，形成空腔气室密封防水。

所述摆叶架2放下和收起的驱动机构，采用电动或液压或气动；通过驱动机构和中部铰链的作用，可将摆叶架2的下半段连同摆叶1一起向上抬起至浮体4的上方。

实施例二：

如图4和图5所示，一种摆叶式波浪能发电装置，其结构形式为非旋转式浮体、所有摆叶共用一个摆叶架。包括摆叶1、摆叶架2、摆幅限位器3、浮体4、传动轴5、变速箱6、飞轮7、发电机8和固定台架9。所述摆叶1是一种流线型叶片，靠近前沿处有一轴11(参见图6)，摆叶1与轴11相固定，轴11根部带凸柄。所述摆叶架2呈圆筒形，为所有摆叶共用，摆叶1的轴11垂直于传动轴5呈辐射状布置。所述摆幅限位器3，在其驱动机构的作用下，通过调整挡块间距(参见图6中的摆幅限位器3)来改变摆叶1的摆幅角度，实现调节输出功率。所述浮体4为矩形非旋转式，随波浪W一起浮动，带动摆叶架2及摆叶1一起上下运动。所述传动轴5是一种普通空心轴，传递旋转动能。所述固定台架9承载变速箱6、飞轮7和发电机8，依附于浮体4上，随浮体4上下浮动。

所述摆幅限位器3，其驱动机构安装于空心的传动轴5中，采用电动或液压或气动；传动轴5内部采用上端封闭、下端开口(以便机械部件穿过)的倒置容器结构，形成空腔气室密封防水。

所述摆叶架2放下和收起的驱动机构，采用电动或液压或气动以及摩擦滚轮提升结构(参见图4中的传动轴5上端部)。收起时，拆开传动轴5的上端联轴器，移开变速箱6、飞轮7、发电机8和固定台架9所形成的组件，通过提升传动轴5而收起摆叶架2。

Claims (5)

1.一种摆叶式波浪能发电装置，其特征在于：

包括摆叶、摆叶架、摆幅限位器、浮体、传动轴、变速箱、飞轮、发电机和固定台架；

所述摆叶是一种流线型叶片，靠近前沿处有一轴，摆叶在水中绕轴摆动，吸收波浪能量；摆叶的数量有若干，其轴垂直于传动轴并围绕传动轴呈辐射状布置；

所述摆叶架是一种支承摆叶的机构，同时向传动轴传递摆叶的动能，在其驱动机构的带动下，工作时向水下放下，非工作状态可向上收起；

所述摆幅限位器是一种限制摆叶摆动幅度的限位装置，在其驱动机构的带动下，通过改变摆叶的摆幅角度来调节发电功率；

所述浮体，随波浪一起浮动，有圆形旋转式和非旋转式两种类型；

所述传动轴可以是带万向节的伸缩轴，也可以是普通空心轴；

所述飞轮是一种机械能储能装置，安装在变速箱与发电机之间的主轴上，在波浪输入能量增强时储存动能，在波浪输入能量减弱时释放动能；

所述固定台架，不随传动轴一起转动，不随或可随浮体一起浮动。

2.根据权利要求1所述的一种摆叶式波浪能发电装置，其特征在于：所述摆叶，采用空心结构，或者采用其它类型轻型结构或轻质材料，使其重力与水产生的浮力基本相当。

3.根据权利要求1和2所述的一种摆叶式波浪能发电装置，其特征在于：所述摆幅限位器的驱动机构，安装于空心的传动轴或摆叶架中，采用电动或液压或气动，并采用空腔气室密封防水。

4.根据权利要求1至3所述的一种摆叶式波浪能发电装置，其特征在于：所述摆叶架，可与摆叶一对一配置，也可以所有摆叶共用一个摆叶架；所述摆叶架放下和收起的驱动机构，采用电动或液压或气动或简易手操。

5.根据权利要求1至4所述的一种摆叶式波浪能发电装置，其特征在于用以下方法调节功率：摆叶不受外力时呈水平状态；对于大小确切的波浪，在±90°摆动范围确定一个θ点，当摆叶在±θ°范围摆动时，处于最高效率的吸收波浪能状态，输出较大的功率；摆动半角＜θ°时，适合在较小的波浪下增强输出功率；摆动半角＞θ°时，适合在较大的波浪下减小输出功率，以保护发电机不过载；当摆动范围在±90°时，输出功率几乎为零。