CN108443053A - 一种双向做功的波浪能发电装置 - Google Patents

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步中华
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Abstract

一种双向做功的波浪能发电装置，属于新能源开发领域，包括进出水口、空气储能仓、发电设备和叶轮机，所述空气储能仓为中空密封的建筑物，上端设有开孔，修建在海边波浪比较充足的地方，所述进出水口设置在空气储能仓下部，朝向海浪涌来的一侧，所述发电设备安装在空气储能仓上方，所述叶轮机安装在空气储能仓上方开孔处。本发明通过棘轮与叶轮的结合，使两个叶片方向相反的叶轮在气流吸入和排出空气储能仓时分别作为驱动轮，在气流往复流动的情况下驱动转轴沿同一个方向转动，从而带动发电机连续转动，实现了连续发电的功能。

Description

一种双向做功的波浪能发电装置
技术领域
本发明涉及一种双向做功的波浪能发电装置，具体地说是一种将波浪能转化为动能，进而转化为电能的波浪能发电装置，属于新能源开发领域。
背景技术
传统能源的消耗在经济社会快速发展的大环境下越来越严重，以石油、煤炭等矿物燃料为主的能源结构在相当长的一段时间里难以改变。在这种问题之下，自然环境的破坏以及矿物燃料的枯竭都是当今亟需解决的问题。节能减排，发展新能源是未来发展的必然趋势。
海洋中蕴含着丰富的资源和巨大的可再生能源，波浪能发电就是其中一种行之有效的发展新能源的方式。具体是在岸边修建中空仓体，上端有一气孔，装有波浪能发电装置，在波浪的作用下气流通过进出气孔带动发电装置实现发电的功能。该过程可总结为：将波浪能转化为转动的机械能，然后将转动的机械能转化为电能，最后将该电能稳定化并输送至电网。在这之中如何将波浪能高效地转化为转动的机械能是最需要解决的关键技术，目前该技术还处于不断优化改进的时期。现有的波浪能发电机存在着发电不连续、效率低下等问题，有待于创新。
发明内容
针对上述的不足，本发明提供了一种双向做功的波浪能发电装置，目的在于解决现有的波浪能发电机发电不连续，效果不理想的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种双向做功的波浪能发电装置，包括进出水口、空气储能仓、发电设备和叶轮机，所述空气储能仓为中空密封的建筑物，上端设有开孔，修建在海边波浪比较充足的地方，所述进出水口设置在空气储能仓下部，朝向海浪涌来的一侧，所述发电设备安装在空气储能仓上方，所述叶轮机安装在空气储能仓上方开孔处。
前述的一种双向做功的波浪能发电装置中，所述发电设备包括发电机、发电机皮带轮、飞轮和皮带，所述发电机皮带轮安装在发电机的轴上，所述飞轮安装在发电机的轴端，位于发电机皮带轮外侧，与发电机的轴之间为键连接，所述叶轮机与发电设备之间通过皮带传动。
前述的一种双向做功的波浪能发电装置中，所述叶轮机包括壳体、单向挡风片、转轴、皮带轮、前部叶轮、前部棘轮、棘爪、转轴轴承、叶轮轴承、后部叶轮和后部棘轮，所述壳体包括扩风口、外壳、引风锥体、挡风片铰链和轴承支架，所述外壳后部安装于空气储能仓上方开孔处，前部装有扩风口，所述引风锥体通过三根支架焊接在外壳内部，位于外壳中间位置，所述挡风片铰链有十个，外壳前部与后部各五个，分别均匀分布于外壳内部圆周上。所述轴承支架有两个，分别位于外壳前后两端，通过三根支架焊接在外壳内部，所述单向挡风片安装在挡风片铰链上，可绕挡风片铰链向外侧转动，所述转轴两侧安装有转轴轴承，所述转轴轴承分别安装在前后两个轴承支架上，所述皮带轮固定在转轴中间位置，所述叶轮轴承有两个，安装在转轴上，前部后部各设有一个，所述前部叶轮安装在靠近外壳前部的叶轮轴承上，所述前部棘轮安装在前部叶轮内侧，并靠近于前部叶轮，所述后部叶轮安装在靠近外壳后部的叶轮轴承上，所述后部棘轮安装在后部叶轮内侧，并靠近于后部叶轮，所述棘爪有四个，其中两个安装在前部叶轮叶根部，与前部棘轮配合，另外两个安装在后部叶轮叶根部，与后部棘轮配合。
前述的一种双向做功的波浪能发电装置中，所述单向挡风片分别位于前部叶轮与后部叶轮的外侧，与两叶轮存在一定间隙，并且只能向外开启。
前述的一种双向做功的波浪能发电装置中，所述前部叶轮与后部叶轮叶片的偏向相反，且叶片上部都设有叶冠，前部叶轮与后部叶轮分别位于引风锥体的两侧。
前述的一种双向做功的波浪能发电装置中，所述前部棘轮与后部棘轮的棘齿偏向相同，与棘爪配合。
前述的一种双向做功的波浪能发电装置中，所述引风锥体与外壳之间有一定的环形空间，引风锥体上部与外壳上部设有开口，用于皮带穿过，开口之间通过铁皮连接。
前述的一种双向做功的波浪能发电装置中，所述空气储能仓内部空间可为圆形、方形等任意形状，但总体规则为上窄下宽。
该发明的有益之处是：与现有技术相比，本发明通过棘轮与叶轮的结合，使两个叶片方向相反的叶轮在气流吸入和排出空气储能仓时分别作为驱动轮，在气流往复流动的情况下驱动转轴沿同一个方向转动，从而带动发电机连续转动，实现了连续发电的功能；带传动能够消除一部分震动，带轮设在转轴中间增加了整个系统的稳定性，发电机轴上安装飞轮，增加系统的转动惯量，具有降低震动，提高转动连续性的功能，使发电机工作更加稳定；引风锥体与单向挡风片的配合，确保相应叶轮作为驱动叶轮时，该侧单向挡风片关闭，使气流完全从叶轮叶片间流过，在引风锥体的引流下，使气流从另一侧向外打开的单向挡风片间流过，使气体更快流出风道，提高气流利用率；引风锥体与壳体间开口部分通过铁皮密封，增加发电效率。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图；
附图2为本发明图1的发电设备与叶轮机结构示意图；
附图3为本发明图2的叶轮机前部棘轮棘爪结构示意图；
附图4为本发明图3的后部棘轮棘爪结构示意图；
附图5为本发明图2的壳体结构示意图；
附图6为本发明图2的单向挡风片结构示意图；
附图7为本发明图2的单向挡风片打开示意图；
附图8为本发明图1的总外观图。
图中，1、进出水口，2、空气储能仓，3、发电设备，301、发电机，302、发电机皮带轮，303、飞轮，304、皮带，4、叶轮机，401、壳体，4011、扩风口，4012、外壳，4013、引风锥体，4014、挡风片铰链，4015、轴承支架，402、单向挡风片，403、转轴，404、皮带轮，405、前部叶轮，406、前部棘轮，407、棘爪，408、转轴轴承，409、叶轮轴承，410、后部叶轮，411、后部棘轮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种双向做功的波浪能发电装置，包括进出水口1、空气储能仓2、发电设备3和叶轮机4，所述空气储能仓2为中空的密封的建筑物，上端设有开孔，修建在海边波浪比较充足的地方，所述进出水口1设置在空气储能仓2下部，朝向海浪涌来的一侧，所述发电设备3安装在空气储能仓2上方，所述叶轮机4安装在空气储能仓2上方开孔处。
请参阅图2，前述的一种双向做功的波浪能发电装置中，所述发电设备3包括发电机301、发电机皮带轮302、飞轮303和皮带304，所述发电机皮带轮302安装在发电机301的轴上，所述飞轮303安装在发电机301的轴端，位于发电机皮带轮302外侧，与发电机301的轴之间为键连接，所述叶轮机与发电设备之间通过皮带304传动。
请参阅图2-5，前述的一种双向做功的波浪能发电装置中，所述叶轮机4包括壳体401、单向挡风片402、转轴403、皮带轮404、前部叶轮405、前部棘轮406、棘爪407、转轴轴承408、叶轮轴承409、后部叶轮410和后部棘轮411，所述壳体401包括扩风口4011、外壳4012、引风锥体4013、挡风片铰链4014和轴承支架4015，所述外壳4012后部安装于空气储能仓2上方开孔处，外壳4012前部装有扩风口4011，所述引风锥体4013通过三根支架焊接在外壳4012内部，位于外壳4012中间位置，所述挡风片铰链4014有十个，外壳4012前部与后部各五个，分别均匀分布于外壳4012内圆周上。所述轴承支架4015有两个，分别位于外壳4012前后两端，通过三根支架焊接在外壳4012内部，所述单向挡风片402安装在挡风片铰链4014上，可绕挡风片铰链4014向外侧转动，所述转轴403两侧安装有转轴轴承408，所述转轴轴承408分别安装在前后两个轴承支架4015上，所述皮带轮404固定在转轴403中间位置，所述叶轮轴承409有两个，安装在转轴403上，前部后部各设有一个，所述前部叶轮405安装在靠近外壳4012前部的叶轮轴承409上，所述前部棘轮406安装在前部叶轮405内侧，并靠近于前部叶轮405，所述后部叶轮410安装在靠近外壳4012后部的叶轮轴承409上，所述后部棘轮411安装在后部叶轮410内侧，并靠近于后部叶轮410，所述棘爪407有四个，其中两个安装在前部叶轮405叶根部，与前部棘轮406配合，另外两个安装在后部叶轮410叶根部，与后部棘轮411配合。
请参阅图2、图6和图7，前述的一种双向做功的波浪能发电装置中，所述单向挡风片402分别位于前部叶轮405与后部叶轮410的外侧，与两叶轮存在一定间隙，并且只能向外开启。
请参阅图2-4，前述的一种双向做功的波浪能发电装置中，所述前部叶轮405与后部叶轮410叶片的偏向相反，且叶片上部都设有叶冠，前部叶轮405与后部叶轮410分别位于引风锥体4013的两侧。
请参阅图3-4，前述的一种双向做功的波浪能发电装置中，所述前部棘轮406与后部棘轮411的棘齿偏向相同，同时背向转轴403旋转方向，与棘爪配合。
请参阅图2和图5，前述的一种双向做功的波浪能发电装置中，所述引风锥体4013与外壳4012之间有一定的环形空间，引风锥体4013上部与外壳4012上部设有开口，用于皮带304穿过，开口之间通过铁皮连接。
请参阅图1和图8，前述的一种双向做功的波浪能发电装置中，所述空气储能仓2内部空间可为圆形、方形等任意形状，但总体规则为上窄下宽。
工作原理：当海浪涌来时，海水通过进出水口1进入空气储能仓2内部，空气储能仓2内部水位由下水位线上升到上水位线附近，空气储能仓2上部的空气穿过空气储能仓2上方的叶轮机4被排出。假设叶轮机4连接空气储能仓2的一侧为后部，另一侧为前部，当气流流过叶轮机4时，叶轮机4内部气流流向是从后方流向前方，此时后部叶轮410作为主动轮，气流推动后部叶轮410作逆时针旋转，从而安装在后部叶轮410上的棘爪407推动后部棘轮411转动，进而带动转轴403逆时针旋转，通过皮带304传动，使发电机301工作，此时在气流的作用下后部叶轮410附近的单向挡风片402为关闭状态，气流完全从后部叶轮410的叶片间穿过，使其转动；前部叶轮405附近的单向挡风片402在气流的作用下为向外打开的状态，大部分气流在引风锥体4013的引导下从前部叶轮405外侧流出，少部分气流会从前部叶轮405叶片间流过，使其作顺时针转动，但是只是绕叶轮轴承409空转，棘爪407并没有推动前部棘轮406转动。
当海浪退去时，空气储能仓2内的海水通过进出水口1流出，水位由上水位线下降到下水位线附近，空气储能仓2内部产生负压吸入外界空气，这时叶轮机4内的气流反向，此时在气流的作用下前部叶轮405附近的单向挡风片402关闭，后部叶轮410附近的单向挡风片402开启，气流从扩风口4011经过前部叶轮405，在引风锥体4013的引导下，大部分气流从后部叶轮410外侧吸入空气储能仓2，小部分气流从后部叶轮410间流过；同时，气流带动前部叶轮405作逆时针转动，安装在前部叶轮405上的棘爪407推动前部棘轮406转动，最后通过皮带304带动发电机301，实现发电，此时后部叶轮410的转动没有通过后部棘轮411传递到转轴403上，所以是空转。
以上两个过程交替进行，使发电机301一直向同一个方向转动，配合飞轮303的惯性，实现了发电机301的不间断工作的目的，达到连续，高效地发电的效果。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双向做功的波浪能发电装置，包括进出水口(1)、空气储能仓(2)、发电设备(3)和叶轮机(4)，所述空气储能仓(2)为中空密封的建筑物，上端设有开孔，修建在海边波浪比较充足的地方，所述进出水口(1)设置在空气储能仓(2)下部，朝向海浪涌来的一侧，所述发电设备(3)安装在空气储能仓(2)上方，所述叶轮机(4)安装在空气储能仓(2)上方开孔处，所述叶轮机(4)包括壳体(401)、单向挡风片(402)、转轴(403)、皮带轮(404)、前部叶轮(405)、前部棘轮(406)、棘爪(407)、转轴轴承(408)、叶轮轴承(409)、后部叶轮(410)和后部棘轮(411)，所述壳体(401)包括扩风口(4011)、外壳(4012)、引风锥体(4013)、挡风片铰链(4014)和轴承支架(4015)，所述外壳(4012)后部安装于空气储能仓(2)上方开孔处，外壳(4012)前部装有扩风口(4011)，所述引风锥体(4013)通过三根支架焊接在外壳(4012)内部，位于外壳(4012)中间位置，所述挡风片铰链(4014)有十个，外壳(4012)前部与后部各五个，分别均匀分布于外壳(4012)内圆周上。所述轴承支架(4015)有两个，分别位于外壳(4012)前后两端，通过三根支架焊接在外壳(4012)内部，所述单向挡风片(402)安装在挡风片铰链(4014)上，可绕挡风片铰链(4014)向外侧转动，所述转轴(403)两侧安装有转轴轴承(408)，所述转轴轴承(408)分别安装在前后两个轴承支架(4015)上，所述皮带轮(404)固定在转轴(403)中间位置，所述叶轮轴承(409)有两个，安装在转轴(403)上，前部后部各设有一个，所述前部叶轮(405)安装在靠近外壳(4012)前部的叶轮轴承(409)上，所述前部棘轮(406)安装在前部叶轮(405)内侧，并靠近于前部叶轮(405)，所述后部叶轮(410)安装在靠近外壳(4012)后部的叶轮轴承(409)上，所述后部棘轮(411)安装在后部叶轮(410)内侧，并靠近于后部叶轮(410)，所述棘爪(407)有四个，其中两个安装在前部叶轮(405)叶根部，与前部棘轮(406)配合，另外两个安装在后部叶轮(410)叶根部，与后部棘轮(411)配合。
2.根据权利要求1所述的一种双向做功的波浪能发电装置，其特征在于：所述发电设备(3)包括发电机(301)、发电机皮带轮(302)、飞轮(303)和皮带(304)，所述发电机皮带轮(302)安装在发电机(301)的轴上，所述飞轮(303)安装在发电机(301)的轴端，位于发电机皮带轮(302)外侧，与发电机(301)的轴之间为键连接，所述叶轮机与发电设备之间通过皮带(304)传动。
3.根据权利要求1所述的一种双向做功的波浪能发电装置，其特征在于：所述单向挡风片(402)分别位于前部叶轮(405)与后部叶轮(410)的外侧，与两叶轮存在一定间隙，并且只能向外开启。
4.根据权利要求1所述的一种双向做功的波浪能发电装置，其特征在于：所述前部叶轮(405)与后部叶轮(410)叶片的偏向相反，且叶片上部都设有叶冠，前部叶轮(405)与后部叶轮(410)分别位于引风锥体(4013)的两侧。
5.根据权利要求1所述的一种双向做功的波浪能发电装置，其特征在于：所述前部棘轮(406)与后部棘轮(411)的棘齿偏向相同，同时背向转轴(403)旋转方向，与棘爪配合。
6.根据权利要求1所述的一种双向做功的波浪能发电装置，其特征在于：所述引风锥体(4013)与外壳(4012)之间有一定的环形空间，引风锥体(4013)上部与外壳(4012)上部设有开口，用于皮带(304)穿过，开口之间通过铁皮连接。
7.根据权利要求1所述的一种双向做功的波浪能发电装置，其特征在于：所述空气储能仓(2)内部空间可为圆形、方形等任意形状，但总体规则为上窄下宽。
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