CN108488025A - 一种多自由度振荡浮子波能发电装置及发电方法 - Google Patents

一种多自由度振荡浮子波能发电装置及发电方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108488025A
CN108488025A CN201810497536.7A CN201810497536A CN108488025A CN 108488025 A CN108488025 A CN 108488025A CN 201810497536 A CN201810497536 A CN 201810497536A CN 108488025 A CN108488025 A CN 108488025A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wave energy
multiple degrees
electric generator
gear
rack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810497536.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108488025B (zh
Inventor
史宏达
黄淑亭
谭俊哲
李妍妮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ocean University of China
Original Assignee
Ocean University of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ocean University of China filed Critical Ocean University of China
Priority to CN201810497536.7A priority Critical patent/CN108488025B/zh
Publication of CN108488025A publication Critical patent/CN108488025A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108488025B publication Critical patent/CN108488025B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Abstract

本发明公开了一种多自由度振荡浮子波能发电装置及发电方法，包括固定在海面上的支架，在支架上沿水平方向安装两根相互平行且带有齿条的支撑杆，在每根支撑杆上都套装有滑动轴承，在水平导杆上安装可与支撑杆上的齿条相啮合的齿轮；在置于海面的浮子侧部开设水平通孔，在通孔内安装转轴，此外转轴的两端还各通过一个轴承与一根带有齿条的垂向导杆相连接，两根垂向导杆相互平行并且各通过一个轴承与一根水平导杆相连接，在水平导杆上安装可与垂向导杆上的齿条相啮合的齿轮。本发明所公开的多自由度振荡浮子波能发电装置及发电方法，有垂荡、纵荡、纵摇三个自由度，在入射波一定的情况下，可以提高单体效率，捕获多个方向的波能，从而更大程度地吸收波能，增加能量转换效率和发电功率。

Description

一种多自由度振荡浮子波能发电装置及发电方法
技术领域
本发明属于波能发电装置领域，特别涉及该领域中的一种多自由度振荡浮子波能发电装置及发电方法。
背景技术
能源是人类赖以生存的重要物质基础，当今世界，化石燃料能源正在消耗殆尽，开发并利用可再生能源已成为发展的必然趋势。海洋能作为一种储量丰富且清洁环保的可再生能源，引起了人们的极大关注。海洋能的形式多种多样，例如潮汐能、盐差能、潮流能、温差能、波浪能等，其中，波浪能分布最为广泛、储量极为丰富，能流密度高，在近岸及离岸地区均可获取。
波浪能发电装置一般涉及能量的三次转换过程：一级转换为吸收波浪能转换为某种载体的机械能；二级转换为通过一定的机械能形式传递一级转换的机械能并转为稳定的能量；三级转换为通过发电机将机械能最终转换为电能。根据能量一次转换过程中机械能的形式，目前波浪能发电装置一般分为三种形式：振荡水柱式、越浪式、振荡浮子式。其中振荡浮子式被称为第三代波浪能发电装置，其利用漂浮或淹没的振荡体与波浪直接作用吸收波浪能，转化效率高，因浮子尺寸相对应于入射波长较小，又被称为点吸收装置，可在不同水深条件（特别是水深超过40m的近海区域）下工作，这些特点使得振荡浮子成为近海地区波浪能开发的一种颇具前景的类型。
点吸收波浪能采集装置是由一个或多个置于水中的浮子作为采集装置，利用与浮子连接的液压装置或者机械装置，将波浪的势能和动能转化为液压能或机械能，进而驱动发电机发电。然而，振荡浮子的功率捕获性能并不令人满意，升沉型振荡浮子波能转换装置的平均能量俘获宽度比为16%，只有在波能发电装置的固有频率与波浪主频率相差不大时，在该频率附近才能获得理想的俘获功率。传统的单自由度振荡浮子线性捕能系统波能转换装置在非共振频率条件下能量转换效率很低，并且俘获宽度比较小，对所在波场的能量吸收利用率低，设备和电缆的制造成本相对较高。由于我国波浪具有周期短、波高小、能流密度低等特点，传统通过单纯增大结构尺寸以获得更高能量转换效率的方式难以取得良好的效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种多自由度振荡浮子波能发电装置及发电方法。
本发明采用如下技术方案：
一种多自由度振荡浮子波能发电装置，包括固定在海面上的支架，其改进之处在于：在支架上沿水平方向安装两根相互平行且带有齿条的支撑杆，在每根支撑杆上都套装有两个与水平导杆固定连接的滑动轴承，在水平导杆上安装可与支撑杆上的齿条相啮合的齿轮，该齿轮的齿轮轴通过减速箱与安装在水平导杆上的第一电机的动力输入轴相连接；在置于海面的浮子侧部开设水平通孔，在通孔内安装转轴，该转轴通过减速箱与第二电机的动力输入轴相连接，此外转轴的两端还各通过一个轴承与一根带有齿条的垂向导杆相连接，两根垂向导杆相互平行并且各通过一个轴承与一根水平导杆相连接，在水平导杆上安装可与垂向导杆上的齿条相啮合的齿轮，该齿轮的齿轮轴通过减速箱与安装在水平导杆上的第三电机的动力输入轴相连接。
进一步的，所述的支架为钢架组合结构。
进一步的，水平导杆位于支撑杆的顶部。
进一步的，所述的第一电机、第二电机和第三电机均为永磁同步发电机。
进一步的，所述的浮子为圆柱体。圆柱体的底面直径大于高。
进一步的，通孔与转轴之间为过盈配合。
一种多自由度振荡浮子波能发电方法，使用上述的装置，其改进之处在于：将装置的支架固定，使浮子漂浮在海面上，在浮子随海面波浪起伏的过程中，浮子带动垂向导杆做上下的垂荡运动、带动转轴沿竖直方向转动做纵摇运动、通过垂向导杆带动水平导杆做前后的纵荡运动，水平导杆在运动过程中可带动与支撑杆上的齿条相啮合的齿轮转动，从而驱动第一电机发电，转轴转动可驱动第二电机发电，垂向导杆在运动过程中可带动与其齿条相啮合的齿轮转动，从而驱动第三电机发电。
本发明的有益效果是：
本发明所公开的多自由度振荡浮子波能发电装置及发电方法，有垂荡、纵荡、纵摇三个自由度，在入射波一定的情况下，可以提高单体效率，捕获多个方向的波能，从而更大程度地吸收波能，增加能量转换效率和发电功率，增大功率俘获宽度，提高发电质量，降低装置及配套电缆的制造成本。
本发明所公开的多自由度振荡浮子波能发电装置，支架采用的钢架组合结构可靠性更高，对环境荷载的适应能力更强，检修与维护也较为方便。采用圆柱体作为浮子的几何形状，其结构不受潮差变化的影响，可进行全天候工作并且圆柱体形状对入射波的方向适应能力较强，可接受各个方向的入射波浪，从而提高能量转换效率。
附图说明
图1是本发明实施例1所公开多自由度振荡浮子波能发电装置的主视结构示意图；
图2是本发明实施例1所公开多自由度振荡浮子波能发电装置的侧视结构示意图；
图3是本发明实施例1所公开多自由度振荡浮子波能发电装置的俯视结构示意图；
图4是本发明实施例1所公开多自由度振荡浮子波能发电装置的立体结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，如图1-4所示，本实施例公开了一种多自由度振荡浮子波能发电装置，包括固定在海面上的支架，在支架上沿水平方向安装两根相互平行且带有齿条的支撑杆7，在每根支撑杆上都套装有两个与水平导杆8固定连接的滑动轴承4，在水平导杆上安装可与支撑杆上的齿条相啮合的齿轮51，该齿轮的齿轮轴通过减速箱与安装在水平导杆上的第一电机61的动力输入轴相连接；在置于海面的浮子1侧部开设水平通孔，在通孔内安装转轴9，该转轴通过减速箱与第二电机62的动力输入轴相连接，此外转轴的两端还各通过一个轴承21与一根带有齿条的垂向导杆3相连接，两根垂向导杆相互平行并且各通过一个轴承22与一根水平导杆8相连接，在水平导杆上安装可与垂向导杆上的齿条相啮合的齿轮52，该齿轮的齿轮轴通过减速箱与安装在水平导杆上的第三电机63的动力输入轴相连接。
在本实施例中，所述的支架为钢架组合结构。水平导杆位于支撑杆的顶部。所述的第一电机、第二电机和第三电机均为永磁同步发电机。所述的浮子为圆柱体，该圆柱体的底面直径大于高。通孔与转轴之间为过盈配合。
本实施例还公开了一种多自由度振荡浮子波能发电方法，使用上述的装置，将装置的支架固定，使浮子漂浮在海面上，在浮子随海面波浪起伏的过程中，由于海面实际波浪均为不规则波，浮子会带动垂向导杆做上下的垂荡运动、带动转轴沿竖直方向转动做纵摇运动、通过垂向导杆带动水平导杆做前后的纵荡运动，水平导杆在运动过程中可带动与支撑杆上的齿条相啮合的齿轮转动，从而驱动第一电机发电，转轴转动可驱动第二电机发电，垂向导杆在运动过程中可带动与其齿条相啮合的齿轮转动，从而驱动第三电机发电。

Claims (8)

1.一种多自由度振荡浮子波能发电装置，包括固定在海面上的支架，其特征在于：在支架上沿水平方向安装两根相互平行且带有齿条的支撑杆，在每根支撑杆上都套装有两个与水平导杆固定连接的滑动轴承，在水平导杆上安装可与支撑杆上的齿条相啮合的齿轮，该齿轮的齿轮轴通过减速箱与安装在水平导杆上的第一电机的动力输入轴相连接；在置于海面的浮子侧部开设水平通孔，在通孔内安装转轴，该转轴通过减速箱与第二电机的动力输入轴相连接，此外转轴的两端还各通过一个轴承与一根带有齿条的垂向导杆相连接，两根垂向导杆相互平行并且各通过一个轴承与一根水平导杆相连接，在水平导杆上安装可与垂向导杆上的齿条相啮合的齿轮，该齿轮的齿轮轴通过减速箱与安装在水平导杆上的第三电机的动力输入轴相连接。
2.根据权利要求1所述的多自由度振荡浮子波能发电装置，其特征在于：所述的支架为钢架组合结构。
3.根据权利要求1所述的多自由度振荡浮子波能发电装置，其特征在于：水平导杆位于支撑杆的顶部。
4.根据权利要求1所述的多自由度振荡浮子波能发电装置，其特征在于：所述的第一电机、第二电机和第三电机均为永磁同步发电机。
5.根据权利要求1所述的多自由度振荡浮子波能发电装置，其特征在于：所述的浮子为圆柱体。
6.根据权利要求5所述的多自由度振荡浮子波能发电装置，其特征在于：圆柱体的底面直径大于高。
7.根据权利要求1所述的多自由度振荡浮子波能发电装置，其特征在于：通孔与转轴之间为过盈配合。
8.一种多自由度振荡浮子波能发电方法，使用权利要求1所述的装置，其特征在于：将装置的支架固定，使浮子漂浮在海面上，在浮子随海面波浪起伏的过程中，浮子带动垂向导杆做上下的垂荡运动、带动转轴沿竖直方向转动做纵摇运动、通过垂向导杆带动水平导杆做前后的纵荡运动，水平导杆在运动过程中可带动与支撑杆上的齿条相啮合的齿轮转动，从而驱动第一电机发电，转轴转动可驱动第二电机发电，垂向导杆在运动过程中可带动与其齿条相啮合的齿轮转动，从而驱动第三电机发电。
CN201810497536.7A 2018-05-22 2018-05-22 一种多自由度振荡浮子波能发电装置及发电方法 Active CN108488025B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810497536.7A CN108488025B (zh) 2018-05-22 2018-05-22 一种多自由度振荡浮子波能发电装置及发电方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810497536.7A CN108488025B (zh) 2018-05-22 2018-05-22 一种多自由度振荡浮子波能发电装置及发电方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108488025A true CN108488025A (zh) 2018-09-04
CN108488025B CN108488025B (zh) 2023-07-07

Family

ID=63352210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810497536.7A Active CN108488025B (zh) 2018-05-22 2018-05-22 一种多自由度振荡浮子波能发电装置及发电方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108488025B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109404208A (zh) * 2018-12-20 2019-03-01 中国海洋大学 一种三自由度波浪能浮子发电装置及发电方法
CN112901405A (zh) * 2021-02-04 2021-06-04 山东大学 一种双自由度漂浮式液压浮子装置
CN112943517A (zh) * 2021-02-04 2021-06-11 山东大学 一种波浪能装置波向自适应系统
CN113775464A (zh) * 2021-09-26 2021-12-10 长江大学 一种独轮车式波浪能俘能发电装置
CN114198244A (zh) * 2021-12-10 2022-03-18 武汉理工大学 一种多自由度俘能的浮子式波浪能发电装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101289989A (zh) * 2007-04-16 2008-10-22 王世斌 海浪发电器
CN101649803A (zh) * 2009-09-22 2010-02-17 上海海洋大学 海上可再生能源转换装置和系统
CN202659408U (zh) * 2012-03-30 2013-01-09 李晓春 海浪发电装置
CN203130348U (zh) * 2013-01-31 2013-08-14 青岛市机械工业总公司 双行程振动式波浪浮子发电装置
CN103790759A (zh) * 2013-12-23 2014-05-14 浙江大学 一种多轴点吸收式波浪能发电装置
CN105863936A (zh) * 2016-06-08 2016-08-17 上海海事大学 一种波浪能发电装置
CN107038940A (zh) * 2017-05-08 2017-08-11 哈尔滨工程大学 一种二维度波浪能发电装置
CN208564832U (zh) * 2018-05-22 2019-03-01 中国海洋大学 一种多自由度振荡浮子波能发电装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101289989A (zh) * 2007-04-16 2008-10-22 王世斌 海浪发电器
CN101649803A (zh) * 2009-09-22 2010-02-17 上海海洋大学 海上可再生能源转换装置和系统
CN202659408U (zh) * 2012-03-30 2013-01-09 李晓春 海浪发电装置
CN203130348U (zh) * 2013-01-31 2013-08-14 青岛市机械工业总公司 双行程振动式波浪浮子发电装置
CN103790759A (zh) * 2013-12-23 2014-05-14 浙江大学 一种多轴点吸收式波浪能发电装置
CN105863936A (zh) * 2016-06-08 2016-08-17 上海海事大学 一种波浪能发电装置
CN107038940A (zh) * 2017-05-08 2017-08-11 哈尔滨工程大学 一种二维度波浪能发电装置
CN208564832U (zh) * 2018-05-22 2019-03-01 中国海洋大学 一种多自由度振荡浮子波能发电装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109404208A (zh) * 2018-12-20 2019-03-01 中国海洋大学 一种三自由度波浪能浮子发电装置及发电方法
CN112901405A (zh) * 2021-02-04 2021-06-04 山东大学 一种双自由度漂浮式液压浮子装置
CN112943517A (zh) * 2021-02-04 2021-06-11 山东大学 一种波浪能装置波向自适应系统
CN112901405B (zh) * 2021-02-04 2022-04-29 山东大学 一种双自由度漂浮式液压浮子装置
CN113775464A (zh) * 2021-09-26 2021-12-10 长江大学 一种独轮车式波浪能俘能发电装置
CN113775464B (zh) * 2021-09-26 2024-01-23 长江大学 一种独轮车式波浪能俘能发电装置
CN114198244A (zh) * 2021-12-10 2022-03-18 武汉理工大学 一种多自由度俘能的浮子式波浪能发电装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN108488025B (zh) 2023-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108488025A (zh) 一种多自由度振荡浮子波能发电装置及发电方法
CN109139349B (zh) 一种提高能量利用率的风能、海洋能综合发电装置
CN104595096B (zh) 一种波浪能、风能和潮流能组合式发电装置
CN102168642B (zh) 振荡式潮流发电装置
CN107725259A (zh) 基于单桩式风能‑波浪能‑潮流能集成发电系统
CN109185066A (zh) 一种浮式风能、波浪能、潮汐能联合发电系统
CN107387327A (zh) 一种新型浮式风能‑波浪能联合发电系统
CN103967714A (zh) 基于单桩平台的风能-波浪能-潮流能集成发电结构
CN207485595U (zh) 基于单桩式风能-波浪能-潮流能集成发电系统
CN103850866A (zh) 一种双摆板波浪能转换装置设计
CN109356772A (zh) 一种浮式海洋能发电系统
CN104229085A (zh) 一种结合振荡水柱式波能装置的海上风力机平台
US11396858B2 (en) Wind-wave complementary energy integrated system based on fixed foundation and power generation and transmission method thereof
CN107575337A (zh) 基于张力腿平台垂直轴风力机与垂向‑水平两向波浪能发电集成结构
CN208564832U (zh) 一种多自由度振荡浮子波能发电装置
CN109488513A (zh) 一种与单桩式海上风机结合的振荡水柱式波能发电装置及发电方法
CN109488518A (zh) 一种基于海上风机单桩平台的风能波浪能综合发电装置及发电方法
CN109026514B (zh) 一种降低发电过程阻碍作用的海洋能发电装置
CN104405568A (zh) 一种水平运动的浮子式直驱波浪能装置
CN103470440A (zh) 升降式振荡水翼捕获潮流能发电装置
CN201416515Y (zh) 海上风力发电装置
CN104265554A (zh) 一种浮子式直驱波浪能装置
CN207111309U (zh) 一种新型浮式风能‑波浪能联合发电系统
CN109209743A (zh) 一种结合固定式海上风机的浮力摆式综合发电装置及发电方法
CN112780483B (zh) 一种新型自适应式垂荡、摇晃振荡浮子式波浪能发电装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant