CN108999740A - 波浪发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波浪发电装置，包括波浪能收集单元、动能传递单元以及发电机，所述波浪能收集单元包括：浮动平台、固定在所述浮动平台上的悬挂支架、悬挂在所述悬挂支架上的配重体以及一端与所述悬挂支架活动连接另一端与所述动能传递单元活动连接的摆板；所述摆板随所述浮动平台摆动过程中受所述配重体的阻挡而绕其与所述悬挂支架的连接点转动，将波浪能转化为所述摆板的动能并传递给所述动能传递单元，所述动能传递单元将所述摆板的动能输出并驱动发电机发电。本发明利用简易可靠的机械系统实现了将波浪能最终转化为电能，简化了整套装置的结构，降低了制造成本低，增强了海洋环境适应性。
Description
技术领域
本发明涉及一种可再生能源发电装置，尤其涉及一种波浪发电装置。
背景技术
随着世界经济的发展、人口的激增、社会的进步，人们对能源的需求日益增长。化石能源大量消耗带来的温室效应正在给人类的生存以极大的挑战。而占地球表面积70%的广阔海洋，集中了97%的水量，蕴藏着大量的能源。其中，海水波浪能由于开发过程中对环境影响最小且以机械能的形式存在，是品位最高的海洋能。据估算，全世界波浪能的理论值约为700亿kW量级，是现在世界发电量的数百倍，有着广阔的商用前景，因而也是各国海洋能研究开发的重点。
波浪能利用的关键为波浪能转换装置，目前的发电装置，主要问题是结构复杂、发电成本高。因此，当前海水发电系统面临的问题不是如何发电，能不能发出电的问题，而是如何降低发电成本、如何降低海水发电系统投资造价的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、装置成本低、海洋环境适应性强的波浪发电装置。
为了达到上述目的，本发明提供了一种波浪发电装置，该波浪发电装置包括：波浪能收集单元、动能传递单元以及发电机，所述波浪能收集单元包括：浮动平台、固定在所述浮动平台上的悬挂支架、悬挂在所述悬挂支架上的配重体以及一端与所述悬挂支架活动连接另一端与所述动能传递单元活动连接的摆板；所述摆板随所述浮动平台摆动过程中受所述配重体的阻挡而绕其与所述悬挂支架的连接点转动，将波浪能转化为所述摆板的动能并传递给所述动能传递单元，所述动能传递单元将所述摆板的动能输出并驱动发电机发电。
进一步的，所述动能传递单元包括液压缸、液体压强变换器、高压蓄能器、液压马达和低压蓄能器，所述动能传递单元的各组件通过油管连通；所述液压缸的活塞杆与所述摆板活动连接，所述液压缸的缸体与所述浮动平台活动连接；所述液压马达与所述发电机相连。
进一步的，所述液压缸与所述液体压强变换器的低压端连通，所述液体压强变换器的高压端与所述高压蓄能器连通且两者之间安装有单向阀，所述高压蓄能器与所述液压马达的进油口连通，所述液压马达的出油口与所述低压蓄能器连通，所述低压蓄能器与所述液体压强变换器的高压端连通且两者之间安装有单向阀。
进一步的，所述高压蓄能器和所述低压蓄能器为气囊式蓄能器。
进一步的，所述浮动平台包括浮体以及安装在所述浮体上的设备安装面。
进一步的，所述浮体包括箱体和填充在所述箱体内的填充体。
进一步的，所述箱体上安装有盖板。
进一步的，所述配重体为球形。
进一步的，所述摆板有多个，均匀的分布在所述配重体的周围。
进一步的，所述浮动平台上固定有锚索。
本发明实施例的波浪发电装置，可以利用类似单摆结构将海浪的波浪能转换为摆板的动能，进而通过动能传递装置带动发电机发电，具体的，在波浪的作用下浮动平台和悬挂支架随波浪摆动，而悬挂在悬挂支架上的配重体始终处于静止状态，摆板在随浮动平台摆动的过程中受配重体的阻挡而绕其与悬挂支架的铰接点转动，从而将海浪的波浪转换为自身的动能，进而通过动能传递装置带动发电机发电。上述技术方案利用简易可靠的机械系统实现了将波浪能最终转化为电能，整套装置结构简单、成本低、海洋环境适应性强，是一种绿色、可再生的新能源设备。
附图说明
图1是本发明实施例公开的一种波浪发电装置的结构示意图；
图2是本发明实施例公开的一种波浪发电装置的工作原理示意图；
图3是本发明实施例中摆板和悬挂支架的一种连接结构示意图；
图4是本发明实施例中摆板和液压缸的一种连接结构示意图；
图5是本发明实施例中铰接支座的一种结构示意图。
1、悬挂支架；2、铁球；3、摆板；4、第一铰接部；5、液体压强变换器；6、单向阀；7、高压蓄能器；8、液压马达；9、发电机；10、低压蓄能器；11、铰接支座；12液压缸；13、第二铰接部；14、浮体；15、设备安装面；16、轻质非水溶性泡沫；17、锚索。
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作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。
需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离本发明或其特定部件几何中心的方向。
图1是本发明实施例公开的一种波浪发电装置的结构示意图，图中仅仅示出了一个方向上的摆板、动能传递单元以及发电机的结构示意图，其他方向的结构与此一致。
如图1所示，该波浪发电装置包括：波浪能收集单元、动能传递单元以及发电机9，波浪能收集单元包括：浮动平台、固定在浮动平台上的悬挂支架1、悬挂在悬挂支架1上的配重体以及一端与悬挂支架1活动连接另一端与上述动能传递单元活动连接的摆板3；摆板3随上述浮动平台摆动过程中受上述配重体的阻挡而绕其与悬挂支架1的连接点转动，将波浪能转化为摆板3的动能并传递给动能传递单元，动能传递单元将上述摆板3的动能输出并驱动发电机9发电。
其中，上述实施例中，摆板3与悬挂支架和动能传递装置的活动连接方式优选为铰接，也可选用其他活动连接方式。
通过该实施例的波浪发电装置，可以利用类似单摆结构将海浪的波浪能转换为摆板3的动能，进而通过动能传递装置带动发电机9发电，具体的，在波浪的作用下浮动平台和悬挂支架1随波浪摆动，而悬挂在悬挂支架1上的配重体始终处于静止状态，摆板3在随浮动平台摆动的过程中受配重体的阻挡而绕其与悬挂支架1的铰接点转动，从而将海浪的波浪转换为自身的动能，进而通过动能传递装置带动发电机9发电。上述技术方案利用简易可靠的机械系统实现了将波浪能最终转化为电能，整套装置结构简单、成本低、海洋环境适应性强，是一种绿色、可再生的新能源设备。
可选的，上述浮动平台包括浮体14以及安装在浮体14上的设备安装面15，浮体14包括箱体和填充在箱体内的填充体，箱体上安装有盖板。
其中，浮动平台可以由设备安装面15和若干浮体14通过槽钢和螺栓固定连接而成，浮体14包括由钢板和角钢焊接而成的箱体，箱体内部填充有填充体，填充体可选为轻质非水溶性的泡沫材质，箱体上可以安装有盖板，以方便更换内部填充体。由于浮体14比重远小于水，可以使整个浮动平台在水中漂浮。
可选的，悬挂支架1固定在上述浮动平台的中央，悬挂支架1与设备安装面15之间的夹角为锐角，悬挂支架1用于悬挂配重体。上述配重体可选为球形，进一步可选为铁球2，配重体通过索链悬挂在悬挂支架1上，当浮动平台和悬挂支架1随波浪摆动时，配重体由于自身重力原因而始终处于悬垂状态而不随浮动平台摆动。
在一个可选的实施例中，摆板3有多个且均匀的分布在上述配重体的周围，进一步可选为布置在以上述配重体为中心的四个方向上且与悬挂支架1铰接，铰接方式可以选用销轴连接。这样浮动平台随波浪发生的各个方向的摆动都能使相应的摆板3发生转动，从而提高波浪能的利用率。
可选的，动能传递单元包括液压缸12、液体压强变换器5、高压蓄能器7、液压马达8和低压蓄能器10，动能传递单元的各组件通过油管连通；其中液压缸12的活塞杆与上述摆板3活动连接，液压缸12的缸体与上述浮动平台活动连接；液压马达8与发电机9相连，其中液压缸12的缸体远离活塞杆的一端与固定在浮动平台的设备安装面15上的固定支架活动连接，上述活动连接方式优选为铰接，也可采用其他活动连接方式。
具体的，液压缸12与液体压强变换器5的低压端连通，液体压强变换器5的高压端与高压蓄能器7连通且两者之间安装有单向阀6，高压蓄能器7与液压马达8的进油口连通，液压马达8的出油口与低压蓄能器10连通，低压蓄能器10与液体压强变换器5的高压端连通且两者之间安装有单向阀6。当浮动平台随海浪摆动时，摆板3随着浮动平台摆动受到上述配重体阻挡而发生转动，进而压缩液压缸12的活塞杆而输出液压油，液压油通过油管进入液体压强变换器5；液体压强变换器5包括大活塞和小活塞，利用压强、面积和压力关系（压强=物体所受的压力与受力面积之比）以及活塞两端压力相等的关系将大活塞侧的低压输入转换为小活塞侧的高压输出。液体压强变换器5高压输出端通过油管及单向阀6与高压蓄能器7连通，高压液压油进入高压蓄能器7中进行蓄能，由于液体压强变换器5高压输出端与高压蓄能器7之间连接有单向阀6，液压油不会从高压蓄能器7流回液体压强变换器5，从高压蓄能器7输出的高压液压油驱动液压马达8，液压马达8的输出轴带动发电机9进行发电；与此同时，液压马达8的出油口输出的低压液压油通过油管进入低压蓄能器10中进行蓄能，并通过油管及单向阀6进入液体压强变换器5高压端，推动液体压强变换器5复位，此处，低压蓄能器10与液体压强变换器5高压端的连接处位于液体压强变换器5与液体压强变换器5高压端和高压蓄能器7之间的单向阀6之间。液体压强变换器5复位时低压端输出液压油通过油管进入油缸推动活塞杆，摆板3在自身重力和活塞杆的推动完成复位，完成一个发电循环。
可选的，上述高压蓄能器7和所述低压蓄能器10为气囊式蓄能器，可以根据实际使用工况预先设定两者的工作压力，使用时当液压油注入高压/低压蓄能器10时，液压油会挤压蓄能器内的皮囊，皮囊内的气体介质被压缩从而将液压能以气体内能的方式蓄积，当液压油的注入压力小于蓄能器内部压力时，蓄能器内的液压油在高压气体的作用下输出。高压和低压蓄能器10在使用前预先设定不同的蓄能压力，两者的油压差可以平稳的驱动液压马达8。
通过采用动能传递装置，将摆板3的动能转化成液压能，并通过蓄能器蓄能传递，可以为液压马达8提供稳定的驱动力，通过低压蓄能器10的驱动也有助于摆板3的快速复位，提升发电效率。
进一步可选的，浮动平台上固定有锚索17，整个装置通过锚索17固定，使得整个装置可以在相对固定位置的海面浮动，可以有效的降低浮动平台被风浪破坏的风险，同时也方便电缆的铺设。
在上述实施例中，配重体和摆板3安装在悬挂支架1上，动能吸收单元以及发电机9安装在浮动平台上，整个发电装置的主要发电部件不和海水直接接触，与以往的大多数发电主体设备浸泡在海水中的发电设备相比，减轻了海水对发电主体部件的腐蚀，提高了发电装置的整体寿命。
实施例一：
下面参考图1和图2对本发明的一个具体实施例进行详细说明。
如图1所示，一种波浪发电装置包括浮动平台，浮动平台由若干浮体14以及安装在浮体14上的设备安装面15组成。浮体14包括由钢板和角钢焊接而成的箱体、填充在箱体内部的轻质非水溶性泡沫16以及盖板，浮体14通过槽钢和螺栓固定连接成排，成排的浮体14上方固定有设备安装面15，设备安装面15上留有容纳盖板的开口，盖板的上表面与设备安装面15的上表面齐平，盖板可以掀开方便更换轻质非水溶性泡沫16。设备安装面15上固定连接有锚索17，浮动平台通过锚索17固定在水面上。
上述设备安装面15的中央固定连接有悬挂支架1，悬挂支架1支架由四根固定在设备安装面15上的支柱以及固定在支柱顶部的矩形框架构成，悬挂支架1整体呈正四棱台型；悬挂支架1的顶部框架的对角线位置以及侧边中线固定有连杆，顶部框架内的连杆形成米字型，连杆的交界处即顶部框架的中心位置固定有索链，索链的下端固定连接有铁球2，铁球2悬挂于悬挂支架1的中央。以铁球2为中心的四周方向分布有四个摆板3，每个摆板3的一端通过销轴连接的方式铰接在与其相对应的悬挂支架1的顶部框架的侧边上。摆板3包括矩形的连接骨架以及固定在连接骨架下半部的接触板。具体铰接方式为摆板3通过第一铰接部4铰接在固定于顶部框架的侧边下方的矩形的连接支架上。第一铰接部4包括分别固定在摆板3连接骨架两侧边延长线上以及固定在连接支架两侧边延长线上的带有通孔的耳板以及贯穿耳板的销轴。对于摆板3和悬挂支架1的铰接方式具体实施时可采用图3所示的连接方式实现。摆板3下部的接触板与一组液压缸12（一组液压缸为3个）的活塞杆端部铰接，铰接方式为接触板与铁球2的接触面的背面通过第二铰接部13与液压缸12的活塞杆端部铰接。第二铰接部13包括固定在活塞杆端部的U型连接头、固定在摆板3接触板上的连接耳板以及穿过U型连接头两侧板和连接耳板的销轴，具体实施时，该摆板3与液压缸12的活塞杆的铰接方式可以参照图4的连接方式实现。
液压缸12的缸体远离活塞杆的一端通过铰接支座11铰接在固定于设备安装面15上的固定支架上。铰接支座11的结构可以参照图5的方式实现。铰接支座11包括一块方形的固定板，固定板固定在设备安装面15的固定支架上，固定板的中央固定有两块平行设置且垂直于固定板的连接板，两连接板自由端侧面开设有通孔，液压缸12的缸体远离活塞杆的一端固定有连接杆，连接杆前端设有通孔，连接杆前端插入到两连接板之间通过销轴与两连接板铰接。
设备安装面15上还固定有液体压强变换器5、高压蓄能器7、液压马达8、发电机9以及低压蓄能器10。四个方向上的四组液压缸12相互连通后与一套液体压强变换器5、高压蓄能器7、液压马达8、发电机9以及低压蓄能器10连通。连通后的液压缸12的液压油输出端通过油管与液体压强变换器5的低压端连通，液体压强变换器5内包括通过连杆连接大活塞和小活塞，液体压强变换器5靠近大活塞的一端为低压端，靠近小活塞的一端为高压端，其利用压强、面积和压力关系（压强=物体所受的压力与受力面积之比）以及活塞两端压力相等的关系将大活塞侧的低压输入转换为小活塞侧的高压输出。液体压强变换器5的高压端通过油管和单向阀6与高压蓄能器7连通；高压蓄能器7与液压马达8的进油口通过油管连通，液压马达8的出油口与低压蓄能器10通过油管连通，低压蓄能器10与液体压强变换器5的高压端通过油管和单向阀6连通，低压蓄能器10与液体压强变换器5的高压端的连接处位于液体压强变换器5和液体压强变换器5与高压蓄能器7之间的单向阀6之间的位置。上述液压缸12、液体压强变换器5、高压蓄能器7、液压马达8、发电机9以及低压蓄能器10均为现有市售设备，上述设备的数量、尺寸和型号可以根据实际需求进行选择；并且铁球2、摆板3以及浮动平台的尺寸也可以根据实际需求进行调整。
结合图1和图2说明本实施例波浪发电装置的工作过程及原理，在海水波浪的作用下浮动平台和悬挂支架1随波浪摆动，而铁球2始终处于悬垂状态而静止，摆板3随浮动平台摆动而发生不同角度的倾斜时会受到悬垂的铁球2的阻挡而绕第一铰接部4发生转动，进而压缩液压缸12的活塞杆而输出液压油，液压油通过油管进入液体压强变换器5的低压端经转换后从高压端输出高压液压油。液体压强变换器5高压输出端通过油管及单向阀6与高压蓄能器7连通，高压液压油进入高压蓄能器7中进行蓄能，由于液体压强变换器5高压输出端与高压蓄能器7之间连接有单向阀6，液压油不会从高压蓄能器7流回液体压强变换器5，当从液体压强变换器5高压端输入的高压液压油压力小于高压蓄能器7内部的压力时，高压蓄能器7便会输出的高压液压油驱动液压马达8，液压马达8的输出轴带动发电机9进行发电；与此同时，液压马达8的出油口输出的低压液压油通过油管进入低压蓄能器10中进行蓄能，并通过油管及单向阀6进入液体压强变换器5高压端，推动液体压强变换器5复位，液体压强变换器5复位时低压端输出液压油通过油管进入油缸推动活塞杆，摆板3在自身重力和活塞杆的推动下完成复位，完成一个发电循环，随后，随着波浪的摆动进入下一个循环继续发电。
实施例二：
本实施例和实施例一的不同之处在于四个方向上的每组液压缸12分别与一套液体压强变换器5、高压蓄能器7、液压马达8、发电机9以及低压蓄能器10连通。
本实施例的其他结构及连接关系与实施例一相同，在此不再赘述。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种波浪发电装置，包括波浪能收集单元、动能传递单元以及发电机（9），其特征在于，所述波浪能收集单元包括：浮动平台、固定在所述浮动平台上的悬挂支架（1）、悬挂在所述悬挂支架（1）上的配重体以及一端与所述悬挂支架（1）活动连接另一端与所述动能传递单元活动连接的摆板（3）；所述摆板（3）随所述浮动平台摆动过程中受所述配重体的阻挡而绕其与所述悬挂支架（1）的连接点转动，将波浪能转化为所述摆板（3）的动能并传递给所述动能传递单元，所述动能传递单元将所述摆板（3）的动能输出并驱动发电机（9）发电。
2.根据权利要求1所述的波浪发电装置，其特征在于，所述动能传递单元包括液压缸（12）、液体压强变换器（5）、高压蓄能器（7）、液压马达（8）和低压蓄能器（10），所述动能传递单元的各组件通过油管连通；
所述液压缸（12）的活塞杆与所述摆板（3）活动连接，所述液压缸（12）的缸体与所述浮动平台活动连接；
所述液压马达（8）与所述发电机（9）相连。
3.根据权利要求2所述的波浪发电装置，其特征在于，所述液压缸（12）与所述液体压强变换器（5）的低压端连通，所述液体压强变换器（5）的高压端与所述高压蓄能器（7）连通且两者之间安装有单向阀（6），所述高压蓄能器（7）与所述液压马达（8）的进油口连通，所述液压马达（8）的出油口与所述低压蓄能器（10）连通，所述低压蓄能器（10）与所述液体压强变换器（5）的高压端连通且两者之间安装有单向阀（6）。
4.根据权利要求2所述的波浪发电装置，其特征在于，所述高压蓄能器（7）和所述低压蓄能器（10）为气囊式蓄能器。
5.根据权利要求1所述的波浪发电装置，其特征在于，所述浮动平台包括浮体（14）以及安装在所述浮体（14）上的设备安装面（15）。
6.根据权利要求5所述的波浪发电装置，其特征在于，所述浮体（14）包括箱体和填充在所述箱体内的填充体。
7.根据权利要求6所述的波浪发电装置，其特征在于，所述箱体上安装有盖板。
8.根据权利要求1所述的波浪发电装置，其特征在于，所述配重体为球形。
9.根据权利要求1所述的波浪发电装置，其特征在于，所述摆板（3）有多个，均匀的分布在所述配重体的周围。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的波浪发电装置，其特征在于，所述浮动平台上固定有锚索（17）。
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