CN109113920B - 一种带有绳索结构海浪发电装置 - Google Patents

一种带有绳索结构海浪发电装置 Download PDF

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Abstract

一种带有绳索结构海浪发电装置，主要包括有机架组件、浮动平台组件、三条安装在机架组件上且结构相同均布的被动约束支链、三条结构相同且沿圆周方向均布的绳索支链及液压发电系统。本发明将海浪的主要运动转化为浮子的移动与摆动，浮子带动绳索运动，之后转化为曲柄盘的转动，可以很好的适应海浪运动且不受海浪高度的制约，且具有受冲击力小、海浪能回收率高、结构简单、投入产出比低、可防护性好及工艺性好等特点。

Description

一种带有绳索结构海浪发电装置
技术领域
本发明涉及发电技术领域，特别涉及一种海洋波浪能发电装置。
背景技术
海洋约占地球面积的71％，由于受气压和海风的影响，海洋表面几乎时刻都有波浪产生。这种有规律的、周期性的海水起伏运动蕴含着巨大的能量。随着“全球变暖”、“能源枯竭”等问题日益凸显，国际学者们越来越重视这种新型可再生能源的回收与利用。
经过多年的发展，已经有诸多海浪能发电装置被提出。这些海浪发电装置大多采用串联或并联结构形式。其中，基于串联结构的海洋波浪发电装置的吸能机构多为单自由度机构，由于其自由度较少，不能充分利用海浪的运动，导致该种发电装置对海浪能的回收率较低。基于并联结构的海洋波浪发电装置的吸能机构均采用多自由度机构，能够很好的适应海浪的多自由度复合运动；但是这些发电装置大多依赖于吸能机构中的伸缩杆往复运动回收能量，在设计的过程中为了使发电装置能够适应波浪高度的四季变化，其伸缩杆的极限行程需要设计的很大，这样一来，不仅增大了发电装置的体积、提高了发电装置的制造成本，也降低了发电装置的利用效率；此外，该种形式的发电装置的能量回收和转化部件距离海水较近且随海浪实时运动，不易防护，易于受到海水的腐蚀，从而降低了它们的运转可靠性和工作寿命。针对这一现实问题，设计具有海浪能回收率高，制造成本低，可靠性好且易于防护的海浪能发电装置显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的是提供适应海浪运动且不受海浪高度的制约，海浪能回收率高、制造成本低、可靠性好、易于防护及工艺性好的带有绳索结构海浪发电装置。
本发明主要包括机架组件、浮动平台组件、三条安装在机架组件上且结构相同均布的被动约束支链、三条结构相同且沿圆周方向均布的绳索支链及液压发电系统。
机架组件主要包括三个结构相同且沿圆周方向均布的框架件、液压缸、第三进油口、第三出油口、第四进油口、第二出油口、液压缸支座，在框架件内部设有前端横梁、后端横梁和中间梁，液压缸通过液压缸支座固定在框架件后端横梁上。液压缸前端设置有第三进油口和第三出油口，液压缸的后端设置有第四进油口和第二出油口，并且在这四个进出油口分别安装单向阀，使第三进油口和第四进油口只能进油，使第二出油口和第三出油口只能出油。
浮动平台组件包括动平台、胡克铰、圆柱杆、绳索连接盘和浮子，在浮动平台组件中，动平台的下端通过胡克铰与圆柱杆的一端连接，圆柱杆的另一端与绳索连接盘固定连接，圆柱杆和绳索连接盘同轴，绳索连接盘与浮子固定连接。
被动约束支链包括第一连接座、第一转动轴、第二转动轴、第一连杆组、第三转动轴、第二连杆组、第三连杆组、第四转动轴、第四连杆组、第五转动轴。第一连接座固定在框件架的前端的上部，在第一连接座上插接第一转动轴，第一连杆组的一端套接在第一转动轴上，第一连杆组中部设有第二转动轴，第二转动轴设有第三连杆组，第三连杆组的一端与第二转动轴相连，第三连杆组的另一端之间第四转动轴相连接，第四转动轴的两端延伸至第三连杆组的外部，第四转动轴的两端分别套接第四连杆组的一端，第四连杆组的中部通过第五转动轴相连，第五转动轴的两端延伸至第四连杆组的外部。第一连杆组的另一端通过第三转动轴相连，第三转动轴的两端延伸至第一连杆组的外部，并在第三转动轴的两端分别套接第二连杆组，第二连杆组的一端与第三转动轴相连，第二连杆组的另一端与第五转动轴的两端相连。第四连杆组的另一端与浮动平台的动平台通过第六转动轴转动连接。第一连杆组、第二连杆组、第三连杆组均由两个结构相同的连杆组合而成。
绳索支链包括旋转连接座、第六转动轴、第一滑轮、第七转动轴、第二滑轮、第三滑轮连接座、第三滑轮、曲柄盘固定支座、连杆、曲柄盘、重锤、第八转动轴、第二滑轮连接座、第九转动轴和钢丝绳。旋转连接座通过第九转动轴与机架组件中框架件的前端梁转动连接，旋转连接座通过第六转动轴与第一滑轮转动连接，第二滑轮连接座与机架组件中的一个框架件的前端梁固定连接，第二滑轮连接座通过第七转动轴与第二滑轮转动连接，第三滑轮连接座与机架组件中的一个框架件的中间梁的下部固定连接，第三滑轮连接座通过第八转动轴与第三滑轮转动连接。曲柄盘固定支座与机架组件中的一个框架件的中间梁的下部固定连接，曲柄盘固定支座与曲柄盘通过第八转动轴转动连接，曲柄盘的一侧面与连杆的一端转动连接，连杆的另一端与液压缸的活塞杆的伸出端转动连接。钢丝绳的一端与浮动平台中的绳索连接盘固定连接，钢丝绳依次绕过第一滑轮、第二滑轮和第三滑轮，钢丝绳的另一端与重锤固定连接，并且钢丝绳分布在第一滑轮和第二滑轮之间的部分的轴线与第九转动轴的轴线时刻重合。
液压发电系统包括第一出油口、集油箱、第一进油口、第二进油口、第四出油口、第五出油口、回油箱、第五进油口、第六出油口、液压马达、第六进油口、发电机、蓄能器。集油箱的四周设置有进出油口，包括第一出油口、第一进油口和第二进油口，液压马达两侧分别设置有进出油口，包括第六出油口和第六进油口，回油箱设置有进出油口，包括第四出油口、第五出油口和第五进油口。第一进油口通过液压管路与安装在液压缸的第二出油口的单向阀连接，第二进油口通过液压管路与安转在液压缸的第三出油口的单向阀连接，第四出油口通过液压管路与安转在液压缸的第四出油口的单向阀连接，第五出油通过液压管路与安转在液压缸的第三进油口的单向阀连接，第一出油口通过液压管路分别与蓄能器和液压马达的第六进油口连接，液压马达的第六出油口通过液压管路与第五进油口连接，液压马达通过其底座与海洋平台固定，液压马达的转动轴与发电机轴连接，发电机通过其底座安装固定于海洋平台上。
机架组件、被动约束支链、绳索支链的数量均大于三。
本发明在使用时，机架组件与海洋平台固定，其浮子的下部浸入海水中，在海浪和被动约束支链的共同作用下，浮子可以伴随海浪实现上下垂荡和随波摇摆运动，从而驱动钢丝绳运动，钢丝绳与第一、第二及第三滑轮均通过摩擦力相互作用，在摩擦力作用下，钢丝绳驱动第三滑轮转动，从而带动液压缸往复运动，回油箱中的液压油经由液压缸压入集油箱，集油箱的油液达到预定压强后带动液压马达工作，从而带动发电机发电。液压马达的第六出油口经由液压管路回流到回油箱，实现油路的循环。蓄能器在油路中油压较高时蓄能，油压较低时释放能量，维持液压马达工作所需的油压，保证发电机发电的稳定性。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明将海浪运动转化为绳索运动，之后转化为曲柄盘的转动，可以很好的适应海浪运动且不受海浪高度的制约。
2、本发明将海浪的主要运动转化为浮子的移动与摆动，机架受冲击力小，海浪能回收率高。
3、本发明具有结构简单、投入产出比低、可防护性好及工艺性好等特点。
附图说明
图1为绳索结构三自由度海浪能发电装置的轴测图。
图2为绳索结构三自由度海浪能发电装置的主视图。
图3为绳索结构三自由度海浪能发电装置的俯视图。
图4为发电装置被动约束支链立体图。
图5为发电装置的浮动平台立体图。
图6为绳索支链及发电机组立体图。
图7为绳索支链局部放大图。
图8为发电机组立体图。
图中，1.海洋平台，2.机架组件，3.被动约束支链，4.浮动平台，5.绳索支链，6.发电机组，7.框架件，8.液压缸支座，9.第一连接座，10.第一转动轴，11.第二转动轴，12.第一连杆组，13.第三转动轴，14.第二连杆组，15.第三连杆组，16.第四转动轴，17.第四连杆组，18.第五转动轴，19.第六转动轴，20.动平台，21.胡克铰，22圆柱杆，23.绳索连接盘，24.浮子，25.旋转连接座，26.第六转动轴，27.第一滑轮，28.第七转动轴，29.第二滑轮，30.第三滑轮连接座，31.第三滑轮，32.曲柄盘固定支座，33.连杆，34.液压缸，35.曲柄盘，36.重锤，37.第八转动轴，38.第二滑轮连接座，39.第九转动轴，40.钢丝绳，41.第一出油口，42.集油箱，43.第一进油口，44.第二进油口，45.第二出油口，46.第三出油口，47.第三进油口，48.第四进油口，49.第四出油口，50.第五出油口，51.回油箱，52.第五进油口，53.第六出油口，54.液压马达，55.第六进油口，56.发电机，57.蓄能器。
具体实施方式
在图1至图8所示的本发明的示意简图中，机架组件2主要包括三个结构相同且沿圆周方向均布的框架件7、液压缸34、第三进油口47、第三出油口46、第四进油口48、第二出油口45、液压缸支座8，在框架件内部设有前端横梁、后端横梁和中间梁，液压缸34通过液压缸支座8固定在框架件7后端横梁上。液压缸34前端设置有第三进油口47和第三出油口46，液压缸34的后端设置有第四进油口48和第二出油口45，并且在这四个进出油口分别安装单向阀，使第三进油口47和第四进油口49只能进油，使第二出油口45和第三出油口46只能出油。
浮动平台组件4包括动平台20、胡克铰21、圆柱杆22、绳索连接盘23和浮子24，在浮动平台组件4中，动平台20的下端通过胡克铰21与圆柱杆22的一端连接，圆柱杆22的另一端与绳索连接盘23固定连接，圆柱杆22和绳索连接盘23同轴，绳索连接盘23与浮子24固定连接。
被动约束支链3包括第一连接座9、第一转动轴10、第二转动轴11、第一连杆组12、第三转动轴13、第二连杆组14、第三连杆组15、第四转动轴16、第四连杆组17、第五转动轴18。第一连接座9固定在框件架的前端的上部，在第一连接座上插接第一转动轴10，第一连杆组的一端套接在第一转动轴上，第一连杆组中部设有第二转动轴11，第二转动轴设有第三连杆组15，第三连杆组的一端与第二转动轴相连，第三连杆组的另一端之间第四转动轴16相连接，第四转动轴的两端延伸至第三连杆组的外部，第四转动轴的两端分别套接第四连杆组17的一端，第四连杆组17的中部通过第五转动轴18相连，第五转动轴18的两端延伸至第四连杆组16的外部。第一连杆组的另一端通过第三转动轴13相连，第三转动轴的两端延伸至第一连杆组的外部，并在第三转动轴的两端分别套接第二连杆组14，第二连杆组的一端与第三转动轴相连，第二连杆组的另一端与第五转动轴的两端相连。第四连杆组17的另一端与浮动平台4的动平台20通过第六转动轴19转动连接。第一连杆组、第二连杆组、第三连杆组均由两个结构相同的连杆组合而成。
绳索支链5包括旋转连接座25、第六转动轴26、第一滑轮27、第七转动轴28、第二滑轮29、第三滑轮连接座30、第三滑轮31、曲柄盘固定支座32、连杆33、曲柄盘35、重锤36、第八转动轴37、第二滑轮连接座38、第九转动轴39和钢丝绳40。旋转连接座25通过第九转动轴39与机架组件2中框架件7的前端梁转动连接，旋转连接座25通过第六转动轴26与第一滑轮27转动连接，第二滑轮连接座38与机架组件2中的一个框架件7的前端梁固定连接，第二滑轮连接座38通过第七转动轴28与第二滑轮29转动连接，第三滑轮连接座30与机架组件2中的一个框架件7的中间梁的下部固定连接，第三滑轮连接座30通过第八转动轴37与第三滑轮31转动连接。曲柄盘固定支座32与机架组件2中的一个框架件7的中间梁的下部固定连接，曲柄盘固定支座32与曲柄盘35通过第八转动轴37转动连接，曲柄盘35的一侧面与连杆33的一端转动连接，连杆33的另一端与液压缸34的活塞杆的伸出端转动连接。钢丝绳40的一端与浮动平台4中的绳索连接盘23固定连接，钢丝绳40依次绕过第一滑轮27、第二滑轮29和第三滑轮31，钢丝绳40的另一端与重锤36固定连接，并且钢丝绳40分布在第一滑轮27和第二滑轮29之间的部分的轴线与第九转动轴39的轴线时刻重合。
液压发电系统6包括第一出油口41、集油箱42、第一进油口43、第二进油口44、第四出油口49、第五出油口50、回油箱51、第五进油口52、第六出油口53、液压马达54、第六进油口55、发电机56、蓄能器57。集油箱42的四周设置有进出油口，包括第一出油口41、第一进油口43和第二进油口44，液压马达54两侧分别设置有进出油口，包括第六出油口53和第六进油口55，回油箱51设置有进出油口，包括第四出油口49、第五出油口50和第五进油口52。第一进油口43通过液压管路与安装在液压缸34的第二出油口的单向阀连接，第二进油口44通过液压管路与安转在液压缸34的第三出油口的单向阀连接，第四出油口49通过液压管路与安转在液压缸34的第四出油口48的单向阀连接，第五出油口50通过液压管路与安转在液压缸34的第三进油口47的单向阀连接，第一出油口41通过液压管路分别与蓄能器57和液压马达54的第六进油口55连接，液压马达54的第六出油口53通过液压管路与第五进油口52连接，液压马达通过其底座与海洋平台固定，液压马达54的转动轴与发电机56连接，发电机56通过其底座安装固定于海洋平台1上。

Claims (4)

1.一种带有绳索结构海浪发电装置，包括有机架组件、浮动平台组件、三条安装在机架组件上且结构相同均布的被动约束支链、三条结构相同且沿圆周方向均布的绳索支链及液压发电系统，其特征在于：机架组件包括三个结构相同且沿圆周方向均布的框架件、液压缸、第三进油口、第三出油口、第四进油口、第二出油口，液压缸支座、浮动平台组件包括动平台、胡克铰、圆柱杆、绳索连接盘和浮子，被动约束支链包括第一连接座、第一转动轴、第二转动轴、第一连杆组、第三转动轴、第二连杆组、第三连杆组、第四转动轴、第四连杆组、第五转动轴，绳索支链包括旋转连接座、第六转动轴、第一滑轮、第七转动轴、第二滑轮、第三滑轮连接座、第三滑轮、曲柄盘固定支座、连杆、曲柄盘、重锤、第八转动轴、第二滑轮连接座、第九转动轴和钢丝绳，液压发电系统包括第一出油口、集油箱、第一进油口、第二进油口、第四出油口、第五出油口、回油箱、第五进油口、第六出油口、液压马达、第六进油口、发电机、蓄能器，绳索支链的旋转连接座通过第九转动轴安装在机架组件中的框架件上，第九转动轴始终与第一滑轮和第二滑轮之间的钢丝绳同轴。
2.根据权利要求1所述的一种带有绳索结构海浪发电装置，其特征在于：在框架件内部设有前端横梁、后端横梁和中间梁，液压缸通过液压缸支座固定在框架件后端横梁上。
3.根据权利要求1所述的一种带有绳索结构海浪发电装置，其特征在于：在浮动平台组件中，动平台的下端通过胡克铰与圆柱杆的一端连接，圆柱杆的另一端与绳索连接盘固定连接，圆柱杆和绳索连接盘同轴，绳索连接盘与浮子固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种带有绳索结构海浪发电装置，其特征在于：旋转连接座通过第九转动轴与机架组件中框架件的前端梁转动连接，旋转连接座通过第六转动轴与第一滑轮转动连接，第二滑轮连接座与机架组件中的一个框架件的前端梁固定连接，第二滑轮连接座通过第七转动轴与第二滑轮转动连接，第三滑轮连接座与机架组件中的一个框架件的中间梁的下部固定连接，第三滑轮连接座通过第八转动轴与第三滑轮转动连接，曲柄盘固定支座与机架组件中的一个框架件的中间梁的下部固定连接，曲柄盘固定支座与曲柄盘通过第八转动轴转动连接，曲柄盘的一侧面与连杆的一端转动连接，连杆的另一端与液压缸的活塞杆的伸出端转动连接，钢丝绳的一端与浮动平台中的绳索连接盘固定连接，钢丝绳依次绕过第一滑轮、第二滑轮和第三滑轮，钢丝绳的另一端与重锤固定连接。
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