CN109183712A - 一种配置发电装置的水箱式浮式防波堤 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配置发电装置的水箱式浮式防波堤，包括水箱，水箱通过分隔板分为上层箱体和下层箱体，上层箱体中填充有水。分隔板中转动设置有摆板转轴，摆板转轴的端部均贯穿出水箱，且摆板转轴伸出水箱的端部均安装有一号齿轮，摆板转轴上转动安装有摆板，摆板一端伸入上层箱体，另一端伸入下层箱体，摆板伸入下层箱体的端部安装有质量块。分隔板下部安装有弹性梁，弹性梁上盖设有压电膜。下层箱体中安装有电磁发电装置，电磁发电装置的发电机输入轴的端部均贯穿出水箱，且发电机输入轴伸出水箱的端部均安装有二号齿轮，二号齿轮与一号齿轮相互齿合。本发明能有效地吸收并消除外界波浪能，而且将水箱内的晃荡波能量转换为生产所需的电能。

Description

一种配置发电装置的水箱式浮式防波堤
技术领域
本发明涉及防波堤技术领域，具体涉及一种配置发电装置的水箱式浮式防波堤。
背景技术
防波堤是较为常用的海上防浪结构，用于吸收波浪能，阻断波浪冲击，围护港池保持其水面平稳以保护港口码头免收恶劣天气的影响。而其中的浮式防波堤因其不受水深限制，有利于海水交换，经济性高等特点被广泛采用，尤其是深水海域防波堤的优选。但是由锚链系泊于海底的浮式防波堤在海浪的冲击下会有运动幅度过大的缺点，影响防波堤的正常使用。
随时化石能源开发的日渐枯竭，可再生能源的开发是当今世界的研究热点。而海洋中的波浪能是一种重要的可再生能源，如何高效地利用波浪能是波浪能发电普及的关键。目前波浪能的收集装置相对较少，其中采用的主要有电磁发电和压电发电两种类型的装置。电磁发电类型应用较多，当结构物受海浪作用上下或左右振动时,结构物内的传动机构将振动的能量转化为旋转机械能并传递至永磁发电机，最终通过永磁发电机发电。由于海洋波浪振动频率较低，永磁发电机内的输入轴转速较低，使得磁通量的变化率较小，从而影响了发电输出效率。压电式波浪能收集装置通常设计成悬臂梁结构，最终将波浪的低频振动转化为悬臂梁的高频振动，从而输出电能。然而，如何提高装置中将波浪的低频振动向悬臂梁的高频振动的转化效率是压电式波浪能收集装置的一大难点。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种配置发电装置的水箱式浮式防波堤，能有效地吸收并消除外界波浪能，而且通过水箱内的晃荡现象可以有效地减少防波堤在波浪冲击下的摆动，并且在水箱内集成电磁发电装置和压电发电装置将水箱内的晃荡波能量转换为生产所需的电能。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种配置发电装置的水箱式浮式防波堤，包括水箱，所述水箱通过分隔板分为上层箱体和下层箱体，所述上层箱体中填充有水，所述分隔板中转动设置有摆板转轴，所述摆板转轴的端部均贯穿出水箱，且所述摆板转轴伸出水箱的端部均安装有一号齿轮，所述摆板转轴上转动安装有摆板，所述摆板一端伸入上层箱体，所述摆板另一端伸入下层箱体，且所述摆板伸入下层箱体的端部安装有质量块；
所述分隔板下部位于摆板转轴的两侧均安装有供摆板撞击的弹性梁，所述弹性梁垂直于分隔板，所述弹性梁处于下层箱体中，所述弹性梁上盖设有压电膜；
所述下层箱体中安装有电磁发电装置，所述电磁发电装置包括发电机输入轴，所述发电机输入轴的端部均贯穿出水箱，且所述发电机输入轴伸出水箱的端部均安装有二号齿轮，所述二号齿轮与一号齿轮相互齿合。
进一步的，所述质量块的截面为正三角形结构，且所述质量块的边角为弧形，所述质量块的顶角连接摆板，且所述摆板与质量块顶角的平分面处于同一个平面。
进一步的，所述摆板转轴两侧的弹性梁至摆板转轴的距离均相等，且所述弹性梁至摆板转轴的距离小于位于下层箱体中的摆板的长度。
进一步的，所述质量块撞击在弹性梁上的高度小于压电膜底端的高度。
进一步的，电磁发电装置和压电膜均连通桥式整流电路。
进一步的，所述一号齿轮的直径大于二号齿轮的直径。
进一步的，所述水箱外安装有若干条锚链。
进一步的，所述摆板转轴平行于摆板，且所述摆板转轴与发电机输入轴相互平行。
本发明的有益效果为：
本发明装置通过上层箱体中填充的水来抵消波浪能，通过水的晃荡可以有效的减少防波提在波浪冲击下的摆动。同时本发明水箱内摆板的转动可带动电磁发电装置的工作，从而实现电磁发电装置的切割磁感线发电，本发明中也安装有压电发电装置，通过弹性梁的撞击振动引促压电膜发电，两种发电装置的配置实现波浪能的高效率转换。而电磁发电装置和压电膜还连接有桥式整流电路，可将产生的交流电变为直流电，以实现向用电设备供电和向蓄电池充电，并且限制蓄电池电流倒流回发电机，保护发电机不被逆电流烧坏，克服多个非同步的浮式防波堤发电装置的电能输送问题。
附图说明
图1是本发明装置的整体结构示意图；
图2是本发明装置的侧视结构示意图。
附图标记说明：
1-水箱、2-分隔板、3-上层箱体、4-下层箱体、5-摆板转轴、6-一号齿轮、7-摆板、8-质量块、9-弹性梁、10-压电膜、11-电磁发电装置、12-发电机输入轴、13-二号齿轮、14-锚链。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
如图1和图2所示，一种配置发电装置的水箱式浮式防波堤，包括水箱1，水箱1外安装有若干条锚链14，水箱1通过锚链14系泊于海底。水箱1通过分隔板2分为上层箱体3和下层箱体4，上层箱体3中填充有水，分隔板2中转动设置有摆板转轴5，摆板转轴5的端部均贯穿出水箱1，且摆板转轴5伸出水箱1的端部均安装有一号齿轮6。摆板转轴5上安装有摆板7，摆板7一端伸入上层箱体3，摆板7另一端伸入下层箱体4，且摆板7伸入下层箱体4的端部安装有质量块8。摆板转轴5平行于摆板7，摆板7可随摆板转轴5的转动而转动。分隔板2下部位于摆板转轴5的两侧均安装有供摆板7撞击的弹性梁9，弹性梁9垂直于分隔板2，弹性梁9处于下层箱体4中，弹性梁9上盖设有压电膜10。摆板转轴5两侧的弹性梁9至摆板转轴5的距离均相等，且弹性梁9至摆板转轴5的距离小于位于下层箱体4中的摆板7的长度，使质量块8能够有足够的距离撞击到弹性梁9。
本发明质量块8的截面为正三角形结构，且质量块8的边角为弧形，质量块8的顶角连接摆板7，且摆板7与质量块8顶角的平分面处于同一个平面。本发明质量块8也可采用心形，质量块8采用这类形状结构，主要是使质量块8在撞击弹性梁9时，能施加给弹性梁9水平方向的力，减少垂直方向动能的损失。质量块8撞击在弹性梁9上的高度小于压电膜10底端的高度，工作时，质量块8不撞击压电膜10。
下层箱体4中安装有电磁发电装置11，电磁发电装置11包括发电机输入轴12，摆板转轴5与发电机输入轴12相互平行。发电机输入轴12的端部均贯穿出水箱1，且发电机输入轴12伸出水箱1的端部均安装有二号齿轮13，二号齿轮13与一号齿轮6相互齿合，且一号齿轮6的直径大于二号齿轮13的直径。水箱1内的晃荡在绝大多数情况下频率都比较低，所以摆板7摆动的频率也会相对较低，因此本发明利用两个直径不同的齿轮相互齿合的设计，通过齿轮间齿合使二号齿轮13达到较高的转动角速度，增大发电机输入轴12输入的频率，提高发电效率。
本发明在电磁发电装置11和压电膜10的输出端均连通有桥式整流电路。目的将产生的交流电变为直流电，以实现向用电设备供电和向蓄电池充电，并且限制蓄电池电流倒流回电磁发电装置11和压电膜10，保护电磁发电装置11和压电膜10不被逆电流烧坏，克服多个非同步的浮式防波堤发电装置的电能输送问题。另外为了减少输电线路上的电能损失，从电磁发电装置11和压电膜10中引出交流电后，首先经过升压线路再进入整流电路。
本发明装置通过锚链14系泊于海底，抵挡波浪的同时，水箱1内的水晃荡冲击摆板7，在波浪能耗散的同时带动摆板7摆动，摆板7带动摆板转轴5转动，摆板转轴5的转动使得一号齿轮6也转动，一号齿轮6带动二号齿轮10转动，从而使二号齿轮10经过增速后带动发电机输入轴9转动进行发电。而摆板7摆动的同时，摆板7下端的质量块8撞击弹性梁9，对弹性梁9末端造成一个水平的冲击，使弹性梁9发生挠曲变形，弹性梁9进而发生较高频率的自由振动，弹性梁9上的压电膜10在相应振动频率下发生伸长和压缩，通过压电效应产生电动势，以较高效率输出电能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种配置发电装置的水箱式浮式防波堤，其特征在于：包括水箱(1)，所述水箱(1)通过分隔板(2)分为上层箱体(3)和下层箱体(4)，所述上层箱体(3)中填充有水，所述分隔板(2)中转动设置有摆板转轴(5)，所述摆板转轴(5)的端部均贯穿出水箱(1)，且所述摆板转轴(5)伸出水箱(1)的端部均安装有一号齿轮(6)，所述摆板转轴(5)上转动安装有摆板(7)，所述摆板(7)一端伸入上层箱体(3)，所述摆板(7)另一端伸入下层箱体(4)，且所述摆板(7)伸入下层箱体(4)的端部安装有质量块(8)；
所述分隔板(2)下部位于摆板转轴(5)的两侧均安装有供摆板(7)撞击的弹性梁(9)，所述弹性梁(9)垂直于分隔板(2)，所述弹性梁(9)处于下层箱体(4)中，所述弹性梁(9)上盖设有压电膜(10)；
所述下层箱体(4)中安装有电磁发电装置(11)，所述电磁发电装置(11)包括发电机输入轴(12)，所述发电机输入轴(12)的端部均贯穿出水箱(1)，且所述发电机输入轴(12)伸出水箱(1)的端部均安装有二号齿轮(13)，所述二号齿轮(13)与一号齿轮(6)相互齿合。
2.如权利要求1所述的一种配置发电装置的水箱式浮式防波堤，其特征在于：所述质量块(8)的截面为正三角形结构，且所述质量块(8)的边角为弧形，所述质量块(8)的顶角连接摆板(7)，且所述摆板(7)与质量块(8)顶角的平分面处于同一个平面。
3.如权利要求1所述的一种配置发电装置的水箱式浮式防波堤，其特征在于：所述摆板转轴(5)两侧的弹性梁(9)至摆板转轴(5)的距离均相等，且所述弹性梁(9)至摆板转轴(5)的距离小于位于下层箱体(4)中的摆板(7)的长度。
4.如权利要求1所述的一种配置发电装置的水箱式浮式防波堤，其特征在于：所述质量块(8)撞击在弹性梁(9)上的高度小于压电膜(10)底端的高度。
5.如权利要求1所述的一种配置发电装置的水箱式浮式防波堤，其特征在于：电磁发电装置(11)和压电膜(10)均连通桥式整流电路。
6.如权利要求1所述的一种配置发电装置的水箱式浮式防波堤，其特征在于：所述一号齿轮(6)的直径大于二号齿轮(13)的直径。
7.如权利要求1所述的一种配置发电装置的水箱式浮式防波堤，其特征在于：所述水箱(1)外安装有若干条锚链(14)。
8.如权利要求1所述的一种配置发电装置的水箱式浮式防波堤，其特征在于：所述摆板转轴(5)平行于摆板(7)，且所述摆板转轴(5)与发电机输入轴(12)相互平行。
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