CN109236546A - 一种长期可恒定持续输出的海洋波浪发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长期可恒定持续输出的海洋波浪发电系统，其具有结构简洁，成本低廉，对海洋海况耐受性强，维护性好的效果，其技术方案为：包括至少一个吸能单元，所述吸能单元包括吸能动力轴，吸能动力轴与多个第一齿轮连接，每一第一齿轮两侧均与能量转换单元连接，所述能量转换单元包括与第一齿轮啮合传动的第二齿轮，第二齿轮的齿轮轴通过棘轮结构与第三齿轮连接，第三齿轮与单边齿条啮合传动；所述吸能动力轴由支架支撑，吸能动力轴两侧的单边齿条分别架设于支架两侧，所述单边齿条底部与浮箱连接；所述吸能动力轴与发电机连接。
Description
技术领域
本发明涉及海洋波浪发电技术领域，特别是涉及一种长期可恒定持续输出的海洋波浪发电系统。
背景技术
海洋能是除太阳能以外最大的能量，其一般分为：海流能、波浪能、温差、潮汐能，这四种能量中除潮汐能进入商业化运作，对于其他三种能量皆只处于制作试验性装备的试验期，这是因为运用这些能量进行发电的装置稳定性极差，耐受性极差，维护成本高昂，导致其成本投入为煤电的10倍，投入与产出完全不成正比。
波浪能发电(wave power generation)是以波浪的能量为动力生产电能。海洋波浪蕴藏着巨大的能量，正弦波浪每米波峰宽度的功率P≈HT kW/m。式中，H为波高，m；T为波周期，s。全球有经济价值的波浪能开采量估计为1～10亿kW。中国波浪能的理论储量为7000万kW左右。
海洋波浪能具有面积广、能量小、持续、变化大、自然灾害多的特点，这就使得波浪能发电装备的设计使用投资过大，而投资越大，波浪能的利用率越低；目前的波浪能发电装置多采用锚定式结构，这种方式无法实现大面积波浪能发电，且现有波浪能发电稳定性差，耐受性差，维护成本高，无法实现并网。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种长期可恒定持续输出的海洋波浪发电系统，其具有结构简洁，成本低廉，对海洋海况耐受性强，维护性好的效果；
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种长期可恒定持续输出的海洋波浪发电系统，包括至少一个吸能单元，所述吸能单元包括吸能动力轴，吸能动力轴与多个第一齿轮连接，每一第一齿轮两侧均与能量转换单元连接，所述能量转换单元包括与第一齿轮啮合传动的第二齿轮，第二齿轮的齿轮轴通过棘轮结构与第三齿轮连接，第三齿轮与单边齿条啮合传动；所述吸能动力轴由支架支撑，吸能动力轴两侧的单边齿条分别架设于支架两侧，所述单边齿条底部与浮箱连接；所述吸能动力轴与发电机连接。
进一步的，所述第一齿轮两侧的棘轮结构的转动方向相同。
进一步的，所述支架包括依次首尾相接的第一支架、第二支架和第三支架，第一支架、第二支架和第三支架围成三角形结构，三角形结构内部中空设置。
进一步的，所述吸能动力轴设置于三角形结构中部，三角形结构边角处设置支臂与吸能动力轴连接。
进一步的，所述吸能动力轴外周设置轴承，轴承与支臂固定连接。
进一步的，所述吸能动力轴两侧的单边齿条之间通过连臂连接，连臂与吸能动力轴之间具有设定间隙。
进一步的，相邻所述吸能单元的吸能动力轴之间通过万向节连接。相邻吸能动力轴之间通过万向节连接，可以保证在起伏的波浪中，在不稳定的能量吸收支架中，保证吸能动力轴的正常吸能和输出。
进一步的，所述发电机设置于浮体结构内。
进一步的，所述浮体结构底部固定连接多个锚链。
进一步的，所述浮体结构为空心结构，所述吸能动力轴通过无级变速齿轮与发电机连接。
进一步的，所述浮体结构外周设置圈式防护结构，圈式防护结构将浮体结构套设在内部。
进一步的，所述浮体结构外围设置加热结构，所述加热结构包括包覆浮体结构的壳体，壳体内设置加热组件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的波浪发电系统，通过单边齿条随波浪的上下漂浮带动第一齿轮转动，进而带动吸能动力轴转动，继而进行发电，其可实现持续稳定性发电。
本发明的波浪发电系统，能量转换单元中第三齿轮通过棘轮结构与第二齿轮的齿轮轴连接，且第一齿轮两侧的棘轮结构转动方向相同，这样可以在受到波浪向上的推升力时利用吸能动力轴一侧的能量转换单元驱动第一齿轮进行发电，在受到波浪下降的拉力时利用吸能动力轴另一侧的能量转换单元驱动第一齿轮进行发电，对波浪的上升能和下降能都可以进行利用，使收集波浪能的能力提高了一倍，提升了波浪能的吸收利用率。
本发明的波浪发电系统，通过支架的设置，使得吸能动力轴始终能保持在一定位置，不会随波浪上下浮动，而单边齿条随波浪的漂浮则将能量传递给吸能动力轴进行发电，整个发电过程能保持较佳的稳定性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为吸能单元的示意图；
图2为能量转换单元与第一齿轮的配合俯视示意图；
图3为吸能动力轴与浮体结构的配合示意图；
图4为浮体结构与防护结构、加热结构配合俯视图；
图中，1吸能动力轴，2第一齿轮，3单边齿条，4支架，5浮箱，6浮体结构，7第一支架，8第二支架，9第三支架，10支臂，11轴承，12连臂，13第二齿轮，14棘轮结构，15第三齿轮，16锚链，17圈式防护结构，18加热结构。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，波浪能的特点是持续、能量变化大、面积广，使波浪能发电装备的设计使用投资过大，而投资越大越重，波浪能的利用率越低；反之，在面积大的情况下装备投入越小越轻，综合利用率越高，吸收能量越大；为了解决现有技术存在的技术问题，本申请提出了一种长期可恒定持续输出的海洋波浪发电系统。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图4所示，提供了一种长期可恒定持续输出的海洋波浪发电系统，包括至少一个吸能单元，所述吸能单元包括吸能动力轴1，吸能动力轴1与多个第一齿轮2连接，每一第一齿轮2两侧均与能量转换单元连接，所述能量转换单元包括与第一齿轮2啮合传动的第二齿轮13，第二齿轮13的齿轮轴通过棘轮结构14与第三齿轮15连接，第三齿轮15与单边齿条3啮合传动，所述单边齿条3底部与浮箱5连接；所述第一齿轮2两侧的棘轮结构14的转动方向相同。所述吸能动力轴1与发电机连接
本发电系统中，吸能动力轴可长达几十米，其吸能动力轴外周可安装多个第一齿轮，第一齿轮即为波浪能吸收齿轮，第一齿轮转动带动吸能动力轴转动进行发电；第一齿轮两侧都设置与之啮合的第二齿轮，第二齿轮的齿轮轴通过棘轮结构与第三齿轮连接，第三齿轮与单边齿条啮合，而第一齿轮两侧的棘轮结构的可转动方向相同(棘轮结构均为单方向转动机构)，以棘轮结构可顺时针转动为例说明，在浮箱受到波浪向上的推升力时，推动单边齿条向上运动(图2中第一齿轮2上方为左侧，第一齿轮2下方为右侧)，左侧的单边齿条带动第三齿轮顺时针转动，进而棘轮结构将动力经由第二齿轮的齿轮轴传递给第二齿轮，第二齿轮顺时针转动则带动第一齿轮逆时针转动，吸能动力轴将动力传输给发电机进行发电，而此时右侧的第三齿轮则逆时针空转；反之，在浮箱受到波浪下降的拉力时，右侧的单边齿条带动第三齿轮顺时针转动，进而通过棘轮结构、第二齿轮传递给第一齿轮逆时针转动的动力，吸能动力轴将动力传输给发电机进行发电，而此时左侧的第三齿轮则逆时针空转。由此，本发明的发电系统即可利用波浪上升产生动力进行发电，也可利用波浪下降产生动力进行发电，解决了过去只能利用波浪向上推举能的的问题，本发电系统在波浪上升和下降时各利用一侧的齿轮产生动力(一侧利用上升能，一侧利用下降能)，通过海浪上升和下降都能产生动力进行发电，对波浪向上的推升力和下降时的拉力都利用，与传统的技术相比，使收集波浪能的能力提高了一倍。
所述吸能动力轴1由支架4支撑，吸能动力轴1两侧的单边齿条3分别架设于支架4两侧。通过支架的设置，使得吸能动力轴始终能保持在一定位置，不会随波浪上下浮动，而单边齿条随波浪的漂浮则将能量传递给吸能动力轴进行发电，整个发电过程能保持较佳的稳定性。
所述支架4包括依次首尾相接的第一支架7、第二支架8和第三支架9，第一支架7、第二支架8和第三支架9围成三角形结构，三角形结构内部中空设置。
所述吸能动力轴1设置于三角形结构中部，三角形结构边角处设置支臂10与吸能动力轴1连接。
所述吸能动力轴1外周设置轴承11，轴承11与支臂10固定连接。
所述吸能动力轴1两侧的单边齿条3之间通过连臂12连接，连臂12与吸能动力轴1之间具有设定间隙。能有效保证系统结构的稳定性。
本发电系统中，可以设置多个吸能单元，相邻吸能单元的吸能动力轴1之间通过万向节连接(图中未示出)，吸能动力轴可设置长达几十米，可以保证在起伏的波浪中，在不稳定的能量吸收支架中，保证吸能动力轴的正常吸能和输出。
本发电系统可以稳定的使用半米高的波浪能(这是海浪最低值)，因此本发电系统可以恒定使用波浪能进行发电，可以低成本大面积的利用波浪能，以保证波浪能常年持续恒定的发电，而这对发电并网非常重要，因此本发电系统的发电稳定性较好，可以有效实现发电并网。
本发电系统的投入产出比较为合理，可达普通波浪能发电装置的7倍，其发电成本则可以达到火电的发电成本。
所述发电机设置于浮体结构6内，所述浮体结构6底部固定连接多个锚链16。
所述浮体结构6为空心结构，所述吸能动力轴1通过无级变速齿轮与发电机连接。同一发电机可以与一个吸能动力轴连接，也可以与多个沿发电机呈辐射状的吸能动力轴连接，形成章鱼式的结构布局，由多个吸能动力轴同时发电，具有结构简单材料使用最合理，一个标准的波浪能发电装置的吸能面积可达数千平米，提高了发电效率。
所述浮体结构6外周设置圈式防护结构17，圈式防护结构17将浮体结构6套设在内部。圈式防护结构与浮体结构同高设置，整体套设于浮体结构外侧，起到全面的防护作用。在浮体结构外沿加装了防护结构，可以抵御海冰的挤压和冲击，适应了严寒海域浮冰区的风电建设。
所述浮体结构6外围设置加热结构18，所述加热结构18包括包覆浮体结构6的壳体，壳体内设置加热组件。浮体结构加装了防冰冻加热结构，在极寒的天气，可以通过加热组件进行加热，浮体结构不会产生冰的附着，进而造成风电下沉的状况。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种长期可恒定持续输出的海洋波浪发电系统，其特征是，包括至少一个吸能单元，所述吸能单元包括吸能动力轴，吸能动力轴与多个第一齿轮连接，每一第一齿轮两侧均与能量转换单元连接，所述能量转换单元包括与第一齿轮啮合传动的第二齿轮，第二齿轮的齿轮轴通过棘轮结构与第三齿轮连接，第三齿轮与单边齿条啮合传动；所述吸能动力轴由支架支撑，吸能动力轴两侧的单边齿条分别架设于支架两侧，所述单边齿条底部与浮箱连接；所述吸能动力轴与发电机连接。
2.如权利要求1所述的海洋波浪发电系统，其特征是，所述第一齿轮两侧的棘轮结构的转动方向相同。
3.如权利要求1所述的海洋波浪发电系统，其特征是，所述支架包括依次首尾相接的第一支架、第二支架和第三支架，第一支架、第二支架和第三支架围成三角形结构，三角形结构内部中空设置。
4.如权利要求3所述的海洋波浪发电系统，其特征是，所述吸能动力轴设置于三角形结构中部，三角形结构边角处设置支臂与吸能动力轴连接。
5.如权利要求4所述的海洋波浪发电系统，其特征是，所述吸能动力轴外周设置轴承，轴承与支臂固定连接。
6.如权利要求1所述的海洋波浪发电系统，其特征是，所述吸能动力轴两侧的单边齿条之间通过连臂连接，连臂与吸能动力轴之间具有设定间隙。
7.如权利要求1所述的海洋波浪发电系统，其特征是，相邻所述吸能单元的吸能动力轴之间通过万向节连接。
8.如权利要求1所述的海洋波浪发电系统，其特征是，所述发电机设置于浮体结构内；所述浮体结构底部固定连接多个锚链；所述浮体结构为空心结构，所述吸能动力轴通过无级变速齿轮与发电机连接。
9.如权利要求8所述的海洋波浪发电系统，其特征是，所述浮体结构外周设置圈式防护结构，圈式防护结构将浮体结构套设在内部。
10.如权利要求8所述的海洋波浪发电系统，其特征是，所述浮体结构外围设置加热结构，所述加热结构包括包覆浮体结构的壳体，壳体内设置加热组件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190118 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |