CN109519322A - 一种偏心惯性轮式发电平台 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种偏心惯性轮式发电平台，包括漂浮平台、偏心惯性轮、转轴、轴承、传动装置以及设置在密封箱内的发电机，其中：所述偏心惯性轮安装在转轴上，所述转轴通过轴承固定安装在漂浮平台的设备安装面上；所述传动装置一端与偏心惯性轮或转轴连接，另一端与发电机的输入轴连接；所述密封箱固定安装在漂浮平台的设备安装面上；所述偏心惯性轮为一密封腔体结构，腔体内均匀设置有多个向同一方向倾斜的内部叶片，并在腔体内注入预设容积比例的流动介质。本申请通过上述手段，可有效解决现有波浪能发电系统投入产出比高、无法广泛应用于海洋资源开发的问题。

Description

一种偏心惯性轮式发电平台
技术领域
本申请涉及海上发电技术领域，特别地，涉及一种偏心惯性轮式发电平台。
背景技术
随着能源的不断枯竭和气候变化逐渐加剧，世界对于能源的需求正逐步朝着清洁、可再生的方向转变，其中水能资源就可作为一种比较理想的选择，符合当前的绿色发展理念，有利于应对气候变化。另一方面人类在孤岛上的生存和开发活动通常需要有持续的电力供应，以保证其在孤岛上的正常生活。
为了利用海洋中蕴藏着巨大的水能资源，相关技术人员研发了一些将海水波浪能转换为电能的方案，但现有设备一般设备较高，缺少成本低收益高的水能转换设备，还无法广泛推广应用。以公开号为CN106246448A、名称为“一种波浪能发电系统”的中国发明专利申请为例，其发电系统包括浮体、连杆和设置于浮体远离海底一面的惯性轮机组，可以实现将浮体随海浪的上下运动转换为惯性轮机组中的偏心轮随转轴旋转的运动进而带动发电机发电。但上述方案能够将浮体随波浪的上下运动转换为偏心轮旋转运动的前提条件是，连杆的上端与偏心轮固定连接，连杆的下端需要与海底的固定体连接，因此对上述连杆的强度要求很高，不能出现因风浪大、浮体的晃动幅度较大时断裂的情况；另一方面，将连杆固定安装到海底固定体上的施工难度也很大，后期维护成本较高。
发明内容
本申请提供一种偏心惯性轮式发电平台，可解决现有波浪能发电系统投入产出比高、无法广泛应用于海洋资源开发的问题。
本申请提供的一种偏心惯性轮式发电平台，包括漂浮平台、偏心惯性轮、转轴、轴承、传动装置以及设置在密封箱内的发电机，其中：所述偏心惯性轮安装在转轴上，所述转轴通过轴承固定安装在漂浮平台的设备安装面上；所述传动装置一端与偏心惯性轮或转轴连接，另一端与发电机的输入轴连接；所述密封箱固定安装在漂浮平台的设备安装面上；所述偏心惯性轮为一密封腔体结构，腔体内均匀设置有多个向同一方向倾斜的内部叶片，腔体内注入预设容积比例的流动介质。
优选地，所述偏心惯性轮的上表面还均匀设置有多个向同一方向倾斜的外部叶片；所述外部叶片与内部叶片的倾斜方向相反。
优选地，所述偏心惯性轮的侧表面还均匀设置有多个向同一方向开口的水槽；所述水槽的入口方向与外部叶片的向下倾斜方向一致。
优选地，所述流动介质为水，注入水量为腔体容积的1/3。
本申请提供的一种偏心惯性轮式发电平台，包括漂浮平台、偏心惯性轮、转轴、轴承、传动装置以及设置在密封箱内的发电机，其中：所述偏心惯性轮安装在转轴上，所述转轴通过轴承固定安装在漂浮平台的设备安装面上；所述传动装置一端与偏心惯性轮或转轴连接，另一端与发电机的输入轴连接；所述密封箱固定安装在漂浮平台的设备安装面上；所述偏心惯性轮的上表面均匀设置有多个向同一方向倾斜的外部叶片。
优选地，所述偏心惯性轮的侧表面还均匀设置有多个向同一方向开口的水槽；所述水槽的入口方向与外部叶片的向下倾斜方向一致。
本申请提供的一种偏心惯性轮式发电平台，包括漂浮平台、偏心惯性轮、转轴、轴承、传动装置以及设置在密封箱内的发电机，其中：所述偏心惯性轮安装在转轴上，所述转轴通过轴承固定安装在漂浮平台的设备安装面上；所述传动装置一端与偏心惯性轮或转轴连接，另一端与发电机的输入轴连接；所述密封箱固定安装在漂浮平台的设备安装面上；所述偏心惯性轮的侧表面均匀设置有多个向同一方向开口的水槽。
优选地，在所述发电机与传动装置之间还设置有1个或多个通过联轴器串接在一起的增速器；其中，所述增速器设置在密封箱内；第一个增速器的输入轴通过联轴器与传动装置连接，最后一个增速器的输出轴通过联轴器与发电机的输入轴连接。
优选地，所述传动装置包括通过同步带连接的第一同步带轮和第二同步带轮；所述第一同步带轮固定安装在偏心惯性轮或转轴上；所述第二同步带轮通过联轴器与第一个增速器的输入轴连接；所述第一同步带轮的尺寸大于第二同步带轮的尺寸。
优选地，所述传动装置的传动增速比为1：5；所述增速器的增速比为1：5。
与现有技术相比，本申请具有以下优点：
本申请实施例偏心惯性轮通过转轴及轴承固定在漂浮平台的设备安装面上，对于偏心惯性轮采用腔体结构并在腔体内设置倾斜内部叶片和流动介质的方案，海水波浪使漂浮平台在海浪中上下摆动，可以使偏心惯性轮内部的流动介质顺势自由流动，在内部叶片的阻挡作用下，流动介质的重力势能发生变化，转化为偏心惯性轮的动能，驱动偏心惯性轮转动；对于在偏心惯性轮上表面设置倾斜外部叶片和在偏心惯性轮侧表面设置水槽的方案，冲向偏心惯性轮外部叶片和水槽的海浪，会产生驱动偏心惯性轮转动的转矩，使偏心惯性轮绕转轴转动；其优点在于设备结构简单，成本低，安装方便，可广泛应用于海洋水电资源的开发。
附图说明
附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请一种偏心惯性轮式发电平台实施例的主视示意图；
图2为图1所示的偏心惯性轮式发电平台的俯视示意图；
图3为图1所示的偏心惯性轮式发电平台中的偏心惯性水轮立体图；
图4为图1所示的偏心惯性轮式发电平台中的偏心惯性水轮主视图；
图5为图1所示的偏心惯性轮式发电平台中的漂浮平台结构示意图；
图6为图1所示的偏心惯性轮式发电平台中的密封箱结构示意图；
其中，1-偏心惯性轮，2-漂浮平台，3-大同步带轮，4-小同步带轮，5-同步带，6-密封箱，11-腔体，12-内部叶片，13-外部叶片，14-水槽，15-转轴，16-轴承，21-设备安装面，22-浮箱，61-箱体，62-第一增速器，63-第二增速器，64-联轴器，65-发电机。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。术语“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
参照图1~6，示出了本申请一种偏心惯性轮式发电平台实施例的结构示意图，包括漂浮平台2、偏心惯性轮1、转轴15、轴承16、传动装置以及设置在密封箱6内的发电机65，其中：
漂浮平台2包括设备安装面21和固定安装在设备安装面21下面的浮箱22，浮箱22的浮力作用使整个发电装置漂浮在海面上；如图5所示。需要说明的是，图5所示的浮箱22采用截面为三角形的结构，但不构成对本申请的限制。本领域技术人员可以根据需要选用方形或其他几何形状。
密封箱6固定安装在漂浮平台2的设备安装面21上。
偏心惯性轮1安装在转轴15上，转轴15通过轴承16固定安装在漂浮平台2的设备安装面21上。
上述传动装置一端与偏心惯性轮1或转轴15连接，另一端与发电机65的输入轴连接。
具体实施时，偏心惯性轮1可以根据需要采用如下实施方式之一或任意组合实现：
方式一：
偏心惯性轮1采用密封腔体结构，腔体11内均匀设置多个向同一方向倾斜（如图1或4的逆时针倾斜方向）的内部叶片12，并在腔体11内注入预设容积比例的流动介质。
具体实施时，内部叶片12可以采用焊接方式或其他方便实施的方式（如一体成型方式）固定在偏心惯性轮1的腔体11内部；上述流动介质可以选用水或其他可以在腔体11内自由流动的介质；流动介质的注入量优选为腔体容积的1/3。
其工作原理是：当发电装置的漂浮平台2在海浪作用下上下波动时，偏心惯性轮1的腔体11内部的水会被内部叶片12兜住，水由于受重力作用给偏心惯性轮1施加一个顺时针方向（以内部叶片12逆时针向下倾斜为例）的转矩，使偏心惯性轮1绕轴心顺时针转动。
方式二：
在偏心惯性轮1的上表面均匀设置多个向同一方向倾斜的外部叶片13。
具体实施时，外部叶片13可以采用焊接方式或其他方便实施的方式（如一体成型方式）固定在偏心惯性轮1的上表面，如图1~4所示。
其工作原理是：当海浪涌向偏心惯性轮1时，偏心惯性轮1的外部叶片13受到海浪的冲击，会产生一个使偏心惯性轮1绕轴心顺时针转动（以外部叶片13顺时针向下倾斜为例）的转矩，使偏心惯性轮1绕轴心顺时针转动。
当外部叶片结构（即上述方式二）与腔体结构（即上述方式一）组合使用时，为保证二者驱动方向一致，需将外部叶片13与内部叶片12的倾斜方向设置为相反。
方式三：
在偏心惯性轮1的侧表面均匀设置多个向同一方向开口的水槽14。
具体实施时，水槽14可以采用焊接方式或其他方便实施的方式（如一体成型方式）固定在偏心惯性轮1的侧表面，如图2、3所示。
其工作原理是：当海浪涌向偏心惯性轮1时，偏心惯性轮1的水槽14受到海浪的冲击，会产生一个使偏心惯性轮绕轴心顺时针转动（以水槽14的入口方向为顺时针为例）的转矩，使偏心惯性水轮绕轴心顺时针转动。
当水槽结构（即上述方式三）与外部叶片结构（即上述方式二）和/或腔体结构（即上述方式一）组合使用时，为保证其驱动方向一致，需将水槽12的入口方向设置为与外部叶片13的向下倾斜方向一致（即水槽12的开口朝向与外部叶片13向下倾斜的方向相反），与内部叶片12的向下倾斜方向相反（即水槽12的开口朝向与内部叶片12向下倾斜的方向相同）。
在进一步的优选实施例中，为增加发电机65的转速，还可以在传动装置和发电机65之间设置1个或多个通过联轴器64串接的增速器，其中，传动装置通过联轴器64与第一个增速器的输入轴连接，最后一个增速器的输出轴通过联轴器64与发电机65的输入轴连接（图6所示的实施例中设置了二个增速器，分别为第一增速器62和第二增速器63）。
以图6所示的实施方式为例，第一增速器62的输入轴通过联轴器64与传动装置连接，第一增速器62的输出轴通过联轴器64与第二增速器63的输入轴连接，第二增速器63的输出轴通过联轴器64与发电机65的输入轴连接。
为保护增速器不被海水侵蚀，可以将增速器设置在由箱体61围成的密封箱6内。
具体实施时，可以根据需要选用增速比为1：5的增速器，假设增速器的输入转速为m，则增速器的输出转速为5m，因此每经过一个增速器，增速器的输出转速会是增速器输入转速的5倍。
以图6所示的设置方式为例，传动装置的输出轴通过联轴器64依次与两个相同的增速比为1：5的第一增速器62和第二增速器63连接，可将传动装置输入到增速器的转速放大为其原转速的5×5=25倍。
在另一进一步的优选实施例中，为增加发电机65的转速，可以选用具有增速功能的传动装置。以图1和2所示的皮带传动方式为例，该传动装置具体包括通过同步带5连接的大同步带轮3和小同步带轮4；其中的大同步带轮3直接安装在偏心惯性轮1上，小同步带轮4通过联轴器64与第一增速器62的输入轴连接（或在不设置增速器的情况下直接与发电机65的输入轴连接）。偏心惯性轮1在以转轴15为中心转动时，带动大同步带轮3转动，进而通过同步带5的传动带动小同步带轮4转动。
具体实施时，可以根据需要选用大小同步带轮传动增速比为1：5的传动装置。假设大同步带轮3的转速为n，则小同步带轮4的输出转速即为5n，经过皮带传动，转速会放大到原偏心惯性轮1转速的5倍。如果同时设置二个增速比为1：5的增速器，可将偏心惯性轮1输出的转速放大125倍。
需要说明的是，上述实施例均为优选实施例，一方面，相关功能部件可以用其他部件代替，另一方面，所涉及的单元和模块并不一定是本申请所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上对本申请所提供的一种偏心惯性轮式发电平台进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种偏心惯性轮式发电平台，其特征在于，包括漂浮平台、偏心惯性轮、转轴、轴承、传动装置以及设置在密封箱内的发电机，其中：
所述偏心惯性轮安装在转轴上，所述转轴通过轴承固定安装在漂浮平台的设备安装面上；
所述传动装置一端与偏心惯性轮或转轴连接，另一端与发电机的输入轴连接；
所述密封箱固定安装在漂浮平台的设备安装面上；
所述偏心惯性轮为一密封腔体结构，腔体内均匀设置有多个向同一方向倾斜的内部叶片，腔体内注入预设容积比例的流动介质。
2.根据权利要求1所述的一种偏心惯性轮式发电平台，其特征在于，所述偏心惯性轮的上表面还均匀设置有多个向同一方向倾斜的外部叶片；
所述外部叶片与内部叶片的倾斜方向相反。
3.根据权利要求2所述的一种偏心惯性轮式发电平台，其特征在于，所述偏心惯性轮的侧表面还均匀设置有多个向同一方向开口的水槽；
所述水槽的入口方向与外部叶片的向下倾斜方向一致。
4.根据权利要求1所述的一种偏心惯性轮式发电平台，其特征在于，所述流动介质为水，注入水量为腔体容积的1/3。
5.一种偏心惯性轮式发电平台，其特征在于，包括漂浮平台、偏心惯性轮、转轴、轴承、传动装置以及设置在密封箱内的发电机，其中：
所述偏心惯性轮安装在转轴上，所述转轴通过轴承固定安装在漂浮平台的设备安装面上；
所述传动装置一端与偏心惯性轮或转轴连接，另一端与发电机的输入轴连接；
所述密封箱固定安装在漂浮平台的设备安装面上；
所述偏心惯性轮的上表面均匀设置有多个向同一方向倾斜的外部叶片。
6.根据权利要求5所述的一种偏心惯性轮式发电平台，其特征在于，所述偏心惯性轮的侧表面还均匀设置有多个向同一方向开口的水槽；
所述水槽的入口方向与外部叶片的向下倾斜方向一致。
7.一种偏心惯性轮式发电平台，其特征在于，包括漂浮平台、偏心惯性轮、转轴、轴承、传动装置以及设置在密封箱内的发电机，其中：
所述偏心惯性轮安装在转轴上，所述转轴通过轴承固定安装在漂浮平台的设备安装面上；
所述传动装置一端与偏心惯性轮或转轴连接，另一端与发电机的输入轴连接；
所述密封箱固定安装在漂浮平台的设备安装面上；
所述偏心惯性轮的侧表面均匀设置有多个向同一方向开口的水槽。
8.根据权利要求1~7任一所述的一种偏心惯性轮式发电平台，其特征在于，在所述发电机与传动装置之间还设置有1个或多个通过联轴器串接在一起的增速器；其中，
所述增速器设置在密封箱内；
第一个增速器的输入轴通过联轴器与传动装置连接，最后一个增速器的输出轴通过联轴器与发电机的输入轴连接。
9.根据权利要求8所述的一种偏心惯性轮式发电平台，其特征在于，所述传动装置包括通过同步带连接的第一同步带轮和第二同步带轮；
所述第一同步带轮固定安装在偏心惯性轮或转轴上；所述第二同步带轮通过联轴器与第一个增速器的输入轴连接；
所述第一同步带轮的尺寸大于第二同步带轮的尺寸。
10.根据权利要求8所述的一种偏心惯性轮式发电平台，其特征在于，
所述传动装置的传动增速比为1：5；
所述增速器的增速比为1：5。
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