CN109944735B - 海浪发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于海浪发电技术领域，公开了一种海浪发电装置，发电装置包括动能接收装置、气压调节装置、动能传送装置、动能发电装置，气压调节装置包括扭力测量器、气压机和进出水管道，动能传送装置包括固定底座、固定桩柱、滑轨底座、旋转球体、梯形齿板架和齿轮组，从动齿轮和第二主动齿轮通过动力输出轴承，将旋转动力传送到动能发电装置上运转发电。本发明适用浪形广，提升海浪发电装置的平衡稳定性和防冲击能力，极大缩短维修周期和维护成本，高效延长大型海浪发电装置的使用寿命，有效防止发电装置受海浪冲击出现扭力差值大的情形，同时实现海浪发电装置上升和下坠运动能双向平稳发电。

Description

海浪发电装置

技术领域

本发明涉及海浪发电技术领域，尤其涉及一种海浪发电装置。

背景技术

传统能源日趋枯竭、环境污染问题恶化，新能源开发迫在眉睫。随着科技的发展对电能需求增大，利用环境清洁可再生能源如太阳能、风能以及波浪能发电提供电能，日益受到各界广泛关注。相比风能与太阳能技术，波浪能发电技术要落后十几年。但是波浪能具有其独特的优势，波能能量密度高，是风能的4～30倍；相比太阳能，波浪能不受天气影响。波浪能发电电源是利用波浪发电制作成的电源，为海洋传感节点供电具有诸多优点：波浪能分布广泛且储量巨大，可就地取能；波浪发电装置受海况与气候影响较低。研究利用波浪能发电，为海洋节点提供长期的能量供给，具有十分重要的意义。

目前，波浪能发电仍存在诸多问题，如制造成本昂贵、装置可靠稳定性低、易受侧拍打力损坏、后期需经常性反复维修、维护成本高以及海浪起伏只能单向发电等缺陷，因此本发明提出一种海浪发电装置适用于多种海浪浪形，浪形包括有白头浪、涌浪、拜神浪、大牌浪，其中拜神浪能量绝大，但产生的海浪并不大，不适合用于发电，可见本发明海浪发电装置适用范围广，适应环境强。在夜间海面会因为热胀冷缩而形成海风，风助海浪更大，所以一般夜间海浪更大，这也符合人类夜间用电加倍的需求，而本发明装置的特点就是能随时调整加大发电量。海浪有时会因天气变化而大起大落，一般的海浪发电装置这时会被摧毁、破坏，而本发明装置是采用梯形排齿并留有足够空间让其自然伸展，从而避免灾难性事故的发生。本装置因全部吸收并释放海浪的能量，它发电量也可观，相比较于目前核能发电等发电方式存在的诸多不足，因此，本海浪发电装置极具实用价值和商业价值，在推广应用上大有取代核电之势！

发明内容

本发明的目的在于提供一种海浪发电装置，用以解决上述背景技术提出的问题。

本发明提供一种海浪发电装置，其特征在于，所述发电装置包括动能接收装置、气压调节装置、动能传送装置、动能发电装置，所述气压调节装置、动能传送装置和动能发电装置分别设于所述动能接收装置上，所述动能接收装置为全密封箱体结构，所述动能接收装置内部设有纵横交错的隔仓板，且蓄有一定重量的海水；

所述气压调节装置包括扭力测量器、气压机和进出水管道，所述气压机固设于所述动能接收装置顶面上，用于调节所述动能接收装置内的海水通过所述进出水管道外排或吸入，所述扭力测量器通过电性连接所述气压机，用于测量所述动能接收装置随海浪上升和下坠的扭力差值；

所述动能传送装置包括固定底座、固定桩柱、滑轨底座、旋转球体、梯形齿板架和齿轮组，所述固定底座设于所述动能接收装置顶面中心位置上，所述固定底座上设有与所述旋转球体相旋转嵌合的球形凹槽，所述旋转球体上连接有所述固定桩柱，所述滑轨底座分别设于所述动能接收装置的顶面两侧边上，所述滑轨底座上设有与所述旋转球体相滑动嵌合的圆弧形滑槽，所述滑轨底座上的旋转球体连接有梯形齿板架；

所述梯形齿板架包括有底部相接的两齿板，所述齿轮组包括第一齿轮组和第二齿轮组，且所述第一齿轮组啮合连接于一齿板上，所述第二齿轮组连接啮合于另一齿板上，所述第一齿轮组包括第一主动齿轮和从动齿轮，所述第二齿轮组包括第二主动齿轮，所述从动齿轮和第二主动齿轮的轴心均由动力输出轴承贯穿连接于所述动能发电装置，将旋转动力传送到所述动能发电装置上运转发电。

优选地，所述动能发电装置包括离合器、变速箱、飞轮和发电机，所述离合器、变速箱、飞轮依次与所述发电机电性连接。

优选地，所述从动齿轮和第二主动齿轮均包括有外齿轮、内棘轮和棘爪，所述内棘轮与所述外齿轮同轴连接，所述棘爪设于内棘轮的齿背上，所述从动齿轮的外齿轮和第一主动齿轮啮合连接，所述第二主动齿轮的外齿轮和齿板啮合连接。

进一步优选地，所述从动齿轮和第二主动齿轮连接于一动力输出轴承或分别连接于两动力输出轴承上。

优选地，所述进出水管道一端设于所述动能接收装置内，所述进出水管道的另一端设于所述动能接收装置外，并延伸至所述动能接收装置底面水平线下方。

优选地，所述梯形齿板架垂直连接于所述滑轨底座。

优选地，所述固定桩柱和梯形齿板架上均安装有若干固定支架。

优选地，所述旋转球体与所述固定底座上的球形凹槽的旋转方式为万向旋转。

由于采取上述的技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的海浪发电装置利用海浪动能冲击作用下同步起伏摇摆，浪涌时，浪潮动能带动发电装置向上运动，传动齿轮组使得发电机运转发电；浪坠时，发电装置由地心引力重力势能作用向下运动，传动齿轮组使得发电机运转发电，海浪利用率高，两个齿轮组实现发电装置向上向下运动的双向机械发电，提供持续、稳定、高效的发电效益。

2、动能接收装置受到海浪动能冲击上下左右摇摆时，动能接收装置的顶面两侧边上设置有滑轨底座，能使得旋转球体自旋转和在圆弧形滑槽内来回滑动，平衡掉海浪不规则的侧拍力，同时，动能接收装置顶面中心位置上还设置有固定底座，旋转球体能在球形凹槽能万向旋转，以及动能接收装置内的隔仓板也能起到防过度摇晃的作用。相比现有技术中底座为固定死锁的设计，更加提升海浪发电装置的平衡稳定性和防冲击能力，极大缩短维修周期和维护成本，高效延长大型海浪发电装置的使用寿命。

3、由于海浪能量和类型的多样性，海浪发电装置能将海浪冲击的能量进行分流为上升时的动能和下坠时的重力势能，当上升和下坠的扭力差值太大而出现不均匀时，经由扭力测量器对扭力差值的测量后通过气压机将蓄在动能接收装置内的海水从进出水管道外排或吸入，动态调节动能接收装置内的海水量，避免发电装置的梯形齿板架上下运动的扭力差值过大造成齿轮运转等结构的损坏。

4、解决了波浪能强烈无规则难题的同时通过设置离合器和变速箱来提升转速作用，并设置飞轮动态补偿和稳定发电机的电能输出，从而提高输出电能平稳性和质量。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明海浪发电装置的结构示意图；

图2为本发明海浪发电装置的左侧结构示意图；

图3为本发明海浪发电装置下坠时齿板和第一齿轮组啮合转动连接时的结构示意图；

图4为本发明海浪发电装置上升时齿板和第二齿轮组啮合转动连接时的结构示意图；

图5为本发明滑轨底座的结构示意图。

附图标记说明：

1—动能接收装置，2—气压调节装置，3—动能传送装置，4—动能发电装置，5—动力输出轴承，6—外齿轮，7—内棘轮，8—棘爪，9—固定支架，11—隔仓板，12—海水，21—扭力测量器，22—气压机，23—进出水管道，31—固定底座，32—固定桩柱，33—滑轨底座，34—旋转球体，35—梯形齿板架，36—齿轮组，37—球形凹槽，38—圆弧形滑槽，351—齿板，361—第一齿轮组，362—第二齿轮组，3611—第一主动齿轮，3612—从动齿轮，3621—第二主动齿轮，41—离合器，42—变速箱，43—飞轮，44—发电机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-5所示的一种海浪发电装置，发电装置包括动能接收装置1、气压调节装置2、动能传送装置3、动能发电装置4，气压调节装置2、动能传送装置3和动能发电装置4分别设于动能接收装置1上，动能接收装置1为全密封箱体结构，为了整个动能接收装置1的气密性和工作人员的安全情况，特意设计为全自动密封式的结构更佳。动能接收装置1内部设有纵横交错的隔仓板11，且蓄有一定重量的海水12，确保动能接收装置1浸浮于海面的同时蓄存一定重量。气压调节装置2包括扭力测量器21、气压机22和进出水管道23，如图1所示，气压机22固设于动能接收装置1顶面上，用于调节动能接收装置1内的海水12通过进出水管道23外排或吸入，扭力测量器21通过电性连接气压机22，用于测量动能接收装置1随海浪上升和下坠的扭力差值。

本发电装置可以适用于10吨/度级至1000吨/度级，首先要看选址海面每年的常浪是多少吨而定，在实际海浪发电应用中，量度海浪能量通常采用水船测量法，例如：在选址海面上，水船本体加装载水共1300吨时，如水船被浪冲击仍有丁点摇晃，便可将选址定为1000吨/度级浪区。由于我们是靠海浪运动的起伏带动整个发电动力系统，上涌时是海浪的动能能量，下坠时是地心引用的重力势能能量，如果一个1300吨/度级的发电装置的本体为300吨，那么上升输出将可推动1000吨物体做功，而下降能量就只有300吨的本体做功，这样上下运动形成的扭力差值为700吨物体的做功值，这样过大的扭力差值会导致扭力严重失衡。因此需要对动能接收装置1增加重量：动能接收装置1本体重量为300吨，注入海水12为300吨，使得整体重量达到600吨，作为蓄存能量，经过调整后，海浪能量为可推动1300吨物体做功，此时动能接收装置1本体300吨加入海水的300吨后，上升和下坠的动能和重力势能均可看成对600-700吨物体做功，扭力差值大大缩小。

因此，当上升和下坠的扭力差值太大而出现不均匀时，经由扭力测量器21对扭力差值测量后通过气压机22将蓄在动能接收装置1内的海水12从进出水管道23外排或吸入，动态调节动能接收装置内的海水量来调整海浪发电装置的自重，从而快速缩小扭力差值，其中，在本实施例中，进出水管道23一端设于动能接收装置1内，进出水管道23的另一端设于动能接收装置1外，并且进出水管道23优选为延伸至动能接收装置1底面水平线下方，当气压机22不运转工作或瞬时动态调整过程中时，进出水管道23两端处于同一压强状态，动能接收装置1内的海水量恒定，而当气压机22持续外排或吸入空气调整隔仓板11内的海水量时，能够快速从动能接收装置1底面水平线下方的进出水管道23端外排或吸入海水12，实现稳定高效的动态调整效益。

由于海浪能量和类型的多样性，海浪发电装置能将海浪冲击的能量进行分流为上升时的动能和下坠时的重力势能，以上述海浪推动1300吨海水作用于发电装置所含动能能量为例，将能量分流为50％的上升动能和50％的蓄存能量，含有50％蓄存能量的发电装置在重力作用下完成下坠过程实现重力做功，将蓄存能量转化为动能，此时能量经由动能传送装置3带动动能发电装置4运转发电，将使得发电结构运转更加平稳，有效避免了发电装置随海浪上下起伏运动的扭力差值过大而造成齿轮运转等结构的损坏。

如图1或2所示，动能传送装置3包括固定底座31、固定桩柱32、滑轨底座33、旋转球体34、梯形齿板架35和齿轮组36，固定底座31设于动能接收装置1顶面中心位置上，固定底座31上设有与旋转球体34相旋转嵌合的球形凹槽37，旋转球体34上连接有固定桩柱32，滑轨底座33分别设于动能接收装置1的顶面两侧边上，如图5所示，滑轨底座33上设有与旋转球体34相滑动嵌合的圆弧形滑槽38，滑轨底座33上的旋转球体34连接有梯形齿板架35。在本实施例中，相比现有技术采用连接采用的底座为死锁，非常容易造成脚部折断，而本发明采用的滑轨底座33使得旋转球体34能够受力后方便在圆弧形滑槽能滑行，而且选取的梯形齿板架35垂直连接于滑轨底座33，能够使得海浪发电装置的上升和下坠行程最大化，机械能做功转化为电能输出也达到最大化，提升发电效率。

梯形齿板架35包括有底部相接的两齿板351，齿轮组36包括第一齿轮组361和第二齿轮组362，且第一齿轮组361啮合连接于一齿板351上，第二齿轮组362连接啮合于另一齿板351上，第一齿轮组361包括第一主动齿轮3611和从动齿轮3612，第二齿轮组362包括第二主动齿轮3621，从动齿轮3612和第二主动齿轮3621的轴心均由动力输出轴承5贯穿连接于动能发电装置4，将旋转动力传送到动能发电装置4上运转发电。

动能发电装置4包括离合器41、变速箱42、飞轮43和发电机44，离合器41、变速箱42、飞轮43依次与发电机44电性连接，解决了波浪能强烈无规则难题的同时通过设置离合器41和变速箱42是基于传来的动力转速达不到时用来提升转速的作用，并设置飞轮43动态补偿和稳定发电机44的电能输出，从而提高输出电能平稳性和质量。

如图3和4所示，从动齿轮3612和第二主动齿轮3621均包括有外齿轮6、内棘轮7和棘爪8，内棘轮7与外齿轮6同轴连接，棘爪8设于内棘轮7的齿背上，从动齿轮3612的外齿轮6和第一主动齿轮3611啮合连接，第二主动齿轮3621的外齿轮6和齿板351啮合连接。

在浪涌带动动能接收装置1上升时，梯形齿板架35中的一齿板351也随即向上运动，与之啮合连接的第一主动齿轮3611顺时针转动，并带动从动齿轮3612的外齿轮6逆时针转动，此时，棘爪8在内棘轮7上齿背上滑过，内棘轮7停止转动而不能带动动力输出轴承5转动，在该情形下第一齿轮组不对发电机44机械做功；而在浪涌带动动能接收装置1上升的同时，梯形齿板架35中的另一齿板351也随即向上运动，与之啮合连接的第二主动齿轮3621顺时针转动，棘爪8便插入内棘轮7的齿槽以推动内棘轮7同向转动，从而带动动力输出轴承5沿轴心转动，在该情形下第二齿轮组对发电机44机械做功并运转发电。

在浪坠地心引力带动动能接收装置1下坠时，梯形齿板架35中的一齿板351也随即向下运动，与之啮合连接的第一主动齿轮3611逆时针转动，并带动从动齿轮3612的外齿轮6顺时针转动，此时，棘爪8便插入内棘轮7的齿槽以推动内棘轮7同向转动，从而带动动力输出轴承5沿轴心转动，在该情形下第一齿轮组对发电机44机械做功并运转发电；而在浪坠地心引力带动动能接收装置1下坠的同时，梯形齿板架35中的另一齿板351也随即向下运动，与之啮合连接的第二主动齿轮3621顺时针转动，此时，棘爪8在内棘轮7上齿背上滑过，内棘轮7停止转动而不能带动动力输出轴承5转动，在该情形下第二齿轮组不对发电机44机械做功。因此综合上述浪涌和浪坠时两种情形，海浪发电装置对于海浪利用率高，两个齿轮组即可实现发电装置向上向下运动的双向机械发电，提供持续、稳定、高效的发电效益。

在另一实施例中，从动齿轮3612和第二主动齿轮3621连接于一动力输出轴承5或分别连接于两动力输出轴承5上，当从动齿轮3612和第二主动齿轮3621连接于一动力输出轴承5时，由于第一齿轮组361和第二齿轮组362的直径差异，因在实际应用中调整第二主动齿轮3621或从动齿轮3612的直径尺寸，使得从动齿轮3612和第二主动齿轮3621的轴心处于对应位置，由同一动力输出轴承5贯穿实现同轴转动；当从动齿轮3612和第二主动齿轮3621分别连接于两动力输出轴承5上时，各齿轮尺寸更为灵活，但需调整为发电机44分别与两动力输出轴承5的实现轴连转动。

固定桩柱32和梯形齿板架35上均安装有若干固定支架9，能够满足固定桩柱32随着旋转球体34的旋转运动和梯形齿板架35随着旋转球体34的横向滑动，以及梯形齿板架35与齿轮组36的上下相对啮合运动的同时，稳固住固定桩柱32、梯形齿板架35，使其不受海风或海浪无规则侧拍力的冲击而折断变形损坏。实际应用中，采用的旋转球体34与固定底座31上的球形凹槽37的旋转方式为万向旋转，平衡作用于动能接收装置1上的外力效果更佳，大大降低了整个发电装置受海浪冲击一端翘起或左右摇摆的幅度，极大缩短发电装置各个结构组件的维修周期和维护成本，高效延长大型海浪发电装置的使用寿命。

此外，值得一提的是，本发明的海浪发电装置不仅仅适用于浮在水面，该装置也可以悬浮于水面以下一定深度来实施；而且，也不仅仅局限于利用海浪或海浪能，任何有水流或波浪的水域，例如河流、湖泊，以及有海流或洋流的海域或水域等都可以适用。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种海浪发电装置，其特征在于，所述发电装置包括动能接收装置、气压调节装置、动能传送装置、动能发电装置，所述气压调节装置、动能传送装置和动能发电装置分别设于所述动能接收装置上，所述动能接收装置为全密封箱体结构，所述动能接收装置内部设有纵横交错的隔仓板，且蓄有一定重量的海水；

所述气压调节装置包括扭力测量器、气压机和进出水管道，所述气压机固设于所述动能接收装置顶面上，用于调节所述动能接收装置内的海水通过所述进出水管道外排或吸入，所述扭力测量器通过电性连接所述气压机，用于测量所述动能接收装置随海浪上升和下坠的扭力差值；

所述动能传送装置包括固定底座、固定桩柱、滑轨底座、旋转球体、梯形齿板架和齿轮组，所述固定底座设于所述动能接收装置顶面中心位置上，所述固定底座上设有与所述旋转球体相旋转嵌合的球形凹槽，所述旋转球体上连接有所述固定桩柱，所述滑轨底座分别设于所述动能接收装置的顶面两侧边上，所述滑轨底座上设有与所述旋转球体相滑动嵌合的圆弧形滑槽，所述滑轨底座上的旋转球体连接有梯形齿板架；

所述梯形齿板架包括有底部相接的两齿板，所述齿轮组包括第一齿轮组和第二齿轮组，且所述第一齿轮组啮合连接于一齿板上，所述第二齿轮组连接啮合于另一齿板上，所述第一齿轮组包括第一主动齿轮和从动齿轮，所述第二齿轮组包括第二主动齿轮，所述从动齿轮和第二主动齿轮的轴心均由动力输出轴承贯穿连接于所述动能发电装置，将旋转动力传送到所述动能发电装置上运转发电。

2.根据权利要求1所述的海浪发电装置，其特征在于，所述动能发电装置包括离合器、变速箱、飞轮和发电机，所述离合器、变速箱、飞轮依次与所述发电机电性连接。

3.根据权利要求1所述的海浪发电装置，其特征在于，所述从动齿轮和第二主动齿轮均包括有外齿轮、内棘轮和棘爪，所述内棘轮与所述外齿轮同轴连接，所述棘爪设于内棘轮的齿背上，所述从动齿轮的外齿轮和第一主动齿轮啮合连接，所述第二主动齿轮的外齿轮和齿板啮合连接。

4.根据权利要求3所述的海浪发电装置，其特征在于，所述从动齿轮和第二主动齿轮连接于一动力输出轴承或分别连接于两动力输出轴承上。

5.根据权利要求1所述的海浪发电装置，其特征在于，所述进出水管道一端设于所述动能接收装置内，所述进出水管道的另一端设于所述动能接收装置外，并延伸至所述动能接收装置底面水平线下方。

6.根据权利要求1所述的海浪发电装置，其特征在于，所述梯形齿板架垂直连接于所述滑轨底座。

7.根据权利要求1所述的海浪发电装置，其特征在于，所述固定桩柱和梯形齿板架上均安装有若干固定支架。

8.根据权利要求1所述的海浪发电装置，其特征在于，所述旋转球体与所述固定底座上的球形凹槽的旋转方式为万向旋转。

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