CN110030145B - 一种帆面可调式波浪发电装置 - Google Patents
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Abstract
一种帆面可调式波浪发电装置，属于发电设备技术领域，本发明包括翻滚装置、支撑装置、增速发电装置和传动机构，翻滚装置内从左至右依次安装有传动机构和增速发电装置，传动机构与增速发电装置通过中心轴连接，翻滚装置套装在支撑装置上，翻滚装置的左右两侧端面分别通过轴承与支撑装置相连。本发明采用弧形曲面的帆面作为波浪能量捕获装置，提高了波浪能量的捕获效率，而且帆面的姿态可以跟随滚筒的运动同步变换，有效减少避浪区域处帆面的凸面对波浪流体的阻力，采用机械化的传动替换了电动机的驱动方式，使结构更加简单化的同时传动精度高，还避免了电动机驱动带来的控制和电气故障问题。
Description
技术领域
本发明属于发电设备技术领域，尤其涉及一种帆面可调式波浪发电装置。
背景技术
随着化石能源的日趋枯竭和环境污染的日益严重，开发可再生能源已成为全球科研领域的热点，海水中的波浪能因蕴藏量巨大而受到特殊关注，研发波浪能发电装置对调整能源结构、促进新能源产业优化升级具有重要的战略意义。
目前，波浪能发电装置存在形式多种多样，如振荡浮子式技术因其能量转换效率相对较高成为种类最丰富的波浪能发电装置，其工作原理是通过浮体的垂荡驱动直线电机和液压系统实现发电，此类发电装置主要利用了垂直海平面方向的波浪势能，忽略了波浪动能，但这部分波浪动能的蕴藏量十分可观。由此产生了如波浪涡轮机式、类风力机式等利用波浪动能的发电装置，这类装置如同把风力机组置于海洋中，利用水流的特点发电，只是介质不同，但是这类机组存着共同的技术难题，机组对波浪流体的阻力大、波浪能利用率较低。
因此，降低机组对波浪流体阻力，提高波浪能利用率是波浪发电领域亟待解决的技术问题，也是波浪能大规模开发利用的关键。
发明内容
本发明针对现有发电装置对波浪流体的阻力大、波浪能利用率低的缺陷，提供了一种可降低对波浪流体阻力、波浪能利用率高的帆面可调式波浪发电装置。
发明技术方案：
一种帆面可调式波浪发电装置，包括翻滚装置、支撑装置、增速发电装置和传动机构，翻滚装置内从左至右依次安装有传动机构和增速发电装置，传动机构与增速发电装置通过中心轴连接，翻滚装置套装在支撑装置上，翻滚装置通过轴承转动安装支撑装置上。
进一步，翻滚装置包括滚筒和四片帆面，帆面呈弧形曲面，帆面底端的一侧通过圆柱销与滚筒连接，传动机构穿过滚筒的外壁与帆面铰接连接，传动机构用于控制帆面实现在滚筒外壁上的摆动动作，帆面同向设置且均匀分布在滚筒的外壁上，滚筒的内壁与增速发电装置连接。
进一步，增速发电装置包括行星增速器和发电机，行星增速器包括齿圈、行星轮和太阳轮，齿圈的外圈与滚筒的内壁刚性连接，齿圈的内齿与行星轮啮合转动，行星轮与太阳轮啮合转动，太阳轮固定安装在中心轴上，中心轴的一端与发电机的输入端连接，中心轴的另一端与传动机构连接，发电机的壳体端配合安装在支撑装置上。
进一步，传动机构包括凸轮机构和等角速度传动机构，凸轮机构包括凸轮、从动轮、从动杆、机架和凸轮轴，从动杆套装在机架内，机架固定在滚筒的内环面上，从动杆的一端穿过滚筒的外壁与帆面铰接，从动杆的另一端转动安装有从动轮，从动轮与凸轮贴合，凸轮安装在凸轮轴上，凸轮轴与等角速度传动机构相连；
等角速度传动机构包括主动齿轮、从动齿轮和约束架，从动齿轮固定安装在中心轴上，主动齿轮和从动齿轮啮合传动，主动齿轮与凸轮轴刚性连接，主动齿轮内嵌装有第一轴承，主动齿轮通过第一轴承安装在约束架上，约束架通过第二轴承转动安装在中心轴上，中心轴的端部与第三轴承的内圈相连，第三轴承的外圈与支撑装置连接。
进一步，支撑装置包括支架、液压升降柱和固定基座，支架的两端安装有轴承，滚筒的两侧面通过轴承与支架相连，支架的左侧杆与第三轴承的外圈连接，支架的右侧杆与发电机的壳体端固定连接，支架的两底端分别与液压升降柱连接，液压升降柱固定安装在固定基座上。
进一步，凸轮机构与主动齿轮均以中心轴的中心线对称设置有四个。
本发明对于现有技术具有以下有益效果：本发明采用弧形曲面的帆面作为波浪能量捕获装置，帆面的迎浪面受到水流推力与帆面的被浪面受到的吸力矢量之和非常大，因此提高了波浪能量捕获效率；当帆面的凸面运动方向与波浪运动方向相反时即C避浪区域，凸轮机构同步动态变换帆面姿态，使帆面趋近滚筒外壁，这样可有效减小帆面的凸面对波浪流体阻力的同时增大帆面的凹面受力，由此增加滚筒旋转速度，而提高发电机输出功率；因波浪存在波动性和间歇性特点，滚筒的转动速度不均匀，以等角速度传动机构作为凸轮驱动装置，帆面状态同步跟随滚筒变换，结构简单、传动精度高，规避了电动机驱动带来的电气故障问题和控制精度问题。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是行星增速器和帆面连接示意图；
图3是帆面迎浪时示意图；
图4是帆面避浪时示意图；
图5是等角速度传动机构与凸轮机构连接示意图；
图中 1-翻滚装置，1-1-滚筒，1-2-帆面，1-3-圆柱销，2-支撑装置，2-1-支架，2-2-液压升降柱，21-左侧杆，22-右侧杆，2-3-固定基座3-增速发电装置，3-1-行星增速器，31-齿圈，32-行星轮，33-太阳轮，3-2-发电机，4-传动机构，4-1-凸轮机构41-凸轮，42-从动轮，43-从动杆，44-机架，45-凸轮轴，5-中心轴，5-1等角速度传动机构，51-主动齿轮，52-从动齿轮，53-约束架，54-第一轴承，55-第二轴承，56-第三轴承，6-轴承。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明。
具体实施方式一：一种帆面可调式波浪发电装置，包括翻滚装置1、支撑装置2、增速发电装置3和传动机构4，翻滚装置1内从左至右依次安装有传动机构4和增速发电装置3，传动机构4与增速发电装置3通过中心轴5连接，翻滚装置1套装在支撑装置2上，翻滚装置1通过轴承6转动安装支撑装置2上；如此设置，通过支撑装置支撑整个发电装置，翻滚装置的滚动带动增速发电装置的旋转实现发电的过程，传动机构与增速发电装置均与中心轴连接，这样可以实现同转速的运动。
具体实施方式二：结合实施方式一对本实施方式说明，翻滚装置1包括滚筒1-1和四片帆面1-2，帆面1-2呈弧形曲面，帆面1-2底端的一侧通过圆柱销1-3与滚筒1-1连接，传动机构4穿过滚筒1-1的外壁与帆面1-2铰接连接，传动机构4用于控制帆面1-2实现在滚筒1-1外壁上的摆动动作，帆面1-2同向设置且均匀分布在滚筒1-1的外壁上，滚筒1-1的内壁与增速发电装置3连接；如此设置，滚筒与帆面销连接，通过波浪对帆面的推力使滚筒随着帆面一同进行旋转运动，而帆面的底端同传动机构建立的连接，使帆面可以做以圆柱销为圆心的旋转运动。
进一步优化，帆面2呈弧形曲面，帆面2的凹面作为迎浪面，帆面2的凸面作为被浪面；如此设置，以帆面作为波浪能量捕获装置，帆面迎浪面受到的水流推力与被浪面受到的吸力之和非常大，从而使波浪能量捕获效率高。
具体实施方式三：结合实施方式一和二对本实施方式说明，增速发电装置3包括行星增速器3-1和发电机3-2，行星增速器3-1包括齿圈31、行星轮32和太阳轮33，齿圈31的外圈与滚筒1-1的内壁刚性连接，齿圈31的内齿与行星轮32啮合转动，行星轮32与太阳轮33啮合转动，太阳轮33固定安装在中心轴5上，中心轴5的一端与发电机3-2的输入端连接，中心轴5的另一端与传动机构4连接，发电机3-2的壳体端配合安装在支撑装置2上；如此设置，将滚筒与行星增速器刚性连接，从而促使他们作为一个有机的整体，这样的结构紧凑，当波浪推动帆面运动时，驱动滚筒一同进行旋转，滚筒的运动同时带动行星增速器的齿圈旋转，在行星轮的机械传动下驱动太阳轮旋转，而太阳轮与中心轴固定连接，因此中心轴发生旋转，中心轴与发电机的输入端连接，由此实现太阳轮驱动发电机发电。
具体实施方式四：结合实施方式一至三对本实施方式说明，传动机构4包括凸轮机构4-1和等角速度传动机构5-1，凸轮机构4-1包括凸轮41、从动轮42、从动杆43、机架44和凸轮轴45，从动杆43套装在机架44内，机架44固定在滚筒1-1的内环面上，从动杆43的一端穿过滚筒1-1的外壁与帆面1-2铰接，从动杆43的另一端转动安装有从动轮42，从动轮42与凸轮41贴合，凸轮41安装在凸轮轴45上，凸轮轴45与等角速度传动机构5-1相连；
等角速度传动机构5-1包括主动齿轮51、从动齿轮52和约束架53，从动齿轮52固定安装在中心轴5上，主动齿轮51和从动齿轮52啮合传动，主动齿轮51与凸轮轴45刚性连接，主动齿轮51内嵌装有第一轴承54，主动齿轮51通过第一轴承54安装在约束架53上，约束架53通过第二轴承55转动安装在中心轴5上，中心轴5的端部与第三轴承56的内圈相连，第三轴承56的外圈与支撑装置2连接；进一步优化，凸轮机构4与主动齿轮5-1均以中心轴2-1的中心线对称设置有四个；如此设置，设置的凸轮机构和主动齿轮的个数与帆面的个数相同，这样帆面运动与凸轮机构的运动能够对应的同步进行；滚筒带动行星增速器的旋转，而使中心轴发生转动，中心轴与从动齿轮固定连接，进而带动从动齿轮的转动，主动齿轮与从动齿轮啮合传动，所以可以通过齿轮旋转驱动凸轮旋转，而凸轮的轮廓曲线由两个不同半径的半圆光滑过渡连接组成，两个半圆的圆心角同为170°，由此从动件在在凸轮上的运动分为两种运动状态，所以帆面做以圆柱销为圆心的旋转运动同样对应两种状态，即在A迎浪区时为张开状态和在C避浪区时为收回状态，而主动齿轮与从动齿轮为传动比固定的两个齿轮，在实际应用过程中可根据情况自行选择合适的传动比即可，主动齿轮的旋转角速度与滚筒的旋转角速度相同，对应的凸轮旋转的状态与滚筒帆面的状态同步，当帆面的凸面承受波浪推力即帆面处于C避浪区时，从动件的凸起运动带动帆面趋近滚筒外壁，即由张开状态转变为收回状态，有效减小帆面的凸面对波浪流体阻力，而增大A迎浪区帆面的凹面受力，而设置的约束架和轴承用于约束主动齿轮与从动齿轮啮合而不发生偏移。
具体实施方式五：结合实施方式一至四说明本实施方式，支撑装置2包括支架2-1、液压升降柱2-2和固定基座2-3，支架2-1的两端安装有轴承6，滚筒1-1的两侧面通过轴承6与支架2-1相连，支架2-1的左侧杆21与第三轴承56的外圈连接，支架2-1的右侧杆22与发电机3-2的壳体端固定连接，支架2-1的两底端分别与液压升降柱2-2连接，液压升降柱2-2固定安装在固定基座2-3上；如此设置，通过支架支撑整个发电装置，支架的两端与液压升降柱连接，随着潮汐的变化，通过液压升降柱的伸缩配合下实现整个发电装置的升降变化，动态维持发电装置可捕获最大波浪能量，而且在极端恶劣状况下，可将机组缩至底部以保证机组安全。
工作过程：结合图1至图4说明，当滚筒处于A迎浪区域时，凸轮的传动件位于基础位置，帆面处于张开迎浪状态，在波浪推力作用下驱动滚筒旋转，则行星增速器的齿圈旋转，在行星轮的机械传动下驱动太阳轮旋转，通过中心轴的旋转驱动发电机发电；当滚筒处于C避浪区域时，凸轮的传动件处于凸起状态，帆面贴近滚筒外壁，处于收回避浪状态，此时可减小帆面的凸面对水流阻力；B区域和D区域是过渡区域，当帆面处于B过渡区域时，凸轮的传动件在凸轮旋转驱动下凸起，推动帆面收回，帆面由张开状态柔性变换至缩回状态，完成后进入C区域避浪；当帆面处于D过渡区域时，变换过程与帆面处于B过渡区域时相反，帆面由收回状态柔性变换至张开状态，完成后进入A区域迎浪；以此周期性完成帆面动态变换，实现波浪发电的全过程。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其布局进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (2)
1.一种帆面可调式波浪发电装置，包括翻滚装置（1）、支撑装置（2）、增速发电装置（3）和传动机构（4），其特征在于，所述翻滚装置（1）内从左至右依次安装有传动机构（4）和增速发电装置（3），所述传动机构（4）与所述增速发电装置（3）通过中心轴（5）连接，所述翻滚装置（1）套装在支撑装置（2）上，所述翻滚装置（1）通过轴承（6）转动安装支撑装置（2）上；
所述翻滚装置（1）包括滚筒（1-1）和四片帆面（1-2），所述帆面（1-2）呈弧形曲面，所述帆面（1-2）底端的一侧通过圆柱销（1-3）与滚筒（1-1）连接，所述传动机构（4）穿过滚筒（1-1）的外壁与帆面（1-2）铰接连接，传动机构（4）用于控制帆面（1-2）实现在滚筒（1-1）外壁上的摆动动作，所述帆面（1-2）同向设置且均匀分布在所述滚筒（1-1）的外壁上，所述滚筒（1-1）的内壁与增速发电装置（3）连接；
所述传动机构（4）包括凸轮机构（4-1）和等角速度传动机构（5-1），所述凸轮机构（4-1）包括凸轮（41）、从动轮（42）、从动杆（43）、机架（44）和凸轮轴（45），所述从动杆（43）套装在机架（44）内，所述机架（44）固定在滚筒（1-1）的内环面上，所述从动杆（43）的一端穿过滚筒（1-1）的外壁与帆面（1-2）铰接，所述从动杆（43）的另一端转动安装有从动轮（42），所述从动轮（42）与所述凸轮（41）贴合，所述凸轮（41）安装在凸轮轴（45）上，所述凸轮轴（45）与等角速度传动机构（5-1）相连；
所述等角速度传动机构（5-1）包括主动齿轮（51）、从动齿轮（52）和约束架（53），所述从动齿轮（52）固定安装在中心轴（5）上，所述主动齿轮（51）和所述从动齿轮（52）啮合传动，所述主动齿轮（51）与凸轮轴（45）刚性连接，所述主动齿轮（51）内嵌装有第一轴承（54），主动齿轮（51）通过第一轴承（54）安装在约束架（53）上，所述约束架（53）通过第二轴承（55）转动安装在中心轴（5）上，所述中心轴（5）的端部与第三轴承（56）的内圈相连，所述第三轴承（56）的外圈与支撑装置（2）连接；
所述支撑装置（2）包括支架（2-1）、液压升降柱（2-2）和固定基座（2-3），所述支架（2-1）的两端安装有轴承（6），所述滚筒（1-1）的两侧面通过轴承（6）与支架（2-1）相连，所述支架（2-1）的左侧杆（21）与第三轴承（56）的外圈连接，所述支架（2-1）的右侧杆（22）与发电机（3-2）的壳体端固定连接，所述支架（2-1）的两底端分别与液压升降柱（2-2）连接，所述液压升降柱（2-2）固定安装在固定基座（2-3）上；
所述凸轮机构（4-1）与主动齿轮（51）均以中心轴（5）的中心线对称设置有四个。
2.根据权利要求1所述一种帆面可调式波浪发电装置，其特征在于，所述增速发电装置（3）包括行星增速器（3-1）和发电机（3-2），所述行星增速器（3-1）包括齿圈（31）、行星轮（32）和太阳轮(33)，所述齿圈（31）的外圈与滚筒（1-1）的内壁刚性连接，所述齿圈（31）的内齿与行星轮（32）啮合转动，所述行星轮（32）与太阳轮(33) 啮合转动，所述太阳轮(33)固定安装在中心轴（5）上，所述中心轴（5）的一端与发电机（3-2）的输入端连接，所述中心轴（5）的另一端与传动机构（4）连接，所述发电机（3-2）的壳体端配合安装在支撑装置（2）上。
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Legal Events
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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