CN110230568A - 一种仿船式双效波能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种仿船式双效波能发电装置，包括波能吸收模块、动能转换模块和压电发电模块。波能吸收模块包括连杆和安装在连杆两端的仿船式浮体，连杆的中间部分设有轴承；动能装换模块包括底座，主体壳体、支撑单元、链条、驱动轴和驱动齿轮，主体壳体安装在底座上，支撑单元安装在主体壳体上，包括两个支撑块和一个支撑轴，支撑轴穿过轴承连接两端连接支撑块，使得连杆能够绕着支撑轴转动，驱动齿轮通过驱动轴安装在主体壳体内，链条的两端分别连接位于轴承两侧的连杆部分，链条的中间区域和驱动齿轮互相咬合。与现有技术相比，本发明能够高效地利用波浪能，增加发电效率。

Description

一种仿船式双效波能发电装置
技术领域
本发明涉及一种发电技术领域，尤其是涉及一种仿船式双效波能发电装置。
背景技术
随着社会经济的不断发展，传统化石能源的消耗日益增加以及能源危机和温室效应引起的环境的恶化，为了解决当前传统化石能源供应在社会发展中的高消耗及对环境的污染与破坏问题，寻找可代替、可再生及清洁的新型能源成为全球各个国家当前共同的目标。相比于太阳能、风能等可再生清洁能源，波浪能开发要落后十年，但目前波浪能作为一种清洁、可再生能源，已经成为各国争相研究的重点方向。
现有的波浪发电装置有很多种形式，根据能量传递方式的不同，波浪能发电装置可以分为机械式、液压式、空气式、电磁式和压电式。电磁式和压电式能够直接将波能通过电枢的相对运动和压电材料的张应变转换为电能，结构简单可靠。按照结构形式可以分为：点头鸭式、震荡水柱式、推摆式、聚波储能式、震荡浮子式、阀式。但是，现有的发电装置存在以下缺点：1、大多应用于近岸地区，并配置大型复杂的发电机组，而大型发电机组结构复杂，对于海区地形要求严格，制种费用高昂；2、如中国专利CN203513339U，提到的目前波能吸收装置为一种平面浮体，浮体在波浪的作用下做上下往复运动吸收波浪能，通过齿条驱动轴的运动转化成机械能，其稳定性差，极易受环境变化的影响不能抵抗剧烈运动对其产生的影响。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种仿船式双效波能发电装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种仿船式双效波能发电装置，包括波能吸收模块、动能转换模块和压电发电模块，所述的波能吸收模块包括连杆和安装在连杆两端的仿船式浮体，连杆的中间部分设有轴承；所述的动能装换模块包括底座，主体壳体、支撑单元、链条、驱动轴和驱动齿轮，所述主体壳体安装在底座上，所述支撑单元安装在主体壳体上，包括两个支撑块和一个支撑轴，支撑轴穿过轴承连接两端连接支撑块，使得连杆能够绕着支撑轴转动，所述的驱动齿轮通过驱动轴安装在主体壳体内，所述链条的两端分别连接位于轴承两侧的连杆部分，链条的中间区域和驱动齿轮互相咬合，所述驱动轴的两端穿出主体壳体分别连接压电发电模块。
进一步地，所述的仿船式浮体内部中控，外部封闭，并且一端设有连接臂，所述的连杆和连接臂相连接。
进一步地，所述的仿船式浮体采用塑料、不锈钢材或铝合金材料制造。
进一步地，所述的驱动轴穿过主体壳体的连接处设有密封轴承。
进一步地，所述的压电发电模块包括压电陶瓷片、橡胶拨轮和压电壳体，所述的橡胶拨轮包括橡胶拨片和轴套，轴套嵌套在驱动轴的两端，橡胶拨片分布在轴套上，所述的压电壳体为圆形，压电陶瓷片均匀分布压电壳体内壁上，当橡胶拨轮随着驱动轴旋转时，橡胶拨片拨动压电陶瓷片震动。
进一步地，所述的动能装换模块包括多个驱动轴和驱动齿轮，多个驱动轴互相平行排列设置，两端均穿出主体壳体分别连接压电发电模块。
进一步地，所述的连杆一端连接多个仿船式浮体，多个仿船式浮体并排设置。
进一步地，所述的连杆为长度可调节的连杆。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过连杆和其两端的仿船式浮体实现了对一次波浪起伏能量的两次重复利用，通过调节装置使得连杆一端仿船式浮体处于波峰位置时，另一个处于波谷位置，实现双效地利用波浪能，增加发电效率。当装置的固有频率与波浪的频率相一致或接近时，输出效率最高。
2、本发明在波能吸收模块上下浮沉的过程中带动链条运动，通过齿轮与链条的柔性耦合，将波浪能转化为机械能，动力装置结构简单，运动部件衔接紧凑，整个过程节能环保清洁无污染；同时也保证了机械能传动过程的稳定性。
3、该装置的波能吸收模块采用仿船形，使其能够最高效率的吸收来自波浪的浮力和动能，减少水流阻力引起的能量损失。
4、压电发电模块通过驱动轴的旋转带动橡胶拨轮驱使压电陶瓷片震动，相比现有的上下运动拨动压电振子震动，极大提高了工作时的稳定性，具有更广阔地适用性，并且采用软质材料的橡胶拨片减小了对压电陶瓷片的损伤，提高了压电陶瓷材料的使用寿命。
5、本发明制造成本低，结构简单，即可单个独立化运行，也可多个集成化投入使用，应用地区广泛。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为波能吸收模块的部分结构示意图。
图3为波能吸收模块的传动结构示意图。
图4为压电发电模块的传动结构示意图。
附图标记：1、仿船式浮体，2、连杆，3、轴承，4、主体壳体，41、支撑单元，5、链条，6、驱动齿轮，7、压电陶瓷片，8、橡胶拨轮，9、轴套，10、驱动轴，11、压电壳体，12、底座，13、密封轴承，14、连接臂。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1～4所示，本实施例提供了一种仿船式双效波能发电装置，包括波能吸收模块、动能转换模块和压电发电模块。
波能吸收模块包括连杆2和安装在连杆2两端的仿船式浮体1，连杆2的中间部分设有轴承3。仿船式浮体1内部中控，外部封闭。在浮体的一端设有一个连接臂14，该连接臂14为一根圆柱形的套筒，连杆2通过过盈配合插入套筒使连杆2和浮体相连。该套筒上还可以设置销孔，并且在连杆2的两端同样设置销孔，通过插销配合进一步地进行仿船式浮体1和连杆2的固定。连杆2的中间部分设有轴承3。仿船式浮体1采用塑料、不锈钢材或铝合金材料制造。连杆2为长度可调节的连杆，如伸缩杆等。利用波浪的起伏能量使得仿船式浮体1绕着轴承3做一定幅度的摆动，能达到波浪能量收集的效果。连杆2的长度由布置区域波浪起伏具体情况而定，原则上以仿船式浮体1一个处于波峰另一个处于波谷的长度为连杆2的最佳长度。
在另一实施例中，连杆2一端能够连接多个仿船式浮体1，多个仿船式浮体1并排设置，用于提高对波浪能量的利用率。
动能转换模块包括底座12，主体壳体4、支撑单元41、链条5、驱动轴10和驱动齿轮6。主体壳体4安装在底座12上，底座12固定在所在水体的底部。支撑单元41设置在主题壳体的正下方，由两个支撑块和一个支撑轴组成，该支撑轴穿过轴承3连接两端连接支撑块，使得连杆2能够绕着支撑轴转动。
在壳体的内部设多个平行排列设置的驱动轴10，驱动轴10的两端伸出主体壳体4用于连接压电发电模块。驱动轴10穿过主体壳体4的连接处设有密封轴承13。本实施例采用两个驱动轴10平行排列的形式，在每个驱动轴10的中间部分安装驱动齿轮6，链条5的两端分别连接位于轴承3两侧的连杆2部分，链条5的中间区域和两个驱动齿轮6互相咬合。
压电发电模块包括压电陶瓷片7、橡胶拨轮8和压电壳体11。橡胶拨轮8包括橡胶拨片和轴套9，轴套9嵌套在驱动轴10的两端，橡胶拨片分布在轴套9上。压电壳体11为圆形，压电陶瓷片7均匀分布压电壳体11内壁上，当橡胶拨轮8随着驱动轴10旋转时，橡胶拨片拨动压电陶瓷片7震动。由于本实施例具有两个驱动轴10，因此相对地具有四个压电发电模块。当仿船式浮体1受到波浪的起伏能作用时，前一个仿船式浮体1向上摆动，后一个仿船式浮体1向下摆动，带动链条5拉伸运动，驱动齿轮6做顺时针转动，从而带动驱动轴10转动，固定在驱动轴10两端的橡胶拨轮8亦做顺时针转动，拨动压电陶瓷片7从而使压电陶瓷片7发生震动，产生电能。当波峰传递到后一个仿船式浮体1时，前一个仿船式浮体1处于波谷，此时，链条5拉伸，驱动齿轮6做逆时针转动，运动情况与上述相似，至此一个循环运动完成。当压电陶瓷片7震动产生电流后的应用均采用现有已知的技术，本实施例中不再赘述。压电陶瓷本身不导电，但电路受海水潮湿环境影响较大，将压电陶瓷片7固定在密封压电壳体11的内，可以延长装置使用寿命，提高装置工作稳定性。
本实施例的工作原理为：连杆的轴向顺着波浪的方向，当来自海洋的波浪能传播至装置处，当前置的仿船式浮体1处于波峰，吸收波浪能被抬升，后置的仿船式浮体1处于波谷时下沉；当波浪能继续移动，当前置的仿船式浮体1处于波谷，吸收能量下降，后置的仿船式浮体1处于波峰被抬高，完成一个波浪能吸收周期。在仿船式浮体1上下浮沉的过程中带动链条5运动，通过驱动齿轮6与链条5的柔性耦合，将波浪能转化为机械能进行传递。受齿轮传动作用的驱动轴10带动橡胶拨轮8，作用在压电陶瓷上使其发生激振，产生电流。仿船式浮体1由于采用仿船形，使其能够较大的吸收来自波浪的浮力和动能。双效即依据波浪传播的特点会形成波峰和波谷，通过事先调研调节前置波能吸收装置与后置波能吸收装置的距离，使其在该区域总是能一个处于波峰一个处于波谷位置，双效地利用波浪能，增加了发电效率。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种仿船式双效波能发电装置，包括波能吸收模块、动能转换模块和压电发电模块，其特征在于：
所述的波能吸收模块包括连杆(2)和安装在连杆(2)两端的仿船式浮体(1)，连杆(2)的中间部分设有轴承(3)；所述的动能装换模块包括底座(12)，主体壳体(4)、支撑单元(41)、链条(5)、驱动轴(10)和驱动齿轮(6)，所述主体壳体(4)安装在底座(12)上，所述支撑单元(41)安装在主体壳体(4)上，包括两个支撑块和一个支撑轴，支撑轴穿过轴承(3)连接两端连接支撑块，使得连杆(2)能够绕着支撑轴转动，所述的驱动齿轮(6)通过驱动轴(10)安装在主体壳体(4)内，所述链条(5)的两端分别连接位于轴承(3)两侧的连杆(2)部分，链条(5)的中间区域和驱动齿轮(6)互相咬合，所述驱动轴(10)的两端穿出主体壳体(4)分别连接压电发电模块。
2.根据权利要求1所述的仿船式双效波能发电装置，其特征在于，所述的仿船式浮体(1)内部中控，外部封闭，并且一端设有连接臂(14)，所述的连杆(2)和连接臂(14)相连接。
3.根据权利要求1所述的仿船式双效波能发电装置，其特征在于，所述的仿船式浮体(1)采用塑料、不锈钢材或铝合金材料制造。
4.根据权利要求1所述的仿船式双效波能发电装置，其特征在于，所述的驱动轴(10)穿过主体壳体(4)的连接处设有密封轴承(13)。
5.根据权利要求1所述的仿船式双效波能发电装置，其特征在于，所述的压电发电模块包括压电陶瓷片(7)、橡胶拨轮(8)和压电壳体(11)，所述的橡胶拨轮(8)包括橡胶拨片和轴套(9)，轴套(9)嵌套在驱动轴(10)的两端，橡胶拨片分布在轴套(9)上，所述的压电壳体(11)为圆形，压电陶瓷片(7)均匀分布压电壳体(11)内壁上，当橡胶拨轮(8)随着驱动轴(10)旋转时，橡胶拨片拨动压电陶瓷片(7)震动。
6.根据权利要求1所述的仿船式双效波能发电装置，其特征在于，所述的动能装换模块包括多个驱动轴(10)和驱动齿轮(6)，多个驱动轴(10)互相平行排列设置，两端均穿出主体壳体(4)分别连接压电发电模块。
7.根据权利要求2所述的仿船式双效波能发电装置，其特征在于，所述的连杆(2)一端连接多个仿船式浮体(1)，多个仿船式浮体(1)并排设置。
8.根据权利要求1所述的仿船式双效波能发电装置，其特征在于，所述的连杆(2)为长度可调节的连杆。
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