CN111089027A - 漂浮式浮筒连杆海浪发电设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种漂浮式浮筒连杆海浪发电设备，包括漂浮基座和发电单元，发电单元的固定支架固定于漂浮基座上，动力转换箱、电子变速箱和发电机固定于固定支架上，连杆可活动的插接于动力转换箱上，连杆的下端固定连接浮筒；电子变速器与动力转换箱的动力输出轴一相连，电子变速器根据海浪参数传感器传入的信息自动对电子变速器的动力输入轴进行变速，然后把动力输出到动力输出轴二；电子变速器输出的转动动力驱动发电机发电，电流通过输电线路汇总后输出；漂浮基座含有若干个空格，可安装多个发电单元，浮筒置于空格内。该设备可部署于任何海面，形成大规模发电集群；附属设备少，造价低；可根据海浪大小自动调整发电效率，故障率低，发电稳定。

Description

漂浮式浮筒连杆海浪发电设备

技术领域

本发明属于海浪发电技术领域，具体地，涉及一种漂浮式浮筒连杆海浪发电设备。

背景技术

传统能源日趋枯竭和环境污染的恶化，使新能源开发迫在眉睫。随着低功耗无线传感器的发展，利用环境清洁可再生能源如太阳能、风能以及波浪能发电，日益受到各界的广泛关注。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，波浪能能量密度高，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，其具有诸多优点：

1、波浪能分布广泛且储量巨大，可就地取能；

2、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，具有十分重要的意义。

风与海面作用以及地球引力作用产生海浪，海浪能是以动能形式表现的水能资源之一。1977年，有人对世界各大洋平均波高1米、周期1秒的海浪进行推算，认为全球海浪能功率约为700亿千瓦，其中可开发利用的约为25亿千瓦，与潮汐能相近。海浪中蕴藏有如此丰富的能量，如将海浪的动能转化为电能，使制造灾难的惊涛骇浪为人类服务，是人们多年来梦寐以求的理想。

现有海浪发电设备现状

1、“海蛇”发电设备

“海蛇”发电机是一个150米长的钢铰接结构，通过弯曲移动带动水轮发电机发电，可产生750千瓦电量。

2、漂浮的平台发电设备

漂浮平台与立轴相连，立轴在海浪的作用下上下移动，进而带动与之相连的发电机发电。

3、浮箱式海浪发电装置

CN 102650255公开了一种浮箱式海浪发电装置，包括发电箱、提供浮力的圆柱形浮筒和刚性连接杆。发电箱有多个，具体数量根据发电装置的规模确定，并且发电箱的数量须为4的倍数。所述的浮筒和连接杆的数量与发电箱的数量一致。4个发电箱及与之配套的4个浮筒和4个连接杆为一个发电单元。发电箱包括箱体，和位于箱体内的双出轴低速稀土永磁发电机、储能飞轮、第一双向驱动齿轮加速器和第二双向驱动齿轮加速器。该发电装置能将沿着双出轴低速稀土永磁发电机转子轴和垂直于转子轴两个方向的转动动能转换为电能，并能够将小波浪产生的小起伏运动放大，不受浪高限制。具有传动链短、效率高、结构简单和成本低的特点，适用于中小型船只的发电，以及为岛屿值守人员供电。

4、岸基杠杠式海浪发电

CN 110056466公开了一种岸基杠杠式海浪发电装置，包括支架、液压发电系统、杠杆、浮子，所述的杠杆中央位置与支架转动连接，所述的杠杆可在支架上上下摆动，并且所述的杠杆上沿长度方向上开设有一滑槽，所述的浮子通过导向机构滑动设置在杠杆一端的滑槽内，所述液压发电系统滑动设置在杠杆另一端的滑槽内，所述的液压发电系统设置在支架内。该发电装置结构简单，适用范围广，既可用于深水区域也可以用于浅水区域，海浪能转换效率较高，安装便捷；通过浮子、液压发电系统与杠杆的之间的相互作用，从而实现海浪发电，并且液压缸的活塞杆向左或者向右移动均可产生液压能存储在液压囊中或直接驱动液压马达工作，从而实现发电。

现有的海浪发电装置普遍存在以下问题：

1、现有的海浪发电装置需要以海岸或海床作为基座来固定发电设备，只能安装部署在海岸或海床上，海岸面积有限，只能小面积部署，无法在广阔海面部署，有地理位置局限性，无法形成大型发电集群。

2、现有的海浪发电装置需要部署大量附属设备，如基于海岸的固定基座、水流疏导管道等，这些设备提高了整个系统的造价。

3、“海蛇”发电系统，需要部署狭长的条状管道，占用大面积海平面，阻碍船只、海洋生物活动。

4、无法根据海浪大小自动调整发电效率。

5、现有的海浪发电装置需要部署大量附属设备，设备构造复杂，故障率高，无法长期稳定发电。

现有海浪发电装置存在的制造成本昂贵、装置可靠稳定性低及并网困难等问题，使波浪能发电难以与常规能源相竞争。

现有的波浪能发电装置的总发电效率都比较低，提高装置各级能量转换结构的转换效率问题需要亟待解决。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种漂浮式浮筒连杆海浪发电设备，具有结构简单、故障率低、发电稳定、发电效率高、成本低等优点，可以安装部署在任何海面，适合大量安装，形成大规模发电集群。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种漂浮式浮筒连杆海浪发电设备，包括可漂浮于海水上的漂浮基座和固定于漂浮基座上的发电单元，所述发电单元包括浮筒、连杆、动力转换箱、电子变速器、海浪参数传感器、发电机、固定支架和输电线路，所述固定支架固定于漂浮基座上，所述动力转换箱、电子变速箱和发电机固定于固定支架上，所述连杆可活动的插接于动力转换箱上，连杆可上下运动，动力转换箱将连杆上下运动的动能转换为同一转动方向的转动动能，所述连杆的下端固定连接浮筒，所述浮筒漂浮于海面上；所述电子变速器与动力转换箱的动力输出轴一相连，电子变速器根据海浪参数传感器传入的浪宽、浪高、频率信息自动对电子变速器的动力输入轴的速度进行动态变速，然后把根据不同海浪情况输出的最大动力输出到电子变速器的动力输出轴二；所述发电机与电子变速器的动力输出轴二相连，通过电子变速器输出的转动动力驱动发电机发电，发电机发出的电流通过输电线路汇总后输出到用电设备或并网到公共供电网络；所述漂浮基座含有若干个空格，可以安装部署多个发电单元，所述浮筒置于漂浮基座的空格内。

作为优选的，所述连杆为防腐蚀金属杆，连杆的一侧有齿纹，所述动力转换箱内设有第一单向齿轮、第二单向齿轮、传动齿轮、传动齿轮轴和动力输出轴一，所述传动齿轮为常规齿轮，连杆和动力转换箱内部件的连接方式为：当连杆向上运动时通过齿纹带动第一单向齿轮正向转动，第一单向齿轮带动动力输出轴一正向转动，同时第一单向齿轮通过传动齿轮轴和传动齿轮带动第二单向齿轮反向转动，此时第二单向齿轮不对动力输出轴一作用；当连杆向下运动时带动第一单向齿轮反向转动，此时第一单向齿轮不对动力输出轴一作用，第一单向齿轮通过传动齿轮轴和传动齿轮带动第二单向齿轮正向转动，第二单向齿轮带动动力输出轴一正向转动。

作为优选的，所述漂浮基座是由防腐蚀金属中空材料制成的支架，所述发电设备可以包含若干个漂浮基座，漂浮基座之间通过卡扣连接。

作为优选的，所述浮筒为橡胶半中空圆柱，浮筒的上部为空心，下部为实心。

作为优选的，所述电子变速器和海浪参数传感器由外部太阳能蓄电池供电。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的漂浮式浮筒连杆海浪发电设备与现有技术相比具有如下优点：

1、可以部署于任何海面

该发电设备安装不基于海岸、海床作为基底，而是完全漂浮于海面上，所以可部署于任意海面上，可以为岛屿、船舶、海上养殖基地等多种应用环境供电；

2、附属设备少、造价低；

3、适合大量安装，可形成大型发电集群

该发电设备可部署于任意海面，无地理位置限制，漂浮基座可以互相卡扣连接组成更大的基座，从而可以扩展发电规模，形成大型发电集群；

4、根据海浪大小自动调整发电效率

海浪参数传感器测得海浪的浪宽、浪高、频率参数，经过内置的数字化模块计算后动态调整电子变速器动力输出轴的速度和扭矩，从而使发电机达到最佳发电效率；

5、设备构造简单，故障率低，可长期稳定发电。

附图说明

图1为实施例1包含多组发电单元的海浪发电设备结构图。

图2为实施例1单组发电单元结构图。

图3为实施例1的动力转换箱的结构图。

图4为实施例1的漂浮基座示意图。

图5为“海蛇”发电设备图。

图6为漂浮的平台发电设备图。

图7为浮箱式海浪发电装置图。

图8为岸基杠杠式海浪发电设备图。

图中：1-漂浮基座，2-浮筒，3-连杆，4-动力转换箱，401-第一单向齿轮，402-传动齿轮轴，403-传动齿轮，404-第二单向齿轮，405-动力输出轴一，5-电子变速器，501-动力输出轴二，6-发电机，7-固定支架，8-输电线路。

具体实施方式

为了更加突出本发明的目的、技术方案及优点，结合附图对本发明进行进一步说明，但并不因此将本发明限制在实施例范围之内。

实施例1

如图1-4所示的漂浮式浮筒连杆海浪发电设备，包括可漂浮于海水上的漂浮基座1和固定于漂浮基座1上的发电单元，发电单元包括浮筒2、连杆3、动力转换箱4、电子变速器5、海浪参数传感器(图中未标出)、发电机6、固定支架7和输电线路8，固定支架7固定于漂浮基座1上，动力转换箱4、电子变速箱5和发电机6固定于固定支架7上，连杆3可活动的插接于动力转换箱4上，连杆3可上下运动，动力转换箱4将连杆3上下运动的动能转换为同一转动方向的转动动能，连杆3的下端固定连接浮筒2，浮筒2漂浮于海面上；电子变速器5与动力转换箱4的动力输出轴一405相连，电子变速器5根据海浪参数传感器传入的浪宽、浪高、频率信息自动对电子变速器5的动力输入轴的速度进行动态变速，然后把根据不同海浪情况输出的最大动力输出到电子变速器5的动力输出轴二501；发电机6与电子变速器5的动力输出轴二501相连，通过电子变速器5输出的转动动力驱动发电机6发电，发电机6发出的电流通过输电线路8汇总后输出到用电设备或并网到公共供电网络；漂浮基座1含有若干个空格，可以安装部署多个发电单元，浮筒2置于漂浮基座1的空格内。

作为优选的，连杆3为防腐蚀金属杆，连杆3的一侧有齿纹，动力转换箱4内设有第一单向齿轮401、第二单向齿轮404、传动齿轮403、传动齿轮轴402和动力输出轴一405，传动齿轮403为常规齿轮，连杆3和动力转换箱4内部件的连接方式为：当连杆3向上运动时通过齿纹带动第一单向齿轮401正向转动，第一单向齿轮401带动动力输出轴一405正向转动，同时第一单向齿轮401通过传动齿轮轴402和传动齿轮403带动第二单向齿轮404反向转动，此时第二单向齿轮404不对动力输出轴一405作用；当连杆3向下运动时带动第一单向齿轮401反向转动，此时第一单向齿轮401不对动力输出轴一405作用，第一单向齿轮401通过传动齿轮轴402和传动齿轮403带动第二单向齿轮404正向转动，第二单向齿轮404带动动力输出轴一405正向转动，所以动力转换箱4实现了将连杆3上下运动的动能转换为同一转动方向的转动动能。

作为优选的，漂浮基座1是由防腐蚀金属中空材料制成的支架，发电设备可以包含若干个漂浮基座1，漂浮基座1之间通过卡扣连接，形成更大的基座。

作为优选的，浮筒2为橡胶半中空圆柱，浮筒2的上半部分为空心，下半部分为实心，浮筒2既能被海浪推举向上运行，又具有一定的重量，在重力作用下具有较强的下坠力。

作为优选的，电子变速器5和海浪参数传感器由外部太阳能蓄电池供电。

实施例1的漂浮式浮筒连杆海浪发电设备是一种能够部署在任意海面的海浪发电系统，通过利用海浪对浮筒2的推举力和浮筒2的自身重力来实现推动动力转换箱4的齿轮转动，经过变速后带动发电机6转动实现发电。

安装完成后，漂浮基座1漂浮于海面上(通过锚固定)，海水的浮力略大于发电单元和漂浮基座1的重力，使得漂浮基座1既可以漂浮在海面上，又可以在海浪涌来时潜入到海浪内，不会被海浪举起，从而为浮筒2创造运动空间。当海浪涌来时，浮筒2被海浪推举向上运动，浮筒2带动上面的连杆3同时向上运动，连杆3一侧的齿纹与动力转换箱4内的第一单向齿轮401咬合，带动第一单向齿轮401正向转动，第一单向齿轮401为动力输出轴一405带来正向转动力，第一单向齿轮401同时通过传动齿轮轴402和传动齿轮403带动第二单向齿轮404反向转动，第二单向齿轮404此时不对动力输出轴一405产生作用；当浪涌过后，浮筒2因自身动力下沉，带动连杆3向下运动，连杆3带动第一单向齿轮401反向转动，第一单向齿轮401此时不对动力输出轴一405产生作用，但是第一单向齿轮401此时通过传动齿轮轴402和传动齿轮403带动第二单向齿轮404正向转动，第二单向齿轮404带动动力输出轴一405正向转动。所以不论连杆3向上运动还是向下运动，动力转换箱4的动力输出轴一405都会输出正向转动动力。

电子变速器5由动力转换箱4的动力输出轴一405提供转动动力，并根据海浪参数传感器测得的浪宽、浪高、频率参数，经过内置的小型数字化模块根据算法计算后动态调整电子变速器5的动力输入轴的速度，然后再把动力输出到电子变速器5的动力输出轴二501。海浪大时，电子变速器5动力输出轴二501的转动速度和扭矩都会变大，海浪小时，电子变速器5动力输出轴二501的转动速度和扭矩都会变小。

发电机6由电子变速器5的动力输出轴二501提供转动动能，实现发电。电子变速器5动力输出轴二501转速的变化决定了发电效率，电子变速器5能够根据海浪参数自动调整输出转速，从而提高了发电设备的发电效率。

上述为单个发电单元的发电运作流程。如图4所示，漂浮基座1的中间部分为五行五列共25个矩形空格，第二列和第四列分别向上和向下凸出两个矩形空格，类似“H”型，这样漂浮基座1之间可以穿插拼凑并用卡扣连接，形成更大的基座，可形成大规模的发电集群。漂浮基座1的构型不限于此，也可以采用其他形式。漂浮基座1可以安装多个发电单元，多个发电单元可以随着波浪的波形运动依次运作发电。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种漂浮式浮筒连杆海浪发电设备，其特征在于，包括可漂浮于海水上的漂浮基座和固定于漂浮基座上的发电单元，所述发电单元包括浮筒、连杆、动力转换箱、电子变速器、海浪参数传感器、发电机、固定支架和输电线路，所述固定支架固定于漂浮基座上，所述动力转换箱、电子变速箱和发电机固定于固定支架上，所述连杆可活动的插接于动力转换箱上，连杆可上下运动，动力转换箱将连杆上下运动的动能转换为同一转动方向的转动动能，所述连杆的下端固定连接浮筒，所述浮筒漂浮于海面上；所述电子变速器与动力转换箱的动力输出轴一相连，电子变速器根据海浪参数传感器传入的浪宽、浪高、频率信息自动对电子变速器的动力输入轴的速度进行动态变速，然后把根据不同海浪情况输出的最大动力输出到电子变速器的动力输出轴二；所述发电机与电子变速器的动力输出轴二相连，通过电子变速器输出的转动动力驱动发电机发电，发电机发出的电流通过输电线路汇总后输出到用电设备或并网到公共供电网络；所述漂浮基座含有若干个空格，可以安装部署多个发电单元，所述浮筒置于漂浮基座的空格内。

2.根据权利要求1所述的漂浮式浮筒连杆海浪发电设备，其特征在于，所述连杆为防腐蚀金属杆，连杆的一侧有齿纹，所述动力转换箱内设有第一单向齿轮、第二单向齿轮、传动齿轮、传动齿轮轴和动力输出轴一，所述传动齿轮为常规齿轮，连杆和动力转换箱内部件的连接方式为：当连杆向上运动时通过齿纹带动第一单向齿轮正向转动，第一单向齿轮带动动力输出轴一正向转动，同时第一单向齿轮通过传动齿轮轴和传动齿轮带动第二单向齿轮反向转动，此时第二单向齿轮不对动力输出轴一作用；当连杆向下运动时带动第一单向齿轮反向转动，此时第一单向齿轮不对动力输出轴一作用，第一单向齿轮通过传动齿轮轴和传动齿轮带动第二单向齿轮正向转动，第二单向齿轮带动动力输出轴一正向转动。

3.根据权利要求1所述的漂浮式浮筒连杆海浪发电设备，其特征在于，所述漂浮基座是由防腐蚀金属中空材料制成的支架，所述发电设备可以包含若干个漂浮基座，漂浮基座之间通过卡扣连接。

4.根据权利要求1所述的漂浮式浮筒连杆海浪发电设备，其特征在于，所述浮筒为橡胶半中空圆柱，浮筒的上部为空心，下部为实心。

5.根据权利要求1所述的漂浮式浮筒连杆海浪发电设备，其特征在于，所述电子变速器和海浪参数传感器由外部太阳能蓄电池供电。

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