CN111255618A - 一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置及方法 - Google Patents

一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111255618A
CN111255618A CN202010085525.5A CN202010085525A CN111255618A CN 111255618 A CN111255618 A CN 111255618A CN 202010085525 A CN202010085525 A CN 202010085525A CN 111255618 A CN111255618 A CN 111255618A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rod
power generation
shell
floating ball
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010085525.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111255618B (zh
Inventor
朱红钧
唐涛
李国民
胡洁
张春
谭小年
唐堂
褚鑫
刘红叶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Petroleum University
Original Assignee
Southwest Petroleum University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Petroleum University filed Critical Southwest Petroleum University
Priority to CN202010085525.5A priority Critical patent/CN111255618B/zh
Publication of CN111255618A publication Critical patent/CN111255618A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111255618B publication Critical patent/CN111255618B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/20—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" wherein both members, i.e. wom and rem are movable relative to the sea bed or shore
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置及方法，装置由四个浮力‑发电系统及两个电力存储控制系统构成。浮球漂浮于水面，与外壳之间存在相对位移，浮球随波浪上下运动时带动动力输入杆上下运动，再通过杠杆带动动力输出杆运动，最终带动位移放大接收杆运动。相邻两个浮球发生反向运动时，在位移放大接收杆两端产生相反方向的旋转运动，实现了单侧位移的叠加放大。浮球运动带动上部与下部发电模块运动，产生的电能储存于蓄电器，同时向远程信号控制箱提供电能以控制单向阀的开合，调整装置的配重，以避开大风浪的作用。

Description

一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置及方法
技术领域
本发明属于新能源开发与利用技术领域，具体涉及一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置及方法。
背景技术
能量转换与利用主要是指把环境中的能量，如机械能、光能、电磁能和热能等，捕获后转化为电能为人类生活所用的技术。能量捕获对于实现电能自供给和满足快速增长的电能需求具有重要意义。其中，机械能具有较高的能量密度，且不受昼夜、天气和设备封装的限制，属于一种理想的能量源。
海洋蕴藏着巨大的能量，其中波浪具有循环可再生、总运动能量大的特点，是新能源开发利用的主要对象之一。然而波浪的升沉起伏运动不规则，如何有效捕获起伏不一的波浪能是波浪发电技术的重要前提。发电装置离不开传动机构，用于运动、力和能量的传递或转换。而要使得在小波幅的波浪作用下也能有明显的传动响应，则需要将微小位移放大。常见的微位移放大机构有多级杠杆放大、差式杠杆放大、多连杆放大、三角放大等结构形式。
目前大多数机械能捕获装置只能从特定的方向收集能量，没有采用高效的机构连接形式。因此，针对波浪运动的不规则特性，设计出一种微位移放大的波浪能捕获装置显得十分必要。
发明内容
本发明所要解决的是针对波浪运动不规则的特点及当前背景技术中提出的不足，提出一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置及方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置由四个浮力-发电系统及两个电力存储控制系统构成。四个浮力-发电系统呈正方形布置，每个浮力-发电系统由浮球、上部发电模块和下部发电模块构成。每个浮球被相邻的两个浮力-发电系统所共用，浮球下部开有供两个动力输入杆插入的盲孔，相邻两个浮球之间由上部发电模块连接，在浮球上与上部发电模块连接的部位开槽，槽内安装有与上部发电模块轴线垂直的旋转接头固定杆。
上部发电模块由一个保护套、两个伸缩节、两个旋转接头连接杆、两个旋转接头和滑动式发电组件构成，保护套为一长方体箱体结构；两个伸缩节为圆筒形结构，分别固定于保护套的两端，伸缩节的轴线与保护套长边平行；两个旋转接头连接杆轴线与伸缩节轴线重合，一端固定于伸缩节外端面，一端连接有旋转接头；旋转接头套装在旋转接头固定杆上，可绕旋转接头固定杆轴线自由旋转；滑动式发电组件位于保护套内部，由磁铁、U型滑轨线圈、导体滑棒组成，两块磁铁分别处于保护套内部的上下两侧，相向布置且相对的两块磁铁磁性相反；U型滑轨线圈位于两块磁铁正中间，U型滑轨线圈中部开有供导体滑棒自由滑动的滑轨，滑轨其中一端为盲端。
下部发电模块由位移放大组件、固定支撑组件和转动式发电组件构成。位移放大组件由一根位移放大接收杆、两根动力输入杆、两根杠杆、两个支座、两根动力输出杆及柔性短接组成；位移放大接收杆为一长方体，其轴线与保护套长边平行；两根对称分布的圆柱体动力输出杆垂直放置，其下端通过柔性短接与位移放大接收杆端部相连，而上端通过柔性短接与杠杆端部相连；两根杠杆对称布置，杠杆为长方柱体，杠杆轴线与位移放大接收杆轴线平行，杠杆一端通过柔性短接与动力输出杆相连，杠杆另一端通过柔性短接与动力输入杆连接，杠杆中部靠近动力输出杆的一侧开有水平通孔，通孔轴线与杠杆轴线垂直；支座的转轴穿过杠杆上的通孔后固定在支撑板上端，使杠杆可绕支座在垂直平面内自由旋转；两根对称分布的圆柱体动力输入杆垂直布置，其下端连接杠杆，而上端通过柔性短接插入到浮球下部的盲孔中固定；动力输入杆、杠杆、动力输出杆、位移放大接收杆均位于同一铅直平面。固定支撑组件包括两块支撑板和两根固定横杆。支撑板上端与支座通过焊接固定，支撑板下端固定于外壳内底面，支撑板下部开有供固定横杆穿过的水平通孔；固定横杆一端穿过支撑板上的通孔后通过螺钉与支撑板连接，另一端连接一块磁铁。转动式发电组件包括两个框式线圈和两块磁铁。水平布置的框式线圈固定在位移放大接收杆的两端；磁铁与固定横杆相连，相对的两块磁铁磁极布置相反。
电力存储控制系统由外壳、蓄电器和水位控制组件构成。外壳为中空正方体，由对称的两半壳体通过螺栓对接而成，外壳上表面开有供动力输入杆穿过的通孔，通孔与动力输入杆之间采用密封轴承密封，以保证防水和动力输入杆可以上下自由滑动，外壳内底面设有固定支撑板的凹槽；蓄电器固定于外壳内底面，一方面存储来自上部发电模块和下部发电模块产生的电能，另一方面向水位控制组件供电。水位控制组件包括远程信号控制箱、水位控制箱、抽水泵、进水管、出水管和单向阀。远程信号控制箱由蓄电器供电，远程信号控制箱通过电线连接抽水泵、出水管上的单向阀和进水管上的单向阀；水位控制箱为一密闭的箱式容器；进水管一端连接水位控制箱，另一端穿过外壳上的通孔伸至海水中，在外壳内部的进水管上安装有一个单向阀；出水管一端连接水位控制箱，另一端经过抽水泵后穿过外壳上的通孔伸至海水中，在抽水泵出口与外壳间的出水管上安装有一个单向阀。
采用所述的基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置提供一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的方法。整个装置布置于海面上，呈正方形分布，浮球因浮力作用漂浮于水面，四个浮球位于正方形的四个顶点；由于外壳上表面开有供动力输入杆穿过的通孔，通孔与动力输入杆之间采用密封轴承密封，当波浪引起海面起伏时，浮球带动动力输入杆上下自由运动，而外壳及其内部构件在重力作用与水位控制箱的调控下位于水面下方，处于相对静止状态，因此浮球与外壳之间存在相对位移。上部发电模块发电的方法：海面出现波浪时，浮球随波浪上下运动，因波浪存在一定的波长，相邻两个浮球间的起伏运动不一致，导致浮球之间存在高差，与旋转接头相连的旋转接头连接杆带动伸缩节和保护套向其中一个浮球倾斜，保护套内部的导体滑棒在倾斜状态下受重力作用沿U型导轨线圈滑动，在磁场中切割磁感线产生电能；当浮球上下运动时，伸缩节补偿吸收保护套轴向的伸缩变形，防止设备损坏。下部发电模块位移放大及发电的方法：波浪引起浮球上下运动，当浮球垂直向上运动h1，带动动力输入杆向上运动h1，在杠杆作用下动力输出杆向下运动h1·x1/x2，其中x1是动力输入端的力臂长度，x2是动力输出端的力臂长度，动力输出杆带动位移放大接收杆一端向下运动h1·x1/x2；同理，浮球垂直向下运动h2导致位移放大接收杆另一端向上运动h2·x1/x2；相邻两个浮球发生反向运动时，在位移放大接收杆两端产生相反方向的旋转运动，其叠加后的位移为h1·x1/x2+h2·x1/x2，实现了单侧位移的叠加放大。由于框式线圈与位移放大接收杆属于刚性连接，所以线圈运动位移同样为h1·x1/x2+h2·x1/x2，因此线圈内的磁通量在一次波浪升沉运动中变化更多，产生更多的电能。上部发电模块与下部发电模块产生的电能通过电线传输至蓄电器，蓄电器向远程信号控制箱提供电能以控制单向阀的开合状态。当海面出现大风浪时，远程信号控制箱接收信号，打开进水管上的单向阀，关闭抽水泵和出水管上的单向阀，通过压差作用向水位控制箱内部注入海水，增加整个装置的配重，使装置沉入水面以下免受海面大风浪的影响；大风浪过去后，远程信号控制箱接收信号，关闭进水管上的单向阀，打开抽水泵和出水管上的单向阀，排出水位控制箱内的部分海水，减小装置的配重，当装置达到正常吃水深度时，关闭抽水泵和出水管上的单向阀，开始正常工作。
本发明由于采取以上方案，从而具有以下优点：
1.本发明可实现多个方向的波浪能量收集，避免了能量浪费；
2.本发明对波浪的升沉起伏运动进行了放大，实现了能量的高效利用；
3.本发明两次利用波浪的运动进行发电，提高了发电效率；
4.本发明实现了自供电并具备抗风浪的能力。
附图说明
图1为本发明装置整体外观示意图
图2为本发明装置主要连接结构示意图
图3为本发明浮球与上部发电模块连接示意图
图4为本发明上部发电模块示意图
图5为本发明下部发电模块示意图
图6为本发明外壳的内外连接示意图
图7为本发明电力存储控制系统示意图
图8为本发明位移放大原理示意图
其中：1、外壳；2、浮球；3、保护套；4、伸缩节；5、旋转接头；6、旋转接头固定杆；7、旋转接头连接杆；8、磁铁；9、U型滑轨线圈；10、导体滑棒；11、动力输入杆；12、杠杆；13、动力输出杆；14、柔性短接；15、支座；16、支撑板；17、固定横杆；18、位移放大接收杆；19、框式线圈；20、电线；21、蓄电器；22、水位控制箱；23、抽水泵；24、远程信号控制箱；25、单向阀；26、进水管；27、出水管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步描述。
一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置由四个浮力-发电系统及两个电力存储控制系统构成。如图2所示，四个浮力-发电系统呈正方形布置，每个浮力-发电系统由浮球2、上部发电模块和下部发电模块构成。如图3所示，每个浮球2被相邻的两个浮力-发电系统所共用，浮球2下部开有供两个动力输入杆11插入的盲孔，相邻两个浮球2之间由上部发电模块连接，在浮球2上与上部发电模块连接的部位开槽，槽内安装有与上部发电模块轴线垂直的旋转接头固定杆6。
上部发电模块由一个保护套3、两个伸缩节4、两个旋转接头连接杆7、两个旋转接头5和滑动式发电组件构成。如图4所示，保护套3为一长方体箱体结构；两个伸缩节4为圆筒形结构，分别固定于保护套3的两端，伸缩节4的轴线与保护套3长边平行；两个旋转接头连接杆7轴线与伸缩节4轴线重合，一端固定于伸缩节4外端面，一端连接有旋转接头5；旋转接头5套装在旋转接头固定杆6上，可绕旋转接头固定杆6轴线自由旋转；滑动式发电组件位于保护套3内部，由磁铁8、U型滑轨线圈9、导体滑棒10组成，两块磁铁8分别处于保护套3内部的上下两侧，相向布置且相对的两块磁铁8磁性相反；U型滑轨线圈9位于两块磁铁8正中间，U型滑轨线圈9中部开有供导体滑棒10自由滑动的滑轨，滑轨其中一端为盲端。
下部发电模块由位移放大组件、固定支撑组件和转动式发电组件构成。如图5所示，位移放大组件由一根位移放大接收杆18、两根动力输入杆11、两根杠杆12、两个支座15、两根动力输出杆13及柔性短接14组成；位移放大接收杆18为一长方体，其轴线与保护套3长边平行；两根对称分布的圆柱体动力输出杆13垂直放置，其下端通过柔性短接14与位移放大接收杆18端部相连，而上端通过柔性短接14与杠杆12端部相连；两根杠杆12对称布置，杠杆12为长方柱体，杠杆12轴线与位移放大接收杆18轴线平行，杠杆12一端通过柔性短接14与动力输出杆13相连，杠杆12另一端通过柔性短接14与动力输入杆11连接，杠杆12中部靠近动力输出杆13的一侧开有水平通孔，通孔轴线与杠杆12轴线垂直；支座15的转轴穿过杠杆12上的通孔后固定在支撑板16上端，使杠杆12可绕支座15在垂直平面内自由旋转；两根对称分布的圆柱体动力输入杆11垂直布置，其下端连接杠杆12，而上端通过柔性短接14插入到浮球2下部的盲孔中固定；动力输入杆11、杠杆12、动力输出杆13、位移放大接收杆18均位于同一铅直平面。固定支撑组件包括两块支撑板16和两根固定横杆17。如图6所示，支撑板16上端与支座15通过焊接固定，支撑板16下端固定于外壳1内底面，支撑板16下部开有供固定横杆17穿过的水平通孔；固定横杆17一端穿过支撑板16上的通孔后通过螺钉与支撑板16连接，另一端连接一块磁铁8。转动式发电组件包括两个框式线圈19和两块磁铁8。水平布置的框式线圈19固定在位移放大接收杆18的两端；磁铁8与固定横杆17相连，相对的两块磁铁8磁极布置相反。
如图7所示，电力存储控制系统由外壳1、蓄电器21和水位控制组件构成。外壳1为中空正方体，由对称的两半壳体通过螺栓对接而成，外壳1上表面开有供动力输入杆11穿过的通孔，通孔与动力输入杆11之间采用密封轴承密封，以保证防水和动力输入杆11可以上下自由滑动，外壳1内底面设有固定支撑板16的凹槽；蓄电器21固定于外壳1内底面，一方面存储来自上部发电模块和下部发电模块产生的电能，另一方面向水位控制组件供电。水位控制组件包括远程信号控制箱24、水位控制箱22、抽水泵23、进水管26、出水管27和单向阀25。远程信号控制箱24由蓄电器21供电，远程信号控制箱24通过电线20连接抽水泵23、出水管27上的单向阀25和进水管26上的单向阀25；水位控制箱22为一密闭的箱式容器；进水管26一端连接水位控制箱22，另一端穿过外壳1上的通孔伸至海水中，在外壳1内部的进水管26上安装有一个单向阀25；出水管27一端连接水位控制箱22，另一端经过抽水泵23后穿过外壳1上的通孔伸至海水中，在抽水泵23出口与外壳1间的出水管27上安装有一个单向阀25。
采用所述的基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置提供一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的方法。如图1所示，整个装置布置于海面上，呈正方形分布，浮球2因浮力作用漂浮于水面，四个浮球2位于正方形的四个顶点；由于外壳1上表面开有供动力输入杆11穿过的通孔，通孔与动力输入杆11之间采用密封轴承密封，当波浪引起海面起伏时，浮球2带动动力输入杆11上下自由运动，而外壳1及其内部构件在重力作用与水位控制箱22的调控下位于水面下方，处于相对静止状态，因此浮球2与外壳1之间存在相对位移。上部发电模块发电的方法：海面出现波浪时，浮球2随波浪上下运动，因波浪存在一定的波长，相邻两个浮球2间的起伏运动不一致，导致浮球2之间存在高差，与旋转接头5相连的旋转接头连接杆7带动伸缩节4和保护套3向其中一个浮球2倾斜，保护套3内部的导体滑棒10在倾斜状态下受重力作用沿U型导轨线圈滑动，在磁场中切割磁感线产生电能；当浮球2上下运动时，伸缩节4补偿吸收保护套3轴向的伸缩变形，防止设备损坏。如图8所示，下部发电模块位移放大及发电的方法：波浪引起浮球2上下运动，当浮球2垂直向上运动h1，带动动力输入杆11向上运动h1，在杠杆12作用下动力输出杆13向下运动h1·x1/x2，其中x1是动力输入端的力臂长度，x2是动力输出端的力臂长度，动力输出杆13带动位移放大接收杆18一端向下运动h1·x1/x2；同理，浮球2垂直向下运动h2导致位移放大接收杆18另一端向上运动h2·x1/x2；相邻两个浮球2发生反向运动时，在位移放大接收杆18两端产生相反方向的旋转运动，其叠加后的位移为h1·x1/x2+h2·x1/x2，实现了单侧位移的叠加放大。由于框式线圈19与位移放大接收杆18属于刚性连接，所以线圈运动位移同样为h1·x1/x2+h2·x1/x2，因此线圈内的磁通量在一次波浪升沉运动中变化更多，产生更多的电能。上部发电模块与下部发电模块产生的电能通过电线20传输至蓄电器21，蓄电器21向远程信号控制箱24提供电能以控制单向阀25的开合状态。当海面出现大风浪时，远程信号控制箱24接收信号，打开进水管26上的单向阀25，关闭抽水泵23和出水管27上的单向阀25，通过压差作用向水位控制箱22内部注入海水，增加整个装置的配重，使装置沉入水面以下免受海面大风浪的影响；大风浪过去后，远程信号控制箱24接收信号，关闭进水管26上的单向阀25，打开抽水泵23和出水管27上的单向阀25，排出水位控制箱22内的部分海水，减小装置的配重，当装置达到正常吃水深度时，关闭抽水泵23和出水管27上的单向阀25，开始正常工作。
实施例：
本发明装置采用模块式安装办法，第一步，组装好如图5所示的下部发电模块和如图7所示的电力存储控制系统；第二步，将支撑板16插入外壳1内底面的凹槽固定，从而实现下部发电模块与外壳的连接；动力输入杆11穿过外壳1上表面的通孔，采用密封轴承密封；第三步，将对称的两半壳体通过螺栓连接完成外壳1的安装；第四步，组装浮球2和上部发电模块；最后，将动力输入杆11上端插入浮球2下部的盲孔，二者通过焊接完成固定。至此，完成本装置的安装。
将安装完成的装置置于海面，呈正方形分布，浮球2因浮力作用漂浮于水面，四个浮球2位于正方形的四个顶点；由于外壳1上表面开有供动力输入杆11穿过的通孔，通孔与动力输入杆11之间采用密封轴承密封，当波浪引起海面起伏时，浮球2带动动力输入杆11上下自由运动，而外壳1及其内部构件在重力作用与水位控制箱22的调控下位于水面下方，处于相对静止状态，因此浮球2与外壳1之间存在相对位移。上部发电模块发电的方法：海面出现波浪时，浮球2随波浪上下运动，因波浪存在一定的波长，相邻两个浮球2间的起伏运动不一致，导致浮球2之间存在高差，与旋转接头5相连的旋转接头连接杆7带动伸缩节4和保护套3向其中一个浮球2倾斜，保护套3内部的导体滑棒10在倾斜状态下受重力作用沿U型导轨线圈滑动，在磁场中切割磁感线产生电能；当浮球2上下运动时，伸缩节4补偿吸收保护套3轴向的伸缩变形，防止设备损坏。如图8所示，下部发电模块位移放大及发电的方法：波浪引起浮球2上下运动，当浮球2垂直向上运动h1，带动动力输入杆11向上运动h1，在杠杆12作用下动力输出杆13向下运动h1·x1/x2，其中x1是动力输入端的力臂长度，x2是动力输出端的力臂长度，动力输出杆13带动位移放大接收杆18一端向下运动h1·x1/x2；同理，浮球2垂直向下运动h2导致位移放大接收杆18另一端向上运动h2·x1/x2；相邻两个浮球2发生反向运动时，在位移放大接收杆18两端产生相反方向的旋转运动，其叠加后的位移为h1·x1/x2+h2·x1/x2，实现了单侧位移的叠加放大。由于框式线圈19与位移放大接收杆18属于刚性连接，所以线圈运动位移同样为h1·x1/x2+h2·x1/x2，因此线圈内的磁通量在一次波浪升沉运动中变化更多，产生更多的电能。上部发电模块与下部发电模块产生的电能通过电线20传输至蓄电器21，蓄电器21向远程信号控制箱24提供电能以控制单向阀25的开合状态。当海面出现大风浪时，远程信号控制箱24接收信号，打开进水管26上的单向阀25，关闭抽水泵23和出水管27上的单向阀25，通过压差作用向水位控制箱22内部注入海水，增加整个装置的配重，使装置沉入水面以下免受海面大风浪的影响；大风浪过去后，远程信号控制箱24接收信号，关闭进水管26上的单向阀25，打开抽水泵23和出水管27上的单向阀25，排出水位控制箱22内的部分海水，减小装置的配重，当装置达到正常吃水深度时，关闭抽水泵23和出水管27上的单向阀25，开始正常工作。

Claims (2)

1.一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置，由四个浮力-发电系统及两个电力存储控制系统构成；四个浮力-发电系统呈正方形布置，每个浮力-发电系统由浮球(2)、上部发电模块和下部发电模块构成；每个浮球(2)被相邻的两个浮力-发电系统所共用，浮球(2)下部开有供两个动力输入杆(11)插入的盲孔，相邻两个浮球(2)之间由上部发电模块连接，在浮球(2)上与上部发电模块连接的部位开槽，槽内安装有与上部发电模块轴线垂直的旋转接头固定杆(6)；上部发电模块由一个保护套(3)、两个伸缩节(4)、两个旋转接头连接杆(7)、两个旋转接头(5)和滑动式发电组件构成；保护套(3)为一长方体箱体结构，两个伸缩节(4)为圆筒形结构，分别固定于保护套(3)的两端，伸缩节(4)的轴线与保护套(3)长边平行；两个旋转接头连接杆(7)轴线与伸缩节(4)轴线重合，一端固定于伸缩节(4)外端面，一端连接有旋转接头(5)；旋转接头(5)套装在旋转接头固定杆(6)上，可绕旋转接头固定杆(6)轴线自由旋转；下部发电模块由位移放大组件、固定支撑组件和转动式发电组件构成；位移放大组件由一根位移放大接收杆(18)、两根动力输入杆(11)、两根杠杆(12)、两个支座(15)、两根动力输出杆(13)及柔性短接(14)组成；位移放大接收杆(18)为一长方体，其轴线与保护套(3)长边平行；两根对称分布的圆柱体动力输出杆(13)垂直放置，其下端通过柔性短接(14)与位移放大接收杆(18)端部相连，而上端通过柔性短接(14)与杠杆(12)端部相连；两根杠杆(12)对称布置，杠杆(12)为长方柱体，杠杆(12)轴线与位移放大接收杆(18)轴线平行，杠杆(12)一端通过柔性短接(14)与动力输出杆(13)相连，杠杆(12)另一端通过柔性短接(14)与动力输入杆(11)连接，杠杆(12)中部靠近动力输出杆(13)的一侧开有水平通孔，通孔轴线与杠杆(12)轴线垂直；支座(15)的转轴穿过杠杆(12)上的通孔后固定在支撑板(16)上端，使杠杆(12)可绕支座(15)在垂直平面内自由旋转；两根对称分布的圆柱体动力输入杆(11)垂直布置，其下端连接杠杆(12)，而上端通过柔性短接(14)插入到浮球(2)下部的盲孔中固定；动力输入杆(11)、杠杆(12)、动力输出杆(13)、位移放大接收杆(18)均位于同一铅直平面；固定支撑组件包括两块支撑板(16)和两根固定横杆(17)；支撑板(16)上端与支座(15)通过焊接固定，支撑板(16)下端固定于外壳(1)内底面，支撑板(16)下部开有供固定横杆(17)穿过的水平通孔；电力存储控制系统由外壳(1)、蓄电器(21)和水位控制组件构成；外壳(1)为中空正方体，由对称的两半壳体通过螺栓对接而成，外壳(1)上表面开有供动力输入杆(11)穿过的通孔，通孔与动力输入杆(11)之间采用密封轴承密封，以保证防水和动力输入杆(11)可以上下自由滑动，外壳(1)内底面设有固定支撑板(16)的凹槽；蓄电器(21)固定于外壳(1)内底面，一方面存储来自上部发电模块和下部发电模块产生的电能，另一方面向水位控制组件供电；水位控制组件包括远程信号控制箱(24)、水位控制箱(22)、抽水泵(23)、进水管(26)、出水管(27)和单向阀(25)；远程信号控制箱(24)由蓄电器(21)供电，远程信号控制箱(24)通过电线(20)连接抽水泵(23)、出水管(27)上的单向阀(25)和进水管(26)上的单向阀(25)；水位控制箱(22)为一密闭的箱式容器；进水管(26)一端连接水位控制箱(22)，另一端穿过外壳(1)上的通孔伸至海水中，在外壳(1)内部的进水管(26)上安装有一个单向阀(25)；出水管(27)一端连接水位控制箱(22)，另一端经过抽水泵(23)后穿过外壳(1)上的通孔伸至海水中，在抽水泵(23)出口与外壳(1)间的出水管(27)上安装有一个单向阀(25)；其特征在于：所述的滑动式发电组件位于保护套(3)内部，由磁铁(8)、U型滑轨线圈(9)、导体滑棒(10)组成，两块磁铁(8)分别处于保护套(3)内部的上下两侧，相向布置且相对的两块磁铁(8)磁性相反；U型滑轨线圈(9)位于两块磁铁(8)正中间，U型滑轨线圈(9)中部开有供导体滑棒(10)自由滑动的滑轨，滑轨其中一端为盲端；所述的固定横杆(17)一端穿过支撑板(16)上的通孔后通过螺钉与支撑板(16)连接，另一端连接一块磁铁(8)；转动式发电组件包括两个框式线圈(19)和两块磁铁(8)，水平布置的框式线圈(19)固定在位移放大接收杆(18)的两端；磁铁(8)与固定横杆(17)相连，相对的两块磁铁(8)磁极布置相反。
2.一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的方法，采用如权利要求1所述的基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置，其特征在于：整个装置呈正方形分布布置于海面上，浮球(2)因浮力作用漂浮于水面，四个浮球(2)位于正方形的四个顶点；由于外壳(1)上表面开有供动力输入杆(11)穿过的通孔，通孔与动力输入杆(11)之间采用密封轴承密封，当波浪引起海面起伏时，浮球(2)带动动力输入杆(11)上下自由运动，而外壳(1)及其内部构件在重力作用与水位控制箱(22)的调控下位于水面下方，处于相对静止状态，因此浮球(2)与外壳(1)之间存在相对位移；上部发电模块发电的方法：海面出现波浪时，浮球(2)随波浪上下运动，因波浪存在一定的波长，相邻两个浮球(2)间的起伏运动不一致，导致浮球(2)之间存在高差，与旋转接头(5)相连的旋转接头连接杆(7)带动伸缩节(4)和保护套(3)向其中一个浮球(2)倾斜，保护套(3)内部的导体滑棒(10)在倾斜状态下受重力作用沿U型导轨线圈滑动，在磁场中切割磁感线产生电能；当浮球(2)上下运动时，伸缩节(4)补偿吸收保护套(3)轴向的伸缩变形，防止设备损坏；下部发电模块位移放大及发电的方法：波浪引起浮球(2)上下运动，当浮球(2)垂直向上运动h1，带动动力输入杆(11)向上运动h1，在杠杆(12)作用下动力输出杆(13)向下运动h1·x1/x2，其中x1是动力输入端的力臂长度，x2是动力输出端的力臂长度，动力输出杆(13)带动位移放大接收杆(18)一端向下运动h1·x1/x2；同理，浮球(2)垂直向下运动h2导致位移放大接收杆(18)另一端向上运动h2·x1/x2；相邻两个浮球(2)发生反向运动时，在位移放大接收杆(18)两端产生相反方向的旋转运动，其叠加后的位移为h1·x1/x2+h2·x1/x2，实现了单侧位移的叠加放大；由于框式线圈(19)与位移放大接收杆(18)属于刚性连接，所以线圈运动位移同样为h1·x1/x2+h2·x1/x2，因此线圈内的磁通量在一次波浪升沉运动中变化更多，产生更多的电能；上部发电模块与下部发电模块产生的电能通过电线(20)传输至蓄电器(21)，蓄电器(21)向远程信号控制箱(24)提供电能以控制单向阀(25)的开合状态；当海面出现大风浪时，远程信号控制箱(24)接收信号，打开进水管(26)上的单向阀(25)，关闭抽水泵(23)和出水管(27)上的单向阀(25)，通过压差作用向水位控制箱(22)内部注入海水，增加整个装置的配重，使装置沉入水面以下免收海面大风浪的影响；大风浪过去后，远程信号控制箱(24)接收信号，关闭进水管(26)上的单向阀(25)，打开抽水泵(23)和出水管(27)上的单向阀(25)，排出水位控制箱(22)内的部分海水，减小装置的配重，当装置达到正常吃水深度时，关闭抽水泵(23)和出水管(27)上的单向阀(25)，开始正常工作。
CN202010085525.5A 2020-02-08 2020-02-08 一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置及方法 Expired - Fee Related CN111255618B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010085525.5A CN111255618B (zh) 2020-02-08 2020-02-08 一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010085525.5A CN111255618B (zh) 2020-02-08 2020-02-08 一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111255618A true CN111255618A (zh) 2020-06-09
CN111255618B CN111255618B (zh) 2020-10-27

Family

ID=70943021

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010085525.5A Expired - Fee Related CN111255618B (zh) 2020-02-08 2020-02-08 一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111255618B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116215783A (zh) * 2023-05-04 2023-06-06 上海海事大学 一种基于张拉整体结构的海上浮体装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2085759C1 (ru) * 1992-12-29 1997-07-27 Анатолий Георгиевич Судиловский Волновая гидроэлектростанция судиловского а.г.
TWM375770U (en) * 2009-09-10 2010-03-11 Technology And Science Institution Of Northern Taiwan Wave energy generator system
CN102803709A (zh) * 2009-06-16 2012-11-28 单浮筒系泊公司 环境发电机
CN203822531U (zh) * 2014-04-30 2014-09-10 彭圣博 造浪推动发电装置
CN104265554A (zh) * 2014-09-04 2015-01-07 长沙理工大学 一种浮子式直驱波浪能装置
CN106224157A (zh) * 2016-09-19 2016-12-14 华南理工大学 一种封闭型三维拉绳式波浪蓄能装置及发电装置
CN106939872A (zh) * 2016-01-05 2017-07-11 黄谷 一种摇摆波浪发电装置
CN108561276A (zh) * 2018-06-07 2018-09-21 合肥工业大学 一种双转子电机及包括该电机的发电系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2085759C1 (ru) * 1992-12-29 1997-07-27 Анатолий Георгиевич Судиловский Волновая гидроэлектростанция судиловского а.г.
CN102803709A (zh) * 2009-06-16 2012-11-28 单浮筒系泊公司 环境发电机
TWM375770U (en) * 2009-09-10 2010-03-11 Technology And Science Institution Of Northern Taiwan Wave energy generator system
CN203822531U (zh) * 2014-04-30 2014-09-10 彭圣博 造浪推动发电装置
CN104265554A (zh) * 2014-09-04 2015-01-07 长沙理工大学 一种浮子式直驱波浪能装置
CN106939872A (zh) * 2016-01-05 2017-07-11 黄谷 一种摇摆波浪发电装置
CN106224157A (zh) * 2016-09-19 2016-12-14 华南理工大学 一种封闭型三维拉绳式波浪蓄能装置及发电装置
CN108561276A (zh) * 2018-06-07 2018-09-21 合肥工业大学 一种双转子电机及包括该电机的发电系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116215783A (zh) * 2023-05-04 2023-06-06 上海海事大学 一种基于张拉整体结构的海上浮体装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111255618B (zh) 2020-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8264093B2 (en) Wave energy converter
KR101604780B1 (ko) 파력 발전 장치
US7994651B2 (en) Apparatus for converting the energy of waves on a body of water
US20080217921A1 (en) Wave energy harnessing device
KR101970640B1 (ko) 수중 부력을 이용한 수상 태양광 발전장치
US10253749B2 (en) Wave energy generation device and methods of using the same
CN107288808B (zh) 一种波浪能和太阳能互补的漂流浮标自供电装置
CN108223253B (zh) 多浮体海浪二级转换发电装置
CN103104418B (zh) 利用风、水和光发电的装置
CN114060206B (zh) 液压式多自由度波浪能发电装置
CN111255618B (zh) 一种基于差式杠杆原理捕获波浪能发电的装置及方法
KR20100039939A (ko) 수력 발전 장치
CN103939267B (zh) 一种利用海洋波浪能和平动动能的发电系统
CN114198244A (zh) 一种多自由度俘能的浮子式波浪能发电装置
CN110985279B (zh) 一种月池型多模块波浪能发电系统
CN102361417A (zh) 多功能海上移动式发电与宜居平台
CN213867608U (zh) 一种拼装式发电消波浮堤
CN112628059B (zh) 波浪能量采集装置
CN220929566U (zh) 一种利用波浪能进行垂荡运动的便携发电装置
GB2608387A (en) Energy converter for ocean waves and method for using thereof
CN112780483A (zh) 一种新型自适应式垂荡、摇晃振荡浮子式波浪能发电装置
CN203809202U (zh) 一种扁浮球式海浪发电机
CN112343758B (zh) 一种海浪动力发电装置
AU2021104981A4 (en) Ocean energy power-generating device combined with offshore wind turbine
CN212838162U (zh) 一种潮汐波浪能发电系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20201027

Termination date: 20220208