CN111664048B - 一种可调节式波浪能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可调节式波浪能发电装置，包括阶梯型的中心平台，中心平台的第一平台面上固定安装有多组呈环形阵列设置的齿轮增速器和发电机，齿轮增速器和发电机一一对应，且齿轮增速器的输出端与对应的发电机相连接；中心平台的第二平台面上固定安装有多组呈环形阵列设置支撑座，支撑座上均通过插销固定连接有杠杆支撑组件，杠杆支撑组件与齿轮增速器一一对应，且杠杆支撑组件上均转动连接有杠杆组件，杠杆组件的一端与对应的齿轮增速器的输入端相连接，杠杆组件的另一端与浮体相铰接。本发明通过对杠杆组件和杠杆支撑组件调节，合理的利用杠杆原理，从而实现对不同波况下差异性的捕捉，最终提高装置的波能捕捉效率。

Description

一种可调节式波浪能发电装置
技术领域
本发明涉及波浪发电技术领域，具体涉及一种可调节式波浪能发电装置。
背景技术
随着世界经济的发展，人类对能源的需求日益增长。但随着传统能源的日益短缺，能源问题逐渐成为世界性问题，为了解决能源供应在社会发展中所遇到的瓶颈问题，寻找可替代、可再生、清洁的新能源已成为全球各国的共识。而海洋占据地球表面积的71％，蕴藏着储量巨大的可再生能源，其中海洋波浪能在海洋中无处不在汹涌澎湃的海洋波浪蕴藏着极大的能量。
据估算，全世界波浪能的理论值约为109KW量级，是当今世界发电量的数百倍。波浪发电技术领域已然成为了布局新能源产业的重要方向，现阶段海浪能利用方式依据其工作原理大致分为三种类型：震荡水柱式、震荡浮体式、越浪式，但是这些装置都面临着造价成本过高、结构复杂可靠性低以及波浪能的捕捉效率低。
由于我国近海波浪随季节特征及其时间变化具有较大变化。分析结果表明，冬季平均波高最大，台湾海峡、南海北部、中南半岛东南海域以及吕宋海峡外侧是冬季的大浪区；夏季平均波高最小；春、秋两季为过渡期。对此，为提高波浪能发电装置在不同波况下波能捕获效率，设计了一种调节式波浪能发电装置，实现对不同波况下的波能差异性捕捉，以期提高其波能的捕捉效率。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种可调节式波浪能发电装置，合理的运用杠杆原理(省力杠杆、费力杠杆)，实现了对不同波况波能的捕捉，提高了其波能捕捉效率。
技术方案：本发明一种可调节式波浪能发电装置，包括阶梯型的中心平台，所述中心平台的第一平台面上固定安装有多组呈环形阵列设置的齿轮增速器和发电机，所述齿轮增速器和发电机一一对应，且齿轮增速器的输出端与对应的发电机相连接；所述中心平台的第二平台面上固定安装有多组呈环形阵列设置支撑座，所述支撑座上均通过插销固定连接有杠杆支撑组件，所述杠杆支撑组件与齿轮增速器一一对应，且杠杆支撑组件上均转动连接有杠杆组件，所述杠杆组件的一端与对应的齿轮增速器的输入端相连接，杠杆组件的另一端与浮体相铰接；
所述杠杆组件包括第一旋转杆，所述第一旋转杆的中间位置固定设有套管，第一旋转杆的一端插设有与第一旋转杆同轴设置的第二旋转杆，所述第二旋转杆远离第一旋转杆的一端固定连接有弧形齿盘，所述弧形齿盘与齿轮增速器的输入端齿轮相啮合，所述第一旋转杆的另一端插设有与第一旋转杆同轴设置的第三旋转杆，所述第三旋转杆远离第一旋转杆的一端与浮体铰接。
进一步的，所述第一旋转杆上设有多组沿其长度方向间隔设置的第一定位孔，所述第二旋转杆上设有多组与第一定位孔位置相对应的第二定位孔，所述第一定位孔与第二定位孔通过插销进行固定；所述第三旋转杆上设有多组与第一定位孔位置相对应的第三定位孔，所述第一定位孔与第三定位孔通过插销进行固定。第一定位孔与第二定位孔通过插销进行固定用以调节第一旋转杆与第二旋转杆之间的长度。
进一步的，所述杠杆支撑组件包括两组对称设置的旋转盘，所述旋转盘之间固定连接有固定轴，所述固定轴上固定套设有套筒，所述套筒上固定连接有两组对称设置的旋转圆筒，所述旋转圆筒远离套筒的一端均插设有与旋转圆筒同轴设置的支撑圆杆，两组所述支撑圆杆远离旋转圆筒的端部之间固定连接有连接柱，所述套管套设在连接柱上。
进一步的，所述旋转圆筒上设有多组沿其长度方向间隔设置的第四定位孔，所述支撑圆杆上设有多组与第四定位孔位置相对应的第五定位孔，所述第四定位孔与第五定位孔通过插销进行固定。
进一步的，所述旋转盘上设有多组呈环形阵列设置的第六定位孔，所述支撑座的竖直板上设有多组与第六定位孔位置相对应的第七定位孔，所述第六定位孔与第七定位孔通过插销进行固定。旋转盘与支撑座相配合，可以根据不同波况旋转不同的角度。
进一步的，所述旋转盘远离套筒的一侧固定连接有转轴，所述转轴的另一端转动连接在支撑座的竖直板上。
进一步的，所述中心平台上固定连接有平台框架，所述平台框架由四片弧形支架一体成型。平台框架为装置上部分的密封提供支撑的作用。
有益效果：本发明通过对杠杆组件和杠杆支撑组件调节，合理的利用杠杆原理(省力杠杆和费力杠杆)，在冬季的大浪区采用费力杠杆，可以输出较快的转速；在春秋季小浪区采用省力杠杆，实现了对小波能的波浪捕捉；从而实现对不同波况下差异性的捕捉，最终提高该装置的波能捕捉效率；而且目前现有波浪能发电装置成本过高且效益低，而本发明结构相对简单，不仅可以降低其制造成本，而且拥有较高的可靠性，减少其维护成本，从而可以提高装置的整体效益。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明俯视图；
图3为杠杆组件和杠杆支撑组件连接结构示意图；
图4为杠杆支撑组件结构示意图；
图5为杠杆组件结构示意图；
图6为高频率、高波峰、高能量的波况下，捕能效率最高时调节示意图(α＝15°、L1＝163mm、L2＝86mm)；
图7为本发明一种调节示意图(α＝30°、L1＝136mm、L2＝113mm)；
图8为本发明另一调节示意图(α＝45°、L1＝115mm、L2＝136mm)；
图9为低频率、低波峰、低能量的波况下，捕能效率最高时调节示意图(α＝60°、L1＝93mm、L2＝157mm)；
图10为支撑座与杠杆支撑组件连接俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：
如图1至图10所示，本发明一种可调节式波浪能发电装置，包括阶梯型的中心平台1，中心平台1为整个发电装置提供浮力，中心平台1的第一平台面101上固定安装有八个呈环形阵列设置的齿轮增速器2和八个呈环形阵列设置的发电机3，八个齿轮增速器2和八个发电机3一一对应，且齿轮增速器2的输出端与对应的发电机3相连接；
中心平台1的第二平台面102上固定安装有八个呈环形阵列设置支撑座4，支撑座4上均通过插销固定连接有杠杆支撑组件5，杠杆支撑组件5与齿轮增速器2一一对应，且杠杆支撑组件5上均转动连接有杠杆组件6，杠杆支撑组件5为杠杆组件6提供支点，杠杆组件6的一端与对应的齿轮增速器2的输入端相连接，杠杆组件6的另一端与浮体7相铰接；浮体7是整个装置的捕能机构，处于装置能量转化第一梯级，将不规则的波浪能转化为不可直接利用的机械能；
中心平台1上固定连接有平台框架8，平台框架8由四片弧形支架一体成型，平台框架8为装置上部分的密封提供支撑的作用；
杠杆支撑组件5包括两组对称设置的旋转盘501，旋转盘501之间固定连接有固定轴，固定轴上固定套设有套筒502，旋转盘501远离套筒502的一侧固定连接有转轴503，转轴503的另一端转动连接在支撑座4的竖直板401上；这样使得旋转盘501可在支撑座4上发生转动；同时，旋转盘501上设有多组呈环形阵列设置的第六定位孔5011，支撑座4的竖直板401上设有多组与第六定位孔5011位置相对应的第七定位孔4011，第六定位孔5011与第七定位孔4011通过插销进行固定；通过旋转盘501与支撑座4相配合，可以根据不同波况，旋转盘501旋转不同的角度，并利用插销进行固定；
套筒502上固定连接有两组对称设置的旋转圆筒504，两组旋转圆筒504远离套筒502的一端均插设有与旋转圆筒504同轴设置的支撑圆杆505，两组支撑圆杆505远离旋转圆筒504的端部之间固定连接有连接柱506，套管602套设在连接柱506上，杠杆支撑组件5为杠杆组件6提供支点；而且旋转圆筒504上设有多组沿其长度方向间隔设置的第四定位孔5041，支撑圆杆505上设有多组与第四定位孔5041位置相对应的第五定位孔5051，第四定位孔5041与第五定位孔5051通过插销进行固定；第四定位孔5041与第五定位孔5051用于调节杠杆支撑组件5的长度，其作用为杠杆组件6提供支撑点，并利用插销通过定位孔对其固定；
杠杆组件6包括第一旋转杆601，第一旋转杆601的中间位置固定设有套管602，套管602套设在连接柱506上，这样就实现杠杆支撑组件5对第一旋转杆601的支撑作用，也就为第一旋转杆601提供了支点，第一旋转杆601的一端插设有与第一旋转杆601同轴设置的第二旋转杆603，第二旋转杆603远离第一旋转杆601的一端固定连接有弧形齿盘604，弧形齿盘604与齿轮增速器2的输入端齿轮相啮合，第一旋转杆601的另一端插设有与第一旋转杆601同轴设置的第三旋转杆605，第三旋转杆605远离第一旋转杆601的一端与浮体7铰接；杠杆组件6的作用就是将不可直接利用的动能转化为可利用的机械能，处于装置能量转化的第二梯级，齿轮增速器2为二级齿轮增速，齿轮增速器2输入端与杠杆组件6的弧形齿盘604相啮合，实现对转速的放大处理；最后，齿轮增速器2输出齿轮与发电机3相配合，驱动发电机3发电，实现了可利用机械能到电能的转换，处于装置能量转化的第三梯级；
同时，第一旋转杆601上设有多组沿其长度方向间隔设置的第一定位孔6011，第二旋转杆603上设有多组与第一定位孔6011位置相对应的第二定位孔6031，第一定位孔6011与第二定位孔6031通过插销进行固定；第三旋转杆605上设有多组与第一定位孔6011位置相对应的第三定位孔6051，第一定位孔6011与第三定位孔6051通过插销进行固定；第一定位孔6011与第二定位孔6031通过插销进行固定用以调节第一旋转杆601与第二旋转杆603之间的长度，第一定位孔6011与第三定位孔6051通过插销进行固定用以调节第一旋转杆601与第三旋转杆605之间的长度，通过对长度的调节固定，能够实现对不同波况下差异性的捕捉，提高该装置的波能捕捉效率；
本发明的工作方式如下：首先我国近海波浪随季节特征及其时间变化具有较大变化，其中冬季平均波高最大，台湾海峡、南海北部、中南半岛东南海域以及吕宋海峡外侧是冬季的大浪区；夏季平均波高最小；春、秋两季为过渡期；当装置在海面或湖面上，在波浪作用下，浮体7随波浪一起做无规则运动，此过程处于能量转化的第一梯级，将不规的波浪能转化为浮体7的不可直接利用的动能；浮体7将所捕获的不可直接利用的动能通过杠杆组件6传递到与第二旋转杆603固定连接的弧形齿盘604处，此过程处于能量转化的第二梯级，将不可直接利用的动能转化为可利用的机械能；弧形齿盘604将可利用的机械能通过与齿轮增速箱2输入端啮合，将齿轮的转速进行放大处理后，齿轮增速箱2输出端与发电机3配合，实现了将可利用的机械能转化为电能，该过程处于能量转化第三梯级。
如图6至图9所示，本发明装置调节示意过程如下：由于波浪能不仅具有季节性，而且有规律可循存在着周期性变化，为了实现对波浪能的差异性捕捉，避免出现在小波浪的情况下出现无发捕捉的状态，提高装置整体捕能效率；经过实验表明，以高频率、高波峰、高能量的波况下，当α＝15°、L1＝163mm、L2＝86mm时捕能效率最高；在以低频率、低波峰、低能量的波况下，当α＝60°、L1＝93mm、L2＝157mm时捕能效率最高。本发明通过对杠杆组件6和杠杆支撑组件5调节，合理的利用杠杆原理(省力杠杆和费力杠杆)，在冬季的大浪区采用费力杠杆，可以输出较快的转速；在春秋季小浪区采用省力杠杆，实现了对小波能的波浪捕捉；从而实现对不同波况下差异性的捕捉，最终提高该装置的波能捕捉效率。

Claims (7)

1.一种可调节式波浪能发电装置，其特征在于：包括阶梯型的中心平台，所述中心平台的第一平台面上固定安装有多组呈环形阵列设置的齿轮增速器和发电机，所述齿轮增速器和发电机一一对应，且齿轮增速器的输出端与对应的发电机相连接；所述中心平台的第二平台面上固定安装有多组呈环形阵列设置支撑座，所述支撑座上均通过插销固定连接有杠杆支撑组件，所述杠杆支撑组件与齿轮增速器一一对应，且杠杆支撑组件上均转动连接有杠杆组件，所述杠杆组件的一端与对应的齿轮增速器的输入端相连接，杠杆组件的另一端与浮体相铰接；
所述杠杆组件包括第一旋转杆，所述第一旋转杆的中间位置固定设有套管，第一旋转杆的一端插设有与第一旋转杆同轴设置的第二旋转杆，所述第二旋转杆远离第一旋转杆的一端固定连接有弧形齿盘，所述弧形齿盘与齿轮增速器的输入端齿轮相啮合，所述第一旋转杆的另一端插设有与第一旋转杆同轴设置的第三旋转杆，所述第三旋转杆远离第一旋转杆的一端与浮体铰接。
2.根据权利要求1所述的一种可调节式波浪能发电装置，其特征在于：所述第一旋转杆上设有多组沿其长度方向间隔设置的第一定位孔，所述第二旋转杆上设有多组与第一定位孔位置相对应的第二定位孔，所述第一定位孔与第二定位孔通过插销进行固定；所述第三旋转杆上设有多组与第一定位孔位置相对应的第三定位孔，所述第一定位孔与第三定位孔通过插销进行固定。
3.根据权利要求1所述的一种可调节式波浪能发电装置，其特征在于：所述杠杆支撑组件包括两组对称设置的旋转盘，所述旋转盘之间固定连接有固定轴，所述固定轴上固定套设有套筒，所述套筒上固定连接有两组对称设置的旋转圆筒，所述旋转圆筒远离套筒的一端均插设有与旋转圆筒同轴设置的支撑圆杆，两组所述支撑圆杆远离旋转圆筒的端部之间固定连接有连接柱，所述套管套设在连接柱上。
4.根据权利要求3所述的一种可调节式波浪能发电装置，其特征在于：所述旋转圆筒上设有多组沿其长度方向间隔设置的第四定位孔，所述支撑圆杆上设有多组与第四定位孔位置相对应的第五定位孔，所述第四定位孔与第五定位孔通过插销进行固定。
5.根据权利要求3所述的一种可调节式波浪能发电装置，其特征在于：所述旋转盘上设有多组呈环形阵列设置的第六定位孔，所述支撑座的竖直板上设有多组与第六定位孔位置相对应的第七定位孔，所述第六定位孔与第七定位孔通过插销进行固定。
6.根据权利要求5所述的一种可调节式波浪能发电装置，其特征在于：所述旋转盘远离套筒的一侧固定连接有转轴，所述转轴的另一端转动连接在支撑座的竖直板上。
7.根据权利要求1所述的一种可调节式波浪能发电装置，其特征在于：所述中心平台上固定连接有平台框架，所述平台框架由四片弧形支架一体成型。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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