CN111794895A - 一种密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置，包括：密封主体、摆板、摆架、锚索和沉块；摆板与摆架连接，摆架与密闭主体活动连接，密闭主体与锚索连接，锚索与沉块连接，沉块锚固在海底；摆架设有长摆杆和短摆杆，长摆杆和短摆杆均设有球节点，球节点与密封主体活动连接；密封主体内设有发电装置，包括摇臂、单向离合器、转轴、发电机和惯性轮；转轴与发电机驱动轴连接，转轴与惯性轮连接，摇臂与长摆杆活动连接，摇臂与单向离合器连接，单向离合器与转轴连接，摇臂摇摆时，通过单向离合器带动转轴朝单一方向转动，带动发电机单向转动发电。本发明具有适应性好、发电效率高、传动可靠、运动关节防腐能力强、维护简单等优点。

Description

一种密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置
技术领域
本发明涉及海洋波浪能发电技术领域，具体涉及一种密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置。
背景技术
随着世界经济的发展、人口的激增、社会的进步，人类对能源的需求日益增长。为了解决能源的日益紧缺和环境日趋严峻等问题，各国都争相发展可再生能源。海洋波浪能的收集、转化和应用，如发电等作为一个刚起步的新领域，其技术还不够完善，缺乏能长时间投入实际使用的有效装置，存在着易腐蚀、难维护、对环境波浪条件适应性差、转化效率低等问题。
现有摆板式波浪发电装置的转动机构直接暴露在海水中，易腐蚀，难维护；另一方面，对于固定安装在海底的摆板装置，其对潮位的适应性差，而对于漂浮式摆板装置，其虽能适应潮位的变化，但整体上随波逐流，摆板产生的相对运动较固定式小，发电效率相对低；再一方面，目前摆板发电装置多采用液压或气压传动等中间环节，能量转化损耗大。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置，采用密闭型主体，使转动机构密封于主体内，不与海水接触，耐腐蚀，易维护；通过电动绞车根据潮位高低自动收放锚索，使其具备漂浮式的优点，能适应潮位的变化；再一方面，通过自动收放锚索，使锚索始终处于张紧状态，利用张紧状态下的锚索产生的拉力与主体的剩余浮力相平衡，从而限制主体部分在波浪中的垂向运动，主体部分有类似于固定安装在海底的特性，因此整个装置具备固定安装式的优点，较传统漂浮式，其摆板相对运动更大，发电效率更好；采用摇臂直接驱动发电机发电，省去中间环节，转化效率也更高。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置，包括：密封主体、摆板、摆架、锚索和沉块；
所述摆板与摆架固定连接，所述摆架与密闭主体活动连接，所述密闭主体与锚索的一端连接，所述锚索的另一端与沉块连接，所述沉块锚固在海底；
所述摆架设有长摆杆和短摆杆，所述长摆杆和短摆杆均设有球节点，所述长摆杆一端与摆板固定连接，所述短摆杆一端与摆板固定连接，所述短摆杆另一端与密闭主体活动连接，所述球节点与密封主体活动连接；
所述密封主体内设有发电装置，所述发电装置包括摇臂、单向离合器、转轴、发电机和惯性轮；
所述转轴一端与发电机驱动轴连接，所述转轴另一端与惯性轮连接，所述摇臂一端与所述长摆杆另一端活动连接，所述摇臂另一端与单向离合器连接，所述单向离合器与转轴连接，摇臂摇摆时，通过单向离合器带动转轴朝单一方向转动，带动发电机单向转动发电。
作为优选的技术方案，还设有横杆，所述横杆两端分别与长摆杆和短摆杆固定连接。
作为优选的技术方案，所述球节点连接有横轴，横轴两端连接有轴承，对应的轴承座固定在密闭主体的内壁，所述长摆杆和短摆杆分别与两个球节点固定连接。
作为优选的技术方案，所述长摆杆另一端的末端设有条形槽，所述条形槽末端设有销，所述摇臂开有长条孔，长摆杆条形槽末端的销穿过长条孔，用于实现摇臂与长摆杆的活动连接。
作为优选的技术方案，所述密封主体与长摆杆和短摆杆连接处的壳壁设有凸台和管环，凸台与球节点接触处嵌套安装有密封垫圈；
还设有波纹软管，所述波纹软管一端箍紧于管环上，另一端箍紧于长摆杆或短摆杆上。
作为优选的技术方案，所述密闭主体内设有锚索收放装置，所述锚索收放装置包括电动绞车、钢缆、滑轮和压力传感器；
所述钢缆一端与电动绞车连接，所述钢缆另一端与所述沉块连接，所述滑轮固定在密封主体的顶部，所述钢缆在滑轮上滑动；
所述压力传感器用于检测当前的水压，所述电动绞车用于根据当前的水压收放钢缆，使钢缆处于张紧状态。
作为优选的技术方案，所述密封主体内还设置有隔水管、导缆管、波纹软管和底部挂钩塞；
所述导缆管设于密封主体底部，所述钢缆从导缆管穿出，
所述导缆管一端与隔水管密封连接，所述导缆管另一端与波纹软管一端密封连接，所述波纹软管另一端与挂钩塞箍紧形成封闭空间，所述挂钩塞与沉块连接，所述隔水管套设在处于密封主体内的钢缆上。
作为优选的技术方案，所述密封主体内还设有立管，立管顶端用于固定安装滑轮，立管通道用作钢缆滑动通道。
作为优选的技术方案，所述密封主体内还安装有蓄电池组，用于存储发电装置的电能。
作为优选的技术方案，所述摆板数量设置为四个，轴对称地布置在密闭主体四周。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明采用密闭型主体，通过波纹软管及球节点密闭等保护措施使转动机构密封于主体内，避免与海水接触，耐腐蚀，易维护。
(2)本发明通过电动绞车自动收放锚索，使其具备漂浮式发电装置的优点，能自动适应潮位的变化；同时使锚索始终处于张紧状态，从而限制主体部分的垂向运动，使其具备固定安装式发电装置的优点，摆板相对运动大，发电效率好。
(3)本发明通过摆板带动摇臂直接驱动发电机发电，相对于液压或气压发电装置中间环节更少，转化效率更高。
(4)本发明通过摆杆和摇臂传动，并利用两者的臂长差异来实现传动比的匹配，结构简单可靠，较常规齿轮传动配合精度要求低、抗震耐冲击、易维护。
附图说明
图1为本发明密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置立体示意图；
图2为本发明密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置主视示意图；
图3为本发明密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置俯视示意图；
图4为图2沿A-A处剖切掉上部后的立体示意图；
图5为图2中A-A向剖视示意图；
图6为图5中C处(摆杆铰接处剖视)放大示意图；
图7为本实施例其中一组摆板发电装置平面结构示意图；
图8为图7中的摆板和摆架结构立体示意图；
图9为图7中的发电装置结构立体示意图；
图10为图3中B-B向剖视示意图；
图11为图10中D处放大示意图。
图中所示为：1-密闭主体；2-摆板；3-摆架；4-锚索；5-沉块；6-长摆杆；7-短摆杆；8-横杆；9-横轴；10-球节点；11-条形槽；12-销；13-发电舱；14-蓄电舱；15-锚索舱；16-摇臂；17-单向离合器；18-转轴；19-发电机；20-惯性轮；21-轴承座；22-长条孔；23-轴承；24-凸台；25-管环；26-密封垫圈；27-锥形波纹软管；28-喉箍；29-蓄电池组；30-电动绞车；31-钢缆；32-滑轮；33-隔水管；34-导缆管；35-波纹软管；36-底部挂钩塞；37-压力传感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
如图1至图3所示，一种密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置，包括密闭主体1、摆板2、摆架3、锚索4和沉块5；
摆板2的数量设置为四块，轴对称地布置在密闭主体1四周，摆板2与摆架3固连，摆架3与密闭主体1铰接，密闭主体1下部安装有锚索4，锚索4末端连接沉块5，通过沉块5锚固于海底。
如图4至图8所示，摆架3包括：长摆杆6、短摆杆7和横杆8，横杆8两端分别与长摆杆6和短摆杆7连接起加固作用，长摆杆6和短摆杆7都安装有横轴9，并通过球节点10刚固连接，长摆杆6和短摆杆7通过横轴9与密闭主体1的壳体铰接，长摆杆6朝主体内部一端开有条形槽11，条形槽末端安装有销12，以便于和主体内部发电装置连接。
如图4至图10所示，密闭主体内部由上而下分为相互独立密闭的发电舱13、蓄电舱14和锚索舱15。发电舱13内轴对称布置有四组发电装置，每组发电装置包括摇臂16、单向离合器17、转轴18、发电机19、惯性轮20、轴承座21。摇臂16通过单向离合器17与转轴18连接，转轴18再和发电机19、惯性轮20、轴承座21连接。当摇臂16向下摇动时，单向离合器17合紧传动，从而带动转轴18旋转；当摇臂16向上摇动时，单向离合器17脱离不传动。所以当摇臂16反复上下来回摇摆时，利用单向离合器17的单向传动特性可实现转轴18始终朝单一方向转动，从而带动发电机19单向转动发电。惯性轮20的加入，有利于增加发电装置的转动惯量，有利于能量的吸收和动能的临时储存，使发电机旋转更加均匀，发电更加平稳。
如图7、图8和图9所示，摇臂16开有长条孔22，摇臂16可整体插入到长摆杆6的条形槽11中，并通过销12穿过摇臂16的长条孔22，完成摇臂16与长摆杆6的可滑动铰接。当摆板2在波浪中摇摆时，带动摆架3，并利用长摆杆6的销12拨动摇臂16上下往复摇摆，从而最终带动发电机发电。
结合图4至图6所示，主体的壳壁内侧安装有轴承座21，轴承座里安装有轴承23，用于支承横轴9。在摆杆出口处，密封主体壳壁加工有朝里凸起的凸台24和朝外的管环25，凸台24与球节点10接触处嵌套安装有密封垫圈26，使其和球节点10接触紧密，从而产生密封作用，用于密闭主体的第一重密闭保护措施。本实施例的管环25和摆杆间安装有锥形波纹软管27，波纹软管两头分别采用喉箍28箍紧于管环和摆杆外径上。波纹软管不限制摆杆的摆动，用于密闭主体的第二重保护措施。本发明通过以上双重的保护措施使转动机构密封于发电舱内，避免与外界接触，减少了海水浸泡腐蚀，更能适应海洋环境的使用。
如图10所示，蓄电舱14安装有蓄电池组29用于储存所发电能。锚索舱15安装有锚索收放装置，该锚索收放装置由蓄电池组29供电，锚索收放装置组成包括电动绞车30、钢缆31、滑轮32、隔水管33、导缆管34、波纹软管35、底部挂钩塞36和压力传感器37。电动绞车30能根据压力传感器37检测到装置的平均吃水数值(压力)，自动收放钢缆31，以适应潮位的变化。例如，当潮位上涨时，海水慢慢淹没装置的正常吃水线，此时压力传感器检测到海平面的上涨造成的压力变化，锚索收放装置根据所测压力反馈自动释放钢缆，让装置上浮到正常吃水状态；反过来，当退潮时，锚索收放装置自动收短钢缆，使装置拉进水中合适深度，利用装置的剩余浮力与钢缆的拉力相平衡，使钢缆一直处于绷紧状态。本发明绷紧锚缆的摆板装置，相对于传统悬链曲线锚缆装置发电效率更好，因为绷紧的锚缆可限制主体部分的垂向运动，相当于尽量让摆板动，而主体不动，因此摆板相对于主体的运动就大，克服传统漂浮摆板装置整体上的随波逐流，发电效率不高等缺点。
如图10、图11所示，主体下端安装有导缆管34供钢缆31穿出，为了更好地隔离海水，钢缆下端部分套有波纹软管35，上端套有隔水管33，波纹软管两端通过喉箍分别箍紧于导缆管34下端和底部挂钩塞36，隔水管33下端箍紧于导缆管上端。由于波纹软管下部通过底部挂钩塞36塞住箍紧形成封闭空间，海水进不了波纹软管内，对钢缆进行保护的同时，也避免了海水通过波纹软管进入锚索舱内部。由于波纹软管纵向可伸缩，不影响钢缆正常范围内的收放。为了避免波纹软管破裂后海水进入锚索舱内部，本发明采用隔水管33进行第二重措施保护。其原理是，通过滑轮32把钢缆31吊高(远高出水面)，相应套在钢缆上的隔水管33上出口也高于水面，因此尽管波纹软管破损，海水也不易进入锚缆舱内。
结合图1至图3所示，摆板为方形板状，密闭主体上部为正四棱柱，下部为四棱锥，上部还安装有立管以供内部的钢缆31和滑轮32安装，立管上端安装有吊孔供装置起吊用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置，其特征在于，包括：密封主体、摆板、摆架、锚索和沉块；
所述摆板与摆架固定连接，所述摆架与密闭主体活动连接，所述密闭主体与锚索的一端连接，所述锚索的另一端与沉块连接，所述沉块锚固在海底；
所述摆架设有长摆杆和短摆杆，所述长摆杆和短摆杆均设有球节点，所述长摆杆一端与摆板固定连接，所述短摆杆一端与摆板固定连接，所述短摆杆另一端与密闭主体活动连接，所述球节点与密封主体活动连接；
所述密封主体内设有发电装置，所述发电装置包括摇臂、单向离合器、转轴、发电机和惯性轮；
所述转轴一端与发电机驱动轴连接，所述转轴另一端与惯性轮连接，所述摇臂一端与所述长摆杆另一端活动连接，所述摇臂另一端与单向离合器连接，所述单向离合器与转轴连接，摇臂摇摆时，通过单向离合器带动转轴朝单一方向转动，带动发电机单向转动发电。
2.根据权利要求1所述的密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置，其特征在于，还设有横杆，所述横杆两端分别与长摆杆和短摆杆固定连接。
3.根据权利要求1所述的密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置，其特征在于，所述球节点连接有横轴，横轴两端连接有轴承，对应的轴承座固定在密闭主体的内壁，所述长摆杆和短摆杆分别与两个球节点固定连接。
4.根据权利要求1所述的密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置，其特征在于，所述长摆杆另一端的末端设有条形槽，所述条形槽末端设有销，所述摇臂开有长条孔，长摆杆条形槽末端的销穿过长条孔，用于实现摇臂与长摆杆的活动连接。
5.根据权利要求1所述的密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置，其特征在于，所述密封主体与长摆杆和短摆杆连接处的壳壁设有凸台和管环，凸台与球节点接触处嵌套安装有密封垫圈；
还设有波纹软管，所述波纹软管一端箍紧于管环上，另一端箍紧于长摆杆或短摆杆上。
6.根据权利要求1所述的密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置，其特征在于，所述密闭主体内设有锚索收放装置，所述锚索收放装置包括电动绞车、钢缆、滑轮和压力传感器；
所述钢缆一端与电动绞车连接，所述钢缆另一端与所述沉块连接，所述滑轮固定在密封主体的顶部，所述钢缆在滑轮上滑动；
所述压力传感器用于检测当前的水压，所述电动绞车用于根据当前的水压收放钢缆，使钢缆处于张紧状态。
7.根据权利要求6所述的密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置，其特征在于，所述密封主体内还设置有隔水管、导缆管、波纹软管和底部挂钩塞；
所述导缆管设于密封主体底部，所述钢缆从导缆管穿出，
所述导缆管一端与隔水管密封连接，所述导缆管另一端与波纹软管一端密封连接，所述波纹软管另一端与挂钩塞箍紧形成封闭空间，所述挂钩塞与沉块连接，所述隔水管套设在处于密封主体内的钢缆上。
8.根据权利要求1所述的密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置，其特征在于，所述密封主体内还设有立管，立管顶端用于固定安装滑轮，立管通道用作钢缆滑动通道。
9.根据权利要求1所述的密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置，其特征在于，所述密封主体内还安装有蓄电池组，用于存储发电装置的电能。
10.根据权利要求1所述的密闭型自适应潮位摆板波浪发电装置，其特征在于，所述摆板数量设置为四个，轴对称地布置在密闭主体四周。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116201676A (zh) * 2023-04-28 2023-06-02 广州海洋地质调查局三亚南海地质研究所 一种波浪能能量收集与转化装置

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