CN112196722B - 一种输入功率可调节的波浪发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输入功率可调节的波浪发电系统，涉及波浪发电的技术领域，包括固定平台、浮子、浮子连接架、发电装置和液压储能装置，固定平台包括支撑柱和工作舱；浮子上设有排水通道，排水通道内设有电磁阀门，浮子上设有波浪检测器；发电装置包括传动杆和发电机，发电机设置在工作舱的外侧壁上，传动杆下端与浮子连接架相连接；液压储能装置包括液压缸和储能器，液压缸和储能器均设置在工作舱的外侧壁上，液压缸的液压杆与传动杆的上端连接，液压缸和储能器之间通过液压油管相连接。本发明的浮子能够浮力主动调节，功率输出平滑，可适应多种海况，排水通道设计可以对整个系统起到保护作用，避免系统在恶劣海况中因受力过大而发生物理损坏。

Description

一种输入功率可调节的波浪发电系统
技术领域
本发明涉及波浪发电储能系统的技术领域，尤其涉及一种输入功率可调节的波浪发电系统。
背景技术
困扰波浪发电发展的一大难题在于波浪的不可预测性，同时，在不同的天气条件和地理位置，波浪的高度会表现出明显的变化，这对波浪发电设备的设计提出了挑战，也对波浪发电设备的生存能力提出了很高的要求。考虑到装置成本，传统的应用大多集中于提取波浪的一部分能量，将有效工作波高限制在很小的范围内，这样确实有利于发电设备的安全运行，但是效率相对较低。
发明内容
针对上述产生的问题，本发明的目的在于提供一种输入功率可调节的波浪发电系统，解决了现有波浪能利用效率低的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种输入功率可调节的波浪发电系统，包括固定平台、浮子、浮子连接架、发电装置和液压储能装置，其中：
所述固定平台包括支撑柱和工作舱，所述支撑柱的下端固定于海床上，所述支撑柱的上端延伸至海面以上，所述工作舱设置在所述支撑柱的上端；
所述浮子上均匀设置有若干排水通道，若干排水通道均自所述浮子的上端面贯穿至下端面，若干所述排水通道内均设置有电磁阀门，所述浮子的外侧壁上设置有波浪检测器，所述波浪检测器与若干所述电磁阀门均电性连接；
所述浮子连接架的一端与所述浮子铰接，所述浮子连接架的另一端与所述工作舱的外侧壁铰接，所述浮子漂浮于海面上，将波浪能转换为在上下运动的机械能，然后传递至所述浮子连接架；
所述发电装置包括传动杆和发电机，所述发电机设置在所述工作舱的外侧壁上，所述发电机与所述工作舱的外侧壁可转动连接，所述传动杆的下端与所述浮子连接架相连接，所述浮子连接架通过所述传动杆将所述机械能传递至所述发电机，所述发电机用于将机械能转换为电能；
所述液压储能装置包括液压缸和储能器，所述液压缸和所述储能器均设置在所述工作舱的外侧壁上，所述液压缸与所述工作舱的外侧壁可转动连接，所述液压缸的液压杆与所述传动杆的上端连接，所述液压缸和所述储能器之间通过液压油管相连接。
上述的一种输入功率可调节的波浪发电系统，其中，所述浮子连接架包括两连杆、第一横杆和第二横杆，两所述连杆的一端均与所述浮子连接，两所述连杆的另一端分别与所述第一横杆的两端连接，两所述连杆和所述第一横杆呈三角形排布，所述第二横杆的两端分别于两所述连杆的中部连接，所述传动杆的下端与所述第二横杆连接，所述工作舱上固定有两耳板，所述第一横杆贯穿两所述耳板，所述第二横杆与两所述耳板均可转动连接。
上述的一种输入功率可调节的波浪发电系统，其中，所述发电机为磁力丝杆发电机，包括转子和定子，所述转子位于所述定子内，所述传动杆插设所述转子内，所述定子、所述转子和所述传动杆三者同轴安装，且彼此之间留有气隙，所述传动杆的外表面安装有传动杆磁铁，所述转子内表面安装转子内磁铁，所述传动杆磁铁和所述转子内磁铁通过磁场耦合，所述转子的外表面安装转子外磁铁，所述定子内表面嵌放绕组。
上述的一种输入功率可调节的波浪发电系统，其中，所述传动杆和所述液压缸的液压杆同轴安装。
上述的一种输入功率可调节的波浪发电系统，其中，所述工作舱位为圆柱体中空结构。
本发明由于采用上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：
1、本发明的一种输入功率可调节的波浪发电系统，浮子具有对浮力主动调节、功率输出平滑、可适应多种海况的优点。
2、本发明的浮子的排水通道设计提供了更多的波浪力采集控制余量，同时也可以对整个系统起到保护作用，避免系统在恶劣海况中因受力过大而发生物理损坏，安全稳定，提高整个系统的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的输入功率可调节的波浪发电系统的结构示意图。
图2是本发明的发电装置的示意图。
图3是本发明的浮子的剖面图。
附图标记：1、支撑柱；2、工作舱；3、浮子；31、排水通道；32、电磁阀门；33、波浪检测器；4、浮子连接架；41、连杆；42、第一横杆；43、第二横杆；44、耳板；5、传动杆；51、传动杆磁铁；6、转子；61、转子内磁铁；62、转子外磁铁；7、定子；8、液压缸；9、液压油管；10、储能器。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图和具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要指出的是，本文提及的方位词“上”和“下”、“内”和“外”是以本发明的附图中零部件的相对位置为基准定义的，只是为了描述技术方案的清楚及方便，应当理解，此方位词的应用对本申请的保护范围不构成限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明 中的具体含义。
请参阅图1、图2和图3所示，图1是本发明的输入功率可调节的波浪发电系统的结构示意图；图2是本发明的发电装置的示意图；图3是本发明的浮子的剖面图。
本发明实施例提供的一种输入功率可调节的波浪发电系统，包括固定平台、浮子3、浮子连接架4、发电装置和液压储能装置。
其中，固定平台包括支撑柱1和工作舱2，支撑柱1的下端固定于海床上，支撑柱1的上端延伸至海面以上，工作舱2设置在所述支撑柱1的上端，支撑柱1起到对工作舱2的支撑作用，工作舱2为圆柱体中空结构。
浮子3为中空且密封的装置，浮子3上均匀设置有若干排水通道31，若干排水通道31均自浮子3的上端面贯穿至下端面，若干排水通道31内均设置有可控制的电磁阀门32，浮子3的外侧壁上设置有波浪检测器33，波浪检测器33与若干电磁阀门32均电性连接，波浪检测器33能够控制电磁阀门 32的打开或关闭，波浪检测器33用于检测波浪高度、冲击力等参数，经过信号处理、逻辑判断程序，向若干电磁阀门32发出控制信号，控制电磁阀门 32的开闭，当电磁阀门32打开时，一部分海水可以从排水通道31中流过而不对浮子3产生浮力，当电磁阀门32关闭时，海水不能从排水通道31中流过，浮子3受到的浮力会增加，通过电磁阀门32对浮子3的排水通道31进行控制，可以避免波浪能太大时，损坏整个波浪发电系统。
浮子连接架4的一端与浮子3铰接，浮子连接架4的另一端与工作舱2 的外侧壁铰接，浮子连接架4的两端具有一定的运动自由度，浮子3漂浮于海面上，将波浪能转换为在上下运动的机械能，然后传递至浮子连接架4，浮子3带动浮子连接架4的一端同步上下运动，浮子连接架4的另一端绕着工作舱2转动。
发电装置包括传动杆5和发电机，发电机设置在工作舱2的外侧壁上，发电机与工作舱2的外侧壁可转动连接，传动杆5的下端与浮子连接架4相连接，浮子连接架4通过传动杆5将机械能传递至发电机，发电机用于将机械能转换为电能。
液压储能装置包括液压缸8和储能器10，液压缸8和储能器10均设置在工作舱2的外侧壁上，液压缸8与工作舱2的外侧壁可转动连接，液压缸 8的液压杆与传动杆5的上端连接，传动杆5和液压缸8的液压杆同轴安装，液压缸8和储能器10之间通过液压油管9相连接，从传动杆5传递的能量并不能完全被发电机吸收转换，因此另一部分未被利用的能量通过液压缸8吸收，以液压能的形式存储在储能器10内，这部分能量会随着波浪周期不断地存入储能器10内和从储能器10释放，其具体过程为：当波浪的波峰到来时，浮子3向上运动，通过浮子连接架4带动传动杆5向上运动，液压缸8的液压杆吸收来自传动杆5的推力，并将该推力转化为压力能，存储在储能器10 中；当波浪的波谷到来时，传动杆5向下运动，储能器10通过液压缸8将能量释放给传动杆5，释放的能量最终通过发电装置转化为电能。
进一步地，浮子连接架4包括两连杆41、第一横杆42和第二横杆43，两连杆41的一端均与浮子3连接，两连杆41的另一端分别与第一横杆42 的两端连接，两连杆41和第一横杆42呈三角形排布，第二横杆43的两端分别与两连杆41的中部连接，传动杆5的下端与第二横杆43连接，工作舱2 上固定有两耳板44，第一横杆42贯穿两耳板44，第二横杆43与两耳板44 均可转动连接。
在本实施例中，发电机为磁力丝杆发电机，包括转子6和定子7，转子6 位于定子7内，传动杆5插设转子6内，定子7、转子6和传动杆5三者同轴安装，且彼此之间留有气隙，传动杆5的外表面安装有传动杆磁铁51，转子6内表面安装转子内磁铁61，传动杆磁铁51是双螺旋的，第一螺旋外表面为N极，第二螺旋外表面为S极；转子内磁铁61是双螺旋的，第一螺旋内表面为S极，第二螺旋内表面为N极，传动杆磁铁51和转子内磁铁61在传动杆5和转子6内的气隙产生磁场，传动杆5和转子6通过磁场耦合，当传动杆5做直线运动时，转子6在磁场的作用下旋转，转子6的外表面沿其圆周方向安装N-S交替的转子外磁铁62，转子外磁铁62为瓦片状磁铁，定子7内表面嵌放绕组，转子6外磁场切割定子7绕组，在定子7绕组中感应出电势，即发出电能，实现了波浪能-机械能-电能的转换。
在具体实施应用中，可根据工程实际设置单个固定平台搭配多个浮子3 工作，也可以多个固定平台与多个浮子3阵列组网工作。
除此之外，在其他的实施方式中，发电机还可以为传统的旋转电机和直线发电机，传动杆5沿其轴向设置有齿，发电机的轴上安装齿轮，传动杆5 垂直于发电机的轴，当传动杆5在浮子3的推动下运动时，由于齿和齿轮啮合，发电机将旋转发出电能，实现波浪能-机械能-电能的转换。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此本发明将不会限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种输入功率可调节的波浪发电系统，其特征在于，包括固定平台、浮子(3)、浮子(3)连接架、发电装置和液压储能装置，其中：
所述固定平台包括支撑柱(1)和工作舱(2)，所述支撑柱(1)的下端固定于海床上，所述支撑柱(1)的上端延伸至海面以上，所述工作舱(2)设置在所述支撑柱(1)的上端；
所述浮子(3)上均匀设置有若干排水通道(31)，若干排水通道(31)均自所述浮子(3)的上端面贯穿至下端面，若干所述排水通道(31)内均设置有电磁阀门(32)，所述浮子(3)的外侧壁上设置有波浪检测器(33)，所述波浪检测器(33)与若干所述电磁阀门(32)均电性连接；
浮子连接架(4)的一端与所述浮子(3)铰接，浮子连接架(4)的另一端与所述工作舱(2)的外侧壁铰接，所述浮子(3)漂浮于海面上，将波浪能转换为在上下运动的机械能，然后传递至浮子连接架(4)；
所述发电装置包括传动杆(5)和发电机，所述发电机设置在所述工作舱(2)的外侧壁上，所述发电机与所述工作舱(2)的外侧壁可转动连接，所述传动杆(5)的下端与浮子连接架(4)相连接，浮子连接架(4)通过所述传动杆(5)将所述机械能传递至所述发电机，所述发电机用于将机械能转换为电能；
所述液压储能装置包括液压缸(8)和储能器(10)，所述液压缸(8)和所述储能器(10)均设置在所述工作舱(2)的外侧壁上，所述液压缸(8)与所述工作舱(2)的外侧壁可转动连接，所述液压缸(8)的液压杆与所述传动杆(5)的上端连接，所述液压缸(8)和所述储能器(10)之间通过液压油管(9)相连接；
其中，波浪发电系统的发电步骤如下：
当波浪的波峰到来时，浮子向上运动，通过浮子连接架带动传动杆向上运动，液压缸的液压杆吸收来自传动杆的推力，并将该推力转化为压力能，存储在储能器中；当波浪的波谷到来时，传动杆向下运动，储能器通过液压缸将能量释放给传动杆，释放的能量最终通过发电装置转化为电能。
2.根据权利要求1所述的输入功率可调节的波浪发电系统，其特征在于，浮子连接架(4)包括两连杆(41)、第一横杆(42)和第二横杆(43)，两所述连杆(41)的一端均与所述浮子(3)连接，两所述连杆(41)的另一端分别与所述第一横杆(42)的两端连接，两所述连杆(41)和所述第一横杆(42)呈三角形排布，所述第二横杆(43)的两端分别与两所述连杆(41)的中部连接，所述传动杆(5)的下端与所述第二横杆(43)连接，所述工作舱(2)上固定有两耳板(44)，所述第一横杆(42)贯穿两所述耳板(44)。
3.根据权利要求1所述的输入功率可调节的波浪发电系统，其特征在于，所述发电机为磁力丝杆发电机，包括转子(6)和定子(7)，所述转子(6)位于所述定子(7)内，所述传动杆(5)插设所述转子(6)内，所述定子(7)、所述转子(6)和所述传动杆(5)三者同轴安装，且彼此之间留有气隙，所述传动杆(5)的外表面安装有传动杆磁铁(51)，所述转子(6)内表面安装转子内磁铁(61)，所述传动杆磁铁(51)和所述转子内磁铁(61)通过磁场耦合，所述转子(6)的外表面安装转子外磁铁(62)，所述定子(7)内表面嵌放绕组。
4.根据权利要求1所述的输入功率可调节的波浪发电系统，其特征在于，所述传动杆(5)和所述液压缸(8)的液压杆同轴安装。
5.根据权利要求1所述的输入功率可调节的波浪发电系统，其特征在于，所述工作舱(2)为圆柱体中空结构。
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