CN113847187A - 一种利用高压气流传递能量的海洋波浪能发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海洋能源技术领域，具体为一种利用高压气流传递能量的海洋波浪能发电装置，包括发电工作台，所述发电工作台的一端安装有电力储存装置，所述电力储存装置连接有涡轮发电机，所述涡轮发电机安装在发电工作台上，且涡轮发电机的左侧设置有气罐，所述气罐固定安装在发电工作台上，且气罐通过出气管与涡轮发电机相连接，该装置利用海浪的波动力带动活塞往复运动将空气压缩至气体处理装置进行储存，当气体处理装置达到定额压力时通过出气阀释放，利用限压阀和球形阀门控制出气量，从而产生稳定高压气流带动涡轮发电机运转，从而实现稳压发电，提高发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及海洋能源技术领域，具体为一种利用高压气流传递能量的海洋波浪能发电装置。
背景技术
随着传统能源日趋枯竭、环境污染问题恶化，新能源的开发迫在眉睫，而利用环境清洁可再生能源如太阳能、风能以及波浪能发电提供电能，日益受到各界广泛关注。据不完全统计，目前已有28个国家(地区)研究波浪能的开发，从20世纪70年代以来，许多海洋国家积极开展了波浪能开发利用的研究，但却一直未能得到重大突破，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。波浪能分布广泛且储量巨大，可就地取能。本发明通过将波浪的势能转化为动能，带动活塞往复运动产生气体，将气体储存至气体压力罐。通过释放压力罐中的气体，达到持续可控的发电效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用高压气流传递能量的海洋波浪能发电装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
海洋波浪能是一种在风力等作用下产生的，但是其势能和动能的形式在短期内不存在周期性，且两种能量十分不稳定，波浪的运动规律复杂而且无规则，本发明在设计过程中最为关键的是如何实现海洋波浪能的有效储存和稳定释放。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种利用高压气流传递能量的海洋波浪能发电装置，包括发电工作台，所述发电工作台的一端安装有电力储存装置，所述电力储存装置连接有涡轮发电机，所述涡轮发电机安装在发电工作台上，且涡轮发电机的左侧设置有气罐，所述气罐固定安装在发电工作台上，且气罐通过出气管与涡轮发电机相连接，所述发电工作台的另一端开设有齿条槽，所述齿条槽的前端对称焊接固定有两个中轴支架，且齿条槽的两侧焊接固定有两个导向杆，且齿条槽中插接有第一传动装置，所述第一传动装置连接有第二传动装置，所述第二传动装置的末端连接有进气装置。
优选的，所述第一传动装置包括鸭式浮漂和齿条，所述鸭式浮漂上开设有插接槽，所述插接槽的上端口处两侧对称开设有伸缩槽，所述伸缩槽中插接有第一缓冲装置，所述插接槽的槽底对称设置有两个斜面，且插接槽的内部两端开设有移动槽，所述移动槽中插接有第二缓冲装置。
优选的，所述齿条的下半部分不设置齿，且插接在齿条槽中，且齿条上的齿的末端对称固定设置有两个导向块，所述导向块上开设有导向孔，所述导向孔中插接有导向杆，所述齿条的下端固定连接有滑动装置。
优选的，所述第一缓冲装置包括缓冲块、缓冲杆和第一缓冲弹簧，所述缓冲块插接在伸缩槽中，且缓冲块的后端固定设置有缓冲杆，所述缓冲杆上套接有第一缓冲弹簧，且缓冲杆插接在伸缩槽槽底的通孔中，且缓冲杆的端部螺纹连接有螺钉，所述螺钉处于通孔的外端口处，限制缓冲杆与通孔脱离。
优选的，所述第二缓冲装置包括支撑杆和第二缓冲弹簧，所述支撑杆处于插接槽的内部，且支撑杆的两端分别固定设置有圆柱滑块，所述圆柱滑块插接在移动槽中，所述支撑杆上套接有两个第二缓冲弹簧。
优选的，所述滑动装置包括固定块、滚珠和挡板，所述固定块的上端开设有配合槽，所述配合槽与支撑杆相配合，且固定块焊接固定在齿条的下端，所述齿条的下端也开设有配合槽，且两个配合槽形成配合孔，套接在支撑杆上。
优选的，所述固定块的下端开设有球型孔，所述球型孔中插接有滚珠，且球型孔的端口处固定设置有挡板，所述挡板上开设有锥形孔，所述锥形孔中插接有滚珠。
优选的，所述第二传动装置包括有中轴、齿轮和曲柄滑块，所述中轴插接在中轴支架上，且中轴上固定设置有齿轮，所述齿轮与齿条相啮合，所述中轴的两端焊接固定有曲柄滑块，所述曲柄滑块的外端面上铰接有传动杆。
优选的，所述进气装置包括活塞箱、进气管和活塞杆，所述传动杆的另一端与活塞杆铰接在一起，所述活塞杆插接在活塞箱中，所述活塞箱固定安装在发电工作台上，且活塞箱的后端连接有进气管，所述进气管与气罐相连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构设置合理，功能性强，具有以下优点：
1.该装置利用海浪的波动力带动活塞往复运动将空气压缩至气体处理装置进行储存，当气体处理装置达到定额压力时通过出气阀释放，利用限压阀和球形阀门控制出气量，从而产生稳定高压气流带动涡轮发电机运转，从而实现稳压发电，提高发电效率；
2.本发明通过对波浪能发电技术的研究，利用海洋波浪能发电装置，经过一系列的转化，最终转换成电能，并且受海况与气候影响较低，不受地域限制，还可根据用途进行不同的布置，能够满足孤岛勘探、海上作业、海上浮标等多方面的供电用电需求，装置成本低廉，环保高效，遵循可持续发展的原则。虽然大规模波浪能发电的成本还难与常规能源发电竞争，但特殊用途的小功率波浪能发电，已可与柴油发电机组发电竞争，具有较高的市场推广价值和广泛的应用前景。
3.将齿条和鸭式浮漂之间进行活动连接，并且添加有缓冲保护装置可以减小海浪对齿条的作用力，减小了海浪对齿条与鸭式浮漂连接处的作用力，使得整个装置的使用寿命更加长久。
4.本发明利用波浪上下波动产生的高差以及所携带的动能产生电能，实现了能量转换，可以降低煤炭的使用，减少传统能源对空气的污染，为用电设备提供了能量，实现了发电的目的。整个系统的平台固定装置，传动装置，空气压缩装置(活塞)，气体处理装置(气罐)，发电及蓄电装置构造简单，安装较方便，具有较高经济效益和环境效益，适合推广。
附图说明
图1为发电装置的爆炸示意图；
图2为图1中A处的放大示意图；
图3为图1中B处的放大示意图；
图4为鸭式浮漂的结构示意图；
图5为支撑杆的结构示意图。
图中：1、发电工作台；11、中轴支架；12、齿条槽；13、导向杆；14、电力储存装置；2、涡轮发电机；3、气罐；31、出气管；4、活塞箱；41、进气管；42、活塞杆；5、中轴；51、齿轮；52、曲柄滑块；53、传动杆；6、鸭式浮漂；61、插接槽；62、斜面；63、伸缩槽；631、缓冲块；632、缓冲杆；633、第一缓冲弹簧；64、移动槽；7、齿条；71、导向块；8、固定块；81、配合槽；82、滚珠；83、挡板；831、锥形孔；9、支撑杆；91、圆柱滑块；92、第二缓冲弹簧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
请参阅图1至图5，本发明提供一种技术方案：
一种利用高压气流传递能量的海洋波浪能发电装置，包括发电工作台1，发电工作台1的一端安装有电力储存装置14，电力储存装置14连接有涡轮发电机2，涡轮发电机2安装在发电工作台1上，且涡轮发电机2的左侧设置有气罐3，气罐3固定安装在发电工作台1上，且气罐3通过出气管31与涡轮发电机2相连接，且在出气管31上安装有球型阀门和限压阀门，发电工作台1的另一端开设有齿条槽12，齿条槽12的前端对称焊接固定有两个中轴支架11，且齿条槽12的两侧焊接固定有两个导向杆13，且齿条槽12中插接有第一传动装置且第一传动装置包括鸭式浮漂6和齿条7，鸭式浮漂6上开设有插接槽61，插接槽61的上端口处两侧对称开设有伸缩槽63，伸缩槽63中插接有第一缓冲装置且第一缓冲装置包括缓冲块631、缓冲杆632和第一缓冲弹簧633，缓冲块631插接在伸缩槽63中，且缓冲块631的后端焊接固定设置有缓冲杆632，缓冲杆632上套接有第一缓冲弹簧633，且缓冲杆632插接在伸缩槽63槽底的通孔中，且缓冲杆632的端部螺纹连接有螺钉，螺钉处于通孔的外端口处，限制缓冲杆632与通孔脱离。
插接槽61的槽底对称设置有两个斜面62，且插接槽61的内部两端开设有移动槽64，移动槽64中插接有第二缓冲装置且第二缓冲装置包括支撑杆9和第二缓冲弹簧92，支撑杆9处于插接槽61的内部，且支撑杆9的两端分别固定设置有圆柱滑块91，圆柱滑块91插接在移动槽64中，支撑杆9上套接有两个第二缓冲弹簧92。
齿条7的下半部分不设置齿，且插接在齿条槽12中，且齿条7上的齿的末端对称固定设置有两个导向块71，导向块71上开设有导向孔，导向孔中插接有导向杆13，齿条7的下端固定连接有滑动装置且滑动装置包括固定块8、滚珠82和挡板83，固定块8的上端开设有配合槽81，配合槽81与支撑杆9相配合，且固定块8焊接固定在齿条7的下端，齿条7的下端也开设有配合槽81，且两个配合槽81形成配合孔，套接在支撑杆9上，即齿条7的下端与支撑杆9之间滑动连接，且齿条7的两侧与两个缓冲块631紧密贴合，另外第一缓冲弹簧633处于压缩状态。
固定块8的下端开设有球型孔，球型孔中插接有滚珠82，且球型孔的端口处固定设置有挡板83，挡板83上开设有锥形孔831，锥形孔831中插接有滚珠82且滚珠82突出锥形孔831一部分处于挡板83的下端另外锥形孔831直径大的一端与固定块8相焊接另外固定块8的尺寸是大于齿条7的尺寸的，且大于两个缓冲块631之间的最大距离，在安装固定块8的时候从鸭式浮漂6的侧端将其安装在插接槽61中。
第一传动装置连接有第二传动装置，且第二传动装置包括有中轴5、齿轮51和曲柄滑块52，中轴5插接在中轴支架11上，且中轴5上固定设置有齿轮51，齿轮51与齿条7相啮合，中轴5的两端焊接固定有曲柄滑块52，曲柄滑块52的外端面上铰接有传动杆53。
第二传动装置的末端连接有进气装置且进气装置包括活塞箱4、进气管41和活塞杆42，传动杆53的另一端与活塞杆42铰接在一起，活塞杆42插接在活塞箱4中，活塞箱4固定安装在发电工作台1上，且活塞箱4的后端连接有进气管41，进气管41与气罐3相连接。
具体来说，鸭式浮漂6，具体尺寸应根据当地浪高，材料，和需求来确定。其与齿条7的连接处应为垂直连接，齿条7上端应有不规则齿，防止齿条7脱落，其材料应具备防腐蚀，强度高的特点，其长度应该不低于浪高加中轴5高度。齿轮51应与中轴5焊接连接，两侧曲柄滑块52焊接固定在中轴5上，曲柄滑块52的材料应选择重量轻强度大的材料，半径应根据鸭式浮漂6所提供的动能以及活塞需要的力进行计算。传动杆53、活塞箱4、涡轮发电机2、电力储存装置14，具体规格要根据布置区域的情况选定。发电工作台1距离海面距离应视情况而定，最低不得低于浮漂高度加最高浪高，中轴5，具体长度与直径根据需要布置的曲柄滑块52以及活塞箱4来确定。气罐3为气体储存装置，具体规格根据布置区域情况，以及发电需求确定。
工作原理：在波浪作用下，鸭式浮漂6随之上下浮动，浮漂的上下运动被第一传动装置和第二传动装置转化为左右运动，然后使进气装置给气罐3储气，完成对波浪能的吸收和储存。气罐3的气体能量均匀释放，匀速驱动涡轮发电机2，进而获得稳定电能，完成能量的释放和发电过程，装置巧妙地利用气体的可压缩性，采用“机－气－电”三级转化，转动装置传递能量，压缩气体做储能中介，从而将收集到的不稳定的波浪能经过三级转化之后稳定输出。
其布置方式根据需要可以进行变换，在中轴5上多加曲柄滑块52即可增加多组空气压缩装置。多组完整的装置可以进行并接提高其发电量。
其具体的能量吸收率根据不同海域，不同规模分别计算，方法如下：
依据线性波理论，海上单位面积平均波动中能量为
当然，波浪能的功率还与风速、风向、连续吹风的时间和流速等有关，这方面有待通过实验求算。
对波浪进行水平和铅直两个方向分解，可知，铅直方向，波浪使浮体向上或向下运动波高H，由此产生的势能，在不考虑机械损失的情况下可以完全利用。
计算时采用垂直鸭式浮漂6，此时所受浮力最大。设定海水密度为，重力加速度为g，设计浮漂的有效面积为，波浪落差为H。
则起伏系统的总能量为：
能量吸收率是指起伏系统的总能量与波的总能量之比：
具体使用过程：步骤一，当该装置在海上布置完成，放下鸭式浮漂6，波浪的波动使得鸭式浮漂6的上下往复运动。步骤二，鸭式浮漂6的往复运动带动齿条7上下运动，同时齿条7带动齿轮51转动。步骤三，齿轮51的转动，通过与其固定的中轴5，带动曲柄滑块52转动。步骤四，曲柄滑块52的转动，推动传动杆53带动活塞杆42往复运动，活塞箱4产生气体。步骤四，活塞箱4产生的气体通过进气管41进入气罐3中并将其储存。步骤五，当气罐3到达一定压力时出气管31上的球型阀门和限压阀门会打开，均匀释放气体。步骤六，释放的气体推动涡轮发电机2使其转动，从而达到恒定发电，产生的电能流向电力储存装置14进行储存或以作他用，另外在海浪推动鸭式浮漂6上下移动的时候同时会带动鸭式浮漂6进行水平方向上的移动，为了使得齿条7与鸭式浮漂6的连接处受到较小的作用力在鸭式浮漂6上设置有第一缓冲装置和第二缓冲装置可以有效的对齿条7起到缓冲保护的作用，且两个第二缓冲弹簧92分别处于齿条7的两端，这样在受到海浪的作用移动的时候会挤压第二缓冲弹簧92进而使其发生变形对齿条7起到缓冲的作用，另外第一缓冲弹簧633一直处于压缩状态且缓冲块631将齿条7紧紧的夹住，这样在第一缓冲弹簧633的作用下可以对齿条7起到一定的缓冲作用减小了海浪从侧面对齿条7与鸭式浮漂6连接处的作用力，进而使得整个装置的使用寿命得到了提高，且在齿条7下端安装有滚珠82可以随意转动便于鸭式浮漂6与齿条7之间发生相对移动减小摩擦，另外支撑杆9上的圆柱滑块91可以在移动槽64中进行移动。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种利用高压气流传递能量的海洋波浪能发电装置，包括发电工作台(1)，其特征在于：所述发电工作台(1)的一端安装有电力储存装置(14)，所述电力储存装置(14)连接有涡轮发电机(2)，所述涡轮发电机(2)安装在发电工作台(1)上，且涡轮发电机(2)的左侧设置有气罐(3)，所述气罐(3)固定安装在发电工作台(1)上，且气罐(3)通过出气管(31)与涡轮发电机(2)相连接，所述发电工作台(1)的另一端开设有齿条槽(12)，所述齿条槽(12)的前端对称焊接固定有两个中轴支架(11)，且齿条槽(12)的两侧焊接固定有两个导向杆(13)，且齿条槽(12)中插接有第一传动装置，所述第一传动装置连接有第二传动装置，所述第二传动装置的末端连接有进气装置。
2.根据权利要求1所述的一种利用高压气流传递能量的海洋波浪能发电装置，其特征在于：所述第一传动装置包括鸭式浮漂(6)和齿条(7)，所述鸭式浮漂(6)上开设有插接槽(61)，所述插接槽(61)的上端口处两侧对称开设有伸缩槽(63)，所述伸缩槽(63)中插接有第一缓冲装置，所述插接槽(61)的槽底对称设置有两个斜面(62)，且插接槽(61)的内部两端开设有移动槽(64)，所述移动槽(64)中插接有第二缓冲装置。
3.根据权利要求2所述的一种利用高压气流传递能量的海洋波浪能发电装置，其特征在于：所述齿条(7)的下半部分不设置齿，且插接在齿条槽(12)中，且齿条(7)上的齿的末端对称固定设置有两个导向块(71)，所述导向块(71)上开设有导向孔，所述导向孔中插接有导向杆(13)，所述齿条(7)的下端固定连接有滑动装置。
4.根据权利要求2所述的一种利用高压气流传递能量的海洋波浪能发电装置，其特征在于：所述第一缓冲装置包括缓冲块(631)、缓冲杆(632)和第一缓冲弹簧(633)，所述缓冲块(631)插接在伸缩槽(63)中，且缓冲块(631)的后端固定设置有缓冲杆(632)，所述缓冲杆(632)上套接有第一缓冲弹簧(633)，且缓冲杆(632)插接在伸缩槽(63)槽底的通孔中，且缓冲杆(632)的端部螺纹连接有螺钉，所述螺钉处于通孔的外端口处，限制缓冲杆(632)与通孔脱离。
5.根据权利要求2所述的一种利用高压气流传递能量的海洋波浪能发电装置，其特征在于：所述第二缓冲装置包括支撑杆(9)和第二缓冲弹簧(92)，所述支撑杆(9)处于插接槽(61)的内部，且支撑杆(9)的两端分别固定设置有圆柱滑块(91)，所述圆柱滑块(91)插接在移动槽(64)中，所述支撑杆(9)上套接有两个第二缓冲弹簧(92)。
6.根据权利要求3所述的一种利用高压气流传递能量的海洋波浪能发电装置，其特征在于：所述滑动装置包括固定块(8)、滚珠(82)和挡板(83)，所述固定块(8)的上端开设有配合槽(81)，所述配合槽(81)与支撑杆(9)相配合，且固定块(8)焊接固定在齿条(7)的下端，所述齿条(7)的下端也开设有配合槽(81)，且两个配合槽(81)形成配合孔，套接在支撑杆(9)上。
7.根据权利要求6所述的一种利用高压气流传递能量的海洋波浪能发电装置，其特征在于：所述固定块(8)的下端开设有球型孔，所述球型孔中插接有滚珠(82)，且球型孔的端口处固定设置有挡板(83)，所述挡板(83)上开设有锥形孔(831)，所述锥形孔(831)中插接有滚珠(82)。
8.根据权利要求1所述的一种利用高压气流传递能量的海洋波浪能发电装置，其特征在于：所述第二传动装置包括有中轴(5)、齿轮(51)和曲柄滑块(52)，所述中轴(5)插接在中轴支架(11)上，且中轴(5)上固定设置有齿轮(51)，所述齿轮(51)与齿条(7)相啮合，所述中轴(5)的两端焊接固定有曲柄滑块(52)，所述曲柄滑块(52)的外端面上铰接有传动杆(53)。
9.根据权利要求1所述的一种利用高压气流传递能量的海洋波浪能发电装置，其特征在于：所述进气装置包括活塞箱(4)、进气管(41)和活塞杆(42)，所述传动杆(53)的另一端与活塞杆(42)铰接在一起，所述活塞杆(42)插接在活塞箱(4)中，所述活塞箱(4)固定安装在发电工作台(1)上，且活塞箱(4)的后端连接有进气管(41)，所述进气管(41)与气罐(3)相连接。
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