CN113944591A - 一种冲击转子式波浪能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种冲击转子式波浪能发电装置，包括底板、浮筒、传动组件、增速齿轮箱和发电机，在底板下方设有转子，在转子的外缘设有沿底板长度方向延伸的流体上挡板和流体下挡板，流体上、下挡板之间围合形成相贯通的转子容纳腔和海水上升容置空间，流体上挡板底端与流体下挡板间未封闭相接以形成流体进入腔口，转子处在转子容纳腔中；第一传动组件的一端与转子传动连接、另一端与增速齿轮箱的低速输入端传动连接，第二传动组件的一端与增速齿轮箱的高速输出端传动连接、另一端与发电机传动连接。该装置可充分利用海洋中的波浪能，将上下起伏的波浪中蕴藏的能量充分转化为电能，为海上平台补充辅助电力，增加海上清洁能源的利用率。

Description

一种冲击转子式波浪能发电装置
技术领域
本发明属于波浪能发电技术领域，具体涉及一种冲击转子式波浪能发电装置。
背景技术
海上平台是建立在海洋中用于海洋研究的海洋公共服务设施，我国目前最新的海洋平台集多为态势感知与综合服务于一体，配备无人值守全天候信息网络节点系统，海洋平台可作为5G或短波通讯站、海啸预警设施、辅助导航服务系统，用于军用领域还可对海上目标不断监视，对我国南沙、西沙岛礁建设有着重要贡献。
海洋中蕴藏着巨大的能量，其中，波浪能具备能量密度高、储量巨大和分布广泛的优势，作为一种取之不尽的清洁能源是未来海洋能利用的主要方向，实际情况下，可通过波浪能发电装置将波浪能转换为某个载体的机械能，再将得到的能量转换成旋转机械能，最终利用发电机将旋转机械的机械能转换成电能作为海上平台的补充电源，利用海洋能发电进行能源供给相比于现有技术中常见的太阳能供电装置而言，可减少太阳能电池板的使用和占地面积。
目前，海洋波浪能发电技术已经取得了长足进步，波浪能转换装置的能量转换效率已经得到了稳定的提升，如中国专利CN 104481788 A公开的一种双向双流道双转子海浪冲击发电装置，其充分利用了海浪的往复流动特性，在海浪的来、去过程中都可以发电，大大提高了能量转换效率。但是该装置在实际投入使用时存在以下几点缺陷：
1.该装置中为适应海浪运动方向在每一层海水引导槽中均设置了四个翻板阀，翻板阀均通过弹簧复位铰接轴与海水引导槽的侧壁连接，在海水流动过程中，相应一侧的翻板阀受冲击打开，另一侧的处于关闭状态，进而使海水进入引导槽内部冲击叶轮旋转进行发电，由于翻板阀不停地打开和闭合，且其是通过铰接轴与引导槽连接的，所以损毁率极高，在使用过程中也容易松动影响使用效果，该装置的整体使用寿命不长；
2.该装置主要是利用了海浪的往复流动特性进行发电，而不能有效利用水位高度差，但是在实际情况下，波浪是一直断续处在上升和下降过程中的，如能有效利用波浪冲击产生的动能和其回退时的势能进行发电操作将为海上平台的电能补充提供新的思路。
因此，有必要针对现有的波浪能发电装置做出进一步合理地改进，增加海上能源的利用率，提高我国的电力供给能力，为中国的可持续长足发展提供有效助力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冲击转子式波浪能发电装置，其可充分利用海洋中的波浪能，将上下起伏的波浪中蕴藏的能量充分转化为电能，为海上平台补充辅助电力，增加海上清洁能源的利用率。
本发明的技术方案为：一种冲击转子式波浪能发电装置，包括底板、浮筒、传动组件、增速齿轮箱和发电机，底板的底部四角位置分别设有一个浮筒，浮筒上设有牵引绳；在底板下方设有转子，转子的两端分别与一个转子固定柱活动连接，转子固定柱固定在底板底部，在转子的外缘设有沿底板长度方向延伸的流体上挡板和流体下挡板，流体上、下挡板之间围合形成相贯通的转子容纳腔和海水上升容置空间，流体上挡板底端与流体下挡板间未封闭相接以形成流体进入腔口，转子处在与其形状适配的转子容纳腔中；传动组件包括第一传动组件和第二传动组件，第一传动组件的一端与转子传动连接、另一端与增速齿轮箱的低速输入端传动连接，第二传动组件的一端与增速齿轮箱的高速输出端传动连接、另一端与发电机传动连接。
进一步地，第一传动组件包括第一带轮和第二带轮，第一带轮同轴固定连接在转子的前端，第一带轮可转动地连接在相应一侧的转子固定柱上，第二带轮设在底板的上方，第一带轮与第二带轮间通过皮带传动连接。
进一步地，第二传动组件包括第三带轮和第四带轮，第四带轮同轴连接在发电机的电机轴端部，第三带轮同轴连接在增速齿轮箱的高速输出轴端部，第三带轮和第四带轮通过皮带传动连接。
进一步地，转子固定柱呈L型，由横杆和纵杆一体拼接成型，转子的两端可转动地同轴连接在相应一侧的横杆上，纵杆的顶端与底板的底面固定连接，第一带轮通过轴承可转动地同轴连接在相应一侧的横杆上，其可随转子同步旋转。
进一步地，流体上挡板和流体下挡板均为不规则板体，流体上挡板包括顺次连接的第一弧面板、第二弧面板和第三弧面板，第一弧面板和第三弧面板的顶部与底板的底面固定连接；流体下挡板包括顺次连接的第四弧面板、第五弧面板和第六弧面板，第四弧面板的顶部与底板的底面固定连接，第二弧面板和第五弧面板围合形成转子容纳腔，第一弧面板和第四弧面板围合形成海水上升容置空间，第四弧面板的底端位于转子的中轴线左侧，海水上升容置空间呈现出向转子的左半部倾斜的趋势，第三弧面板向转子方向倾斜。
进一步地，第一弧面板、第二弧面板和第三弧面板可以是三块独立的板体，通过将三者顺次焊接固定来最终形成流体上挡板，或者可以采用一体注塑成型的方式构成流体上挡板；流体下挡板可以是由彼此独立的第四弧面板、第五弧面板和第六弧面板顺次焊接固定成型，也可以采用一体注塑成型的方式制成。
进一步地，增速齿轮箱中设有四级传动机构、侧板固定板和连接侧板，四级传动机构活动连接在连接侧板上，侧板固定板与底板固定连接，连接侧板与侧板固定板间通过螺栓螺母组件连接固定。
进一步地，四级传动机构由八个直齿轮组成，其中，第一直齿轮与第二带轮同轴固定连接在第一连接轴上，第二直齿轮与第三直齿轮同轴固定连接在第二连接轴上，第四直齿轮与第五直齿轮同轴固定连接在第三连接轴上，第六直齿轮与第七直齿轮同轴固定连接在第四连接轴上，第八直齿轮与第三带轮同轴固定连接在第五连接轴上，第一、二、三、四、五连接轴均通过轴承与连接侧板可转动相接，第一直齿轮与第三直齿轮相啮合，第二直齿轮与第四直齿轮相啮合，第五直齿轮与第七直齿轮相啮合，第六直齿轮与第八直齿轮相啮合。
进一步地，转子内部空心，在转子的两侧分别以一个轮毂支撑，轮毂通过轴承可转动的连接在横杆上。
进一步地，增速齿轮箱、发电机和第二传动组件均被罩设在一个防水外壳中。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1.本申请中设计的流体上挡板和流体下挡板的形貌合理，既围合形成了容转子活动的转子容纳腔，还围合形成了供海水上升时平衡波浪能的海水上升容置空间，进而使得该装置不仅能利用上升状态的波浪提供供转子旋转的动力，还能充分利用下降状态的波浪的势能使转子持续保持旋转以供发电的状态，相比于现有技术中的波浪能发电装置而言，该装置的电力转化效率更高，增加了海上清洁能源的利用率，可高效地为海上平台补充辅助电力，进而可减少太阳能电池板的使用，增加海上平台的空间利用率；
2.由于第三弧面板向转子方向倾斜，所以其与第六弧面板之间的夹角逐步缩小，形成了渐缩型的进水结构，该设计可使得进入转子容纳腔中冲击转子的波浪在进入之前获得提速以形成高速水流，进入转子容纳腔冲击转子的水流的动力会更强，转换为机械能的效果即可得到明显提升；
3.本申请利用齿轮增速装置，可将低效率的波浪能转化为高速的旋转动力带动发电机发电，同时在进行增速装置的安装时主要采用的是结构简单的螺栓和螺母组件，方便拆卸更换；
4.本申请中采用的流体上挡板和流体下挡板作为直面海浪冲击的主要结构，均为不可活动的固定件，在使用过程中既不会产生明显的形变以影响使用，同时损毁率也很低，可有效延长设备的整体使用寿命。
附图说明
图1是一种冲击转子式波浪能发电装置的主视示意图；
图2是一种冲击转子式波浪能发电装置在去掉防水外壳和侧封板后的主视示意图；
图3是一种冲击转子式波浪能发电装置在去掉防水外壳和侧封板后的俯视示意图；
图4是一种冲击转子式波浪能发电装置在去掉防水外壳和侧封板后的左视示意图；
图5是一种冲击转子式波浪能发电装置的底板下方结构中去掉第一带轮和和侧封板后的波浪进入转子容纳腔时的示意图；
图6是增速齿轮箱中四级传动机构的结构示意图；
其中，1-底板，2-浮筒，3-转子，4-第一带轮，5-第二带轮，6-增速齿轮箱，7-第三带轮，8-第四带轮，9-发电机，10-防水外壳；
21-牵引绳；
31-转子固定柱，32-流体上挡板，33-流体下挡板，34-流体进入腔口，35-转子容纳腔，36-海水上升容置空间，37-轮毂，38-侧封板；
311-横杆，312-纵杆；
321-第一弧面板，322-第二弧面板，323-第三弧面板；
331-第四弧面板，332-第五弧面板，333-第六弧面板；
61-四级传动机构，62-侧板固定板，63-连接侧板；
611-第一直齿轮，612-第二直齿轮，613-第三直齿轮，614-第四直齿轮，615-第五直齿轮，616-第六直齿轮，617-第七直齿轮，618-第八直齿轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例一
为了能更为充分高效地利用波浪能进行海上发电作业，本实施例中公开一种冲击转子式波浪能发电装置，包括底板1、浮筒2、转子3、第一带轮4、第二带轮5、增速齿轮箱6、第三带轮7、第四带轮8和发电机9；
在底板1的底部四角位置分别设有一个浮筒2，浮筒2上设有牵引绳21用于将发电装置固定在海面上；
转子3设在底板1下方，在转子3的前、后端分别设有一个转子固定柱31，转子固定柱31呈L型，由横杆311和纵杆312一体拼接成型，转子3的两端可转动地同轴连接在相应一侧的横杆311上，纵杆312的顶端与底板1的底面固定连接，在转子3的外缘设有沿底板1长度方向延伸的流体上挡板32和流体下挡板33，流体上挡板32底端与流体下挡板33之间形成流体进入腔口34，流体上挡板32与流体下挡板33围合形成相贯通的转子容纳腔35和海水上升容置空间36，转子3处在与其形状适配的转子容纳腔35中，在转子3的前端同轴固定连接有第一带轮4，第一带轮4通过轴承可转动地同轴连接在横杆311上，第二带轮5设在底板1的上方，第一带轮4与第二带轮5间通过皮带传动连接，第二带轮5与增速齿轮箱6的一端传动连接，增速齿轮箱6的另一端与第三带轮7传动连接，第四带轮8同轴连接在发电机9的电机轴端部，第三带轮7和第四带轮8通过皮带传动连接。
流体上挡板32和流体下挡板33均为不规则板体，流体上挡板32包括顺次连接的第一弧面板321、第二弧面板322和第三弧面板323，第一弧面板321和第三弧面板323的顶部与底板1的底面固定连接；流体下挡板33包括顺次连接的第四弧面板331、第五弧面板332和第六弧面板333，第四弧面板331的顶部与底板1的底面固定连接，第二弧面板322和第五弧面板332围合形成转子容纳腔35，第一弧面板321和第四弧面板331围合形成海水上升容置空间36用于平衡波浪能，第四弧面板331的底端位于转子3的中轴线左侧，海水上升容置空间36呈现出向转子3的左半部倾斜的趋势，该设计便于波浪回退、海水上升容置空间36中的水位下降时，其间储纳的海水的势能依旧能提供带动转子3进行逆时针方向转动的动力，配合转子3之前本身进行逆时针方向运动的惯性趋势，可使得机械能转化效果更佳，波浪能利用更为彻底；第三弧面板323向转子3方向倾斜使得其与第六弧面板333之间的夹角逐步缩小，该设计可使得进入转子容纳腔35中冲击转子3的波浪在进入之前速度变快，经渐缩格挡后形成高速水流，使得冲击转子3的动力更强，转换为机械能的效果即可得到明显提升。
流体上挡板32和流体下挡板33的前后侧面以侧封板38密封，在前侧的侧封板38上设有供转子3与位于侧封板38外侧的第一带轮4进行连接的穿孔。
第一弧面板321、第二弧面板322和第三弧面板323可以是顺次焊接固定以形成流体上挡板32，也可以是一体注塑成型构成流体上挡板32；流体下挡板33的形成类似流体上挡板32，即其可以是由第四弧面板331、第五弧面板332和第六弧面板333顺次焊接固定成型，也可以是一体注塑成型。
增速齿轮箱6中设有四级传动机构61、侧板固定板62和连接侧板63，四级传动机构61连接在连接侧板63上，侧板固定板62与底板1固定连接，连接侧板63与侧板固定板62间通过螺栓螺母组件连接固定；四级传动机构61由八个直齿轮组成，其中，第一直齿轮611与第二带轮5同轴固定连接在第一连接轴上，第二直齿轮612与第三直齿轮613同轴固定连接在第二连接轴上，第四直齿轮614与第五直齿轮615同轴固定连接在第三连接轴上，第六直齿轮616与第七直齿轮617同轴固定连接在第四连接轴上，第八直齿轮618与第三带轮7同轴固定连接在第五连接轴上，第一、二、三、四、五连接轴均通过轴承与连接侧板63可转动相接，第一直齿轮611与第三直齿轮613相啮合形成一级传动，第二直齿轮612与第四直齿轮614相啮合形成二级传动，第五直齿轮615与第七直齿轮617相啮合形成三级传动，第六直齿轮616与第八直齿轮618相啮合形成四级传动，经过四级传动作用使得第二带轮5初始传递的齿轮转速得到了四次放大，达到发电机9所需的转速，保证最终的发电效率。
为减轻转子3自身重量，转子3的内部做了空心化处理，在转子3的两侧分别利用轮毂37进行支撑，轮毂37通过轴承可转动的连接在横杆311上。
为提高装置中重要部件的防水效果，在底板1的上方、除了第二带轮5均被罩设在一个防水外壳10中，防水外壳10选择现有的防水效果好的防水材料制成。
该装置的具体工作流程如下：
首先，将波浪能发电装置置于海水中，固定于海上平台的周围，冲击上升状态的波浪经过流体上挡板32和流体下挡板33间渐缩型的围合空间的挤压格挡后流速加快，变成高速水流从流体进入腔口34进入转子容纳腔35冲击转子3使转子3发生逆时针的旋转，进而带动第一带轮4同步逆时针转动，通过皮带的传动作用，第二带轮5也同步转动，由于第二带轮5与增速齿轮箱6传动连接，所以第二带轮5的转动会被传递到增速齿轮箱6中进行转速放大，将低速转动转化为高速转动，之后传递到第三带轮7的转速即处于较高水平，由于第四带轮8与第三带轮7间是利用皮带传动连接的，所以第四带轮8也会同步高速旋转从而带动发电机9的转子轴高速旋转，最终实现高效地电力转化过程。
在上述过程中，在转子容纳腔35中冲击上升的海水会短暂滞留在海水上升容置空间36中用于平衡波浪能，但是波浪本身是有高低起伏的过程的，当波浪下降，海水上升容置空间36中的水位会随之下降，下降的海水会对转子3造成再次冲击，之前海水上升时，转子3是逆时针转动的，海水下降时，转子3在惯性作用下依旧是呈现的逆时针转动的状态，而当下降的海水再次冲击转子3后，转子3在海水冲击和惯性的双重作用下仍能保持较高速度的逆时针转动状态，可起到较好的发电效果，该装置相比于常规波浪能发电装置而言，既能利用上升的波浪实现电力转化过程，在水位下降时还能利用波浪本身的势能进行电力转化，转化利用效率更高；且本装置中直接面对海浪冲击的流体上挡板32和流体下挡板33均是一体化成型的结构，在使用过程中也不会有明显的形变，损毁率很低，可有效延长设备的整体使用寿命。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种冲击转子式波浪能发电装置，包括底板、浮筒、传动组件、增速齿轮箱和发电机，底板的底部四角位置分别设有一个浮筒，浮筒上设有牵引绳；
其特征在于，
在底板下方设有转子，转子的两端分别与一个转子固定柱活动连接，转子固定柱固定在底板底部，在转子的外缘设有沿底板长度方向延伸的流体上挡板和流体下挡板，流体上、下挡板之间围合形成相贯通的转子容纳腔和海水上升容置空间，流体上挡板底端与流体下挡板间未封闭相接以形成流体进入腔口，转子处在与其形状适配的转子容纳腔中；
传动组件包括第一传动组件和第二传动组件，第一传动组件的一端与转子传动连接、另一端与增速齿轮箱的低速输入端传动连接，第二传动组件的一端与增速齿轮箱的高速输出端传动连接、另一端与发电机传动连接。
2.如权利要求1所述的一种冲击转子式波浪能发电装置，其特征在于，第一传动组件包括第一带轮和第二带轮，第一带轮同轴固定连接在转子的前端，第一带轮可转动地连接在相应一侧的转子固定柱上，第二带轮设在底板的上方，第一带轮与第二带轮间通过皮带传动连接。
3.如权利要求2所述的一种冲击转子式波浪能发电装置，其特征在于，第二传动组件包括第三带轮和第四带轮，第四带轮同轴连接在发电机的电机轴端部，第三带轮同轴连接在增速齿轮箱的高速输出轴端部，第三带轮和第四带轮通过皮带传动连接。
4.如权利要求1所述的一种冲击转子式波浪能发电装置，其特征在于，转子固定柱呈L型，由横杆和纵杆一体拼接成型，转子的两端可转动地同轴连接在相应一侧的横杆上，纵杆的顶端与底板的底面固定连接，第一带轮通过轴承可转动地同轴连接在相应一侧的横杆上，其可随转子同步旋转。
5.如权利要求1所述的一种冲击转子式波浪能发电装置，其特征在于，流体上挡板和流体下挡板均为不规则板体，流体上挡板包括顺次连接的第一弧面板、第二弧面板和第三弧面板，第一弧面板和第三弧面板的顶部与底板的底面固定连接；流体下挡板包括顺次连接的第四弧面板、第五弧面板和第六弧面板，第四弧面板的顶部与底板的底面固定连接，第二弧面板和第五弧面板围合形成转子容纳腔，第一弧面板和第四弧面板围合形成海水上升容置空间，第四弧面板的底端位于转子的中轴线左侧，海水上升容置空间呈现出向转子的左半部倾斜的趋势，第三弧面板向转子方向倾斜。
6.如权利要求5所述的一种冲击转子式波浪能发电装置，其特征在于，第一弧面板、第二弧面板和第三弧面板可以是三块独立的板体，通过将三者顺次焊接固定来最终形成流体上挡板，或者可以采用一体注塑成型的方式构成流体上挡板；流体下挡板可以是由彼此独立的第四弧面板、第五弧面板和第六弧面板顺次焊接固定成型，也可以采用一体注塑成型的方式制成。
7.如权利要求3所述的一种冲击转子式波浪能发电装置，其特征在于，增速齿轮箱中设有四级传动机构、侧板固定板和连接侧板，四级传动机构活动连接在连接侧板上，侧板固定板与底板固定连接，连接侧板与侧板固定板间通过螺栓螺母组件连接固定。
8.如权利要求7所述的一种冲击转子式波浪能发电装置，其特征在于，四级传动机构由八个直齿轮组成，其中，第一直齿轮与第二带轮同轴固定连接在第一连接轴上，第二直齿轮与第三直齿轮同轴固定连接在第二连接轴上，第四直齿轮与第五直齿轮同轴固定连接在第三连接轴上，第六直齿轮与第七直齿轮同轴固定连接在第四连接轴上，第八直齿轮与第三带轮同轴固定连接在第五连接轴上，第一、二、三、四、五连接轴均通过轴承与连接侧板可转动相接，第一直齿轮与第三直齿轮相啮合，第二直齿轮与第四直齿轮相啮合，第五直齿轮与第七直齿轮相啮合，第六直齿轮与第八直齿轮相啮合。
9.如权利要求4所述的一种冲击转子式波浪能发电装置，其特征在于，转子内部空心，在转子的两侧分别以一个轮毂支撑，轮毂通过轴承可转动的连接在横杆上。
10.如权利要求1所述的一种冲击转子式波浪能发电装置，其特征在于，增速齿轮箱、发电机和第二传动组件均被罩设在一个防水外壳中。
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