CN114087115A - 一种多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置及其使用方法，属于新能源波浪能利用设备技术领域。装置，包括浮子、液压转换器、载体主体、发电装置和蓄电池，其中，载体主体周向上均布设置有导轨组，导轨组包括并列设置的2个导轨，导轨组之间滑动连接有浮子，浮子通过浮子连杆连接有液压转换器，液压转换器将波浪能转换为液压能，载体主体内设置有发电装置和蓄电池，液压转换器连接有发电装置，发电装置连接有蓄电池。本发明利用全周向均匀分布的浮子的上下垂荡运动吸收波浪能，实现多方位同时采集波浪能并进行发电，提升了海洋波浪能的采集效率，提升了设备发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置及其使用方法，属于新能源波浪能利用设备技术领域。
背景技术
波浪能是一种新型可再生的绿色能源，具有清洁无污染、储量大、分布广等优点。大量利用波浪能进行发电可以有效地缓解能源问题、减少环境污染，而且波浪能发电技术对于深远海设备的供电及提升续航具有重大意义。
对于波浪能的利用，最主要的形式是通过波浪能发电装置把波浪能转化为电能，目前主要的波浪能发电装置有三种类型，分别是振荡浮子式、振荡水柱式以及越浪式，三者的主要区别是获能方式不同，在这三种类型的波浪能发电装置中，振荡浮子式波浪能发电装置具有结构简单、能量转换效率高、使用维护方便、小波浪即可发电等优点，振荡浮子式波浪能发电装置又分为近海载体固定式波浪能发电装置和深远海载体漂浮式波浪能发电装置。
目前现存的波浪能发电装置大多存在效率低、使用范围较窄、装置结构复杂、造价成本高、维修困难等问题，使得波浪能发电装置的经济效益较低，难以实现产业化发展，且集成化低、便携性差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置，利用全周向均匀分布的浮子的上下垂荡运动吸收波浪能，实现多方位同时采集波浪能并进行发电，浮子的垂荡运动分为浮子上升阶段和下降阶段，上升过程与下降过程进行双程波浪能采集，进一步提升了海洋波浪能的采集效率，提升了设备发电效率。
本发明还提供上述多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置的使用方法。
本发明的技术方案如下：
一种多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置，包括浮子、液压转换器、载体主体、发电装置和蓄电池，其中，
载体主体周向上均布设置有导轨组，导轨组包括并列设置的2个导轨，导轨组之间滑动连接有浮子，浮子通过浮子连杆连接有液压转换器，液压转换器将波浪能转换为液压能，载体主体内设置有发电装置和蓄电池，液压转换器连接有发电装置，发电装置连接有蓄电池。液压转换器采用液压油缸，将波浪能转换为液压能。
优选的，浮子外侧为双段圆弧状，上段圆弧的弧长大于下段圆弧的弧长，通过双段圆弧设计使浮子为仿海豚头流线型浮子，对海豚流线型结构仿生利用，利用流线型结构降低浮子运动时所受海水阻力的影响，提高波浪能采集效率，海豚头结构避免纯粹的流线型结构竖直插入水中时，影响浮子上浮的浮力，采用类似海豚头的结构，可以有效地将减阻与保持浮力相平衡。浮子是与波浪直接接触的部分，通过随波浪做垂荡运动捕获能量。
优选的，浮子设置有6个，浮子数量可根据实际安装情况调整，保持周向布局即可，采用6个一方面可以实现全周向海浪的吸收，另一个方面是考虑到浮子结构本身的形状跟大小，布置太多会对整体结构的复杂性产生影响，影响设备布局，布置太少会影响全周向吸收波浪的效率。
优选的，浮子内部设置有纳米发泡塑料。纳米发泡塑料密度小，浮力大，受温度影响小，对于波浪起伏的随动反应灵敏度高，有利于提高波浪能采集效率。
优选的，浮子外部包裹有人造海豚皮，人造海豚皮包括三层橡胶，外层为表皮，中层上设置有乳头状凸起，其间充满了粘滞性液态硅树脂，内层为与浮子的接触层，人造海豚皮可有效的降低浮子运动的阻力，减阻试验结果表明，人造海豚皮可以减少50％的海水运动阻力。
优选的，发电装置包括液压马达和发电机，液压马达外接有液压转换器，液压马达输出端通过联轴器连接有发电机，发电机连接有蓄电池。发电机所产生的电能可以存储于蓄电池中，也可以直接给负载供电；发电装置产生的电能通过控制器、整流器等电路设备转化为48V直流电，48V直流电通过正弦波逆变器产生220V交流电，给负载直接供电。
进一步优选的，液压马达输出端和联轴器之间设置有扭矩仪，通过扭矩仪测量液压马达的输出扭矩。
优选的，液压马达采用双联齿轮马达。
优选的，载体主体为中空圆柱形结构，载体主体选用耐腐蚀合金材料，有效防止海水腐蚀，加工过程中舱壳外围采用表面涂层技术，解决生物附着问题。
优选的，载体主体底部设置有底座，底座上环向设置有平衡叶片。
上述多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置的使用方法，操作步骤如下：
(1)浮子随波浪做垂荡运动，获取波浪能，浮子垂荡运动时带动浮子连杆运动，进而驱动液压转换器做功，将波浪能转换为液压能；
(2)液压能驱动液压马达转动，液压马达将液压能转化为机械能，发电机将机械能转化为电能；
(3)电能存储于蓄电池中或供给负载。
本发明的有益效果在于：
1、本发明利用全周向均匀分布的浮子的上下垂荡运动吸收波浪能，实现多方位同时采集波浪能并进行发电，提升了海洋波浪能的采集效率，提升了设备发电效率。
2、本发明采用模块化、集成化的设计方案，高度集成化，可有效地降低制造、维修及发电成本，有利于波浪能发电装置的产业化。
3、本发明的浮子采用仿生海豚头流线型结构的设计，可以有效降低浮子垂荡运动时的阻力，提高对波浪能的采集效率，此外仿生海豚的流线型结构可以让浮子对于波浪的上下运动的反应更加灵敏，随动幅度更大，动作更多，垂荡运动过程更加均匀，进一步提高了波浪能的采集效率。
4、本发明采用的浮子，其内部采用纳米发泡塑料材质，密度小，浮力大，受温度影响小，对于波浪起伏的随动反应灵敏度高，有利于提高波浪能采集效率。
5、本发明采用的浮子，其外部采用人造海豚皮包裹，可有效的降低浮子运动的阻力，减阻试验结果表明，人造海豚皮可以减少50％的海水运动阻力。
6、本发明的载体主体实现完全封闭，抗击自然灾害的能力强；载体主体采用耐腐蚀合金材料，可以有效防海水腐蚀；外壳外围采用表面涂层技术，解决生物附着问题，增强了海洋环境适应性。
附图说明
图1为本发明的结构正视示意图；
图2为本发明的结构俯视示意图；
图3为本发明的结构立体图；
图4为本发明的发电装置结构示意图；
其中：1、液压管路；2、液压转换器；3、油缸安装支架；4、浮子连杆；5、浮子；6、导轨；7、导轨安装支架；8、载体主体；9、平衡叶片；10、导轨；11、底座；12、液压马达；13、扭矩仪；14、联轴器；15、发电机；16、发电机底座；17、减震螺丝。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
如图1-4所示，本实施例提供一种多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置，包括浮子5、液压转换器2、载体主体8、发电装置和蓄电池，其中，
载体主体8周向上均布设置有导轨组，导轨组包括并列设置的导轨6和导轨10，导轨6和导轨10分别通过导轨安装支架7安装于载体主体8外侧，导轨组之间滑动连接有浮子5，浮子5通过浮子连杆4连接有液压转换器2，液压转换器2将波浪能转换为液压能，载体主体8内设置有发电装置和蓄电池，液压转换器2连接有发电装置，发电装置连接有蓄电池。液压转换器2采用液压油缸，将波浪能转换为液压能，液压油缸通过油缸安装支架3安装于载体主体外侧。
浮子5外侧为双段圆弧状，上段圆弧的弧长大于下段圆弧的弧长，通过双段圆弧设计使浮子为仿海豚头流线型浮子，对海豚流线型结构仿生利用，利用流线型结构降低浮子运动时所受海水阻力的影响，提高波浪能采集效率，海豚头结构避免纯粹的流线型结构竖直插入水中时，影响浮子上浮的浮力，采用类似海豚头的结构，可以有效地将减阻与保持浮力相平衡。浮子是与波浪直接接触的部分，通过随波浪做垂荡运动捕获能量。
浮子5设置有6个，浮子数量可根据实际安装情况调整，保持周向布局即可，采用6个一方面可以实现全周向海浪的吸收，另一个方面是考虑到浮子结构本身的形状跟大小，布置太多会对整体结构的复杂性产生影响，影响设备布局，布置太少会影响全周向吸收波浪的效率。
浮子5内部设置有纳米发泡塑料。纳米发泡塑料密度小，浮力大，受温度影响小，对于波浪起伏的随动反应灵敏度高，有利于提高波浪能采集效率。
发电装置包括液压马达12和发电机15，液压马达12外接有液压转换器2，液压马达12输出端通过联轴器14连接有发电机15，发电机15连接有蓄电池，发电机底座16通过减震螺丝17连接于载体主体8内部。发电机所产生的电能可以存储于蓄电池中，也可以直接给负载供电；发电装置产生的电能通过控制器、整流器等电路设备转化为48V直流电，48V直流电通过正弦波逆变器产生220V交流电，给负载直接供电。
液压马达12输出端和联轴器14之间设置有扭矩仪13，通过扭矩仪测量液压马达的输出扭矩。
上述多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置的使用方法，操作步骤如下：
(1)浮子随波浪做垂荡运动，获取波浪能，浮子垂荡运动时带动浮子连杆运动，进而驱动液压油缸做功，将波浪能转换为液压能；
(2)液压能驱动液压马达转动，液压马达将液压能转化为机械能，发电机将机械能转化为电能；
(3)电能存储于蓄电池中或供给负载。
实施例2：
一种多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，浮子5外部包裹有人造海豚皮，人造海豚皮包括三层橡胶，外层为表皮，中层上设置有乳头状凸起，其间充满了粘滞性液态硅树脂，内层为与浮子的接触层，人造海豚皮可有效的降低浮子运动的阻力，减阻试验结果表明，人造海豚皮可以减少50％的海水运动阻力。
实施例3：
一种多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，液压马达12采用双联齿轮马达。
载体主体8为中空圆柱形结构，载体主体8选用耐腐蚀合金材料，有效防止海水腐蚀，加工过程中舱壳外围采用表面涂层技术，解决生物附着问题。
实施例4：
一种多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，载体主体8底部设置有底座11，底座11上环向设置有平衡叶片9。
Claims (10)
1.一种多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置，其特征在于，包括浮子、液压转换器、载体主体、发电装置和蓄电池，其中，
载体主体周向上均布设置有导轨组，导轨组包括并列设置的2个导轨，导轨组之间滑动连接有浮子，浮子通过浮子连杆连接有液压转换器，液压转换器将波浪能转换为液压能，载体主体内设置有发电装置和蓄电池，液压转换器连接有发电装置，发电装置连接有蓄电池。
2.如权利要求1所述的多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置，其特征在于，浮子外侧为双段圆弧状，上段圆弧的弧长大于下段圆弧的弧长。
3.如权利要求1所述的多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置，其特征在于，浮子设置有6个。
4.如权利要求1所述的多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置，其特征在于，浮子内部设置有纳米发泡塑料。
5.如权利要求1所述的多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置，其特征在于，浮子外部包裹有人造海豚皮。
6.如权利要求1所述的多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置，其特征在于，发电装置包括液压马达和发电机，液压马达外接有液压转换器，液压马达输出端通过联轴器连接有发电机，发电机连接有蓄电池；
液压马达输出端和联轴器之间设置有扭矩仪。
7.如权利要求1所述的多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置，其特征在于，液压马达采用双联齿轮马达。
8.如权利要求1所述的多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置，其特征在于，载体主体为中空圆柱形结构，载体主体选用耐腐蚀合金材料。
9.如权利要求1所述的多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置，其特征在于，载体主体底部设置有底座，底座上环向设置有平衡叶片。
10.一种如权利要求6所述的多豚头全周向振荡浮子式波浪能发电装置的使用方法，其特征在于，操作步骤如下：
(1)浮子随波浪做垂荡运动，获取波浪能，浮子垂荡运动时带动浮子连杆运动，进而驱动液压转换器做功，将波浪能转换为液压能；
(2)液压能驱动液压马达转动，液压马达将液压能转化为机械能，发电机将机械能转化为电能；
(3)电能存储于蓄电池中或供给负载。
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| CN114593006A (zh) * | 2022-03-15 | 2022-06-07 | 中山大学 | 一种多体聚能型波浪能发电装置 |
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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