CN114687913B - 一种齿轮浮子一体式波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿轮浮子一体式波浪能发电装置，包括机架总成，振荡浮子总成两个部分，架总成包括由立柱、平撑、上斜撑、斜撑、剪刀撑、可卸框组成的闭合桁架、齿条和导轨；齿条和导轨固定在闭合桁架内侧，闭合桁架内部具有可以使振荡浮子总成上下运行的空间；振荡浮子总成包括机械传动系统部分、浮子框架部分和浮子部分，机械传动系统部分包括齿轮、单向轴承、主轴、变速器、发电机和飞轮，浮子框架部分包括背轮组件、固定变速器的中间梁、起吊梁、侧板、上框、下框、固定浮子的拉杆、滚轮组件和轴承组件，浮子部分包括圆柱体、圆锥体和圆盘，经过实海况考核，该波浪能发电装置具有结构稳定，长期运行可靠，抗风浪，效率高等优点。

Description

一种齿轮浮子一体式波浪能发电装置

技术领域

本发明涉及波浪发电设备领域，具体是一种齿轮浮子一体式波浪能发电装置。

背景技术

波浪能是一种能量密度高，蕴藏量极为丰富广泛的一种清洁能源，波浪能发电是以波浪的能量为动力生产电能，通过发电装置将波浪的能量转换为机械的能量，然后通过传动机构驱动发电机发电，将波浪能转换成机械能，转换效率高，简单可靠。

中国实用新型专利授权公告号CN201687642U公开了一种海洋波浪能发电装置，该海洋波浪能发电装置，由吸收装置、转换装置和输出装置三部分组成，当与振荡浮子固定为一体的齿条，随波浪向上运动时，齿条将会悬伸在齿轮之上，浮子行程越大，齿条悬伸越长，这样会造成机构的不稳定、不可靠；中国发明专利申请公开号CN201771670U公开了一种波浪发电设备，其浮体及固定于浮体上的齿条、齿柱，随波浪上下运动，当波浪推动浮子向上运动时，齿条和矩形框齿柱就会向上伸出齿轮，当浮子到达到最高点时，其伸出高度不小于一个波高，齿条、齿柱等零件伸出齿轮量过大，所以造成整个装置不稳定和抗风浪能力差的问题；中国发明专利申请公开号CN103114958A公开了一种机械式组合型振荡浮子波浪能发电装置，如图13所示，该装置存在如下不足之处：第一浮子通过其上下贯通孔套装于立柱上，在兼做导轨的立柱上固定有浮子上下运动传递能量的齿条，立柱的高度应满足浮子在设计最大波高范围内运动，即至少有5米高，在立柱中间不能有任何加固撑子，浮子在海水中受到纵向横向复杂而强大的水动力作用，这些作用力仅由单个穿过浮子中心贯通孔的立柱承担，显然立柱受力情况不佳；第二浮子的贯通孔内容易进水草、海蛎子等生物或其他杂物，造成浮子上的齿轮和导向轮被卡滞，这些杂物极难清理，致使导向轮容易出故障，浮子运行不畅，增加了维修难度；第三该发明的发电机轴上的单向齿轮直接与立柱上的齿轮啮合进行发电，会出现齿轮转速远远低于发电机的额定转速，使发电效率降低；第四该发明发电机仅在浮子向上行程或者向下行程被驱动做功发电，在一个波浪运动周期中只有小于二分之一的时间可以做功发电，发电机输出电力为脉动输出，降低了电力质量。

发明内容

为了解决波浪能发电装置整体结构不稳定，抗风浪能力弱，浮子运行不畅及滚轮易出故障问题等上述存在的问题，为了提高发电装置的整体结构强度，提高发电装置的效率，本发明提出如下技术方案：

一种齿轮浮子一体式波浪能发电装置，包括机架总成和振荡浮子总成，振荡浮子总成在机架总成的内部；

所述机架总成包括由立柱、平撑、上斜撑、斜撑、剪刀撑、可卸框组成的固定连接的闭合桁架、齿条和导轨，所述齿条和导轨固定在闭合桁架内侧，闭合桁架内部具有可以使振荡浮子总成上下运行的空间，全部立柱互相平行，齿条和导轨均与立柱平行；

所述的振荡浮子总成包括机械传动系统部分、浮子框架部分和浮子部分，三个部分固定连接成为一个整体，所述机械传动系统部分包括主轴、单向轴承、齿轮、发电机、变速器和飞轮，所述浮子框架部分包括背轮组件、固定变速器并且与上框固定的中间梁、与中间梁固定的吊装振荡浮子总成的起吊梁、与上框连接的侧板、上框、下框、拉杆、拉杆螺母、滚轮组件和轴承组件，所述浮子部分包括圆柱体、圆锥体、圆盘。

在上述技术方案的基础上，本发明还提供以下可选技术方案：

在一种可选方案中：所述机架总成的闭合桁架中有可卸框，可卸框通过可卸框螺栓将其固定在机架立柱上。

在一种可选方案中：所述机械传动系统部分的齿轮与条啮合，齿轮孔内安装有单向轴承。

在一种可选方案中：所述机械传动系统部分其中穿过轴承组件上球面轴承的主轴，其一端与单向轴承连接，其另一端与变速器输入轴连接。

在一种可选方案中：所述机械传动系统部分变速器输入轴与所连接的主轴同步同转速；变速器的输出轴分别与飞轮和发电机轴连接并且与两者同步同转速。

在一种可选方案中：所述浮子框架部分的背轮组件包括与齿条背面接触的背轮、背轮轴、穿过背轮轴的调整垫、偏心块和将背轮轴锁紧在侧板上的背轮螺母，其中偏心块的偏心角度是可调的，其中调整垫的数量是可增加或减少的。

在一种可选方案中：所述浮子框架部分的轴承座组件包括轴承座、外球面轴承、与侧板轴承座螺栓孔配合的轴承座螺栓和螺母。

在一种可选方案中：所述浮子框架部分的侧板包括螺栓孔、穿过螺栓孔与上框连接的侧板螺栓、与偏心块配合的偏心块孔、与轴承座配合的轴承座孔，与轴承座螺栓配合的轴承座螺栓孔。

在一种可选方案中：所述浮子框架部分包括将上框与下框之间的浮子固定夹紧的拉杆和拉杆螺母，上框与下框外形尺寸相同并且上下位置对正，在上框与下框的四个角上均固定有滚轮组件，四个角上的滚轮受到四个平行导轨的约束，形成四个平行的直线移动副。

在一种可选方案中：所述浮子框架部分的滚轮组件包括与导轨接触的滚轮、可以增加或减少的调整垫、滚轮轴、侧架、锁紧螺母和将滚轮组件与上框或下框四角连接的固定螺栓。

在一种可选方案中：所述浮子部分包括圆柱体、位于圆柱体下方的圆盘和位于圆盘下面的圆锥体。

相较于现有技术，本发明的有益效果如下：

齿轮浮子一体式波浪能发电装置克服了现有技术方案的不足，特别是将多个导轨设置于浮子之外，无需在浮子上开孔，从而解决了波浪能发电装置整体结构不稳定，抗风浪能力弱、运行不畅等问题，根据本方案制造的波浪能发电装置经过投放大海实际测试和运行，效果良好，基本解决了先前的技术缺陷。

附图说明

图1为齿轮浮子一体式波浪能发电装置总成轴测图。

图2为齿轮浮子一体式波浪能发电装置中的机架总成的结构示意图。

图3为齿轮浮子一体式波浪能发电装置中的振荡浮子总成的结构示意图。

图4为齿轮浮子一体式波浪能发电装置中的机械传动系统的结构示意图。

图5为齿轮浮子一体式波浪能发电装置中单向轴承与齿轮和主轴连接的剖视图。

图6为齿轮浮子一体式波浪能发电装置中变速器输出轴局部剖视图。

图7为齿轮浮子一体式波浪能发电装置中的浮子框架的轴测图。

图8为齿轮浮子一体式波浪能发电装置中的浮子的结构示意图。

图9为齿轮浮子一体式波浪能发电装置中的滚轮组件的结构示意图。

图10为齿轮浮子一体式波浪能发电装置中的背轮组件的结构示意图。

图11为齿轮浮子一体式波浪能发电装置中的轴承组件的结构示意图。

图12为齿轮浮子一体式波浪能发电装置中的侧板的结构示意图。

图13为发明专利申请公开号CN103114958A公开的波浪能发电装置的结构示意图。

附图标记注释：1-机架总成、101-闭合桁架、102-上斜撑、103-斜撑、104-立柱、105-平撑、106-可卸框螺栓、107-可卸框、108-剪刀撑、2-导轨、3-振荡浮子总成、301-圆柱体、302-圆盘、303-圆锥体、4-发电机、401-发电机轴、5-变速器、501-输出轴、6-输入轴、7-侧板、8-齿轮、9-背轮组件、901-背轮轴、902-背轮螺母、903-背轮、904-调整垫、905-偏心块、10-上框、11-下框、12-飞轮、13-起吊梁、14-单向轴承、15-固定螺栓、16-滚轮组件、17-滚轮轴、18-调整垫、19-滚轮、20-锁紧螺母、21-齿条、22-外平键、23-内平键、24-主轴、25-中间梁、26-轴承座组件、261-轴承座、27-拉杆组件、271-拉杆螺母、272-拉杆、28-侧架、29-螺母、30-外球面轴承、31-轴承座螺栓、32-螺栓孔、33-侧板螺栓、34-轴承座螺栓孔、35-轴承座孔、36-偏心块孔。

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。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如图1-4所示，为本发明一个实施例提供的一种齿轮浮子一体式波浪能发电装置，包括机架总成1和振荡浮子总成3，其特征在于，振荡浮子总成3在机架总成1的内部；

所述机架总成1包括由立柱104、平撑105、上斜撑102、斜撑103、剪刀撑108、可卸框107组成的固定连接的闭合桁架101、齿条21和导轨2，所述齿条21和导轨2固定在闭合桁架101内侧，闭合桁架101内部具有可以使振荡浮子总成3上下运行的空间，全部立柱104互相平行，齿条21和导轨2均与立柱104平行；

所述的振荡浮子总成3包括机械传动系统部分、浮子框架部分和浮子部分，三个部分固定连接成为一个整体，所述机械传动系统部分包括主轴24、单向轴承14、齿轮8、发电机4、变速器5和飞轮12，所述浮子框架部分包括背轮组件9、固定变速器5并且与上框10固定的中间梁25、与中间梁25固定的吊装振荡浮子总成3的起吊梁13、与上框10连接的侧板7、上框10、下框11、拉杆272、拉杆螺母271、滚轮组件16和单向轴承14，所述浮子部分包括圆柱体301、圆锥体303和圆盘302；

所述发电机4、变速器5均固定在中间梁25上，变速器5的输入轴与所连接的主轴24同步同转速；变速器5的输出轴501分别与飞轮12和发电机轴401连接并且与两者同步同转速，所述闭合桁架101内部转角处均设置有导轨2，所述导轨2与滚轮组件16相接触，所述闭合桁架101均由方钢管焊接而成。

如图2所示，作为本发明的一种优选实施例，为了便于安装、调试、和维修，在机架总成1设置有可卸框107，可卸框107通过可卸框螺栓106固定在立柱104上。

如图1、图4和图5所示，作为本发明的一种优选实施例，所述机械传动系统部分的齿轮8与齿条21啮合，齿轮孔内安装有单向轴承14，单向轴承14与齿轮8通过外平键22连接，单向轴承14通过内平键23与主轴24连接。

如图3和图4所示，作为本发明的一种优选实施例，所述机械传动系统部分其中穿过轴承组件的主轴24，其一端与单向轴承14连接，其另一端与变速器5的输入轴6连接。

如图4和图5所示，作为本发明的一种优选实施例，所述机械传动系统部分变速器输入轴6与所连接的主轴24同步同转速；变速器5的输出轴501分别与飞轮12和发电机轴401连接并且与两者同步同转速。

如图10所示，作为本发明的一种优选实施例，所述浮子框架部分的背轮组件9包括与齿条21背面接触的背轮903、背轮轴901、穿过背轮轴901的调整垫904、偏心块905和将背轮轴901锁紧在侧板7上的背轮螺母902，其中偏心块905的偏心角度是可调的，调整垫904的数量是可增加或减少的。

如图11所示，作为本发明的一种优选实施例，所述浮子框架部分的轴承座组件26包括轴承座261、外球面轴承30、与侧板轴承座螺栓孔34配合的轴承座螺栓31和螺母29。

如图12所示，作为本发明的一种优选实施例，所述浮子框架部分的侧板7包括螺栓孔32、穿过螺栓孔32与上框10连接的侧板螺栓33、与偏心块905配合的偏心块孔36、与轴承座26配合的轴承座孔35，与轴承座螺栓31配合的轴承座螺栓孔34。

如图7和图9所示，作为本发明的一种优选实施例，所述浮子框架部分包括将上框10与下框11，上框10与下框11外形尺寸相同并且上下位置对正，在上框10与下框11的四个角上均固定有滚轮组件16，四个角上的滚轮19受到四个平行导轨2的约束，形成四个平行的直线移动副。

如图9所示，作为本发明的一种优选实施例，所述浮子框架部分的滚轮组件16包括与导轨2接触的滚轮19、可以增加或减少的调整垫18、滚轮轴17、侧架28、锁紧螺母20和将滚轮组件16与上框10或下框11四角连接的固定螺栓15，所述滚轮19外部设置有与导轨2滑动配合的凹槽，滚轮19沿着导轨2上下运动，该滚轮为V型槽滚轮，与方形导轨2配合，形成可靠的导轨副。

如图8所示，作为本发明的一种优选实施例，浮子部分包括圆柱体301、位于圆柱体301下方的圆盘302和位于圆盘302下面的圆锥体303。

组装与工作原理：将机械传动系统部分全部组装成为整体，然后安装定位于上框10上方的中间梁25上，将滚轮组件16安装定位于上框10和下框11外部四角处，再将浮子3安装在上框10与下框11之间，构成齿轮浮子一体式振荡浮子总成3；在振荡浮子总成3的齿轮8与主轴24之间安装单向轴承14，将两个齿轮8的单向轴承14传动方向调整一致，使振荡浮子总成3向上运动时单向轴承14空转，振荡浮子总成3向下运动时单向轴承传递扭矩做功，实现浮子下行时输出扭矩的单行程做功波浪能发电装置。也可以使振荡浮子总成3向下运动时单向轴承14空转，振荡浮子总成3向上运动时单向轴承14传递扭矩做功，实现浮子上行时输出扭矩的单行程做功；在机架总成的主桁架立柱104焊接导轨2，在闭合桁架101内部两侧面固定齿条21，将振荡浮子总成3从闭合桁架101顶部装入，振荡浮子总成3的两个齿轮8分别与两侧的齿条21啮合，同时调整背轮9与齿条21的间隙，滚轮组件16与导轨2配合，振荡浮子总成3沿导轨2做直线运动的同时齿轮8做旋转运动，在振荡浮子总成3定位后，将闭合桁架101顶部的平撑固定，完成了齿轮浮子一体式波浪能发电装置总体装配，在完成上述工作后，将发电机4输出电缆引出，在大海波浪作用下，振荡浮子总成3沿导轨2上下运动，通过齿轮8、单向轴承14、输入轴6、变速器5、飞轮12、发电机4等零部件组成的机械传动系统，驱动发电机4连续运转，通过输出电缆，实现电力输出，完成波浪能到电能的转换。

本实例中变速器5为增速变速器，经过增速变速器5使输入旋转速度按照增速比加快，使输出转速达到发电机的额定转速，增速变速器5的输出轴501的一端与发电机轴401连接，另一端与飞轮12连接，飞轮是储能元件，起到速度波动的调节作用，将不连续的输入旋转动力变成连续旋转的动力，使发电机4平稳运转，达到输出电力平稳高效的目的。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种齿轮浮子一体式波浪能发电装置，包括机架总成和振荡浮子总成，其特征在于，振荡浮子总成在机架总成的内部；

所述机架总成包括由立柱、平撑、上斜撑、斜撑、剪刀撑、可卸框组成的固定连接的闭合桁架、齿条和导轨，所述齿条和导轨固定在闭合桁架内侧，闭合桁架内部具有可以使振荡浮子总成上下运行的空间，全部立柱互相平行，齿条和导轨均与立柱平行；

所述的振荡浮子总成包括机械传动系统部分、浮子框架部分和浮子部分，这三个部分固定连接成为一个整体，所述机械传动系统部分包括主轴、单向轴承、齿轮、发电机、变速器和飞轮，所述浮子框架部分包括背轮组件、固定变速器并且与上框固定的中间梁、与中间梁固定的吊装振荡浮子总成的起吊梁、与上框连接的侧板、上框、下框、拉杆、拉杆螺母、滚轮组件和轴承组件，所述浮子部分包括圆柱体、圆锥体和圆盘；

所述机械传动系统部分的齿轮与齿条啮合，齿轮孔内安装有单向轴承；

所述机械传动系统部分其中穿过轴承组件上球面轴承的主轴，其一端与单向轴承连接，其另一端与变速器输入轴连接；

所述机械传动系统部分变速器输入轴与所连接的主轴同步同转速；变速器的输出轴分别与飞轮和发电机轴连接并且与两者同步同转速；

所述浮子框架部分的背轮组件包括与齿条背面接触的背轮、背轮轴、穿过背轮轴的可以调整数量的调整垫、可以调整偏心角度的偏心块和将背轮轴锁紧在侧板上的背轮螺母；

所述浮子框架部分包括将上框与下框之间的浮子固定夹紧的拉杆和拉杆螺母、在上框与下框的四个角上固定的滚轮组件，上框与下框尺寸相同且上下位置对正；

所述浮子框架部分的滚轮组件包括与导轨接触的滚轮、可以增加或减少的调整垫、滚轮轴、侧架、锁紧螺母和将滚轮组件与上框或下框四角连接的固定螺栓；

所述浮子部分包括圆柱体、位于圆柱体下方的圆盘和位于圆盘下面的圆锥体。

2.根据权利要求1所述的齿轮浮子一体式波浪能发电装置，其特征在于，所述闭合桁架中的可卸框与立柱之间有可卸框螺栓。

3.根据权利要求1所述的齿轮浮子一体式波浪能发电装置，其特征在于，所述浮子框架部分的轴承座组件包括轴承座、外球面轴承、与侧板轴承座螺栓孔配合的轴承座螺栓和螺母。

4.根据权利要求1所述的齿轮浮子一体式波浪能发电装置，其特征在于，所述浮子框架部分的侧板包括螺栓孔、穿过螺栓孔与上框连接的侧板螺栓、与偏心块配合的偏心块孔、与轴承座配合的轴承座孔，与轴承座螺栓配合的轴承座螺栓孔。

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