CN116066285A - 一种与海堤结合的海浪发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种与海堤结合的海浪发电装置,由浮球、缆绳、固定滑轮、机房、运动转换器、发电机、弹簧、电缆、集成控制柜和导浪板组成,浮球在自身重力、海水浮力、缆绳拉力和海堤上游坡面作用力的共同作用下,漂浮在海面上,并随着海面上下浮动。通过运动转换器内的齿轮传动机构,带动发电机转子发生正向旋转,从而固定线圈切割磁感线,产生电流。能够充分利用海面随着潮汐或风浪而上下起伏的特点,在不影响海堤发挥其原有全部功能的基础上,实现了收集利用潮汐能及海浪能资源的功能。
Description
技术领域
本发明涉及发电装置,尤其是一种与海堤结合的海浪发电装置。
背景技术
海洋占据地球大部分面积,其内部蕴藏着无尽的能量,开发利用海洋能源已经成为近几年来的热门科研方向。我国在“双碳”目标的背景下,对海洋能源开发的科技投入也逐年增加。但是,由于海洋能源具有密度低,分布广,海水腐蚀性强等不利特点,目前我国海洋能源开发仍处于探索和起步阶段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,发明一种与海堤结合的海浪发电装置,利用近海潮汐能和波浪能转换为电能。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种与海堤结合的海浪发电装置,包括浮球、缆绳、固定滑轮、机房、运动转换器、发电机、弹簧、电缆、集成控制柜和导浪板,机房设置在海堤堤顶,固定滑轮固定在机房顶部,机房内设置运动转换器、发电机和弹簧;浮球与导浪板设置在海堤的迎水面,浮球为空心圆球,两块导浪板沿着海堤的迎水面坡度方向铺设,浮球位于两块导浪板之间,浮球与缆绳连接,在两块导浪板之间的空间内随着海面上下浮动;缆绳上游端连接浮球,下游端通过固定滑轮后,与运动转换器连接,运动转换器末端同时与弹簧相连,弹簧固定于机房基础上,发电机与集成控制柜相连;
所述运动转换器包括齿条、一对齿轮组和主轴,齿条顶部连接缆绳,底端连接弹簧,齿条能上下运动,齿轮组由传动齿轮、轴承、转轴和输出齿轮组成,传动齿轮与齿条啮合,转轴一端通过轴承与传动齿轮相连,另一端连接输出齿轮,轴承为单向轴承,一对齿轮组上的两个输出齿轮之间相互啮合,主轴一端与其中一个输出齿轮连接,另一端连接发电机内的转轴。
所述齿条上下运动移动的范围根据海面最高水位及最低水位确定。
所述轴承端部固定在机房墙壁或基础上。
所述集成控制柜内部设有整流器、电容器、稳压器,将发电机产生的电能通过整流、滤波、稳压过程转化为稳定输出的电能。
所述浮球重量根据设计弹簧拉力、海堤上游设计坡度、滑轮效率、海水密度因素确定和调整,浮球的淹没率在30%~80%之间变动。
所述固定滑轮固定在机房顶部,缆绳通过机房窗口穿过固定滑轮,使其轴线方向由顺海堤上游坡向转为竖直方向。
所述电缆通过电缆沟或埋管与集成控制柜相连,将发电机产生的电流传输至集成控制柜。
所述导浪板设置在海堤上游面,浮球的两侧,两块导浪板内侧空间上窄下宽,导浪板一方面引导海水进入导浪板内侧空间,另一方面阻止浮球发生横向运动。
本发明的有益效果是:能够充分利用海面随着潮汐或风浪而上下起伏的特点,在不影响海堤发挥其原有全部功能的基础上,实现了收集利用潮汐能及海浪能资源的功能,构造简单,安装及维护方便,可根据不同海堤体型而调整其结构,适合在海堤沿线复制安装,对海洋潮汐能及海浪能的密度低、分布广的特点适应能力强。
附图说明
图1是本发明实施例的与海浪结合的海浪发电装置的典型剖面图。
图2是运动转换器细部图。
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。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“1号”、“2号”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等,应做广义理解,例如“连接”,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。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。
如图1、2所示,本发明的与海堤结合的海浪发电装置包括浮球1、缆绳2、固定滑轮3、机房5、运动转换器6、发电机7、弹簧4、电缆8、集成控制柜9和导浪板10,机房5设置在海堤11堤顶,固定滑轮3固定在机房顶部,机房内设置运动转换器6、发电机7和弹簧4;浮球1与导浪板10设置在海堤11的迎水面,浮球1为空心圆球,两块导浪板10沿着海堤11的迎水面坡度方向铺设,浮球1位于两块导浪板10之间,浮球1与缆绳2连接,在两块导浪板10之间的空间内随着海面上下浮动;缆绳2上游端连接浮球1,下游端通过固定滑轮3后,与运动转换器6连接,运动转换器6末端同时与弹簧4相连,弹簧4固定于机房5基础上,发电机7与集成控制柜9相连;
所述运动转换器6包括齿条12、一对齿轮组和主轴21,齿条12顶部连接缆绳2,底端连接弹簧4,齿条12能上下运动,齿轮组由传动齿轮、轴承、转轴和输出齿轮组成,传动齿轮与齿条啮合,转轴一端通过轴承与传动齿轮相连,另一端连接输出齿轮,轴承为单向轴承,一对齿轮组上的两个输出齿轮之间相互啮合,主轴一端与其中一个输出齿轮连接,另一端连接发电机内的转轴。
所述齿条12上下运动移动的范围根据海面最高水位及最低水位确定。所述轴承端部固定在机房墙壁或基础上。所述集成控制柜9内部设有整流器、电容器、稳压器,将发电机7产生的电能通过整流、滤波、稳压过程转化为稳定输出的电能。所述浮球1重量根据设计弹簧拉力、海堤上游设计坡度、滑轮效率、海水密度因素确定和调整,浮球的淹没率在30%~80%之间变动。所述固定滑轮固定在机房顶部,缆绳通过机房窗口穿过固定滑轮,使其轴线方向由顺海堤上游坡向转为竖直方向。所述电缆通过电缆沟或埋管与集成控制柜相连,将发电机产生的电流传输至集成控制柜。所述导浪板设置在海堤上游面,浮球的两侧,两块导浪板内侧空间上窄下宽,导浪板一方面引导海水进入导浪板内侧空间,另一方面阻止浮球发生横向运动。
具体地说,与海堤11结合的海浪发电装置,其浮球1与导浪板10设置在海堤11的迎水面,浮球1与缆绳2连接,在海浪、海堤上游面、缆绳2在自重、浮力、缆绳拉力的综合作用下在导浪板10之间的空间内随着海面上下浮动,缆绳2上游端连接浮球1,下游端通过固定滑轮3后,与运动转换器6连接,运动转换器6末端与弹簧4相连,弹簧4固定于机房5基础上。运动转换器6由齿条12、1号传动齿轮13、1号轴承14、1号转轴15、1号输出齿轮16、2号传动齿轮17、2号轴承18、2号转轴19、2号输出齿轮20和主轴21组成,齿条12上端连接缆绳2、下端与弹簧4相连,在缆绳2和弹簧4的作用下进行上下运动;2号传动齿轮17和1号传动齿轮13均与齿条13啮合,2号转轴19一端通过2号轴承18与2号传动齿轮17相连,另一端连接2号输出齿轮20,1号转轴15一端通过1号轴承14与1号传动齿轮13相连,另一端连接1号输出齿轮16,2号输出齿轮20与1号输出齿轮16啮合;主轴21的一端连接2号输出齿轮20,另一端与发电机7内的转轴相连。
2号轴承18和1号轴承14均为单向轴承,其作用是当齿轮12与转轴19同向转动时,齿轮12与转轴19之间锁死,当齿轮12与转轴19反向转动时,齿轮12与转轴19之间各自转动。
例如当齿条12向下运动时,带动1号传动齿轮13和2号传动齿轮17均顺时针转动。通过1号轴承14,1号传动齿轮13带动1号转轴15顺时针转动,从而带动1号输出齿轮16顺时针转动,因为2号输出齿轮20与1号输出齿轮16啮合,则2号输出齿轮20逆时针转动,从而带动2号转轴19和主轴21逆时针转动,而此时2号传动齿轮17为顺时针转动,2号转轴19与2号传动齿轮17通过2号轴承18两者反向各自转动。同理,齿条12向上运动时,带动1号传动齿轮13和2号传动齿轮17均逆时针转动。通过2号轴承18,2号传动齿轮17带动2号转轴19逆时针转动,从而带动2号输出齿轮20和主轴21逆时针转动,保证了主轴21始终保持逆时针同一个方向转动。因为2号输出齿轮20与1号输出齿轮16啮合,则1号输出齿轮16顺时针转动,从而带动1号转轴15顺时针转动,而此时1号传动齿轮13为逆时针转动,则1号转轴15与1号传动齿轮13通过1号轴承14两者反向各自转动。
通过运动转换器6,主轴21持续保持同一个方向转动,从而带动发电机7的转轴保持同一个方向旋转,发电机7内转轴上的转子将切割磁感线,产生电流。发电机7产生的电流通过电缆8与外部的集成控制柜9相连,集成控制柜9内部设有整流器、电容器、稳压器等,将发电机7产生的电能通过整流、滤波、稳压等过程转化为可稳定输出的电能。
所述机房位于堤顶,钢筋混凝土结构或钢结构,其尺寸可根据固定滑轮、运动转换器及发电机布置调整。所述发电机由定子线圈和转子永磁铁组成,随着海浪的起伏,齿条上下运动,通过运动转换器使得发电机转子永磁铁一直保持在同一个方向围绕发电机转子轴承旋转,从而切割磁场,产生电流。
本发明通过一种与海堤结合的海浪发电装置,提供了一种将潮汐能及海浪能转化为电能的新方法,该方法能够充分利用海面随着潮汐或风浪而上下起伏的特点,在不影响海堤发挥其原有全部功能的基础上,实现了收集利用潮汐能及海浪能资源的功能。此外,该发明中的海浪发电装置实现了在海面起伏上升和下降全过程的潮汐能及海浪能的收集和转化,大大提高了潮汐能及海浪能的能量收集和转化效率。
本发明提出的一种与海堤结合的海浪发电装置构造简单,安装及维护方便,可根据不同海堤体型而调整其结构,适合在海堤沿线复制安装,对海洋潮汐能及海浪能的密度低、分布广的特点适应能力强。该装置不仅限于海堤,对于河堤、湖堤、坝堤等堤防工程均可适用。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点,其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施,不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围,即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰,仍落在本发明的专利范围内。
Claims (8)
1.一种与海堤结合的海浪发电装置,其特征在于,包括浮球(1)、缆绳(2)、固定滑轮(3)、机房(5)、运动转换器(6)、发电机(7)、弹簧(4)、电缆(8)、集成控制柜(9)和导浪板(10),机房(5)设置在海堤(11)堤顶,固定滑轮(3)固定在机房顶部,机房内设置运动转换器(6)、发电机(7)和弹簧(4);浮球(1)与导浪板(10)设置在海堤(11)的迎水面,浮球(1)为空心圆球,两块导浪板(10)沿着海堤(11)的迎水面坡度方向铺设,浮球(1)位于两块导浪板(10)之间,浮球(1)与缆绳(2)连接,在两块导浪板(10)之间的空间内随着海面上下浮动;缆绳(2)上游端连接浮球(1),下游端通过固定滑轮(3)后,与运动转换器(6)连接,运动转换器(6)末端同时与弹簧(4)相连,弹簧(4)固定于机房(5)基础上,发电机(7)与集成控制柜(9)相连;
所述运动转换器(6)包括齿条(12)、一对齿轮组和主轴(21),齿条(12)顶部连接缆绳(2),底端连接弹簧(4),齿条(12)能上下运动,齿轮组由传动齿轮、轴承、转轴和输出齿轮组成,传动齿轮与齿条啮合,转轴一端通过轴承与传动齿轮相连,另一端连接输出齿轮,轴承为单向轴承,一对齿轮组上的两个输出齿轮之间相互啮合,主轴一端与其中一个输出齿轮连接,另一端连接发电机内的转轴。
2.根据权利要求1所述与海堤结合的海浪发电装置,其特征在于,所述齿条(12)上下运动移动的范围根据海面最高水位及最低水位确定。
3.根据权利要求1所述与海堤结合的海浪发电装置,其特征在于,所述轴承端部固定在机房墙壁或基础上。
4.根据权利要求1所述与海堤结合的海浪发电装置,其特征在于,所述集成控制柜(9)内部设有整流器、电容器、稳压器,将发电机(7)产生的电能通过整流、滤波、稳压过程转化为稳定输出的电能。
5.根据权利要求1所述与海堤结合的海浪发电装置,其特征在于,所述浮球(1)重量根据设计弹簧拉力、海堤上游设计坡度、滑轮效率、海水密度因素确定和调整,浮球的淹没率在30%~80%之间变动。
6.根据权利要求1所述与海堤结合的海浪发电装置,其特征在于,所述固定滑轮固定在机房顶部,缆绳通过机房窗口穿过固定滑轮,使其轴线方向由顺海堤上游坡向转为竖直方向。
7.根据权利要求1所述与海堤结合的海浪发电装置,其特征在于,所述电缆通过电缆沟或埋管与集成控制柜相连,将发电机产生的电流传输至集成控制柜。
8.根据权利要求1所述与海堤结合的海浪发电装置,其特征在于,所述导浪板设置在海堤上游面,浮球的两侧,两块导浪板内侧空间上窄下宽,导浪板一方面引导海水进入导浪板内侧空间,另一方面阻止浮球发生横向运动。
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