CN117249038A - 一种机械式波浪能发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于波浪能发电技术领域，具体涉及一种机械式波浪能发电装置，包括浮子、往复运动组件、齿轮机构以及两个棘轮机构，往复运动组件的输入端与浮子连接，齿轮机构包括相对设置的第一锥齿轮和第三锥齿轮且两者转动连接在第一传动轴上，往复运动组件的输出端与第一锥齿轮或第三锥齿轮连接，第一锥齿轮与第三锥齿轮之间啮合有第二锥齿轮，两个棘轮机构相对设置在第一锥齿轮和第三锥齿轮之间，两个棘轮机构的主动件分别与第一锥齿轮和第三锥齿轮连接，两个棘轮机构的从动件分别套装固定在第一传动轴上。通过两个棘轮机构和齿轮机构配合，将浮子跟随波浪上升和下降时的双向直线运动转化为发电机主轴的单一方向的连续转动，提高了波浪能的利用率。
Description
技术领域
本发明属于波浪能发电技术领域，具体涉及一种机械式波浪能发电装置。
背景技术
随着全球经济和社会的持续发展，传统能源的供应日益紧张，生态环境遭受了严重的污染和破坏。大规模使用化石燃料已经引发了严重的生态和环境问题。在面临这样的情况时，人们开始将视线转向了广袤的海洋能源领域。海洋波浪能作为一种清洁、无污染、广泛分布且能量密度高的可再生能源，其转化设备的研究已经逐渐成为全球关注的焦点问题。
近些年来，波浪能发电装置不断演化，有诸多种类。其中振荡浮子式波浪能发电装置发电效率高，设备布置灵活，装置简单影响小，成为了波浪能发电装置研究的热点之一。由于现有的机械式波浪能发电装置机械转换次数多、传动效率低且不能保证能量持续转化，从而造成波浪能的流失和浪费。还有的装置直接暴露在海水中，易腐蚀影响使用寿命。为解决上述问题，需要开发一款能提高波浪能的利用率及装置的发电效率而且能提高整体传输及生存性能的百千瓦级新型波浪能发电机组。
公开号CN116292050A提供了一种波浪能发电装置，包括固定平台、浮体、中轴连接体、至少一组第一能量转换元件及至少两组第二能量转换元件，所述第一能量转换元件包括第一压力缸缸体、第一压力缸活塞杆，所述中轴连接体设置于所述浮体的环内中心点处，所述第二能量转换元件包括第二压力缸缸体、第二压力缸活塞杆，所述第二压力缸缸体适于相对所述浮体在水平面内转动，所述第一压力缸缸体、所述第二压力缸缸体内均设置有能量转换介质，所述能量转换介质连接发电机，所述能量转换介质用于驱动发电机，但由于上述装置在利用波浪能进行能量转换时，在波浪上升和下降的过程中借助浮体运动只能使得压力缸活塞杆完成一次往复运动，而往复运动中起到有效作用的只有其中一个单程，如此一来对波浪能的有效利用率不高。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种机械式波浪能发电装置，有效地利用波浪上升和下降时产生的波浪力，将波浪能转化为单一方向转动的机械能，提高了波浪能的有效利用率。
本发明的技术方案是：
一种机械式波浪能发电装置，包括浮子，还包括：
往复运动组件，所述往复运动组件的输入端与所述浮子连接；
齿轮机构，包括相对设置的第一锥齿轮和第三锥齿轮，所述往复运动组件的输出端与所述第一锥齿轮或所述第三锥齿轮连接，所述第一锥齿轮与所述第三锥齿轮之间设置有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮分别与所述第一锥齿轮和第三锥齿轮啮合，所述第一锥齿轮和第三锥齿轮均套装在第一传动轴上，且所述第一锥齿轮与所述第三锥齿轮均与所述第一传动轴转动连接，所述第一传动轴用于连接发电机主轴；
两个棘轮机构，相对设置且位于所述第一锥齿轮和第三锥齿轮之间，两个所述棘轮机构的主动件分别与所述第一锥齿轮和第三锥齿轮连接，两个所述棘轮机构的从动件分别套装固定在所述第一传动轴上，两个所述棘轮机构用于和所述齿轮机构配合，将所述浮子跟随波浪上升和下降时的双向直线运动转化为所述发电机主轴的单一方向的连续转动。
优选的，所述往复运动组件包括往复杆机构和摆杆机构，所述往复杆机构的输入端连接在所述浮子上，输出端与所述摆杆机构的主动件连接，所述摆杆机构的从动件与所述第一锥齿轮或所述第三锥齿轮连接，用于驱动所述第一锥齿轮或所述第三锥齿轮转动。
优选的，所述往复杆机构包括推杆，所述推杆的下端与所述浮子连接，所述推杆的上端固连有齿条，所述齿条啮合有扇形齿，所述扇形齿与所述摆杆机构的主动件连接。
优选的，所述摆杆机构包括拨杆，所述拨杆套装在所述第一传动轴上且两者转动连接，所述拨杆的一端与所述扇形齿背离所述齿条的一侧固连，另一端开设有第一滑槽，所述第一滑槽内滑动连接有拨柱，所述拨柱的一端穿设在所述第一滑槽内，所述拨柱的另一端与所述第一锥齿轮或所述第三锥齿轮的侧壁固连，所述拨柱的轴线与所述第一传动轴的轴线平行。
优选的，其中一个所述棘轮机构的主动件包括第一棘爪和第二棘爪，从动件为第一棘轮，所述第一棘爪与所述第二棘爪均固定安装在所述第一锥齿轮的侧壁上，所述第一棘轮套装固定在所述第一传动轴上，另一个所述棘轮机构的主动件包括第三棘爪和第四棘爪，从动件为第二棘轮，所述第三棘爪与所述第四棘爪均固定安装在所述第三锥齿轮的侧壁上，所述第二棘轮套装固定在所述第一传动轴上，并且所述第一棘轮与所述第二棘轮同向设置。
优选的，所述浮子与所述齿轮机构之间设置有海洋平台，所述海洋平台的上侧固定有箱体，所述箱体上侧设置有上箱盖，所述齿轮机构、棘轮机构、摆杆机构以及齿条均置于所述箱体内部，且所述推杆的上端插设在所述海洋平台和所述箱体的侧壁上且与两者间隙配合，所述箱体的侧壁上插设有第二传动轴，所述第二锥齿轮套装固定在所述第二传动轴上，所述第一传动轴与所述第二传动轴均与所述箱体的侧壁转动连接，且所述第一传动轴的一端与发电机的主轴连接。
优选的，所述齿条的上端置于所述箱体内，在齿条相对的两侧均开设有第二滑槽，每个所述第二滑槽内均滑动连接有至少一个限位块，所述限位块与所述箱体的内壁固定。
优选的，所述推杆的下端与所述浮子之间通过铰链连接。
优选的，所述浮子为圆柱体，所述浮子的表面涂有防腐蚀材料。
与现有技术相比，本发明的一种机械式波浪能发电装置，具有以下有益效果：
1、本装置通过往复运动组件与浮子的配合，在波浪上升和下降时，都可以将能量传递给给齿轮机构，驱动齿轮机构运动，进而齿轮机构带动两个棘轮机构交替运转，可实现第一传动轴持续进行单一方向的转动，即实现将波浪能转化为单一方向转动的机械能，为发电机提供连续的动力，从而有效的利用了波浪上升和下降时产生的波浪能，使得波浪能能够被全部吸收，提高了波浪能的利用率。
2、进一步的，通过设置海洋平台使得除了浮子以外的其他部件都置于水面上侧，且发电装置不存在液压系统，避免出现液压油泄露对海洋环境造成污染。
3、进一步的，整个装置除了浮子和推杆的下部外，其余部件都封装在一个固定于海洋平台上的箱体内，不与海水相接触，避免了被海水腐蚀，提高了装置在海洋中的使用寿命，并设置上箱盖便于打开装置进行维修，且安装简便。
附图说明
图1为本发明实施例中的整体结构示意图。
图2为本发明实施例中箱体内部的结构示意图。
图3为本发明实施例中齿轮机构的结构示意图。
图4为本发明实施例中棘轮机构的结构示意图。
图5为本发明实施例中整体结构的纵剖视图。
附图标记说明：
1、浮子，2、齿条，3、限位器，4、第二滑槽，5、铰链，6、拨杆，7、拨柱，8、第一滑槽，9、第一锥齿轮，10、第二锥齿轮，11、第三锥齿轮，12、第一棘轮，13、第一棘爪，14、第二棘爪，15、第二棘轮，16、第三棘爪，17、第四棘爪，18、海洋平台，19、上箱盖，20、箱体，21、第一传动轴，22、第二传动轴。
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1至5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。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
参见图1至图5所示，为了实现对波浪能的有效利用以及提升整个装置的安全性能，本实施例提供一种机械式波浪能发电装置，包括浮子1，浮子1为圆柱体，浮子1的表面涂有防腐蚀材料。在浮子1上侧设置有海洋平台18，海洋平台18上固连有箱体20，在箱体内转动连接有第一传动轴21，第一传动轴21的一端穿出箱体20并连接在发电机主轴上，第一传动轴21与发电机的主轴同轴设置。进而在箱体20内分别设置有两个棘轮机构和一个齿轮机构。其中齿轮机构包括第一锥齿轮9，第一锥齿轮9啮合有第二锥齿轮10，第二锥齿轮10位于第一锥齿轮9相对的一侧啮合设置有第三锥齿轮11，第一锥齿轮9与第三锥齿轮11均套装在第一传动轴21上，并且第一锥齿轮9与第三锥齿轮11均通过轴承与第一传动轴21转动连接，第二锥齿轮10通过第二传动轴22与箱体20侧壁转动连接。两个棘轮机构相对设置在第一锥齿轮9与第三锥齿轮11之间，且第一锥齿轮9与第三锥齿轮11各自与一个棘轮机构配合，安装时将每个棘轮机构的从动件均套装在第一传动轴21上，而每个棘轮机构的主动件安装在对应的第一锥齿轮9或第三锥齿轮11的侧壁上，继而在海洋平台18与浮子1之间还设置有往复运动组件，往复运动组件的输入端与浮子1连接，往复运动组件的输出端与第一锥齿轮9或第三锥齿轮11连接。
在使用时，通过往复运动组件与浮子1的配合，在波浪上升和下降时，都可以将能量传递给给齿轮机构，驱动齿轮机构运动，进而齿轮机构带动两个棘轮机构交替运转，可实现第一传动轴21持续进行单一方向的转动，即实现将波浪能转化为单一方向转动的机械能，为发电机提供连续的动力，从而有效地利用了波浪上升和下降时产生的波浪能，使得波浪能能够被全部吸收，提高波浪能的利用率。
参见图2至图3所示，进一步的，上述的往复运动组件包括往复杆机构和摆杆机构。往复杆机构连接在浮子1与海洋平台18之间，往复杆机构的输出端贯穿海洋平台18设置且两者滑动配合。摆杆机构设置在海洋平台18的上侧的箱体20内，摆杆机构的主动件与往复杆机构输出端连接，从动件与第一锥齿轮9或第三锥齿轮11连接。使得往复杆机构在波浪上升和下降时，都可以将能量传递给摆杆机构，从而带动齿轮机构和棘轮机构运转。
参见图3所示，其中，往复杆机构包括推杆，推杆的下端与浮子1通过铰链5连接，推杆的上端穿过海洋平台18和箱体20的侧壁并延伸至箱体20内部，推杆与海洋平台18滑动连接，推杆在进入箱体20的一端固连有齿条2，齿条2啮合有扇形齿，扇形齿也位于箱体20内，且扇形齿与摆杆机构的主动件连接。
参见图3所示，其中，摆杆机构包括6拨杆，拨杆6套装在第一传动轴21上且两者间隙配合，拨杆6的一端与扇形齿背离齿条2的一侧固连，另一端开设有第一滑槽8，第一滑槽8内滑动连接有拨柱7，拨柱7的一端延伸出第一滑槽8且与第一锥齿轮9或第三锥齿轮11的侧壁固连，如附图3所示，本装置中的拨柱7固连在第一锥齿轮9的侧壁上，并且拨柱7为圆柱体，拨柱7的轴线与第一传动轴21的轴线平行。
参见图3至图5所示，进一步的，其中一个棘轮机构的主动件包括第一棘爪13和第二棘爪14，从动件为第一棘轮12，第一棘爪13与第二棘爪14均固定安装在第一锥齿轮9的侧壁上，第一棘轮12套装固定在第一传动轴21上，另一个棘轮机构的主动件包括第三棘爪16和第四棘爪17，从动件为第二棘轮15，第三棘爪16与第四棘爪17均固定安装在第三锥齿轮11的侧壁上，第二棘轮15套装固定在第一传动轴21上，并且第一棘轮12与第二棘轮15同向设置。从而通过第一棘轮12和第二棘轮15同向安装在第一传动轴21上，装置工作时，两个棘轮都是逆时针转动，使发电机主轴始终向一个方向旋转发电，可以防止发电机因为正反转的交替导致发电机烧坏的现象，提高发电效率。
参见图1和图2所示，在海洋平台18的上侧，齿轮机构、棘轮机构、摆杆机构以及齿条2均置于箱体20内部，而推杆的上端穿过海洋平台18和箱体20的侧壁也置于所述箱体20内，且箱体20上侧设置有上箱盖19，第一传动轴21与第二传动轴22均与箱体20的侧壁转动连接，且第一传动轴21的一端穿出箱体20与发电机的主轴连接。进而在齿条2的相对的两侧均开设有第二滑槽4，每个第二滑槽4内均滑动连接有至少一个限位块3，限位块3与箱体20的内部固定。通过限位块3和第二滑槽4的配合，可以有效地限制齿条2左右摆动，限位块3可以避免齿条2由于海浪过大而超出理论行程，造成装置失效。从而整个装置除了浮子1和推杆下部外，其余部件都封装在固定于海洋平台18上的箱体20内，不与海水相接触，避免了被海水腐蚀，提高了装置在海洋中的使用寿命，并通过设置的上箱盖19便于打开箱体进行部件的维修，且安装简便。
本装置的实施原理：浮子1随着波浪的起伏做上下往复运动时，将推动齿条2做上下往复运动，齿条2与拨杆6一端的扇形齿相啮合，将驱动拨杆6做有角度的摆动，当拨杆6做有角度的摆动时，驱动拨柱7运动，拨柱7带动第一锥齿轮9做旋转运动，同时第一锥齿轮9通过啮合带动第二锥齿轮10做旋转运动，第二锥齿轮10通过啮合带动第三锥齿轮11做与第一锥齿轮9相反的旋转运动。当第一锥齿轮9上的第一棘爪13和第二棘爪14推动棘齿，使第一棘轮12做旋转运动，第三锥齿轮11上的第三棘爪16和第四棘爪17将越过棘齿不向棘轮传递能量，而当第三锥齿轮11上的第三棘爪16和第四棘爪17推动棘齿使第二棘轮15做旋转运动时，则第一锥齿轮9上的第一棘爪13和第二棘爪14将越过棘齿不向棘轮传递能量，从而保证棘轮始终在单一方向上做旋转运动，棘轮将驱动第二传动轴22做旋转运动，以此来驱动发电装置运作，最终将波浪能转化为单一方向转动的机械能，供发电机高效率发电。
具体的，当浮子1向上运动时，浮子1推动齿条2向上运动，齿条2通过啮合拨杆6一端的扇形齿，使得拨杆6被驱动并做逆时针方向摆动。当拨杆6做逆时针方向摆动时，拨杆6驱动拨柱7做逆时针运动，拨柱7驱动与它连接的第一锥齿轮9做逆时针的旋转运动，第一锥齿轮9通过轴承绕第一传动轴21做旋转运动，不对第一传动轴21传递动力。第一锥齿轮9上的第一棘爪13和第二棘爪14将推动棘齿使第一棘轮12做逆时针的旋转运动。第一锥齿轮9通过啮合驱动第二锥齿轮10做顺时针旋转运动。第二锥齿轮10通过啮合驱动第三锥齿轮11做顺时针旋转运动，第三锥齿轮11通过轴承绕第一传动轴21做旋转运动，不对第一传动轴21传递动力。第三锥齿轮11上的第三棘爪16和第四棘爪17将越过棘齿不对第二棘轮15产生作用力，第二棘轮15不运动，第一棘轮12将驱动第一传动轴21做逆时针的旋转运动，以此来驱动发电装置运作。
当浮子1向下运动时，浮子1将拉动齿条2向下运动，齿条2通过啮合拨杆6一端的扇形齿，使得拨杆6被驱动并做顺时针方向摆动。当拨杆6做顺时针方向摆动时，拨杆6将驱动拨柱7做顺时针运动，拨柱7驱动与它连接的第一锥齿轮9做顺时针的旋转运动，第一锥齿轮9通过轴承绕第一传动轴21做旋转运动，不对轴传递动力。第一锥齿轮9上的第一棘爪13和第二棘爪14越过棘齿不对第一棘轮12产生作用力，第一棘轮12不运动。第一锥齿轮9通过啮合将驱动第二锥齿轮10做逆时针旋转运动。第二锥齿轮10通过啮合将驱动第三锥齿轮11做逆时针旋转运动，第三锥齿轮11通过轴承绕第一传动轴21做旋转运动，不对轴传递动力。第三锥齿轮11上的第三棘爪16和第四棘爪17将推动棘齿使第二棘轮15做逆时针旋转运动，第二棘轮15将驱动第一传动轴21做逆时针的旋转运动，以此来驱动发电装置运作。
综上，浮子1在随着波浪的起伏做上下往复运动，将推动齿条2做上下往复运动，再通过之后的机械转换，将驱动第一传动轴21始终做逆时针的旋转运动，最终将波浪能转化为单一方向转动的机械能，供发电机高效率发电。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种机械式波浪能发电装置，包括浮子(1)，其特征在于，还包括：
往复运动组件，所述往复运动组件的输入端与所述浮子(1)连接；
齿轮机构，包括相对设置的第一锥齿轮(9)和第三锥齿轮(11)，所述往复运动组件的输出端与所述第一锥齿轮(9)或所述第三锥齿轮(11)连接，所述第一锥齿轮(9)与所述第三锥齿轮(11)之间设置有第二锥齿轮(10)，所述第二锥齿轮(10)分别与所述第一锥齿轮(9)和第三锥齿轮(11)啮合，所述第一锥齿轮(9)和第三锥齿轮(11)均套装在第一传动轴(21)上，且所述第一锥齿轮(9)与所述第三锥齿轮(11)均与所述第一传动轴(21)转动连接，所述第一传动轴(21)用于连接发电机主轴；
两个棘轮机构，相对设置且位于所述第一锥齿轮(9)和第三锥齿轮(11)之间，两个所述棘轮机构的主动件分别与所述第一锥齿轮(9)和第三锥齿轮(11)连接，两个所述棘轮机构的从动件分别套装固定在所述第一传动轴(21)上，两个所述棘轮机构用于和所述齿轮机构配合，将所述浮子(1)跟随波浪上升和下降时的双向直线运动转化为所述发电机主轴的单一方向的连续转动。
2.根据权利要求1所述的一种机械式波浪能发电装置，其特征在于，所述往复运动组件包括往复杆机构和摆杆机构，所述往复杆机构的输入端连接在所述浮子(1)上，输出端与所述摆杆机构的主动件连接，所述摆杆机构的从动件与所述第一锥齿轮(9)或所述第三锥齿轮(11)连接，用于驱动所述第一锥齿轮(9)或所述第三锥齿轮(11)转动。
3.根据权利要求2所述的一种机械式波浪能发电装置，其特征在于，所述往复杆机构包括推杆，所述推杆的下端与所述浮子(1)连接，所述推杆的上端固连有齿条(2)，所述齿条(2)啮合有扇形齿，所述扇形齿与所述摆杆机构的主动件连接。
4.根据权利要求3所述的一种机械式波浪能发电装置，其特征在于，所述摆杆机构包括拨杆(6)，所述拨杆(6)套装在所述第一传动轴(21)上且两者转动连接，所述拨杆(6)的一端与所述扇形齿背离所述齿条(2)的一侧固连，另一端开设有第一滑槽(8)，所述第一滑槽(8)内滑动连接有拨柱(7)，所述拨柱(7)的一端穿设在所述第一滑槽(8)内，所述拨柱(7)的另一端与所述第一锥齿轮(9)或所述第三锥齿轮(11)的侧壁固连，所述拨柱(7)的轴线与所述第一传动轴(21)的轴线平行。
5.根据权利要求4所述的一种机械式波浪能发电装置，其特征在于，其中一个所述棘轮机构的主动件包括第一棘爪(13)和第二棘爪(14)，从动件为第一棘轮(12)，所述第一棘爪(13)与所述第二棘爪(14)均固定安装在所述第一锥齿轮(9)的侧壁上，所述第一棘轮(12)套装固定在所述第一传动轴(21)上，另一个所述棘轮机构的主动件包括第三棘爪(16)和第四棘爪(17)，从动件为第二棘轮(15)，所述第三棘爪(16)与所述第四棘爪(17)均固定安装在所述第三锥齿轮(11)的侧壁上，所述第二棘轮(15)套装固定在所述第一传动轴(21)上，并且所述第一棘轮(12)与所述第二棘轮(15)同向设置。
6.根据权利要求3所述的一种机械式波浪能发电装置，其特征在于，还包括海洋平台(18)，所述海洋平台(18)的上侧固定有箱体(20)，所述箱体(20)上侧设置有上箱盖，所述齿轮机构、棘轮机构、摆杆机构以及齿条均置于所述箱体(20)内部，所述推杆的上端插设在所述海洋平台(18)和所述箱体(20)的侧壁上且与两者间隙配合，所述箱体(20)的侧壁上插设有第二传动轴(22)，所述第二锥齿轮(10)套装固定在所述第二传动轴(22)上，所述第一传动轴(21)与所述第二传动轴(22)均与所述箱体(20)的侧壁转动连接，且所述第一传动轴(21)的一端与发电机的主轴连接。
7.根据权利要求6所述的一种机械式波浪能发电装置，其特征在于，所述齿条(2)的上端置于所述箱体(20)内，在齿条(2)相对的两侧均开设有第二滑槽(4)，每个所述第二滑槽(4)内均滑动连接有至少一个限位块，所述限位块与所述箱体(20)的内壁固定。
8.根据权利要求3所述的一种机械式波浪能发电装置，其特征在于，所述推杆的下端与所述浮子(1)之间通过铰链(5)连接。
9.根据权利要求1所述的一种机械式波浪能发电装置，其特征在于，所述浮子(1)为圆柱体，所述浮子(1)的表面涂有防腐蚀材料。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117585762A (zh) * | 2023-12-28 | 2024-02-23 | 湖北工业大学 | 一种自动吞吐水源的灭藻装置 |
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- 2023-10-26 CN CN202311399613.2A patent/CN117249038A/zh active Pending
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