CN1779227A - 海水波浪发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海水波浪发电机组，属于发电设备领域，其结构是由基座、主体立柱、中空浮船和发电室构成，主体立柱通过基座固定于海底，半球形中空浮船的中心自上而下留有适于主体立柱穿过的孔洞，孔洞上下口边缘分别安装有导向滚轮使其以主体立柱为中心上下浮动，中空浮船的船面上装设有发电室，发电室内传动机构上的取力齿轮及正多边形支架上的导向滑轮分别与主体立柱外表面上的齿条及导向滑槽相接，海浪推动中空浮船及发电室上下运动从而带动传动结构上的取力齿轮沿齿条作上下直线运动，进而带动发电机转动产生电能。本发明的海水波浪发电机组，具有结构紧凑简单、安装容易、占地面积小、发电量大、发电成本低、无耗能等优点，因而，具有很高的推广使用价值。

Description

海水波浪发电机组

技术领域：

本发明涉及一种发电设备，具体地说是一种将海水的波浪动能转化成电能的海水波浪发电机组。

背景技术：

当前，世界面临能源枯竭的危险。因此，开发替代能源发电是当今世界各国急于解决人类生存的重大课题。我国的发展崛起，更加受严重缺能现状的制约。近期国际石油价格的飞涨，已严重影响了我国国民经济的健康发展。因此，解决能源替代问题已提到国家发展的战略高度来认识。

发明内容：

本发明的技术任务是针对现有海浪发电技术的不足，提供的一种结构简单、安装容易、发电量大、发电成本低、无耗能并可大面积推广应用的海水波浪发电机组。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

该海水波浪发电机组包括基座、主体立柱、中空浮船和发电室，主体立柱通过基座固定于海底，半球形中空浮船的中心自上而下留有适于主体立柱穿过的孔洞，其上下口边缘分别安装有导向滚轮使其以主体立柱为中心上下浮动，中空浮船的船面上装设有发电室支柱支撑上层的发电室使之与中空浮船连为一体，设置在主体立柱外表面上的导向滑槽和齿条与发电室内发电机构上的齿轮传动机构相接，海浪推动发电室上下运动从而带动齿轮沿齿条作直线运动进而带动发电机转动产生电能。

用于固定主体立柱的基座为锥型空腹结构，该基座由基础桩固定在海底，其上表面开有注沙孔，其腹腔内灌满沙子。

主体立柱用若干标准节组装而成并与基座连为一体，标准节为管状结构，每个标准节的上、下端设置连接板，连接板的内层焊有加固板，连接板用螺栓将主体立柱组装连为一体，在标准节的外表面上间隔设置有等距离的导向滑槽，而齿条根据需要安装在某一个标准节上与发电室内取力机构相匹配的适当位置。

主体立柱的顶部安装有用于架设电线的电瓷瓶，在发电室的顶部设置有电缆收放筒并通过该电缆收放筒内的电缆线连接架设在电瓷瓶上的电线和发电室内部的发电机。

主体立柱的顶部设有牵引支架，该牵引支架依次通过水面上的钢缆和水面下的索链与抛入海底的船锚连接。

为了防止因风浪过大使转速过高造成发电机的损坏，在主体立柱齿条的上下端各设有一个切力块。

发电室是由发电室外壳、正多边形支架、支柱、发电机和其连接的发电机构构成，发电室外壳的上、下中心部位留有与主体立柱相配合的圆孔，其边缘安装有导向滚轮并与套在主体立柱上的导向滑槽相接，发电室外壳的内腔之中在圆形地板平台上垂直设置有支柱并与地板上水平环绕在主体立柱周围的正多边形支架的每个角固定连为一体，在正多边形支架相对于主体立柱的导向滑槽处对应安装有导向滚轮，在正多边形支架上相对于主体立柱的齿条处对应安装有上、下多对取力齿轮，上、下每一对取力齿轮间设有一连接臂，其中心位置安装一自动离合器，该自动离合器与正多边形支架相固定，当海浪推动中空浮船上升时，自动离合器推动上取力齿轮受力与齿条啮合，下取力齿轮与齿条分离；当中空浮船下降时，自动离合器推动下取力齿轮与齿条啮合，上取力齿轮与齿条分离，每个上取力齿轮分别通过万向节和换向增速齿轮箱与上皮带轮相接，每个下取力齿轮分别通过万向节和齿轮变速箱与下皮带轮相接，上皮带轮和下皮带轮分别通过皮带与设置在地板平台上的发电机的动力输入轴上的皮带轮相接从而带动发电机发电。

本发明的海水波浪发电机组，其发电原理如下：

以正六边形支架为例，在发电室内通过正六边形支架对应设置有上、下六组与主体立柱相配合的发电装置，每组发电装置分别与一台发电机相接，六组发电装置分别与六台发电机组成六套发电系统，在每套发电装置中，无论是浪涨还是浪退，发电机都能发电，其中，单一发电机的工作原理如下：

位于发电室内的正六边形支架套在主体立柱上，并使支架上导向滑轮与设置在主体立柱上的导向滑槽配合使之平行于主体立柱上下运行。当海浪处于上升状态时，通过设置在正六边形支架上的齿轮自动离合器的推动，使上取力齿轮与设置在主体立柱上的齿条啮合，此时，上取力齿轮呈逆时针方向旋转，与上取力齿轮相接的传动轴依次接传动轴万向节和换向增速齿轮箱后与上皮带轮相接，这时上皮带轮再通过传动皮带与设置在发电机动力输入轴上的皮带轮相接使之旋转，根据发电机的发电设计，此时，发电机开始发电；当海水波浪处于下降状态时，仍然通过设置在正六边形支架上的齿轮自动离合器，使下取力齿轮与设置在主体立柱上的齿条啮合，此时，下取力齿轮呈顺时针方向旋转，与下取力齿轮相接的传动轴串接万向节后带动变速箱中的增速齿轮再带动传动轴与下皮带轮相接，下皮带轮再通过传动皮带与设置在发电机动力输入轴上的皮带轮相接，根据发电机的发电设计，此时，发电机又可发电；所以，只要是海水的浪波高度发生变化，发电机都可不间断发电，再者，一个正六边形支架上装有六组发电系统，可实现同步发电。

本发明的海水波浪发电机组与现有技术相比，所产生的有益效果是：

(1)结构紧凑、简单易行、安全可靠、高效、成本低且投资少、见效快、建设周期短。在直径1米的主体立柱上安装六条齿条带动六台发电机，而发电室面积12m²，小空间、大装机量，是独出心裁的优化组合，从而大大节省建设造价，极大地降低了发电成本。以每套发电机组造价约200万元(包括输变电等配套设施)、使用折旧期10年计算，每度电成本约合0.076元。

(2)中空浮船以主体立柱为中心上下运动，其优点在于中空浮船稳定性好，所设计的导向滑轮、导向滑槽使中空浮船及发电室受任何方向及力度的海浪冲击后无横向摆动，对巨浪起到切力作用。

(3)用三根基础桩、基座(锥型钢混结构沉箱)及主体立柱上端的牵引支架通过连接船锚的索链和钢缆将主体立柱稳于海底，设备体积小、基础大，使主体立柱及中空浮船可承受12级台风的袭击，解决了全天候安全运转发电的难题。

(4)正六边形支架上安装有六对上、下取力齿轮，主体立柱由标准节组装连接而成，其高度可根据需要任意安装，另外，其标准化程度高，各部配合间隙紧密，运行故障少，使用寿命长，又可由工厂大批量生产用于安装成大型发电厂(场)。

(5)该设计适用于水深5-20米的海域安装发电，适用条件广，可单体安装供孤岛用电，或根据海域条件和需要成百上千台安装，建设小、中、大型发电厂(场)。利用边长1000m*1000m的海域面积，可安装100台发电机组，可达到输出功率3万千瓦，相当于一座中型火力发电厂。每座发电机组可安装功率50KW的发电机六台，每台发电机在平均浪高0.5米时每小时的发电量为50千瓦时，按一个发电机组(六台发电机)每小时发电量300千瓦计算，年发电量约为2628000千瓦时。

(6)该发电设备无能耗、所以无污染，是真正的绿色环保项目，且建设造价低，发电成本低，因此前景无限广阔。一旦该发明开展大范围的普及应用，定会大大减轻我国能源紧缺的压力，对我国高速发展的经济建设起到难以估量的作用。

附图说明：

附图1为本发明的立体结构示意图；

附图2为图1中主体立柱的标准节的主视结构示意图；

附图3为图2的俯视结构示意图；

附图4、5、6分别为图1中中空浮船的三种形状结构示意图；

附图7为正多边形支架的上层发电机构示意图；

附图8为正多边形支架内壁上的导向滚轮结构示意图；

附图9为正多边形支架的下层发电机构示意图；

附图10为发电室内部单一发电结构的右视机构示意图；

附图11为发电室内部单一发电结构的主视机构示意图；

附图12为上、下取力齿轮的取力结构示意图。

图中，1-基座，2-主体立柱，3-中空浮船，4-发电室，5-发电室支柱，6-基础桩，7-注沙孔，8-标准节，9-连接板，10-加固板，11-导向滑槽，12-齿条，13-电瓷瓶，14-电缆收放筒，15-牵引支架，16-钢缆，17-索链，18-船锚，19-发电室外壳，20-正多边形支架，21-支柱，22-发电机，23-上取力齿轮，24-下取力齿轮，25-连接臂，26-自动离合器，27-换向增速齿轮箱，28-上皮带轮，29-万向节，30-齿轮变速箱，31-下皮带轮，32-皮带轮，33-皮带轮，34-导向滚轮，35-万向节。

具体实施方式：

下面结合附图1-12对本发明的海水波浪发电机组作以下详细地说明。

如附图1-3所示，本发明的海水波浪发电机组，其结构包括基座1、主体立柱2、中空浮船3和发电室4，主体立柱2通过基座1固定于海底，半球形中空浮船3的中心自上而下留有适于主体立柱穿过的孔洞，其上下口边缘分别安装有导向滚轮34使其以主体立柱2为中心上下浮动，中空浮船3的船面上装设有发电室支柱5支撑上层的发电室4使之与中空浮船3连为一体，设置在主体立柱2外表面上的导向滑槽11和齿条12与发电室4内发电机构上的齿轮传动机构相接，海浪推动发电室上下运动从而带动齿轮沿齿条12作直线运动进而带动发电机转动产生电能。

用以固定主体立柱2的基座1为锥型空腹钢混结构，该基座1由三根基础钢桩6固定在海底，其上表面开有注沙孔7，将其腹中灌满沙子以增加配重。

主体立柱2用若干标准节8组装而成并与基座1连为一体，标准节8为管状结构，每个标准节8的上、下端设置连接板9，连接板9内层焊有加固板10，连接板9用螺栓紧固，将主体立柱2组装连为一体，在标准节8的外表面上间隔设置有等距离的导向滑槽11和齿条12。

主体立柱2的顶部安装有用于架设电线的电瓷瓶13，在发电室4的顶部设置有电缆收放筒14并通过该电缆收放筒14内的电缆线连接架设在电瓷瓶13上的电线和发电室4内部的发电机。

主体立柱2的顶部设有牵引支架15，该牵引支架15依次通过水面上的钢缆16和水面下的索链17与抛入海底的船锚18连接。

如附图4-6所示，中空浮船3可以用玻璃钢材料、全钢材料和橡胶圈等材料制成。

如附图7-11所示，发电室4是由发电室外壳19、正多边形支架20、支柱21、发电机22和其连接的发电机构构成，发电室外壳19的上、下中心部位留有与主体立柱2相配合的圆孔，其边缘安装有导向滚轮34并与套在主体立柱2上的导向滑槽11相接，发电室外壳19的内腔之中在圆形地板平台上垂直设置有支柱21并与地板上水平环绕在主体立柱2周围的正多边形支架20的每个角固定连为一体，在正多边形支架20相对于主体立柱2的导向滑槽11处对应安装有导向滚轮34，在正多边形支架20上相对于主体立柱2的齿条12处对应安装有上、下多对取力齿轮23、24，上、下每一对取力齿轮23、24间设有一连接臂25，其中心位置安装一自动离合器26，该自动离合器与正多边形支架20相固定，当海浪推动中空浮船3上升时，自动离合器26推动上取力齿轮23受力与齿条12啮合，下取力齿轮24与齿条12分离；当中空浮船3下降时，自动离合器26推动下取力齿轮24与齿条12啮合，上取力齿轮23与齿条12分离，每个上取力齿轮23分别通过万向节35和换向增速齿轮箱27与上皮带轮28相接，每个下取力齿轮24分别通过万向节29和齿轮变速箱30与下皮带轮31相接，上皮带轮28和下皮带轮31分别通过皮带与设置在地板平台上的发电机22的动力输入轴上的皮带轮32和33相接从而带动发电机发电。

如附图12所示，上取力齿轮和下取力齿轮分别在自动离合器作用下交替工作。

本发明的海水波浪发电机组，其具体安装程序如下：

将岸上预制好的锥形空腹钢混结构基座沉入所选择的海底，用打桩船将直径0.8米、长17米的钢管插入基座上端的预留孔内，并将基座的上端测出水平，然后把三根钢桩依次打入沙层10米深度。用抽沙船从基座的注沙孔中往基座的腹腔内注满沙子(以增加配重，起到沉箱的作用，在浅水域安装可用抽沙船先抽出沙坑，将基座埋入沙中，可不再打钢桩)。由打桩船配合，在锚固好的基座中心预留孔中安入主体立柱(位于基座内的标准节为裸节)至高出海水水面后，用打桩船的吊机将中空浮船吊起，使中空浮船的中心孔导向滚轮对正主体立柱上的导向滑槽，平稳地将其下降至海面，中空浮船安好后，将中空浮船上的导向滚轮调整螺栓逐个上紧，顶紧导向滑槽使中空浮船在主体立柱上暂不滑动，保持静止状态，用吊机将发电室(内部发电机构已在工厂内安装完成)吊起，将导向滑轮对正主体立柱的导向滑槽，套装在主体立柱上，悬在中空浮船上部的适当高度，上紧正多边形支架上的导向滑轮调整螺栓使之顶紧导向滑槽，以保持发电室的稳定，开始依次焊接中空浮船与发电室的发电室各个支柱，使两者连为一体。之后，再继续安装主体立柱的标准节，待高出发电室的顶盖7米时，由吊机配合安装主体立柱自行安装套架(自行安装套架为主体立柱安装专用设备，其内部装有滚轮和动力齿轮，利用主体立柱上已有的导向滑槽、齿条、用电机带动齿轮与齿条啮合可使自行安装套架上下升降，自行安装套架上安有小吊臂用于吊升标准节，其工作形式如同建筑塔吊的自行安装套架，)自行安装套架安装完毕，安装工人进入自行安装套架操作，将标准节一节一节依次安装至所需高度(不超过沙层40米)。架设好输电线路及钢缆。然后，将自行安装套架下降至发电室顶部再由打桩船上吊机配合将其拆卸。接好发电机线路，拉紧钢缆与索链并接牢。此时可将所有导向滑轮与导向滑槽的间隙调整至最佳位置，此时，发电机即开始发电，该发电机组整套安装时间为三至五天。

本发明的海水波浪发电机组其加工制作简单方便，按说明书附图所示加工制作即可。主体立柱的安装及固定技术为现有技术，中空浮船的制作技术也为现有技术，在材料的选择上，可选用玻璃钢、钢质和橡胶圈等材料制成，发电室的各部件及零件的制造及安装技术均为现有技术。

Claims (6)

1、海水波浪发电机组，其特征在于，该机组包括基座(1)、主体立柱(2)、中空浮船(3)和发电室(4)，主体立柱(2)通过基座(1)固定于海底，半球形中空浮船(3)的中心自上而下留有适于主体立柱穿过的孔洞，其上下口边缘分别安装有导向滚轮(34)使其以主体立柱(2)为中心上下浮动，中空浮船(3)的船面上装设有发电室支柱(5)支撑上层的发电室(4)使之与中空浮船(3)连为一体，设置在主体立柱(2)外表面上的导向滑槽(11)和齿条(12)与发电室(4)内发电机构上的齿轮传动机构相接，海浪推动发电室上下运动从而带动齿轮沿齿条(12)作直线运动进而带动发电机转动产生电能。

2、根据权利要求1所述的海水波浪发电机组，其特征在于，用于固定主体立柱(2)的基座(1)为锥型空腹结构，该基座(1)由基础桩(6)固定在海底，其上表面开有注沙孔(7)。

3、根据权利要求1所述的海水波浪发电机组，其特征在于，主体立柱(2)用若干个标准节(8)组装而成并与基座(1)连为一体，标准节(8)为管状结构，每个标准节(8)的上、下端设置有连接板(9)以将主体立柱(2)组装连为一体，在标准节(8)的外表面上间隔设置有等距离的导向滑槽(11)和齿条(12)。

4、根据权利要求1所述的海水波浪发电机组，其特征在于，主体立柱(2)的顶部安装有用于架设电线的电瓷瓶(13)，在发电室(4)的顶部设置有电缆收放筒(14)并通过该电缆收放筒(14)内的电缆线与架设在电瓷瓶(13)上的电线和发电室(4)内部的发电机相连接。

5、根据权利要求1所述的海水波浪发电机组，其特征在于，主体立柱(2)的顶部设有的牵引支架(15)，该牵引支架(15)依次通过水面上的钢缆(16)和水面下的索链(17)与抛入海底的船锚(18)连接。

6、根据权利要求1所述的海水波浪发电机组，其特征在于，发电室(4)是由发电室外壳(19)、正多边形支架(20)、支柱(21)、发电机(22)和其连接的发电机构构成，发电室外壳(19)的上、下中心部位留有与主体立柱(2)相配合的圆孔，其边缘安装有导向滚轮(34)并与套在主体立柱(2)上的导向滑槽(11)相接，发电室外壳(19)的内腔之中在圆形地板平台上垂直设置有支柱(21)并与地板上水平环绕在主体立柱(2)周围的正多边形支架(20)的每个角固定连为一体，在正多边形支架(20)相对于主体立柱(2)的导向滑槽(11)处对应安装有导向滚轮(34)，在正多边形支架(20)上相对于主体立柱(2)的齿条(12)处对应安装有上、下多对取力齿轮(23)、(24)，上、下每一对取力齿轮(23)、(24)间设有一连接臂(25)，其中心位置安装一自动离合器(26)，该自动离合器与正多边形支架(20)相固定，当海浪推动中空浮船(3)上升时，自动离合器(26)推动上取力齿轮(23)受力与齿条(12)啮合，下取力齿轮(24)与齿条(12)分离；当中空浮船(3)下降时，自动离合器(26)推动下取力齿轮(24)与齿条(12)啮合，上取力齿轮(23)与齿条(12)分离，每个上取力齿轮(23)分别通过万向节(35)和换向增速齿轮箱(27)与上皮带轮(28)相接，每个下取力齿轮(24)分别通过万向节(29)和齿轮变速箱(30)与下皮带轮(31)相接，上皮带轮(28)和下皮带轮(31)分别通过皮带与设置在地板平台上的发电机(22)的动力输入轴上的皮带轮(32)和(33)相接从而带动发电机发电。

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