CN201246266Y - 一种助摆式波能发电装置 - Google Patents

Abstract

一种助摆式波能发电装置，特点是：一设有支撑浮体、平衡浮体、防倾浮体的船体，其内腔为水舱，船体以支撑浮体作为平衡支点，将两船体首、尾相连组成工作体，并在船体上安装相应的能量转换装置和发电设备。当海浪波动时两船体相连处会反复出现“上拱”和“下陷”现象，使能量转换装置不断产生机械运动进而推动发电机发电。本实用新型所采用的借助波浪外力作用使船体舱内储水流动，从而导致船体重心偏移而引起大幅度摆动，以及双船体组成工作体的设计，是波浪能采集方法和波能发电装置的一个创新，解决了目前波能发电装置普遍存在的效率不高的问题，对于推广普及海洋波能发电，减少资源消耗、保护环境具有积极意义。

Description

一种助摆式波能发电装置

技术领域：

本实用新型涉及一种助摆式波能发电装置，特别涉及一种海洋波浪能采集和将波浪能转换为机械动能进行发电的装置，属于机械制造与发电设备行业。

背景技术：

不断高涨的能源价格和日益突出的环境问题，促使人们开始以更大的热情寻找开发新的能源。地球表面的71％是海洋，海洋蕴藏着巨大能量。目前利用海洋能发电的主要有潮汐、海浪、海流、温差、盐差等形式，较为成熟的是潮汐能和海浪能发电，虽然潮汐发电容量较大，但要求7m潮差以上，而且必须建造长坝，需要海湾作为上游水库，电站选址有限，而海浪发电随处可设，大海素有无风三尺浪之说，所以海浪发电更具发展前景。1992年联合国把海浪发电列为开发海洋可再生能源的首位，沿海国家十分重视、加大力度，积极开发。

有关波能发电装置的方法很多，其能量转换形式主要有空气能，水位能和机械能，其中以机械能最为普遍，通常有漂浮式和固定式两种，基本原理都是通过浮体在海浪上下波动中的摆动，以机械传动形式获取动能，漂浮式装置结构庞大，其自身的巨大的重量将抵消部分波浪的能量，使采能效率降低，而将浮体依附于固定建筑物的装置，则置需要在海底建造坚固的建筑物以抗御恶劣的海洋气候，这种建筑物一是建造难度高特别是在深海区域，二是装置弃用时会造成新的环境问题，且也存在浮体自重大会抵消部分波浪的能量，自重轻下降回程不做功的问题，在风浪较小时效果更差。采能效率低是目前波浪发电装置面临的共性问题，也是导致海洋波能发电难以推广和商业应用的主要原因之一。

实用新型内容：

提供一种高效波能发电装置，该装置具有借助波浪外力作用使船体舱内储水流动，从而导致船体重心偏移而引起船体大幅摆动的特点，能在各种风浪条件下连续工作，具有较高的能量转换效率，使海浪波能发电得到更快推广和实际应用。

构造一船体，船体内腔为水舱，在舱内注入海水，在船体底部中间设置支撑浮体使船体重心上移并作为船体的平衡支点，在船体两斜底分别安装平衡浮体，平衡浮体可沿斜底移动，在船体的首、尾部安装防倾浮体，将两个船体通过内、外枢臂相连组成工作体，并在船体上安装相应的能量转换装置和发电设备。

海浪波动时，船体一侧被海浪托起，水舱内的水快速流向另一侧，使船体重心偏移而发生倾斜，组成工作体的另一船体则会同时发生反方向倾斜，使两船体连接处出现“下陷”，当海浪波动至两船体连接处，则连接处出现“上拱”，海浪不断波动，两船体连接处就会反复出现“下陷”和“上拱”，并带动能量转换装置不断产生机械运动进而推动发电机发电。

舱内水量是影响本装置效率的重要因素之一，同等水量，风浪越大船体摆动幅度就越大，产生的能量也越大；同等摆动幅度，舱内水量越多，产生的能量就越大，因而控制舱内的水量至关重要，通过调节舱内水量，可使本装置在不同风浪下保持最佳工作状态。

打开进水孔阀门，海水会自动流入水舱；将水位控制阀移动闸开启至适当位置，船体倾斜时，舱内超过移动闸高度的水从L形管道溢出。台风期间，可在舱内注入较多的海水使船体下沉至海面齐平或稍下，以减小风浪对船体的冲击，上浮时通过排水泵减少舱内水量使船体浮出水面。在调整舱内水量的同时，还可通过移动平衡浮体的位置调整船体的摆动幅度，风浪大舱内水量较多时，可将平衡浮体向外移动靠近防倾浮体，提高船体首、尾部的浮力，风浪小舱内水量较少时，则向内收拢，以加大船体的摆动幅度。

支撑浮体、防倾浮体、平衡浮体采用笼式框架内填强化泡沫等轻质物体，一是减轻船体自重以提高舱内水量与船体的重量比，二是在恶劣的海洋环境下万一破损不至于导致船体下沉。支撑浮体、防倾浮体、平衡浮体的两端都为圆弧型，船体甲板两侧下削成下斜面，以减小风浪对船体横向的冲击力。

本实用新型采用的能量转换装置及工作流程为：动力臂通过推拉杆带动受力臂作往返运动，受力臂带动液压泵轴转动使液压泵工作，液压泵产生的高压油通过油路管道送至液压马达，液压马达带动发电机发电，在液压马达前还安装有蓄能器。采用液压元件作为能量转换的主要部件是因为液压元件具有体积小、重量轻、蓄能方便、能量传递结构简单、受空间限制小等特点，特别适合利用本实用新型进行规模化电站建设，可将众多船体产生的能量汇集起来统一输送至发电设备，起到平稳输入动力，提高发电质量和发电效率以及降低单位装机容量建设成本等作用。

有益效果：

1、本实用新型装置，在海浪波动过程中，将海浪动能与舱内水流重力能结合起来，加大了船体摆动的幅度和力度，因舱内水流的作用，船体重心只要一过平衡支点就会加速失衡，引起船体大幅度倾斜摆动，一个波浪经过两船体组成的工作体时，能使两船体连接处出现两次下陷和一次上拱，能有效增加船体摆动次数，使采能效率明显提高。

2、两船体相连使安装在船体上的能量转换装置在海浪波动时同时产生反向的运动，与现有波能发电装置的浮体工作方式相比，其摆动的幅度和力度明显增大。

3、通过对舱内水量和平衡浮体位置的配合调整，使船体在不同的风浪情况下保持最佳工作状态，提高了采能效率，使本装置在大小风浪情况下都能进行稳定发电。

4、结构稳固，移动方便，主要设备全部安装在设备舱内并用护罩加以保护，能适应海洋恶劣的气候条件，只要将装置拖运至指定海域抛锚定位，就可发电。模块化的设计适合建立不同规模的海上电站，是海浪发电等较理想的装置，对于推广普及海浪能发电，减少燃料资源消耗、保护环境具有积极意义。

附图说明：

图1：本装置结构示意图

图2：本装置局部放大示意图

图3：本装置前视图

图4：船体中心及设备舱剖视图

图5：水位控制阀示意图

图6：建立规模电站布局示意图

具体实施方式

图1、图2、图3说明：

船体(2)为矩形扁平体，船底向两头起翘形成两斜底(30)，甲板(11)平直两侧下削成下斜面(12)，船体内腔为水舱(3)，水舱内有若干隔离板(5)将水舱分隔成若干纵向水舱，以提高船体的横向稳定性和结构强度，隔离板上有若干透水孔(6)使各分隔舱的水量保持一致。

支撑浮体(4)为柱体横贯船体底部，其长度超出船体宽度，其与船体连接处部分切入船体，支撑浮体为船体的平衡支点；船体首、尾部各有一为柱体的防倾浮体(1)，其水平位置高于支撑浮体，其作用是提高船体首、尾部的浮力；在船体两斜底各有一为柱体的平衡浮体(14)，平衡浮体的耳攀(15)有孔(29)套在平衡滑杆(16)上，耳攀与钢索(17)相连，平衡滑杆固定在船底两斜底外侧面的支座(22)上，支座上有滑轮(23)，钢索呈8字形绕过各滑轮，钢索上连有一段柔性齿条(24)与一内大外小的阶梯齿轮(25)的小齿轮啮合，阶梯齿轮的大齿轮与电机蜗杆轴(47)啮合，阶梯齿轮带动钢索，使两平衡浮体沿船体斜底作对称同步移动，阶梯齿轮有一长轴(18)横穿船体与另一侧的齿轮同轴，使船体两侧的钢索保持同步运动。

船体首、尾部有纵向前伸的内枢臂(21)和外枢臂(19)，外枢臂呈T形，其前端垂直柱体为动力臂(8)，内枢臂呈平直形，内、外枢臂前端各有一枢纽孔(13)，两船体对接时，将两枢纽孔对齐并在孔内插入连接轴(20)使两船体组成工作体；推拉杆(9)的两端分别与动力臂和受力臂(27)相连，受力臂与液压泵轴(35)相连，船体摆动时，动力臂通过推拉杆带动受力臂作往返运动，受力臂带动液压泵轴转动使液压泵(33)工作并带动发电机(37)发电。

本实用新型装置中的平衡滑杆、内枢臂、外枢臂、动力臂、受力臂、推拉杆、钢索、支座、滑轮等传动装置及部件均有两组，分别对称位于船体的两侧。

在船体甲板的中间有设备舱(10)，在甲板的一侧安装水位控制阀(7)，在船体侧面近底处有一注水孔(26)并装有启闭阀，打开启闭阀，海水会自动流入水舱；甲板上有排水泵(28)，其吸水管插入水舱底部，开启排水泵可排出舱内海水。

在船体底部有一锚缆环(48)，装置在预定海域工作时，只需将其中一个船体上系上锚缆抛锚定位即可，装置在海流的作用下，会自动顺流工作。

图4说明：

设备舱(10)位于甲板中间向下凹陷呈槽体，设备舱两端各有一短管(32)，分别穿过甲板两侧的下斜面，液压泵轴(35)穿过短管固定于轴承座(46)，设备舱内有液压泵(33)、蓄能器(34)、液压马达(36)、发电机(37)、油缸(45)、控制设备等，其中液压泵有两个，分别对称安装在船体的两侧，油缸(45)的下半部插入水舱使液压油得到海水的冷却，设备舱上方有护罩(31)，护罩可翻起。

图5说明：

水位控制阀(7)为下口(39)大上口(40)小的L状矩形管道(38)，位于船体一侧的甲板上，其与甲板连接处上方有一移动闸(42)槽口(41)，移动闸背部有一齿条(43)与驱动齿轮(44)啮合，启闭移动闸可控制舱内水量，将移动闸开启至适当位置，船体倾斜时，舱内超过移动闸高度的水从L形管道溢出，起到控制水位的作用。

图6说明：

可将多个船体连接组建规模电站，为降低制造成本、提高发电机的效率，可将液压泵与其它设备分开安装在不同的船体上，如图所示，两边三个船体的组合，将液压泵全部安装在中间的动力船体(49)上，然后通过内部管路汇合成一进一出两条油路，用柔性管道(50)与设备船体(51)相连，动力船体与设备船采用中心轴方式连接，设备船体上安装蓄能器、液压马达、发电机等设备，设备的容量大小根据不同的规模而定。由于多船体在能量产生上会有时间差，使发电机能得到较为均衡的输入动力，规模越大，发电机的运行越平稳。

由于船体摆动时，其纵向直线距离会发生伸缩变化，当多船体连接时会对其它船体产生推拉作用，多个船体相连时会更加明显，且过长的连接，还会使船体摆动出现互扰，抵消部分能量，因而船体相连以3条左右为宜，当需要建立大型电站时，可以三个为一组，将每组中间船体的支撑浮体两边通过长杆连接组成较长的列队，即可避免互扰，又能利用框架进行管道布线，集中传输动力。

Claims (7)

1、一种助摆式波能发电装置，包括船体(2)、水舱(3)、支撑浮体(4)、防倾浮体(1)、水位控制阀(7)、平衡浮体(14)、平衡滑杆(16)、内枢臂(21)、外枢臂(19)、设备舱(10)、动力臂(8)、受力臂(27)、推拉杆(9)；其特征是：船体内腔为水舱，舱内充有适量的水，在船体底部中间设置支撑浮体作为船体的平衡支点，两平衡浮体分别位于船体两斜底(30)，并可沿斜底对称同步移动，两防倾浮体为柱体，分别位于船体首、尾部，其水平位置高于支撑浮体，水位控制阀位于船体一侧的甲板(11)上，两船体相连组成工作体，推拉杆的两端分别与动力臂和受力臂连接，船体上安装有相应的能量转换装置和发电设备。

2、根据权利要求1所述的助摆式波能发电装置，其特征是：船体为矩形扁平体，底部向两头起翘形成两斜底，其内腔为水舱，水舱内有若干隔离板(5)将水舱分隔成若干纵向水舱，隔离板上有若干透水孔(6)。

3、根据权利要求1所述的助摆式波能发电装置，其特征是：支撑浮体为柱体，横贯船体底部，其长度超出船体宽度，其与船体连接处部分切入船体。

4、根据权利要求1所述的助摆式波能发电装置，其特征是：平衡浮体为柱体，其两端有耳攀(15)，耳攀有孔(29)套在位于船体斜底两侧的平衡滑杆上，耳攀与钢索(17)连接，钢索牵引平衡浮体移动。

5、根据权利要求1所述的助摆式波能发电装置，其特征是：船体首、尾部有纵向前伸的内枢臂和外枢臂，外枢臂呈T形，其前端的垂直柱体为动力臂，内枢臂呈平直形，内、外枢臂前端各有一枢纽孔(13)，将两枢纽孔对齐并在孔内插入连接轴(20)使两船体组成工作体。

6、根据权利要求1所述的助摆式波能发电装置，其特征是：水位控制阀为下口(39)大上口(40)小的L状矩形管道(38)，位于船体一侧的甲板上，其下口与甲板连接处上方有一移动闸(42)通行槽口(41)，移动闸背部有一齿条(43)与驱动齿轮(44)啮合，启闭移动闸可控制水舱内的水量。

7、根据权利要求1所述的助摆式波能发电装置，其特征是：设备舱位于甲板中间向下凹陷呈槽体，设备舱两端各有一短管(32)，分别穿过甲板两侧的下斜面(12)，液压泵轴(35)穿过短管固定于轴承座(46)，设备舱上方有护罩(31)，设备舱内有液压泵(33)、蓄能器(34)、液压马达(36)、发电机(37)、油缸(45)、控制设备等。

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