CN203130348U - 双行程振动式波浪浮子发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双行程振动式波浪浮子发电装置。其包括发电系统、浮子和固定架。固定架为正方体结构，浮子设置于固定架内部，发电系统设置于固定架顶部。发电系统包括转换装置、加速装置、输出装置和固定装置。转换装置包括滑动柱A、滑动柱B、单向齿轮A、单向齿轮B和主轴。滑动柱A与滑动柱B分别固定于浮子的顶部中央位置，滑动柱A和滑动柱B分别穿过承板上设置的孔分布于主轴的两侧，两者内侧均设有齿条，且分别与单向齿轮A和单向齿轮B啮合；单向齿轮A与单向齿轮B分别套装于主轴上，两者转向一致。主轴末端依次连接加速装置和输出装置。本实用新型波能转换率高，能适应不同潮差，发电成本低，整体稳定性高。

Description

双行程振动式波浪浮子发电装置

技术领域

本实用新型属于清洁能源技术领域，具体涉及一种双行程振动式波浪浮子发电装置。

背景技术

全球海洋的波浪能理论蕴藏量达700亿千瓦,可供开发利用的波能为20亿千瓦-30亿千瓦,每年发电量可达900000亿千瓦时,是目前全球发电量的7倍多。波浪能是一种储量丰富可再生的清洁能源。

波浪能发电的关键是波能转换。波能转换形式有利用波浪上下运动直接转换成机械运动的；有利用波浪上下运动产生气流或水流去驱动涡轮发电的；也有利用波浪装置的摆动或转动产生气流或水流去驱动涡轮机发电；或把低压大波浪变成小体积高压水,然后引入高位水池产生水头带动涡轮机发电的。通常情况下,人们采用三级转换的方式,即利用受波体将大海波浪能吸收进来,再通过中间转换装置来优化第一级转换,并产生足够的能量,最后用这些能量来驱动发电装置发电。

我国目前现有的波能方式主要有以下三种：振荡水柱式、振荡浮子式和摆式。

振荡水柱式波能转换装置安全可靠性高但波能转换率较低。现有振荡水柱式波能发电装置多为航标灯等微型电力设备供电，输出功率较小；近岸振荡水柱式波能发电装置对海岸地形要求较高。此外，振荡水柱式装置的建造费用昂贵，综合考虑我国近海波能密度较低的实际情况和该种装置较低的波能转化率，振荡水柱式发电装置的经济性并不理想。

摆式波能转换装置相对于振荡水柱式波能装置来说，它的成本略低些，但转换效率则不如振荡水柱式装置稳定，其转换效率受板后去流段长度的影响很大。而且，摆式波能装置的可靠性较差，易损坏。

振荡浮子式波能转换装置是在振荡水柱式波能转换装置的基础上发展起来的，与振荡水柱式相比，其建造成本大大降低，转化效率也较高。振荡浮子式发电装置适合我国波能密度较低的实际情况，对它的研究是为波能装置向实用化发展进行的有益尝试。但现有的振荡浮子式波能转换装置仍存在以下缺陷：一、在恶劣海况波浪力很大的条件下，浮子运动剧烈，浮子的可靠性和安全性大大降低；二、现有的浮子装置设计结构较复杂，生产装配和后期维修比较困难，限制了规模化产业化发展。

设计研制简单易实现、高效率、高可靠性、低建造成本的振荡浮子式波能发电装置，是我国未来波能发电装置的发展趋势。

实用新型内容

为解决现有振荡浮子式波能发电装置安全可靠性低、结构复杂、生产维修困难等技术问题，并顺应研制高效率、高可靠性、低建造成本波能发电装置的发展趋势，本实用新型提出了一种双行程振动式波浪浮子发电装置。

本实用新型的技术方案是：一种双行程振动式波浪浮子发电装置，包括发电系统、浮子和固定架。其中，所述固定架为正方体结构，浮子设置于固定架内部，发电系统设置于固定架顶部。所述发电系统包括转换装置、加速装置、输出装置和固定装置。所述转换装置包括滑动柱A、滑动柱B、单向齿轮A、单向齿轮B和主轴。其中滑动柱A与滑动柱B分别固定于所述浮子的顶部中央位置，滑动柱A与滑动柱B的内侧均设有齿条，两者相对交错设置；滑动柱A和滑动柱B分别穿过承板上设置的孔分布于主轴的两侧，滑动柱A与单向齿轮A啮合，滑动柱B与单向齿轮B啮合；单向齿轮A与单向齿轮B分别套装于主轴上，分别通过键与主轴连接，单向齿轮A与单向齿轮B的转向一致。主轴末端依次连接加速装置和输出装置。固定装置包括承板和轴承座。承板固定于所述固定架顶部。所述承板上设有多个轴承座，轴承座固定于承板上。主轴通过轴承固定于轴承座上。

加速装置为加速齿轮系，包括齿轮组和从轴。

所述承板上设有多个轴承座，轴承座固定于承板上，从轴通过轴承固定于轴承座上。

输出装置包括发电机和联轴器。发电机输入轴通过联轴器与加速装置输出轴连接。

所述承板上用以分别穿过滑动柱A和滑动柱B的两个孔的内侧分别设置限位板A和限位板B，限位板A和限位板B分别与承板固定连接。限位板A用以限制滑动柱A晃动，限位板B用以限制滑动柱B晃动，增强装置的稳定性。

所述固定架的四个侧面设置限位柱，限位柱内侧设有限位滑轮。限位柱用以限制浮子的振荡轨迹，使其在随波振荡的过程中尽量只产生垂直方向的运动，使其适用于各种方向和频率的波浪，有利于聚集水量。

所述固定架底部设置连接配重块的支架。固定架底部连接配重块，有利于固定架在波浪中保持稳定，增强整个发电装置的稳定性。

所述浮子为底部呈倒锥形的空心圆柱体。该结构有利于收集更多的波能，且其内部空心可以根据海况装载配重。

所述单向齿轮A和单向齿轮B的结构均为：齿轮中央安装单向轴承，单向轴承外侧通过键与齿轮连接，内侧通过键与主轴连接。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型将不稳定的波能转换为浮子的稳定振动，又将浮子的往复运动转化为发电机单向连续转动，提高了能量转化的效率，克服了现有技术双向运动要么不能产生直流电、要么只能转换单向运动波能的技术难题。

2、本实用新型属于固定式波能发电装置，波能利用率高，适用于不同海况及水深条件，不受潮差影响，可以实现商业化生产，降低发电成本。

3、本实用新型通过双行程往复运动轮流带动主轴转动，可以使主轴保持相对稳定的转速，保证了发电装置的稳定性。

4、本实用新型活动部件较少，整体稳定性高，可靠度好，能兼顾结构的可靠性及波能转换率。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型中发电系统1的结构示意图；

图3是本实用新型中限位柱301的结构示意图；

图4是本实用新型中单向齿轮A107与单向齿轮B108与主轴106连接的示意图；

图5是本实用新型中浮子的结构示意图。

其中：1、发电系统，2、浮子，3、固定架，101、滑动柱A，102、滑动柱B，103、限位板A，104、限位板B，105、承板，106、主轴，107、单向齿轮A，108、单向齿轮B，109、一级大齿轮，110、一级小齿轮，111、二级大齿轮，112、二级小齿轮，113、联轴器，114、轴承座，115、发电机，116、从轴，301、限位柱，302、支架，303、横梁，304、限位滑轮。

具体实施方式

以下结合附图和实施例具体说明本实用新型。

实施例1

参见图1-图3，本实用新型包括发电系统1、浮子2和固定架3。其中，所述固定架3为正方体结构，浮子2设置于固定架3内部，发电系统1设置于固定架3顶部。所述发电系统1包括转换装置、加速装置、输出装置和固定装置。所述转换装置包括滑动柱A101、滑动柱B102、单向齿轮A107、单向齿轮B108和主轴106。其中滑动柱A101与滑动柱B102分别固定于所述浮子2的顶部中央位置，滑动柱A101与滑动柱B102的内侧均设有齿条，两者相对交错设置；滑动柱A101和滑动柱B102分别穿过承板105上设置的孔分布于主轴106的两侧，滑动柱A101与单向齿轮A107啮合，滑动柱B102与单向齿轮B108啮合；单向齿轮A107与单向齿轮B108分别套装于主轴106上，分别通过键与主轴106连接，单向齿轮A107与单向齿轮B108的转向一致。主轴106末端依次连接加速装置和输出装置。固定装置包括承板105和轴承座114。固定架3顶部设置横梁303，承板105固定于所述固定架3的顶部横梁303上。所述承板105上设有多个轴承座114，轴承座114固定于承板105上。主轴106通过轴承固定于轴承座114上。

如图4所示，单向齿轮A107和单向齿轮B108的结构均为：齿轮中央安装单向轴承，单向轴承外侧通过键与齿轮连接，内侧通过键与主轴106连接。

通过设计计算，单向齿轮A107、单向齿轮B108与滑动柱A101和滑动柱B102上设置齿条的模数均为2，M=2的齿轮齿厚适中，能经受冲击载荷，安装精度要求不高，易于加工和安装。单向齿轮A107和单向齿轮B108的齿数均优选35，实现适合传动。

假设单向齿轮A107与单向齿轮B108的转动方向均设置为：顺时针方向转动时，单向轴承可以自由转动，单向齿轮空转，逆时针方向时，单向轴承是锁死的，单向齿轮带动主轴106转动。两个单向轴承转向相同，在一个周期内，总有一个单向轴承带动主轴106转动，实现了主轴106的连续单向转动，故本实用新型发电机115输出直流电。

其工作过程如下：当浮子2受到波浪向上的力时，浮子2带动滑动柱A101和滑动柱B102向上运动，滑动柱A101带动单向齿轮A107逆时针转动，滑动柱B102带动单向齿轮B108顺时针空转。单向齿轮A107带动主轴106逆时针转动。主轴106的旋转运动经加速装置加速后，再经输出装置输出发电。当浮子2受到波浪向下的力时，浮子2带动滑动柱A101和滑动柱B102向下运动，滑动柱A101带动单向齿轮A107顺时针空转，滑动柱B102带动单向齿轮B108逆时针转动。单向齿轮B108带动主轴106逆时针转动。主轴106的旋转运动经加速装置加速后，再经输出装置输出发电。这样就实现了双行程振动式波浪浮子发电。

实施例2

除以下区别外，其他同实施例1。

加速装置为加速齿轮系，包括齿轮组和从轴116。加速齿轮系优选普通二级加速结构，加速比为8～10，包括一级大齿轮109、一级小齿轮110、二级大齿轮111和二级小齿轮112。一级大齿轮109通过键连接于主轴106上，一级小齿轮110与一级大齿轮109啮合，一级小齿轮110与二级大齿轮111分别套装于从轴116上，并分别通过键与从轴116连接。承板105上设有多个轴承座114，轴承座114固定于承板105上，从轴116通过轴承固定于轴承座114上。一级大齿轮109和二级大齿轮111的齿数均优选为45，一级小齿轮110和二级小齿轮112的齿数均优选为18。输出装置包括发电机115和联轴器113。发电机115输入轴通过联轴器113与加速装置输出轴（在本实施例中即为二级小齿轮112输出轴）连接。发电机115为无碳刷式，内置加速元件，输出为直流电。

实施例3

除以下区别外，其他同实施例2。

承板105上设有用以分别穿过滑动柱A101和滑动柱B102的两个孔。两个孔的内侧分别设置限位板A103和限位板B104，限位板A103和限位板B104分别与承板105固定连接。限位板A103用以限制滑动柱A101晃动，限位板B104用以限制滑动柱B102晃动，增强装置的稳定性。

实施例4

除以下区别外，其他同实施例2。

固定架3的四个侧面设置限位柱301，限位柱301内侧设有限位滑轮304。限位柱301用以限制浮子2的振荡轨迹，使其在随波振荡的过程中尽量只产生垂直方向的运动，使其适用于各种方向和频率的波浪，有利于聚集水量。

实施例5

除以下区别外，其他同实施例2。

所述固定架3底部设置连接配重块的支架302。固定架3底部连接配重块，有利于固定架3在波浪中保持稳定，增强整个发电装置的稳定性。

实施例6

除以下区别外，其他同实施例2。

如图5所示，浮子2为底部呈倒锥形的空心圆柱体。该结构有利于收集更多的波能，且其内部空心可以根据海况装载配重。

Claims (9)

1.一种双行程振动式波浪浮子发电装置，其特征在于，包括发电系统(1)、浮子(2)和固定架(3)；其中，所述固定架(3)为正方体结构，浮子(2)设置于固定架(3)内部，发电系统(1)设置于固定架(3)顶部；所述发电系统(1)包括转换装置、加速装置、输出装置和固定装置；

所述转换装置包括滑动柱A(101)、滑动柱B(102)、单向齿轮A(107)、单向齿轮B(108)和主轴(106)；其中滑动柱A(101)与滑动柱B(102)分别固定于所述浮子(2)的顶部中央位置，滑动柱A(101)与滑动柱B(102)的内侧均设有齿条，两者相对交错设置；滑动柱A(101)和滑动柱B(102)分别穿过承板(105)上设置的孔分布于主轴(106)的两侧，滑动柱A(101)与单向齿轮A(107)啮合，滑动柱B(102)与单向齿轮B(108)啮合；单向齿轮A(107)与单向齿轮B(108)分别套装于主轴(106)上，分别通过键与主轴(106)连接，单向齿轮A(107)与单向齿轮B(108)的转向一致；

所述主轴(106)末端依次连接加速装置和输出装置；

所述固定装置包括承板(105)和轴承座(114)，承板(105)固定于所述固定架(3)顶部，所述承板(105)上设有多个轴承座(114)，轴承座(114)固定于承板(105)上；所述主轴(106)通过轴承固定于轴承座(114)上。

2.根据权利要求1所述的双行程振动式波浪浮子发电装置，其特征在于，所述加速装置为加速齿轮系，包括齿轮组和从轴(116)。

3.根据权利要求2所述的双行程振动式波浪浮子发电装置，其特征在于，所述从轴(116)通过轴承固定于轴承座(114)上。

4.根据权利要求1所述的双行程振动式波浪浮子发电装置，其特征在于，所述输出装置包括发电机(115)和联轴器(113)，发电机(115)输入轴通过联轴器(113)与加速装置输出轴连接。

5.根据权利要求1所述的双行程振动式波浪浮子发电装置，其特征在于，所述承板(105)上用以分别穿过滑动柱A(101)和滑动柱B(102)的两个孔的内侧分别设置限位板A(103)和限位板B(104)，限位板A(103)和限位板B(104)分别与承板(105)固定连接。

6.根据权利要求1所述的双行程振动式波浪浮子发电装置，其特征在于，所述固定架(3)的四个侧面均设置限位柱(301)，限位柱(301)内侧设有限位滑轮(304)。

7.根据权利要求1所述的双行程振动式波浪浮子发电装置，其特征在于，所述固定架(3)底部设置用以连接配重块的支架(302)。

8.根据权利要求1所述的双行程振动式波浪浮子发电装置，其特征在于，所述浮子(2)为底部呈倒锥形的空心圆柱体。

9.根据权利要求1所述的双行程振动式波浪浮子发电装置，其特征在于，所述单向齿轮A(107)和单向齿轮B(108)的结构均为：齿轮中央安装单向轴承，单向轴承外侧通过键与齿轮连接，内侧通过键与主轴(106)连接。

Images