CN205349607U - 自动适应潮位的振荡浮子发电装置 - Google Patents

Abstract

自动适应潮位的振荡浮子发电装置，包括波浪能发电系统及潮位适应系统，波浪能发电系统安装在潮位适应系统上，潮位适应系统包括升降浮台及限位桩，浮子与升降浮台相连；升降浮台上开有限位桩孔，限位桩孔内设置有潮位适应装置，潮位适应装置包括限位齿轮、限位浮体和潮位启闭机构，限位桩插装在限位桩孔内，沿限位桩侧壁设置有限位齿条，与限位齿轮啮合；限位浮体安装在限位桩孔的侧壁；潮位启闭机构包括一棘轮及制动销，制动销与限位浮体相连，棘轮与限位齿轮同轴相连，制动销与棘轮棘爪啮合。本实用新型可实现发电系统的潮位适应，根据潮位高低自动升降。保证浮子始终接触海面，有利于最大程度的吸收波浪能量，提高发电效率。

Description

自动适应潮位的振荡浮子发电装置

技术领域

本实用新型属于波浪能发电技术领域，涉及一种振荡浮子发电装置，具体的说，涉及一种自动适应潮位的振荡浮子发电装置。

背景技术

波浪能作为一种能流密度大、分布广泛的海洋能源，具有良好的品质和开发利用价值，受到科研人员的广泛青睐，各种形式的波浪能发电装置得到了研发和试验。波浪能发电装置以波浪上下起伏产生的能量作为动力发电，常见的波浪能发电装置有振荡水柱式、摆式、聚波水库式、振荡浮子式、鸭式、筏式等，其中振荡浮子波浪能发电装置是近年来新提出的一种波浪能利用装置，通常以浮子作为波浪能吸收装置，然后将浮子吸收的波浪能量通过机械或液压装置转化出去，驱动发电机发电。

振荡浮子波浪能发电装置通常面临一个难题，即在实际海况中，除了海水表面的波浪起伏外，还存在一定周期的潮位涨落(其周期比波浪要大得多)。潮位涨落不仅会影响浮子捕获波浪能量的效果，甚至在高水位下可能将某些构件淹没，对装置的安全性造成一定的威胁。目前，波能发电装置在研发过程中采用了各种不同方法来适应潮位的变化，多数方法是采用液压升降系统实现装置的升降功能，但液压系统需要消耗电力，增加了发电成本，在目前波浪能发电装置发电效率偏低的情况下，显然并不是理想的选择。因此，设计一种能够自动适应潮位涨落的振荡浮子发电装置，具有非常重要的现实意义，也是今后振荡浮子波浪能发电装置的趋势之一。

实用新型内容

本实用新型的目的在于研究一种在涨落潮过程中，可稳定竖直升降，可自动适应潮位的振荡浮子发电装置。

本实用新型的技术方案是：自动适应潮位的振荡浮子发电装置，包括波浪能发电系统及潮位适应系统，波浪能发电系统包括依次连接的浮子、液压缸及发电机，波浪能发电系统安装在潮位适应系统上，潮位适应系统包括升降浮台及限位桩，浮子与升降浮台相连；升降浮台上开有限位桩孔，限位桩孔内设置有潮位适应装置，潮位适应装置包括限位齿轮、限位浮体和潮位启闭机构，限位桩插装在限位桩孔内，限位桩底部固定在海床上，沿限位桩侧壁设置有限位齿条，与限位齿轮啮合；限位浮体安装在限位桩孔的侧壁；潮位启闭机构包括一棘轮及制动销，制动销与限位浮体相连，棘轮与限位齿轮同轴相连，制动销与棘轮棘爪啮合，限制棘轮转动。

优选的是：限位浮体包括外箱和置于外箱内的限位浮子，除外箱迎浪的一侧和外箱底部外，外箱的各个侧壁均设置有透水孔。

优选的是：升降浮台为圆台状，使波浪能够容易越过升降浮台，而不直接冲击升降浮台。减少升降浮台所受到的水平波浪的冲击，保证结构的稳定性。

优选的是：限位桩孔内，未安装潮位适应装置的侧壁装有滑轮，限位桩与滑轮轮体外圆周相接触。减少升降浮台在升沉过程中与限位桩的摩擦。

优选的是：浮子通过支撑架与升降浮台及液压缸相连，支撑架包括竖直杆、水平杆、支撑杆及与液压缸相连的液压缸连接杆，竖直杆为与浮子固定连接，且分别与水平杆和液压缸连接杆铰接，支撑杆安装在升降浮台上，与水平杆铰接。

优选的是：浮子底部为锥形，主体为圆柱体。

优选的是：升降浮台上台面和下台面之间开有贯通的切口，水平杆位于切口正上方。该切口作为水平杆的预留活动缝隙，水平杆转动过程中，从切口中穿过。若不设置该切口，水平杆转动过程中将与升降浮台冲撞，严重的，将损坏升降浮台和水平杆。

更进一步的，潮位适应系统还包括安装在升降浮台上端面的平台，发电机安装在平台上，外部装有保护罩。液压发电装置安装在上部平台的保护罩内，上部平台始终随潮位涨落，不会被海水淹没，可以保护发电系统的精密部件不受海洋恶劣环境的影响，提高了装置的耐久性。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型可实现发电系统的潮位适应，根据潮位高低自动升降。保证浮子始终接触海面，有利于最大程度的吸收波浪能量，提高发电效率。

(2)本实用新型依靠海水浮力和机械结构的配合实现了振荡浮子发电装置对潮位的自适应，不需要依赖液压升降系统，不需要耗费能源，节能环保。

(3)相对于波浪起伏，潮位的涨落对海面高度的影响更大。系统通过制动销制动，较小的海面高度的起伏不会触发制动销的作用，因此系统的升沉只受潮位的影响，不受波浪起伏的影响。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为升降浮台俯视结构示意图。

图3为潮位适应装置俯视结构示意图。

图4为潮位适应系统结构示意图。

图5为限位桩与潮位适应装置配合结构示意图。

图6为制动销及棘轮制动关系结构示意图。

图7为潮位上涨时，棘轮正转结构示意图。

图8为潮位下降时，棘轮反转结构示意图。

图9为实施例2结构示意图。

图10为实施例3结构示意图。

其中，1-波浪能发电系统，101-浮子，102-液压缸，103-出油管，104-进油管，2-潮位适应系统，201-升降浮台，202-限位桩，203-限位桩孔，204-限位齿条，301-限位齿轮，302-限位浮体，303-外箱，304-透水孔，305-滑轮，401-棘轮，402-制动销，5-支撑架，501-竖直杆，502-水平杆，503-支撑杆，504-液压缸连接杆，6-平台，7-保护罩，8-切口

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行进一步的说明。

实施例1

如图1所示，自动适应潮位的振荡浮子发电装置，包括波浪能发电系统1及潮位适应系统2，波浪能发电系统利用波浪起伏能量发电；潮位适应系统2用于控制整个发电装置对潮位的跟踪。

波浪能发电系统1包括依次连接的浮子101、液压缸102、蓄能罐及发电机，液压缸102通过进油管104和出油管103与发电机相连。浮子101上下运动过程中，液压缸102的气缸杆往复运动，控制进油管104向发电机送油，出油管103将发电机的油返回，从而实现波浪能发电。发电机所发出的电能储存在蓄能罐中。整个波浪能发电系统1安装在潮位适应系统2上。

如图2至图6所示，潮位适应系统2包括升降浮台201及限位桩202，浮子101与升降浮台201相连；升降浮台201上开有限位桩孔203，限位桩202和限位桩孔203均有三个，沿升降浮台201的台面均布。每个限位桩孔203内均设置有潮位适应装置。潮位适应装置包括限位齿轮301、限位浮体302和潮位启闭机构，限位桩202插装在限位桩孔203内，底部固定在海床上，沿限位桩202侧壁设置有限位齿条204，与限位齿轮301啮合，限位齿轮301安装在限位桩孔203的侧壁上；限位浮体302安装在限位桩孔203的侧壁；潮位启闭机构包括一棘轮401及制动销402，制动销402与限位浮体302固定相连。棘轮401的棘爪一侧为弧形，一侧为直线型，制动销402与棘轮401直线型一侧的棘爪啮合，限制棘轮401转动。棘轮401与限位齿轮301同轴相连，二者运动一致，棘轮401被制动销402卡住，不能正向转动，限位齿轮301同样不能转动，也不能沿着限位齿条204上下移动。

涨落潮的过程中，海水的水位将发生变化。

在水位未发生变化时，升降浮台201停留在某一位置，在波浪的冲击过程中，升降浮台201会产生向上运动的趋势(棘轮401具有正向转动的趋势)，但棘轮401被制动销402卡住不能转动。限位齿轮301与棘轮401运动一致，亦不能转动，从而静止在竖向位置上。此时尽管有波浪不断起伏，升降浮台201始终处于静止状态。

如图7所示，定义限位齿轮301向上运动时，棘轮401转动的方向为正向转动。当潮位逐渐上涨时，限位浮体302的位置随水位上升，带动制动销402上升，脱开与棘轮401之间的啮合，棘轮401正向转动，限位齿轮301随之正向转动。整个升降浮台201向上运动，适应潮位的上涨。

如图8所示，定义限位齿轮301向下运动时，棘轮401转动的方向为反向转动。当潮位逐渐下降时，限位浮体302随水位下降，棘轮401具有反向运动的趋势，由于棘轮401棘爪的一个面为弧形，不会受制动销402的制动阻挡，因此棘轮401反向转动不受限制。潮位下降过程中，整个升降浮台201同样可以稳定的做上下竖直运动，适应潮位的下降。

潮位上涨和潮位下降的过程中，由于限位齿轮301、限位齿条204的限位作用，整个升降浮台201只能产生竖直方向的运动，避免其左右浮动。

为了使限位浮体302能准确、及时感应水位的上升，制动销402与棘轮齿背的摩擦要尽量小，且限位浮体302的体积要尽量大，以产生足够的浮力，使制动销402容易提起。

升降浮台201为圆台状，使波浪能够容易越过升降浮台201，而不直接冲击升降浮台201。减少升降浮台201所受到的水平波浪的冲击，保证结构的稳定性。

本实施例中，限位桩孔203为长方柱状的孔洞，限位桩202为长方柱体的结构，限位桩孔203内，未安装潮位适应装置的三个侧壁装有滑轮305，限位桩202与滑轮305轮体外圆周相接触。减少升降浮台201与限位桩202相对上下运动的过程中，限位桩202与限位桩孔203之间的摩擦。同时，滑轮305也对升降浮台201的运动起到辅助限位作用。

实施例2

如图9所示，与实施例1不同的是，限位浮体302包括外箱303和置于外箱303内的限位浮子，除外箱303迎浪的一侧和外箱底部外，外箱303的各个侧壁均设置有透水孔304。

外箱303是限位浮子外面的壳体，固定在升降浮台201上，外箱303的底部设置一个盖板，中间开孔，制动销302从开孔中穿出。外箱303上部及侧壁均有开孔(迎浪的一侧无开孔)，可以使海水进入外箱303的内部，外箱303内的限位浮子浮起，带动整个升降浮台201上浮。外箱303的底部和迎浪的一侧不设置开孔，防止海浪在较低水位时，较多的海水进入箱体的内部。

海水开始透过浮子外箱303的透水孔304进入箱体(尽管波浪起伏会使海水进入箱体，但由于波浪波峰、波谷交替进行，进入箱体的水从透水孔流出，不会积满箱体)，在限位浮体302未浮起之前，整个升降浮台201仍处于静止状态，但升降浮台201向上运动和棘轮401、限位齿轮301顺向转动的趋势越来越强烈。当水位继续升高至与浮子同一高度，限位浮体302受到浮力作用向上运动，将制动销402提起，棘轮401和限位齿轮301顺向转动，整个升降浮台201随水位一起向上移动(图10)。当升降浮台201升到一定高度时，浮子外箱303内的水从透水孔留出，限位浮体302及制动插销402下沉，卡住棘轮401，限位齿轮301不能继续转动，整个升降浮台201停止向上运动。由于受到海水浮力，升降浮台201也不能向下运动，因此升降浮台201将暂时停留在该水位处。

实施例3

本实施例提供了一种新型的波浪能发电系统1的结构。

如图3所示，浮子101通过支撑架5与升降浮台201及液压缸102相连，支撑架5包括竖直杆501、水平杆502、支撑杆503及与液压缸102相连的液压缸连接杆504，竖直杆501为与浮子101固定连接，且分别与水平杆502和液压缸连接杆504铰接，支撑杆503安装在升降浮台201上，与水平杆502铰接。

如图2所示，升降浮台201上台面和下台面之间开有贯通的切口8，水平杆502位于切口8正上方。该切口8作为水平杆的预留活动缝隙，水平杆502转动过程中，从切口8中穿过。若不设置该切口8，水平杆502转动过程中将与升降浮台201冲撞，严重的，将损坏升降浮台201和水平杆。

浮子101底部为锥形，主体为圆柱体。

在升降浮台201的上端面安装有一平台6，发电机及蓄能罐安装在平台6上，外部装有保护罩7，保证其免受海上恶劣环境的影响，提高构件的耐久性。

Claims (8)

1.自动适应潮位的振荡浮子发电装置，包括波浪能发电系统及潮位适应系统，所述波浪能发电系统包括依次连接的浮子、液压缸及发电机，波浪能发电系统安装在潮位适应系统上，其特征在于：所述潮位适应系统包括升降浮台及限位桩，浮子与升降浮台相连；所述升降浮台上开有限位桩孔，限位桩孔内设置有潮位适应装置，所述潮位适应装置包括限位齿轮、限位浮体和潮位启闭机构，限位桩插装在限位桩孔内，沿限位桩侧壁设置有限位齿条，与限位齿轮啮合；限位浮体安装在限位桩孔的侧壁；潮位启闭机构包括一棘轮及制动销，制动销与限位浮体相连，棘轮与限位齿轮同轴相连，制动销与棘轮棘爪啮合。

2.如权利要求1所述的自动适应潮位的振荡浮子发电装置，其特征在于：所述限位浮体包括外箱和置于外箱内的限位浮子，除外箱迎浪的一侧和外箱底部外，外箱的各个侧壁均设置有透水孔。

3.如权利要求1所述的自动适应潮位的振荡浮子发电装置，其特征在于：所述升降浮台为圆台状。

4.如权利要求1所述的自动适应潮位的振荡浮子发电装置，其特征在于：限位桩孔内，未安装潮位适应装置的侧壁装有滑轮,限位桩与滑轮轮体外圆周相接触。

5.如权利要求1所述的自动适应潮位的振荡浮子发电装置，其特征在于：所述浮子通过支撑架与升降浮台及液压缸相连，所述支撑架包括竖直杆、水平杆、支撑杆及与液压缸相连的液压缸连接杆，所述竖直杆为与浮子固定连接，且分别与水平杆和液压缸连接杆铰接，支撑杆安装在升降浮台上，与水平杆铰接。

6.如权利要求1所述的自动适应潮位的振荡浮子发电装置，其特征在于：所述浮子底部为锥形，主体为圆柱体。

7.如权利要求5所述的自动适应潮位的振荡浮子发电装置，其特征在于：升降浮台上台面和下台面之间开有贯通的切口，水平杆位于切口正上方。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的自动适应潮位的振荡浮子发电装置，其特征在于：所述潮位适应系统还包括安装在升降浮台上端面的平台，发电机安装在平台上，外部装有保护罩。