CN207315584U - 一种基于横摇运动的小型浮标减振发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于海洋可再生能源利用技术领域，提供一种基于横摇运动的小型浮标减振发电装置，包括标体结构、减振发电装置两部分。标体结构中的外部仪器架位于浮标标体上方，太阳能电池板固定在外部仪器架四周；舱内仪器支架位于仪器舱内部，仪器舱盖板与仪器舱形成密闭空间。减振发电装置固定于舱内仪器架上。减振发电装置中的发电装置支撑结构位于仪器舱的内部；倒钟摆型摆锤底部固定在发电装置支撑结构底部，上方通过三个球铰与液压装置一端连接，液压装置另一端通过另外三个固定在发电装置支撑结构侧面的球铰连接。本实用新型结构简单、稳定，方便投放与回收，能够高效的将波浪能转化为电能。

Description

一种基于横摇运动的小型浮标减振发电装置

技术领域

本实用新型属于海洋可再生能源利用技术领域，涉及到一种基于横摇运动的小型浮标减振发电装置。

技术背景

海洋浮标作为小型海上浮式结构，容易受到环境因素尤其是波浪的影响，在海况较为恶劣的情况下，容易产生大幅度的横摇运动，严重的横摇运动极易造成浮标的倾覆；大多数浮标通过太阳能电池的板与蓄电池的搭配来满足能量的供给，这就造成里浮标在连续恶劣的环境下，蓄电池及太阳能电池板得能量供给不足以满足搭载仪器的电力需求。本技术以该需求为出发点，基于TMD减振原理，利用浮标的横摇运动，将横摇运动通过一系列的结构，从而将横摇运动能量转化为电能，满足自身搭载仪器的能源需求，同时实现减小横摇的目的。

实用新型内容

本实用新型将利用液压传动的方式依靠浮标横摇运动实现电能的自给自足，通过利用设置在浮标内的倒钟摆形摆锤与标体结构横摇运动的不同步，实现基于TMD原理减小横摇的效果，同时将TMD系统中的弹簧阻尼耗能元件更换为液压装置从而将TMD系统耗散的能量加以利用，实现发电的目的。倒钟摆与标体横摇的不同步运动带动液压杆在液压缸内做往复的活塞运动，经过单向阀，通过液压马达的转动，带动电动机进行发电。该装置用于海上浮标，浮标内的摆锤和标体结构的不同步横摇运动，带动液压发电装置发电，为浮标提供能源的同时达到耗散横摇运动能量的目的。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种基于横摇运动的小型浮标减振发电装置，主要包括标体结构、减振发电装置两部分。

所述的标体结构包括外部仪器架、太阳能电池板、仪器舱盖板、减振发电装置、舱内仪器支架、仪器舱、天井、浮标标体。所述的外部仪器架固定在浮标标体上方。太阳能电池板固定在外部仪器架四周；舱内仪器支架位于仪器舱的内部，并固定在仪器舱盖板上；仪器舱盖板与仪器舱形成密闭空间，用来放置仪器。减振发电装置位于浮标标体的重心位置，固定在舱内仪器架上。标体结构包括上部的仪器架以及下部的浮标标体，标体结构是浮标搭载仪器的载体，用于隔离内部装置与外界环境，同时为搭载的外部仪器和内部仪器提供充足的浮力以及固定支撑。

所述减振发电装置主要是将不利于浮标安全运行的横摇运动能量经过一系列的转化转变为电能，为搭载仪器设备的运行提供电力保证，减振发电装置包括发电装置支撑结构、倒钟摆型摆锤、球铰、液压筒、液压杆；底部球铰。所述的发电装置支撑结构固定在舱内仪器支架上，与浮标标体运动一致；倒钟摆型摆锤位于发电装置支撑结构内部，其底部通过底部球铰固定在发电装置支撑结构底部中央，保证倒钟摆型摆锤能够绕发电装置支撑结构的底部中央摆动；同时在倒钟摆型摆锤上部焊接三个呈度均匀分布球铰，球铰与液压装置的一端连接，液压装置的另一端通过另外三个固定在发电装置支撑结构侧面的球铰连接，发电装置支撑结构侧面和倒钟摆型摆锤上的球铰位置对应；所述的液压装置包括液压筒和液压杆；倒钟摆型摆锤在发电装置支撑结构内摇动，带动液压杆在液压筒中做往复运动，推动液压油在系统中往复运动，最终将浮标标体横摇的能量转化为液压油的动能推动发电机发电。

液压式的传动方式具体为：小型海洋浮标有与标体结构较小，容易受到波浪等海洋环境因素的影响，造成较大幅度的横摇运动。海洋浮标的横摇运动使得内部倒钟摆型摆锤同样发生横摇运动。由于浮标标体与倒钟摆型摆锤运动的不同步使得带动摆锤与浮标标体的液压装置中液压杆在液压筒中做往复运动，带动液压马达转动，液压马达带动电机发电，从而实现动能向电能的转化。由功能转化原理将波浪的能量转化为浮标横摇运动的动能，再将浮标横摇运动的机械能转化为液压缸的机械能，再将液压缸的机械能转为液压马达的动能，从而带动发电机发电。

一种基于横摇运动的小型浮标减振发电装置的工作方式，包括以下步骤：

减振发电装置固定于标体结构仪器架上；小型浮标标体在海洋环境中由于受到波浪等环境因素的影响发生横摇运动，浮标的横摇运动使得固定于舱内仪器支架上的减振发电装置产生横摇运动。

由于减振发电装置中倒钟摆型摆锤通过球铰连接于发电装置支撑结构上，因此带动通过位于浮标几何重心位置的倒钟摆型摆锤产生横摇运动，由于横摇过程中倒钟摆型摆锤与浮标标体横摇运动的不同步，从而产生绕球铰的角度差。由于倒钟摆型摆锤上部布置的三个绕摆锤呈度均匀分布布置的液压装置通过球铰分别与摆锤和支撑结构连接；标体与摆锤之间运动产生的角度差使得三个液压装置产生往复的活塞运动。

液压装置的往复运动推动液压油油箱内的液压油流动，流动的液压油经过单向阀整流后形成单向流动的液压油，经过溢流阀和节流阀的整流，推动液压马达转动，进而带动发电机产生电力，液压油多余的能量储存于储能器中方便电力不足时使用。同时配合浮标自身搭载的太阳能电池板，为浮标自身搭载设备的运行提供电力供给，使得浮标无论天气好坏都有充足能量供给。本实用新型的效果和益处：

(1)本技术以浮标搭载仪器的电力需求为出发点，基于TMD减振原理，利用浮标的横摇运动，将浮标的横摇运动通过减振发电装置，从而将横摇运动能量转化为电能，满足自身搭载仪器的能源需求，同时实现减小横摇的目的。

(2)摆锤通过球铰与固定支架连接，球铰位于浮标重心位置附近，液压杆通过球铰与摆锤连接，液压缸通过球铰与固定支架连接，这样的设计形式是为了使摆锤可以向水平各个方向摆动，从而更高效的将波浪能转化为电能。

(3)采用三个关于主轴对称的液压缸可以使浮标结构更加平衡，同时摆锤采用倒置形式可以有效增大倒钟摆结构与标体结构的相对运动，有利于减小浮标的横摇，使海上浮标更易趋于稳定。

(4)该装置无复杂的内置结构，方便投放与回收。

附图说明

图1为一种基于横摇运动的小型浮标减振发电装置的安放位置示意图。

图2为一种基于横摇运动的小型浮标减振发电装置的主视图。

图3为一种基于横摇运动的小型浮标减振发电装置内部结构剖视图。

图4为一种基于横摇运动的小型浮标减振发电装置液压传动回路图。

图中：1外部仪器架；2太阳能电池板；3仪器舱盖板；4减振发电装置；5舱内仪器支架；6仪器舱；7天井；8浮标标体；9发电装置支撑结构；10倒钟摆型摆锤；11球铰；12液压筒；13液压杆；14底部球铰；15液压油油箱；16单向阀；17液压装置；18溢流阀；19节流阀；20储能器；21液压马达；22发电机。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

一种基于横摇运动的小型浮标减振发电装置，主要包括标体结构、减振发电装置两部分。

所述的标体结构包括外部仪器架1、太阳能电池板2、仪器舱盖板3、减振发电装置4、舱内仪器支架5、仪器舱6、天井7、浮标标体8。所述的外部仪器架1位于浮标标体8上方，并通过仪器架底部的螺栓将其固定在浮标标体8上。太阳能电池板2通过螺栓固定在外部仪器架1的四周；舱内仪器支架5位于仪器舱6的内部，通过焊接的方式将其固定于仪器舱盖板3上；仪器舱盖板3通过螺栓与仪器舱6形成一个密闭的空间，用来放置仪器。减振发电装置4通过螺栓固定于舱内仪器架5上，其中，减振发电装置4底部放置于浮标标体8的重心位置。

所述减振发电装置4主要是将不利于浮标安全运行的横摇运动能量经过一系列的转化转变为电能，为搭载仪器设备的运行提供电力保证，减振发电装置4包括发电装置支撑结构9、倒钟摆型摆锤10、球铰11、液压筒12、液压杆13；底部球铰14。所述的发电装置支撑结构9为减振发电装置4的主要支撑结构，位于仪器舱6的内部，通过螺栓固定于舱内仪器支架5上，使其与浮标标体8的运动一致；倒钟摆型摆锤10位于发电装置支撑结构9的内部，其底部通过底部球铰14固定在发电装置支撑结构9的底部中央，保证倒钟摆型摆锤10能够绕发电装置支撑结构9的底部中央摆动；同时在倒钟摆型摆锤10上部焊接三个呈120度均匀分布球铰11，球铰与液压装置的一端连接，液压装置的另一端通过另外三个固定在发电装置支撑结构9侧面的球铰11连接，发电装置支撑结构9侧面和倒钟摆型摆锤10上的球铰11位置对应；所述的液压装置17包括液压筒12和液压杆13；倒钟摆型摆锤10在发电装置支撑结构9内摇动，带动液压杆13在液压筒12中做往复运动，推动液压油在系统中往复运动，最终将浮标标体8横摇的能量转化为液压油的动能推动发电机发电。

Claims (1)

1.一种基于横摇运动的小型浮标减振发电装置，其特征在于，所述的基于横摇运动的小型浮标减振发电装置包括标体结构、减振发电装置两部分；

所述的标体结构包括外部仪器架(1)、太阳能电池板(2)、仪器舱盖板(3)、减振发电装置(4)、舱内仪器支架(5)、仪器舱(6)、天井(7)、浮标标体(8)；所述的外部仪器架(1)固定在浮标标体(8)上方；太阳能电池板(2)固定在外部仪器架(1)四周；舱内仪器支架(5)位于仪器舱(6)的内部，并固定在仪器舱盖板(3)上；仪器舱盖板(3)与仪器舱(6)形成密闭空间；减振发电装置(4)位于浮标标体(8)的重心位置，固定在舱内仪器架5上；

所述减振发电装置(4)包括发电装置支撑结构(9)、倒钟摆型摆锤(10)、球铰(11)、液压筒(12)、液压杆(13)；底部球铰(14)；所述的发电装置支撑结构(9)固定在舱内仪器支架(5)上，与浮标标体(8)运动一致；倒钟摆型摆锤(10)位于发电装置支撑结构(9)内部，其底部通过底部球铰(14)固定在发电装置支撑结构(9)底部中央，倒钟摆型摆锤(10)绕发电装置支撑结构(9)底部中央摆动；同时在倒钟摆型摆锤(10)上部固接三个呈120度均匀分布的球铰(11)，球铰(11)与液压装置(17)的一端连接，液压装置(17)的另一端通过另外三个固定在发电装置支撑结构(9)侧面的球铰(11)连接；所述的液压装置(17)包括液压筒(12)和液压杆(13)；倒钟摆型摆锤(10)在发电装置支撑结构(9)内摇动，带动液压杆(13)在液压筒(12)中做往复运动，推动液压油在系统中往复运动，将浮标标体(8)横摇的能量转化为液压油的动能推动发电机发电。