CN208486973U - 移动摆式海浪发电装置 - Google Patents

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刘源
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Abstract

本实用新型公开了一种移动摆式海浪发电装置，包括浮箱装置和发电系统，沿海岸并列布置多个摆动发电条机构，每个摆动发电条机构由多个浮箱装置依次铰接组成，浮箱装置包括浮箱、变速齿轮组和发电系统，随着海浪的无规则波动，漂浮于海面的相邻浮箱也会产生相对摆动，相邻浮箱围绕铰接处上下摆动，波浪能转化为浮箱摆动的机械能。本实用新型装置结构简单，建造方便快捷，装置漂浮在水面，便于携带、运输与安装。本实用新型适应性较强，装机容量可以控制，针对不同海域波浪的浪高和浪差，可以装配不同的装机容量，需要大功率输出时可以建成多个装置并网的波浪发电厂。

Description

移动摆式海浪发电装置
技术领域
本实用新型属于波浪能发电技术领域，具体涉及一种兼顾海浪发电与海岸景观的摆式发电装置。
背景技术
随着全球能源需求量的不断增加，许多非可再生能源的有效利用期限越来越短，能源问题变得越发严重，人们开始探索更多无污染的能源，波浪能作为其中的一种，具有无污染、可再生、储量大、能量密度大、分布广等优点。风作用于海面生成了波浪，波浪能实质是吸收了风能形成的，波浪能还有表面波浪的动能和势能。然而，虽然波浪能装置的研究与开发已取得了一定的成果，但还存在能量转化困难、效率低下、成本高、工程性差等问题，很多装置不能在设计状态下工作，而且存在机械转换结构复杂，波浪能有效利用系数低，稳定海洋平台的不合理假设等问题。从经济上和技术成熟度上考虑，目前海洋波浪能难以和常规能源竞争，也明显滞后于其他可再生能源(如风电、太阳能发电等)，但在为海岛和海上设施的供电上，却有无可比拟的优势。
我国海岸线长达3.2万公里，波浪能资源比较丰富，估计波浪能蕴藏量可达109kW。据《中国沿海农村海洋能资源区划》利用沿岸55个海洋站一年的波浪观测资料为代表计算，全国沿岸波浪能资源平均理论功率为1284.3万千瓦，开发潜能为2-7kW/m。从地区分布来看，台湾、浙江、广东、福建和山东沿岸波浪能功率密度较高。我国是一个海洋大国，正努力成为一个海洋强国。能源供应难的问题制约了岛屿的经济开发与国防建设，随着海洋的深度开发，海上作业也需要大量的用电，利用海洋波浪能来开发海洋是一个非常值得期待的愿景，同时也具有很大的现实意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对波浪能无规则性的难题，克服目前现有技术对波浪能源利用的不足，提供一种兼顾波浪发电与海岸景观、海岸用电需求的新型高效发电装置，利用波浪的无规则性产生的相对运动，实现能量转换，结构简单，发电效率高，使用范围广的移动摆式海浪发电装置。
本实用新型所采用的具体技术方案为：一种移动摆式海浪发电装置，包括浮箱装置和发电系统，沿海岸并列布置多个摆动发电条机构，每个摆动发电条机构由多个浮箱装置依次铰接组成，浮箱装置包括浮箱、变速齿轮组和发电系统；相邻浮箱铰接的位置设置有变速齿轮组，该变速齿轮组输入端首级齿轮固定在相邻浮箱之一端部，变速齿轮固定在相邻浮箱之二的端部，变速齿轮组输出端末级齿轮的转轴与发电系统的输入轴传动连接；发电系统密封在对应浮箱内，与海水隔绝，发电系统输出的电能经稳压器进行稳压调压后输出稳定电能。
所述末级齿轮的转轴连接单向棘轮的输入端，单向棘轮的输出端连接发条盒输入端，发条盒固定在发电系统端部，发条盒的输出端与发电系统输入端连接。
浮箱底部为中空箱体，浮箱内腔装配有挡板，浮箱的材料采用铝合金，所述浮箱及相邻浮箱为底部为圆弧形的柱状空间结构。
单向棘轮固定在相邻浮箱上，与末级齿轮相接，单向棘轮由摆杆、棘爪、棘轮和止动爪组成，末级齿轮与摆杆相连，带动摆杆进行往复摆动，棘爪推动棘轮间歇转动，由此形成了棘轮的单向摆动，棘轮通过传动轴与发条盒相连。
发条弹簧为接触型平面涡卷弹簧，发条弹簧和棘轮传动轴相连，为铰式固定。
所述发条弹簧为热处理弹簧钢带，弹簧片的端部与发电系统输入转轴相连，当发条弹簧拧紧的力矩达到发电系统的启动力矩时，带动发电机发电。
在并列布置多个摆动发电条机构的首端或者中部设置有过滤网层。
移动摆式海浪发电装置的发电方法包括如下内容。
（1）若干浮箱装置通过铰接的方式成串相接安放在海面上，构成并列布置的多排摆动发电条机构，每个摆动发电条机构内的各浮箱装置包括浮箱、变速齿轮组、单向棘轮、发条盒和发电系统。
（2）随着海浪的无规则波动，漂浮于海面的相邻浮箱也会产生相对摆动，相邻浮箱围绕铰接处上下摆动，波浪能转化为浮箱摆动的机械能。
（3）相邻浮箱铰接的位置设置有变速齿轮组，该变速齿轮组输入端首级齿轮固定在相邻浮箱之一端部，变速齿轮固定在相邻浮箱之二的端部，浮箱的摆动带动铰接处的变速齿轮组转动，变速齿轮组将浮箱的微小摆动转换成末级齿轮的快速转动。
（4）末级齿轮连接单向棘轮，单向棘轮保留一个方向的浮箱运动效果来扭紧发条盒内的弹簧发条，弹簧发条将多个周期浮箱摆动的机械能储存为弹性势能。
（5）发条弹簧连接发电机，当弹性势能的储存达到弹簧的弹性限度时，释放弹性势能驱动发电机发电，完成弹性势能向电能的转换。
（6）发电机连接稳压装置，稳压装置通过自动调整线圈匝数比，保持输出电压的稳定。
（7）输出的电能储存在蓄电池中，完成一次电能的转化和收集。
步骤（2）或（3）中，所述相邻浮箱铰接处设有变速齿轮组，变速齿轮组直接对浮箱的相对运动进行加速。
有益技术效果：
1.本实用新型解决了波浪能强烈无规则性的难题。恰恰利用波浪能的无规则性，使相邻两个浮箱产生相对运动。间隔配重不同的浮箱，每两个相连的浮箱均可以视为彼此的“钟摆”和 “发电装置”，可以充分吸收波浪能。充分利用浮箱铰接处的相对运动，每一个铰接点均为一个能量转化系统连接发电系统，可以提高发电效率。
2. 本实用新型装置结构简单，建造方便快捷，装置漂浮在水面，便于携带、运输与安装。
3. 本实用新型装置适应性较强，装机容量可以控制，针对不同海域波浪的浪高和浪差，可以装配不同的装机容量，需要大功率输出时可以建成多个装置并网的波浪发电厂。
附图说明
图1是本实用新型装配实用状态示意图。
图2是两个移动钟摆式海浪发电装置的并列示意图。
图3是附图2侧视图。
图4是附图2局部放大图。
图中标号：1-浮箱、2-变速齿轮组、3-单向棘轮、4-发条盒、5-发电系统。
具体实施方式
实施例1：一种移动摆式海浪发电装置，参见图1所示。沿海岸并列布置多个摆动发电条机构，每个摆动发电条机构由多个浮箱装置依次铰接组成，每个浮箱装置包括浮箱1、变速齿轮组2、单向棘轮3、发条盒4和发电系统5。
参见图2所示，相邻浮箱铰接的位置设置有变速齿轮组，浮箱底部为中空箱体，浮箱内腔装配有挡板，所述浮箱1与相邻浮箱之间铰接相连，浮箱1的材料采用铝合金，所述浮箱1及相邻浮箱为底部为圆弧形的柱状空间结构，相邻浮箱铰接的位置设置有变速齿轮组，浮箱1的摆动可带动铰接处的变速齿轮组2转动。
具体地，参见图3和图4所示，变速齿轮组输入端首级齿轮固定在相邻浮箱之一端部，变速齿轮固定在相邻浮箱之二的端部，变速齿轮组输出端末级齿轮通过密封轴承安装在相邻浮箱之二的端部支架上。末级齿轮的转轴连接单向棘轮的输入端，单向棘轮的输出端连接发条盒输入端，发条盒固定在发电系统端部，发条盒的输出端与发电系统输入端连接。
变速齿轮组2的齿轮组分为三级，各级齿轮均有大小齿轮，其中一级齿轮小齿轮数为15、大齿轮数为30，二级齿轮小齿轮数为15、大齿轮数为60，三级齿轮小齿轮数为15、大齿轮数为60，变速齿轮组2可将铰接处的摆动速度提高64倍。
单向棘轮3固定在相邻浮箱上，与末级齿轮相接，单向棘轮3由摆杆、棘爪、棘轮和止动爪组成，末级齿轮与摆杆相连，带动摆杆进行往复摆动，棘爪推动棘轮间歇转动，由此形成了棘轮的单向摆动，棘轮通过传动轴与发条盒4相连。
发条盒4内的发条弹簧是本装置的储能机构，能够储存若干个周期的波浪能，和棘轮传动轴相连，固定方式为铰式固定，是一种接触型平面涡卷弹簧，所述发条弹簧为热处理弹簧钢带，其硬度不小于48-55HRC，发条弹簧从自由状态至上紧时的圈数为4圈，弹簧片与发电系统5相连，当发条弹簧拧紧的力矩达到发电系统5的启动力矩吋，就可以带动发电机发电；
本装置的发电系统5固定在相邻浮箱挡板上，能量输入端与发条弹簧相连，由发条弹簧提供旋转机械能，所述发电系统5密封在对应浮箱内，与海水隔绝，避免电能流失，所述发电系统5输出的电能经稳压器进行稳压调压后方可输出稳定电能。
移动摆式海浪发电装置的发电方法包括如下步骤：
(1)若干移动摆式海浪发电浮箱1成串相接安放在海面上，两端浮箱1固定。
(2)随着海浪的无规则波动，漂浮于海面的浮箱1也会产生相对运动，浮箱1围绕铰接处上下摆动，波浪能转化为浮箱1摆动的机械能。
(3)浮箱1的摆动带动铰接处的变速齿轮组2转动，变速齿轮组2将浮箱1的微小摆动转换成最后一级齿轮的快速转动。
(4) 最后一级齿轮连接单向棘轮3，单向棘轮3保留一个方向的浮箱运动效果来扭紧弹簧发条，弹簧发条将多个周期浮箱1摆动的机械能储存为弹性势能。
(5)发条盒4连接发电系统5，当弹性势能的储存达到弹簧的弹性限度时，释放弹性势能驱动发电系统5发电，完成弹性势能向电能的转换。
(6) 发电系统5连接稳压装置，稳压装置通过自动调整线圈匝数比，保持输出电压的稳定。
(7)输出的电能储存在蓄电池中，完成一次电能的转化和收集。
(8)步骤（2）或（3）中，所述浮箱铰接处设有变速齿轮组2，变速齿轮组2直接对浮箱的相对运动进行加速。
所述浮箱采用铝合金EN AW-6063-T66材料， 所述变速齿轮组2选用45钢，能量转化系统和稳压装置密闭在浮箱1内，防止主要部件受腐蚀。

Claims (6)

1.一种移动摆式海浪发电装置，包括浮箱装置和发电系统，其特征在于，沿海岸并列布置多个摆动发电条机构，每个摆动发电条机构由多个浮箱装置依次铰接组成，浮箱装置包括浮箱、变速齿轮组和发电系统；相邻浮箱铰接的位置设置有变速齿轮组，该变速齿轮组输入端首级齿轮固定在相邻浮箱之一端部，变速齿轮固定在相邻浮箱之二的端部，变速齿轮组输出端末级齿轮的转轴与发电系统的输入轴传动连接；发电系统密封在对应浮箱内，与海水隔绝，发电系统输出的电能经稳压器进行稳压调压后输出稳定电能。
2.根据权利要求1所述的移动摆式海浪发电装置，其特征在于，所述末级齿轮的转轴连接单向棘轮的输入端，单向棘轮的输出端连接发条盒输入端，发条盒固定在发电系统端部，发条盒的输出端与发电系统输入端连接。
3.根据权利要求1所述的移动摆式海浪发电装置，其特征在于，浮箱底部为中空箱体，浮箱内腔装配有挡板，浮箱的材料采用铝合金，所述浮箱及相邻浮箱为底部为圆弧形的柱状空间结构。
4.根据权利要求1所述的移动摆式海浪发电装置，其特征在于，单向棘轮固定在相邻浮箱上，与末级齿轮相接，单向棘轮由摆杆、棘爪、棘轮和止动爪组成，末级齿轮与摆杆相连，带动摆杆进行往复摆动，棘爪推动棘轮间歇转动，由此形成了棘轮的单向摆动，棘轮通过传动轴与发条盒相连。
5.根据权利要求2所述的移动摆式海浪发电装置，其特征在于，发条盒为接触型平面涡卷弹簧，发条弹簧和棘轮传动轴相连，为铰式固定。
6.根据权利要求2所述的移动摆式海浪发电装置，其特征在于，所述发条盒为热处理弹簧钢带，弹簧片的端部与发电系统输入转轴相连，当发条弹簧拧紧的力矩达到发电系统的启动力矩时，带动发电机发电。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108661849A (zh) * 2018-06-28 2018-10-16 华北水利水电大学 移动摆式海浪发电装置及其发电方法
CN110566301A (zh) * 2019-08-27 2019-12-13 常州机电职业技术学院 一种低温废热动力机

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