CN214787792U

CN214787792U - 一种三维波浪能发电装置

Info

Publication number: CN214787792U
Application number: CN202120275006.5U
Authority: CN
Inventors: 马勇; 刘森; 季春阳; 牛博; 翟振峰
Original assignee: Sun Yat Sen University
Current assignee: Sun Yat Sen University
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2021-11-19
Anticipated expiration: 2031-01-29

Abstract

本实用新型涉及波浪能发电技术领域，公开了一种三维波浪能发电装置，包括主体框架、俘能组件和液压发电组件；主体框架包括框架体、球形铰固定支座和索孔定位支座；俘能组件包括摇杆、浮子和球形铰；浮子穿设于摇杆的下段；球形铰同轴固定套设于摇杆的上段且安装于球形铰固定支座处；液压发电组件包括滑索、复位件和活塞液压发电机；滑索的一端与摇杆的顶端连接，其另一端穿过索孔定位支座与活塞杆连接；复位件设于索孔定位支座及活塞液压发电机之间为活塞杆提供回复力。本实用新型针对实际复杂海况，能够将波浪的不规则三维运动转化成相对规则的机械运动，将波浪能转成液压能进而用于发电，适应性强，能量转化效率高，且结构简单，方便检修。

Description

一种三维波浪能发电装置

技术领域

本实用新型涉及波浪能发电技术领域，特别是涉及一种三维波浪能发电装置。

背景技术

人类对海洋的开发探索不断朝着深远海发展，对于相应的能源供给也提出了更高的要求，并聚焦于开发就近化、清洁化的供能方式。波浪能作为主要的海洋能组成，具有能量密度大、分布广泛、持续时间长等优点，因此利用波浪能发电已逐渐成为海上供能的重要方法。

目前的波浪能发电装置种类较多，其形式结构、工作原理差异巨大，但大多数都是针对单一浪向或理想化的波浪运动形式设计的，在复杂的实际海况下发电效率不高。而具有较强环境适应性的发电装置又具有体积大、维修难等缺点。

因此，现有技术亟待改进。

实用新型内容

本实用新型的目的是：本实用新型提供了一种三维波浪能发电装置，以解决现有技术的波浪能发电装置要么在复杂的实际海况下发电效率不高，要么体积大、维修难的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种三维波浪能发电装置，包括主体框架、俘能组件和液压发电组件；

所述主体框架包括框架体、球形铰固定支座和索孔定位支座；所述球形铰固定支座及所述索孔定位支座均设于所述框架体的中心处，所述索孔定位支座位于所述球形铰固定支座的上方且间隔第一预定距离；

所述俘能组件包括摇杆、浮子和球形铰；所述浮子沿其中心轴设有通孔以穿设于所述摇杆的下段，所述摇杆的底端设有端帽，所述通孔的内径大于所述摇杆的外径且小于所述端帽的外径；所述球形铰同轴固定套设于所述摇杆的上段且与所述摇杆的顶端间隔第二预定距离，所述第二预定距离小于所述第一预定距离，所述球形铰安装于所述球形铰固定支座处；

所述液压发电组件包括滑索、复位件和活塞液压发电机；所述活塞液压发电机的活塞杆位于所述索孔定位支座的正上方，所述滑索的一端与所述摇杆的顶端连接，其另一端穿过所述索孔定位支座与所述活塞杆连接；所述复位件设于所述索孔定位支座及所述活塞液压发电机之间为所述活塞杆提供回复力。

本申请一些实施例中，所述第二预定距离/(第一预定距离－第二预定距离)的值大于1.3。

本申请一些实施例中，所述活塞液压发电机包括缸管、活塞杆、蓄能器、液压马达和补油室；所述活塞杆设于所述缸管的内部将所述缸管分成上腔室及下腔室；所述蓄能器通过油路分别与所述上腔室及下腔室连通，并与所述液压马达连通，所述液压马达与所述补油室连通，所述补油室通过油路分别与所述上腔室及所述下腔室连通。

本申请一些实施例中，所述油路上设有单向阀。

本申请一些实施例中，所述缸管的内部两端均设有缓冲材料层。

本申请一些实施例中，所述摇杆上设有永磁定子，所述浮子的内部设有线圈转子，使所述浮子沿所述摇杆上下运动时切割磁感线从而产生电流。

本申请一些实施例中，所述框架体包括基座立杆、连接立杆、第一安装杆、第二安装杆和固定支杆；所述基座立杆设于所述第一安装杆的下表面，所述连接立杆的两端分别设于所述第一安装杆的上表面及所述第二安装杆的下表面；所述球形铰固定支座位于所述第一安装杆的圆心处，侧面通过所述固定支杆连接于所述第一安装杆；所述索孔定位支座位于所述第二安装杆的圆心处，侧面通过所述固定支杆连接于所述第二安装杆。

本申请一些实施例中，所述第一安装杆的形状为圆形或多边形，和/或，所述第二安装杆的形状为圆形或多边形。

本申请一些实施例中，所述基座立杆设有4根，等间隔地设于所述第一安装杆的下表面；所述固定支杆设有4根，每根固定支杆分别对应于每两根所述基座立杆之间的间隙中心处。

本申请一些实施例中，所述复位件为弹簧；所述弹簧套设于所述滑索外，所述弹簧的一端连接于所述缸管的表面，其另一端固定连接于任一根所述固定支杆上

本实用新型实施例一种三维波浪能发电装置与现有技术相比，其有益效果在于：

本实用新型实施例的三维波浪能发电装置，针对实际复杂海况，基于波面水质点的以椭圆为原型的不规则反复运动形式，利用浮子带动摇杆在一定范围内做三维自由摇摆，摇杆上端通过滑索以及复位件配合带动活塞液压发电机做往复运动实现发电，将波浪的不规则三维运动转化成相对规则的机械运动，将波浪能转成液压能进而用于发电，适应性强，能量转化效率高，且结构简单，体积较小，方便检修。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的三维波浪能发电装置的结构示意图；

图2是主体框架的结构示意图；

图3是俘能组件的结构示意图；

图4是液压发电组件的结构示意图；

图5是摇杆与索孔定位支座的尺寸配合示意图；

图6是摇杆的摆动范围示意图；

图7是活塞液压发电机及俘能组件的结构简图；

图8是活塞液压发电机的工作流程示意图；

图9是本实用新型实施例的三维波浪能发电装置的发电方式示意图；

图中，1、主体框架；11、框架体；111、基座立杆；112、连接立杆；113、第一安装杆；114、第二安装杆；115、固定支杆；12、球形铰固定支座；13、索孔定位支座；2、俘能组件；21、摇杆；22、浮子；23、球形铰；24、端帽；3、液压发电组件；31、滑索；32、复位件；33、活塞液压发电机；331、活塞杆；332、缸管；333、蓄能器；334、液压马达；335、补油室；336、单向阀；337、压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1所示，是本实用新型优选实施例的一种三维波浪能发电装置，主要包括主体框架1、俘能组件2和液压发电组件3。

具体的，参见图2，主体框架1包括框架体11、球形铰固定支座12和索孔定位支座13，其中球形铰固定支座12的中心处设有球形铰安装位，索孔定位支座13的中心处设有索孔。球形铰固定支座12及索孔定位支座13均设于框架体11的中心处，索孔定位支座13位于球形铰固定支座12的上方且间隔第一预定距离(第一预定距离具体指索孔定位支座13的中心至球形铰固定支座12的中心)。主体框架1为整个装置提供一个相对稳定的平台和工作环境。在浅海海域，主体框架1可独立安装固定；在深海海域，主体框架1可通过系泊系统固定，同时，亦可通过焊接固定于海洋结构物上。

参见图3，俘能组件2包括摇杆21、浮子22和球形铰23。浮子22沿其中心轴设有通孔以穿设于摇杆21的下段，摇杆21的底端设有端帽24，通孔的内径大于摇杆21的外径且小于端帽24的外径，使浮子22可沿摇杆21轴向上下运动且不会脱出摇杆21。优选的，端帽24可以为外接结构件，亦可与摇杆21一体成型。球形铰23同轴固定套设于摇杆21的上段且与摇杆21的顶端间隔第二预定距离(第二预定距离具体指摇杆21的顶端至球形铰固定支座12的中心)。球形铰23安装于球形铰固定支座12处，使摇杆21可在一定范围内自由转动，摇杆21的活动范围与球形铰23的设计参数相关。第二预定距离小于第一预定距离，使摇杆21的顶端与索孔定位支座13的底部具有一定距离，从而使摇杆21摆动时不会撞上索孔定位支座13。

参见图4，液压发电组件3包括滑索31、复位件32和活塞液压发电机33。活塞液压发电机33的活塞杆331位于索孔定位支座13的索孔的正上方，滑索31的一端与摇杆21的顶端连接，其另一端穿过索孔定位支座13上的索孔与活塞杆连接。复位件32设于索孔定位支座13及活塞液压发电机33之间为活塞杆331提供回复力。其中，活塞液压发电机33可采用现有技术的活塞型液压发电机构，即只要能够为活塞杆331提供来回往复运动动力，即可实现液压发电的机构。

本实用新型提出的三维波浪能发电装置，实际使用时，将发电装置固定于安装位置，在波浪冲击作用下，浮子22会沿摇杆21作轴向震荡，并带动摇杆21以球形铰23为支点在一定范围内做自由摆动，与此同时摇杆21的上端拉动滑索31运动。滑索31不同方向的运动通过索孔定位支座13的索孔转化为垂向运动，从而带动活塞杆331向下运动，将俘获的波浪能转换为机械能。波浪冲击平稳后，设于索孔定位支座13及活塞液压发电机33之间的复位件32为活塞杆331提供回复力，使活塞杆331向上运动，即活塞杆331能够随着波浪活动完成来回(上下)往复运动，从而使活塞液压发电机33实现发电。

本申请一些实施例中，参见图5，设摇杆21上段的长度(即第二预定距离)为H₂，摇杆21的顶端距索孔中心的高度(即第一预定距离－第二预定距离)为H₁，H₂/H₁的优选值大于1.3。参见图5及图7，在波浪作用下，摇杆21摇摆而偏离初始位置形成一空间夹角α，此时摇杆21的顶端与索孔的距离变为L，即滑索31的运动距离ΔL＝L-H₁。进一步的展开表示为：

而在对于不规则波浪的运动响应过程中，相邻两个时间点的L₁、L₂之间的长度差可用于表示滑索31的向下拉动和回弹。

从上述分析可以发现，摇杆21的上段长度H2与其顶端距索孔高度H1的比值越大，即H₂/H₁越大，滑索31的运动距离ΔL越大，发电效率越高。因此，为提高能量转换效率，可根据实际装置适当提高H₂/H₁的值，例如该值可选为1.3、1.5、1.7、1.8、1.9、2.0、2.5、3.0等等，图5中所示的该值为2.0。

本申请一些实施例中，参见图2，框架体11包括基座立杆111、连接立杆112、第一安装杆113、第二安装杆114和固定支杆115。基座立杆111设于第一安装杆113的下表面，连接立杆112的两端分别设于第一安装杆113的上表面及第二安装杆114的下表面。球形铰固定支座12位于第一安装杆113的圆心处，侧面通过固定支杆115连接于第一安装杆113，第一安装杆113的形状为圆形或多边形如三角形、四边形、五边形、六边形、八边形等，如图2所示为圆形。索孔定位支座13位于第二安装杆114的圆心处，侧面通过固定支杆115连接于第二安装杆114，第二安装杆114的形状为圆形或多边形如三角形、四边形、五边形、六边形、八边形等，如图2所示为圆形。

进一步的，参见图2，基座立杆111设有4根，等间隔地设于第一安装杆113的下表面。连接立杆112设有4根，设于第一安装杆113的上表面与基座立杆111位置对应。固定支杆115设有4根，每根固定支杆115分别对应于每两根基座立杆111之间的间隙中心处，形成稳固的框架体11。进一步的，设于第二安装杆114的4根固定支杆115在中心交汇点处留出通孔，该处即可作为索孔定位支座13使用。

本申请一些实施例中，参见图4及图7，活塞液压发电机33包括缸管332、活塞杆331、蓄能器333、液压马达334和补油室335。活塞杆331设于缸管332的内部将缸管332分成上腔室及下腔室。蓄能器333通过油路分别与上腔室及下腔室连通，并与液压马达334连通，液压马达334与补油室335连通，补油室335通过油路分别与上腔室及下腔室连通。

进一步的，油路上设有单向阀336，能有效控制液压同时防止液压油回流。并且，油路上还可以根据实际需求设置压力传感器337，如图7中蓄能器333与上腔室及下腔室连通的油路上设有压力传感器337，便于监测油压。

进一步的，缸管332的内部两端均设有缓冲材料层(图中未示出)，防止在极端浪况下产生碰撞损耗。

本申请一些实施例中，参见图4，复位件32优选为弹簧，弹簧套设于滑索31外，弹簧的一端抵接于缸管332的表面，其另一端固定连接于任一根固定支杆115上。

实际使用时，活塞液压发电机33的工作流程示意图如图7所示，滑索31不同方向的运动通过索孔定位支座13的索孔转化为垂向运动，从而带动活塞杆331向下运动，将下腔室液压油压缩输入到蓄能器333中，同时降低上腔室油压以便补油。波浪冲击平稳后，活塞杆331在弹簧的作用下复位，将活塞杆331向上拉动，将上腔室液压油压缩输入到蓄能器333中，同时降低下腔室油压以便补油。当蓄能器333中的液压油达到额定压力时，将高压油输入液压马达334用于发电。当蓄能器333中的液压油压力下降到最小工作值时自动关闭，继续蓄能。而高压油经过液压马达334发电后变为低压油回流到补油室335中，用于上腔室及下腔室的液压油补充。

本申请一些实施例中，摇杆21上设有永磁定子，浮子22的内部设有线圈转子。当波浪冲击时，浮子22沿摇杆21上下运动切割磁感线从而产生电流，用于直驱式发电。装置所产生的电能可用于装置警示灯的供电，或为海洋浮标提供电能。

综上，本实用新型提出的一种三维波浪能发电装置，至少具有两种发电方式，分别为液压发电及直驱发电，如图9所示。其中，浮子22的直径可根据目标海域的波浪情况进行调整，摇杆21的长度可根据主体框架1安装距海平面高度调整，对于波浪较为剧烈的海域，可适当提高摇杆21的长度。

与现有技术相比，本实用新型提出的一种三维波浪能发电装置，针对实际复杂海况，基于波面水质点的以椭圆为原型的不规则反复运动形式，利用浮子22带动摇杆21在一定范围内做三维自由摇摆，摇杆21上端通过滑索31以及复位件32配合带动活塞液压发电机33的活塞杆331做往复运动实现发电，将波浪的不规则三维运动转化成相对规则的机械运动，将波浪能转成液压能进而用于发电，适应性强，能量转化效率高，且结构简单，体积较小，方便检修。

更进一步的，摇杆21上设有永磁定子，浮子22的内部设有线圈转子，使浮子22沿摇杆21上下运动切割磁感线从而产生电流，用于直驱式发电，进一步高效利用波浪能，提高能量转化效率。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种三维波浪能发电装置，其特征在于，包括主体框架、俘能组件和液压发电组件；

2.根据权利要求1所述的三维波浪能发电装置，其特征在于，所述活塞液压发电机包括缸管、活塞杆、蓄能器、液压马达和补油室；所述活塞杆设于所述缸管的内部将所述缸管分成上腔室及下腔室；所述蓄能器通过油路分别与所述上腔室及下腔室连通，并与所述液压马达连通，所述液压马达与所述补油室连通，所述补油室通过油路分别与所述上腔室及所述下腔室连通。

3.根据权利要求2所述的三维波浪能发电装置，其特征在于，所述油路上设有单向阀。

4.根据权利要求2所述的三维波浪能发电装置，其特征在于，所述缸管的内部两端均设有缓冲材料层。

5.根据权利要求1所述的三维波浪能发电装置，其特征在于，所述摇杆上设有永磁定子，所述浮子的内部设有线圈转子，使所述浮子沿所述摇杆上下运动时切割磁感线从而产生电流。

6.根据权利要求2所述的三维波浪能发电装置，其特征在于，所述框架体包括基座立杆、连接立杆、第一安装杆、第二安装杆和固定支杆；所述基座立杆设于所述第一安装杆的下表面，所述连接立杆的两端分别设于所述第一安装杆的上表面及所述第二安装杆的下表面；所述球形铰固定支座位于所述第一安装杆的圆心处，侧面通过所述固定支杆连接于所述第一安装杆；所述索孔定位支座位于所述第二安装杆的圆心处，侧面通过所述固定支杆连接于所述第二安装杆。

7.根据权利要求6所述的三维波浪能发电装置，其特征在于，所述第一安装杆的形状为圆形或多边形，和/或，所述第二安装杆的形状为圆形或多边形。

8.根据权利要求6所述的三维波浪能发电装置，其特征在于，所述基座立杆设有4根，等间隔地设于所述第一安装杆的下表面；所述固定支杆设有4根，每根固定支杆分别对应于每两根所述基座立杆之间的间隙中心处。

9.根据权利要求8所述的三维波浪能发电装置，其特征在于，所述复位件为弹簧；所述弹簧套设于所述滑索外，所述弹簧的一端连接于所述缸管的表面，其另一端固定连接于任一根所述固定支杆上。