WO2010015209A1 - 一种海洋浪潮能量利用系统 - Google Patents

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Description

技术领域
本发明涉及能量转换技术领域, 尤其是一种海洋浪潮能量利用系统。 背景技术
海洋面积占地球表面的 70%以上, 海洋中的海水由于在不同时间段受月球引力的不 同, 每天都要有两次涨潮和落潮, 潮差在 2米至 6米之间, 有时甚至可达 10米以上, 同时 还有时大时小的起伏波浪。 这种潮汐和波浪具有极大的能量。
现有的潮汐发电是利用收缩水道将涨潮时的海浪引入高位水库形成水位差 (水头), 再 利用水头下流直接驱动水轮发电机组发电的, 所利用潮汐的能量微乎其微。
风作用于海水会引起风浪, 地震及海底的火山爆发等也会引起浪涌。 因此, 海浪能是地 球能源中最丰富、 最普遍、 取之不尽、 用之不竭而又较好利用的最可靠资源。 波浪能又是海 洋能中所占比重较大的海洋能源。海水的波浪运动产生十分巨大的能量,这种能量以海水的 上下波动、 前后、 左右波动、 晃动以及涌动为表现形式。 据估算, 世界海洋中较容易利用的 波浪能达千亿千瓦以上。
潮汐能和波浪能是最清洁的可再生资源, 它的开发利用,将从根本上缓解由于矿物能源 逐渐枯竭的危机, ?丈善由于燃烧矿物能源对环境造成的破坏。
以往, 人们把海浪能和潮汐能看作是无序、分散、 间断、 不可控的低速、低品位机械能, 认为不容易利用, 要利用必须经过中间环节使之有序、 集中、 连续、 可控, 再变为高速后才 可利用。
100多年来, 世界各国科学家不懈努力, 提出了数百种设想, 发明了各种各样的利用海 浪能发电的装置。 目前经研究开发, 已比较成熟的海浪发电装置除上述潮汐发电装置外, 还 有下列二类:
一是"波浪压缩空气型", 用一个容积固定的、 与海水相通的容器装置, 通过波浪产生的 水面位置变化引起容器内的空气容积发生变化, 压缩容器内的空气, 借助空气作中间介质, 用压缩空气驱动叶轮, 带动发电装置发电;
二是"机械驱动液体型",利用波浪的运动推动中间装置的活动机械部分——鸭体、筏体、 浮子等, 活动机械部分驱动油或水等中间介质, 通过中间介质推动发电装置发电。 其它类型的机械能转换装置由于难以达到持续、 稳定、 集中、 匀速可控的程度, 利用起 来较困难, 应用较少。
这三种类型的海浪发电装置虽然各有优点, 但它们共同的缺点是: 1、 海浪能转换成电 能的中间环节多, 设备复杂, 效率低, 不容易形成规模; 2、 只能部分的利用海浪机械能量 中的一维能量, 不能把无序的、 分散的、 低密度的、 不稳定的三维波浪能吸收起来, 发电成 本高; 3、 海浪能量转换装置及其构筑物承受灾害性海洋气候的能力差, 不容易抵抗台风、 海啸的破坏, 安全隐患较大。 这是当今海浪能开发利用的主要难题。
最近英国等西欧国家开发出了浮筒式海蛇技术,他们使用几个串接在一起的浮筒骑在海 浪上,利用海浪的起伏坡角的变化来推动浮筒的活塞发电,这种方式的确可以使得系统的抗 风浪性得以增强, 但因为波浪的起伏本身其实很平缓, 角度变化也很小, 且它是垂直于波峰 线的, 所以一串浮筒只能对应很小宽度的波浪, 效率并不理想, 其抗台风、 海啸的能力也不 够强, 并没有克服上述难题。
由于各种技术问题, 目前海浪发电成本比热电高 10倍左右且存在安全隐患。
科技不是越复杂越好, 正相反, 能用最简单的设备和方法解决人们一直认为不容易解决 的问题就是高科技。要想提高海浪发电的实用化水平,必须解决现有技术存在的上述主要难 题, 摆脱现有观念的束缚, 减少中间环节, 利用简单方便的可靠设备, 适应海浪运动的实际 情况, 实现海洋浪潮三维能量的转换。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述难题而提供的一种海洋浪潮能量利用系统, 可将海浪上 下、前后、左右以及旋转等三维方向的无序的机械能比较充分地转换为电能的海洋浪潮能量 发电设备。
为了达到上述目的, 本发明采用的技术方案为:
一种海洋浪潮能量利用系统, 包括漂浮采能装置、 能量传递装置和能量转换装置, 所述 漂浮采能装置通过能量传递装置与能量转换装置相连接,所述漂浮采能装置由船抢样采能浮 体及浮体活动范围限制装置组成,所述采能浮体底部设有与海平面垂直的采能板; 所述能量 传递装置是由固定支座和能量传递杆组成,所述固定支座固定设置在岸边或海底,并与能量 传递杆活动连接; 所述能量传递杆与漂浮采能装置和能量转换装置均为活动连接。
上述海洋浪潮能量利用系统,还包括蓄能装置和做功机械, 所述蓄能装置一端与能量转 换装置相连接, 另一端与所述做功机械相连接。 上述能量传递装置中的固定支座设置在岸边时,所述能量传递装置中的固定支座设置在 岸边时,所述能量传递装置包括垂直设置的齿条推拉杆和水平设置的漂浮推拉杆及活动连接 在固定支座上的杠杆,并分别与所述漂浮采能装置和能量转换装置活动连接; 所述能量转换 装置包括齿轮组和液压缸; 所述蓄能装置为液压蓄能装置, 是一种带有活塞的缸, 活塞的一 端所处空间内为弹簧或气囊, 另一端内为液体,与所述能量转换装置的液压缸及供能管道连 通, 所述供能管道与所述做功机械相连通, 所述供能管道上设有液压流量调节阔。
上述齿条推拉杆下端与所述漂浮采能装置的顶部相连接, 上端与所述齿轮组连接, 所述 齿轮组包括主动轮、双向棘轮机构和从动轮; 所述齿条推拉杆与主动轮嗤合, 所述主动轮与 双向棘轮机构相连接,驱动双向棘轮结构; 所述双向棘轮机构包括两个棘爪摆动方向相反的 棘轮, 所述两个棘轮中的一个棘轮与从动轮相连接,驱动从动轮; 所述双向棘轮机构与能量 转换装置中的一个液压缸相连接; 所述液压缸设有活塞、丝杠活塞杆和丝杠螺母, 所述丝杠 活塞杆设置于液压缸中心, 随液压缸顶部丝杠螺母的转动而轴向移动, 带动活塞运动; 所述 丝杠螺母分别与两个棘轮中的另一个棘轮和从动轮啮合。
上述漂浮推杆为比重小于海水的能量传动杆,其一端与漂浮采能装置水平面部分呈活动 连接, 另一端通过推拉杆套管与摆动杠杆的下端滑动相连; 所述摆动杠杆通过固定支座竖直 固定在岸边,摆动杠杆下端与漂浮推拉杆连接,上端与能量转换装置中一个液压缸的活塞杆 连接。
上述能量传递装置中的固定支座设置在岸边时,所述能量传递装置包括水平设置的漂浮 推拉杆和垂直设置的摆动杠杆,所述能量转换装置为齿轮传动装置; 所述蓄能装置为蓄能飞 轮; 所述做功机械为发电机。
上述漂浮推杆为比重小于海水的能量传动杆, 其一端与漂浮采能装置活动连接, 另一端 通过推拉杆套管与摆动杠杆下端相连接; 所述摆动杠杆通过固定支座垂直固定在岸边支座 上, 其上端设有齿条滑孔, 与设置在齿条滑座内的滑动齿条活动连接, 滑动齿条带动齿轮传 动装置工作。
上所述齿轮传动装置包括齿条、棘轮齿轮和棘轮从动轮, 所述齿条滑动设置在岸边上水 平设置的齿条滑座内,齿条一端通过齿条拔销与摆动杠杆上的齿条滑孔相连接; 所述棘轮齿 轮包顺转棘轮和逆转棘轮, 均与齿条啮合, 分别与相对应的棘轮从动轮相连; 所述棘轮从动 轮带动一级或多级齿轮传动,最后一级齿轮与蓄能飞轮同轴相连接; 所述蓄能飞轮与若干做 功机械即发电机相连接。
上述能量传递装置中的固定支座固定在海底时, 所述漂浮采能装置的中心设有垂直通 孔, 所述能量传递杆为晃动支柱, 其表面设有环形齿, 所述晃动支柱设置于漂浮采能装置的 通孔内,其下端与海底的固定支座万向轴连接,所述晃动支柱下部靠近固定支座处设有若干 弹性元件, 弹性元件一端与晃动支柱固定连接, 另一端与固定支座固定连接; 所述能量转换 装置为液压缸, 设置于漂浮采能装置的上方, 通过齿轮组与晃动支柱相连。
上述齿轮组包括主动轮、双向棘轮机构和从动轮, 所述主动轮与晃动支柱表面的环形齿 啮合, 并与双向棘轮机构相连接, 驱动双向棘轮结构, 所述双向棘轮机构包括两个棘爪摆动 方向相反的棘轮, 所述两个棘轮中的一个棘轮与从动轮相连接, 驱动从动轮; 所述液压缸设 有活塞、丝杠活塞杆和丝杠螺母, 所述丝杠活塞杆设置于液压缸中心, 随液压缸顶部丝杠螺 母的转动而轴向移动,带动活塞运动; 所述丝杠螺母分别与两个棘轮中的另一个棘轮和从动 轮啮合。
上述漂浮采能装置下方、晃动支柱外围设有套管, 围绕晃动支柱套管呈放射状连接有若 干可旋转的垂直于海平面的能量采集板,所述能量采集板的转动轴上端与设置在漂浮采能装 置内的齿轮传动装置相连; 所述能量采集板与晃动支柱套筒之间设有弹性元件。
上述漂浮采能装置底部设有若干个大口向下的与海水相通的漏斗状垂直波浪能采集装 置, 所述垂直波浪能采集装置的尾部为液压活塞筒。
上述漂浮采能装置上设有储水仓和重量调控器。
上述浮体活动范围限制装置由漂浮采能装置长轴方向两端平行设置的可随海平面升降 而上下移动的水平滑槽、固定在漂浮采能装置长轴两端的滑动支座或者气压或液压活塞缸和 设置在漂浮采能装置与岸边之间的弹性元件组成,所述水平滑槽的两端通过套筒与固定在海 底的支柱滑动连接, 所述滑动支座或者气压或液压活塞缸与水平滑槽滑动连接。
与现有技术相比, 本发明技术方案产生的有益效果为:
本发明结构简单可靠、 成本低, 能适应海浪的无序变化, 可将海浪上下、 前后、 左右以 及旋转等三维方向的无序的机械能比较充分地转换为其他做功能量, 能量转换的中间环节 少, 能量转换效率高, 输出稳定、 持久, 并能抵抗风险。
附图说明
图 1为本发明整体结构原理图;
图 2为本发明实施例 1的结构示意图;
图 3为本发明实施例 1中能量传递装置的结构示意图;
图 4为本发明实施例 1中漂浮采能装置与转向壁间连接方式的结构示意图; 图 5为本发明实施例 2的结构示意图;
图 6为本发明实施例 2中能量转换装置、 蓄能装置和做功机械连接的结构示意图; 图 7为本发明实施例 2中漂浮采能装置与转向壁间连接方式的结构示意图; 图 8为本发明实施例 3的结构示意图。
附图标记:
1-漂浮采能装置, 2-能量传递装置, 3-能量转换装置, 4-蓄能装置, 5-做功机械, 101-采集板, 102-垂直波浪能采集装置, 103-水平滑槽, 104-滑动支座, 105气压或液压 活塞缸, 106-能量采集板, 107-转向壁, 201-固定支座, 202-齿条推拉杆, 203-漂浮推拉杆, 204-摆动杠杆, 205-推拉杆套管, 206-齿条滑孔, 207-齿条, 208-棘轮齿轮, 209-棘轮从动轮, 210-齿条滑座, 211-齿条拔销, 212-主动轮, 213-棘轮, 214-从动轮, 215-棘轮, 216-晃动 支柱, 217-环形齿, 218-转动轴, 301-液压缸, 302-活塞, 303-丝杠活塞杆, 304-丝杠螺母, 401-供能管道, 402-液压流量调节阔, 403-进出气阔, 404-液压蓄能装置, 405-蓄能飞轮, 501-发电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步描述。
参见图 1 , 一种海洋浪潮能量利用系统, 一种海洋浪潮能量利用系统, 包括漂浮采能装 置 1、 能量传递装置 2、 能量转换装置 3、 蓄能装置 4和做功机械 5 , 所述漂浮采能装置 1 通过能量传递装置 2与能量转换装置 3相连接,所述漂浮采能装置 1为船抢样采能浮体,所 述采能浮体底部设有与海平面垂直的采能板 101 ; 所述能量传递装置 2与漂浮采能装置 1和 能量转换装置 3均为活动连接; 所述蓄能装置 4一端与能量转换装置 3相连接, 另一端与所 述的做功机械 5相连接。
实施例 1 :
参见图 2, 所述漂浮采能装置 1与固定在岸边的能量传递装置 2相连接, 所述的漂浮采 能装置 1为放置在海里的固体漂浮物, 呈船舱样, 其长轴与海岸平行, 离岸距离超过半米, 水深需超过 3米,其吃水深度大于 1米,其底部设有垂直于海平面并与海岸线平行的采能板 101 , 底部还设有若干个大口向下的与海水相通的漏斗状垂直波浪能采集装置 102, 所述垂 直波浪能采集装置 102的尾部为液压活塞筒,可以接受波浪上下移动的能量并实现转换。为 了防止台风和海啸的破坏,将其能量充分利用,制造漂浮采能装置的材料应具有良好的防腐 蚀和抗冲击能力, 其重量及体积尽量大, 漂浮采能装置上可修建房屋、 游泳池及其它生活、 娱乐场所。 漂浮采能装置 1底部垂直的采能板 101可做成可拆卸型, 当海浪小时, 平板全部 按上, 浪大时部分拆下, 台风或海啸到来时将平板全部卸下。 发电机组也应有足够的储备, 放置发电机组的房屋应具有抗地震、 抗台风和抗海啸的能力。
所述能量传递装置 2包括垂直设置的齿条推拉杆 202和水平设置的漂浮推拉杆 203 , 所 述漂浮推拉杆 203一端与漂浮采能装置 1活动连接,另一端通过推拉杆套管 205与摆动杠杆 204的下端滑动相连, 可随海面的升降而升降。 所述摆动杠杆 204通过固定支座 201固定在 岸边,摆动杠杆 204下端与漂浮推拉杆 203连接,上端与能量转换装置 3中一个液压缸的活 塞杆连接。
由于海浪向岸运动时能量大, 离岸能量小, 为保证漂浮采能装置向岸和离岸往复运动, 也为了漂浮采能装置的平稳移动,可在传动杆两侧、漂浮采能装置与垂直岸边之间加装若干 个弹性装置。
所述能量转换装置 3包括齿轮组和液压缸; 所述蓄能装置 4为液压蓄能装置 404, 是一 种带有活塞的缸,活塞一端所处空间的一侧与所述能量转换装置的液压缸 301连通,另一侧 通过供能管道 401与所述做功机械 5相连通,连通处内充满液体,所述供能管道 401上设有 液压流量调节阔 402; 所述液压蓄能装置 404活塞的一端所处空间内为弹簧, 也可是橡胶或 气囊等弹性物质, 另一端的空间为液体; 如果活塞的一端所处空间为气体时, 气体的进出或 封闭由位于活塞端部的进出气阔 403控制。
漂浮采能装置 1得到的能量经能量传递装置 2传递给液压缸 301内的液体, 液压缸 301 内的液体与液压蓄能装置 404连通, 同时还通过液压流量调节阔 402与供能管道 401连通, 供能管道 401的液体流动带动做功机械 5工作。根据能量转换装置中液压缸的数量,可增加 液压蓄能装置的数量, 以蓄积更多的能量, 满足做功机械的需求。
采用本发明的进行发电时, 液压系统所用液体为密封循环使用, 液压流量调节阔是用于 调节液体压力和液体流量的装置。 当液压流量调节阔关闭时,来自液压缸的液体进入蓄能装 置, 压力传至活塞, 压缩该活塞另一端的弹簧, 压力越大, 所蓄能量越大。 当压力达到要求 值时, 液压流量调节阔开启, 流量大小根据需要确定, 此时高压力的液体进入供能管道, 冲 击水轮机, 带动发电机发电。
就发电而言, 由于发电机要发出恒定频率与恒定电压的电, 必须保证发电机转子的转速 稳定。 采用上述能量转换及蓄能措施, 控制流入水轮机的液体压力和流量恒定, 即可达到目 的。 由于海浪潮流的能量时常变化, 其提供的能量也随之变化, 为达到稳定发电, 蓄能装置 可连接多个液压流量调节阔和供能管道, 供多个发动机组工作。 其中有一个为主发动机组, 保持连续运行。 当蓄能装置内的压力超过所需数值时, 开启备用的发动机组; 当压力小于所 需数字时, 关闭相应的备用机组。发出电量的大小, 取决于漂浮采能装置所取得海浪能量的 大小。
参见图 3 , 所述齿条推拉杆 202下端与漂浮采能装置 1的顶部固定连接, 上端与齿轮组 连接, 所述齿轮组包括主动轮 212、 双向棘轮机构和从动轮 214; 所述齿条推拉杆 202与主 动轮 212啮合, 所述主动轮 212与双向棘轮机构相连接, 驱动双向棘轮结构, 所述双向棘轮 机构包括两个棘爪摆动方向相反的棘轮, 所述两个棘轮中靠近主动轮的棘轮 213 与从动轮 214相连接, 驱动从动轮 214; 所述双向棘轮机构与能量转换装置中的液压缸 301相连接; 所述液压缸 301设有活塞 302、 丝杠活塞杆 303和丝杠螺母 304, 所述丝杠活塞杆 303设置 于液压缸 301中心, 随液压缸顶部丝杠螺母 304的转动而轴向移动, 带动活塞 302运动; 所 述丝杠螺母 304分别与靠近其的棘轮 215和从动轮 214啮合。随着海面的起伏, 漂浮采能装 置带动齿条推拉杆上下移动, 齿条推拉杆 202与主动轮 212啮合, 带动棘轮 213与棘轮 215 转动,棘轮 213与棘轮 215的棘爪摆动方向相反且可在活塞接近缸底时同时改变棘爪的摆动 方向。 当漂浮采能装置在海水的作用下位置升高时, 其顶部的齿条推拉杆向上移动, 主动轮 做逆时针方向转动,此时将棘轮 215的棘爪摆动方向设置为逆时针方向做功,顺时针方向滑 动,棘轮 213的棘爪摆动方向设置为顺时针方向做功, 逆时针方向滑动, 则主动轮带动棘轮 215逆时针方向做功, 驱动丝杠螺母做顺时针方向转动, 带动活塞向远端移动, 棘轮 213不 做功,其棘爪逆时针方向滑动; 当齿条推拉杆 202向下移动,主动轮 212做顺时针方向转动, 带动棘轮 213顺时针方向转动做功,驱动从动轮 214逆时针方向转动,从动轮 214驱动丝杠 螺母做顺时针方向转动, 带动活塞向远端移动, 棘轮 215顺时针方向滑动, 不做功。 齿条推 拉杆 202如此往复上下, 则驱动活塞向远端移动。 移动至接近缸底时, 通过行程开关机构改 变棘轮 215和棘轮 213的摆动方向,则齿条推拉杆 202的上下移动使活塞 302向近端移动做 功, 当活塞 302移动接近至近端缸底时,通过行程开关机构再改变棘轮 215和棘轮 213的摆 动方向,使活塞 302再往相反方向移动。如此周而复始, 实现间断、往复能量的传递与转换, 通过蓄能装置和液压流量调节阔持续稳定地释放能量做功。
所述齿条推拉杆 202 上可以设置若干齿轮组及相对应的液压缸, 以满足能量转换的需 要。
这种机构同样也适用于水平能量传递装置,将图 2中摆动杠杆上端连接的活塞杆换成齿 条推拉杆及上述装置即可实现。
参见图 4, 上述漂浮采能装置 1附近设有反流装置, 所述反流装置包括岸边垂直壁和分 别垂直设置在岸边垂直壁两侧的转向壁 107,岸边垂直壁与其两侧的转向壁 107构成一个梯 形。漂浮采能装置 1中的浮体活动范围限制装置由漂浮采能装置 1长轴方向两端平行设置的 可随海平面升降而上下移动的水平滑槽 103、 固定在漂浮采能装置长轴两端的滑动支座 104 或者气压或液压活塞缸 105和设置在漂浮采能装置 1与岸边之间的弹性元件组成,所述水平 滑槽 103的两端通过套筒与固定在海底的支柱滑动连接,所述滑动支座 104或者气压或液压 活塞缸 105与水平滑槽 103滑动连接。 可适应海浪潮流的变化, 抗台风与海啸, 限制漂浮才 能装置的活动范围, 并取得相应的能量。
实施例 2:
参见图 5 , 所述漂浮采能装置 1与固定在岸边的能量传递装置 2相连接时, 所述的漂浮 采能装置 1为一种比重小于海水的固体漂浮物, 比较优选的结构是截面呈" Π"字型或 " T "字 型的长条形漂浮物, 使其漂浮在水面上, 小部分露出水面为佳。 固体漂浮物水平漂浮面的制 作材料可用多个废旧汽车轮胎连接组成,固体漂浮物的沿长条形长轴垂直设置的海水推动受 力面可以是一个面, 也可以是两个平行的面, 可由耐海水腐蚀的材料, 如陶瓷、 钢化玻璃、 玻璃纤维、 塑料、 防腐金属、 防腐木材等制成。 漂浮采能装置的这种设计一方面是为了适应 海水涨落变化, 另一方面也是为了最大限度地采集能量。 由于海浪具有向岸性, 因此就将长 条形的漂浮采能装置沿着与海岸平行的方向设置, 使浪潮的能量垂直作用于竖直的受力面, 其离岸距离根据波动周期和波速而定。 在海浪较小时, 漂浮采能装置的垂直受力面尽量大, 以获取足够多的能量, 当海浪过大时, 可将部分垂直板变为水平板, 避免设施破坏, 以取得 足够能量为准; 当台风或海啸来临时, 可将漂浮采能装置沉入海底或拆散后搬至岸上, 灾害 天气过后继续工作。
所述能量传递装置 2包括水平设置的漂浮推拉杆 203和垂直设置的摆动杠杆 204, 所述 漂浮推拉杆 203为比重小于海水的能量传动杆,其一端与漂浮采能装置 1活动连接,另一端 通过推拉杆套管 205与摆动杠杆 204下端的滑动连接; 所述摆动杠杆 204通过固定支座 201 固定在岸边垂直壁上, 其上端设有齿条滑孔 206;
参见图 6, 所述能量转换装置 3为齿轮传动装置, 所述蓄能装置 4为蓄能飞轮 405; 所 述做功机械 5为发电机 501; 所述齿轮传动装置包括齿条 207、 棘轮齿轮 208和棘轮从动轮 209, 所述齿条 207滑动设置在岸边上水平设置的齿条滑座 210内, 齿条 207—端通过齿条 拔销 38与摆动杠杆 204上的齿条滑孔 206相连接; 所述棘轮齿轮 208包顺转棘轮和逆转棘 轮, 均与齿条嗤合, 分别与相对应的棘轮从动轮 209相连; 所述棘轮从动轮 209带动一级或 多级齿轮传动,最后一级齿轮与蓄能飞轮 405同轴相连接; 所述蓄能飞轮 405与若干做功机 械即发电机 501相连接。
当漂浮采能装置随海浪的潮流往复运动时, 就会通过摆动杠杆使滑动齿条作往复运动, 棘轮齿轮在齿条的带动下根据棘轮的转动要求分别作顺转和逆转, 同时带动棘轮从动轮转 动。整个齿轮传动装置为一组将低速能转变为高速能的变速蓄能装置, 变速蓄能装置的功能 也可由变速箱实现, 但最终输出还是以蓄能飞轮为好。
发电机 501由若干个发电机组成, 均由蓄能飞轮带动工作。在若干个发电机中有一个为 测速发电机。 蓄能飞轮与测速发电机相连, 测速发电机与发电机组启动控制系统相连。 就发 电而言, 由于发电机要发出恒定频率与恒定电压的电, 必须保证发电机转子的转速稳定, 采 用上述能量转换及变速蓄能,特别是利用惯性飞轮工作后,就可使海浪无序的机械能变为高 速有序的可利用能源。 在发电机启动前, 首先将漂浮采能装置启动, 漂浮推拉杆带动齿条往 复运动, 带动棘轮齿轮转动, 再带动变速蓄能装置和蓄能飞轮转动, 当蓄能飞轮的转速达到 发电要求时,测速发电机即可通过相应控制机构启动部分发电机工作。发电机工作的转速设 定在一定的限度范围内, 当转速达到上限时,测速发电机又可通过相应控制机构启动备用发 电机工作, 增加负载; 当转速降至下限时, 测速发电机又可通过相应控制机构关闭相应的发 电机, 减少负载; 总之, 蓄能飞轮的转速, 也就是发电机的转速一直保持恒定, 这样就能发 出恒定频率和恒定电压的电。 当蓄能飞轮的转速达到发电所需的速度时,海浪再提供的能量 除克服摩擦力等消耗外, 全部可用于发电。 由于海浪潮流的能量时常变化, 发出的电量也随 之变化, 发出电量的大小, 取决于漂浮采能装置所取得海浪能量的大小。 因为海浪的能量足 够大, 只要漂浮采能装置取得的能量足够大, 就可发出足够大的电量。
参见图 7, 所述漂浮采能装置 1附近设有反流装置, 所述反流装置包括岸边垂直壁和分 别垂直设置在岸边垂直壁两侧的转向壁 107,岸边垂直壁与其两侧的转向壁 107构成一个梯 形。 当海浪向岸边方向运动时, 正面的浪推动漂浮采能装置 1向岸边方向运动, 速度减慢, 推动漂浮推拉杆^ i功; 旁边的海浪速度不减, 冲向转向壁 107, 再转向岸边垂直壁, 两边的 转向海浪集中在一起, 在岸边垂直壁的阻挡作用下, 海浪返流冲向漂浮采能装置, 使其向离 岸方向运动。 浪潮的每一个波动周期均可以使漂浮采能装置在海浪的推动下作一次往复运 动, 如此不间断地往复运动即可不间断地进行发电。
漂浮采能装置 1中的活动范围限制装置包括设置在转向壁 107上的可随海平面升降而上 下移动的水平滑槽 103 ,和设置在所述漂浮采能装置靠近转向壁 107两端的气压或液压活塞 缸 105, 所述气压或液压活塞缸 105与水平滑槽 103滑动连接, 也可用其它弹性换能或蓄能 装置取代气压或液压活塞缸 105。 此装置可以使漂浮采能装置充分利海浪运动的能量, 还可 以限制漂浮采能装置离开工作位置和缓冲能量高峰。
所述能量转换方式也可用于风力发电或其他低速无序能量的发电。
本实施例中的漂浮采能装置、 能量传递装置、 能量转换装置、 蓄能装置及做功机械, 可 以根据实际情况的需要,与实施例 1中的各个组成部分进行适应性改动并组合成一个海浪能 量转换的系统。
实施例 3:
参见图 8 , 当能量传递装置 2中的固定支座 1固定在海底时, 所述漂浮采能装置 1的中 心设有垂直通孔, 所述能量传递杆为晃动支柱 216, 其表面设有环形齿 217, 所述晃动支柱 216设置于漂浮采能装置 1的通孔内, 其下端与海底的固定支座 201万向轴连接, 这样就可 使晃动支柱随漂浮物的晃动而晃动, 防止支柱折断; 所述晃动支柱 216 下部靠近固定支座 201的处设有若干弹性元件, 弹性元件一端与晃动支柱固定连接, 另一端与固定支座固定连 接, 弹性元件对晃动支柱起到牵制作用, 是晃动支柱在一定范围晃动; 所述能量转换装置为 液压缸 301 , 设置于漂浮采能装置的上方, 通过齿轮组与晃动支柱 216相连; 所述齿轮组包 括主动轮 212、 双向棘轮机构和从动轮 214, 所述主动轮 212与晃动支柱 216表面的环形齿 217啮合, 并与双向棘轮机构相连接, 驱动双向棘轮结构, 所述双向棘轮机构包括两个棘爪 摆动方向相反的棘轮,所述两个棘轮中靠近主动轮的棘轮 213与从动轮 214相连接,驱动从 动轮 214; 所述液压缸 301设有活塞 302、 丝杠活塞杆 303和丝杠螺母 304, 所述丝杠活塞 杆 303设置于液压缸中心, 随液压缸顶部丝杠螺母 304的转动而轴向移动, 带动活塞 302 运动; 所述丝杠螺母 304分别与靠近其的棘轮 215和从动轮 214嗤合。 当晃动支柱晃动时, 可将晃动位移的能量传递给液压缸。
所述漂浮采能装置 1下方、晃动支柱 216外围设有套管, 围绕晃动支柱套管呈放射状连 接有若干可旋转的垂直于海平面的能量采集板 106, 可采集海浪旋转时产生的能量, 所述能 量采集板 106的转动轴 218上端与设置在漂浮采能装置内的齿轮组相连; 所述能量采集板 106与晃动支柱 216套筒之间设有弹性元件,弹性元件可使能量采集板在收到海浪的冲击后, 对能量采集板起到牵制的作用。
所述漂浮采能装置上设有储水仓和重量调控器。该重量调控器可根据海浪的大小以及漂 浮采能装置及其附属物重量,调控漂浮采能装置的总重量, 以调节漂浮采能装置与晃动支柱 之间的相对位移行程, 最大限度地利用海浪的能量。 当灾害性天气如台风、 海啸来临时, 漂 浮采能装置的储水仓内注入足够量的水,使之降至海底, 以保护漂浮采能装置免遭巨浪的破 坏, 并在破坏性巨浪消失后将漂浮采能装置升起, 继续海浪能量转换工作。 以往认为只有浪高超过 1.3米才可用于发电, 采用本实施例的技术方案, 0.5米的浪也 可用于发电。
本实施例可以根据实际需要, 与实施例 1中的液压蓄能装置及做功机械结合, 达到将海 浪能量采集并转换的目的。
本发明的海洋浪潮能量发电设备具有结构简单可靠、能适应海洋浪潮的无序变化、 中间 环节少、 能量转换率高, 可将海水上下前后左右及旋转等三维方向的低速、 分散、 间断、 无 序的机械能量采集利用, 功率大、 电压输出稳定、 持久、 能抵御灾害天气、 成本低等特点。
本发明利用的能源为无污染能源, 除用于发电外, 还可作为制氢、 淡化海水、 食品及各 种工农业品加工的能量。
最后所应说明的是, 以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照上 述实施方式对本发明进行了较详细说明,本领域的普通技术人员应当理解, 即使对本发明的 技术方案进行修改或者等同替换,只要不脱离本技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发 明的权利要求范围当中。

Claims

权 利 要 求 书
1、 一种海洋浪潮能量利用系统, 包括漂浮采能装置、 能量传递装置和能量转换装置, 所述漂浮采能装置通过能量传递装置与能量转换装置相连接,其特征在于:所述漂浮采能装 置由船舱样采能浮体及浮体活动范围限制装置组成,所述采能浮体底部设有与海平面垂直的 采能板;所述能量传递装置是由固定支座和能量传递杆组成,所述固定支座固定设置在岸边 或海底,并与能量传递杆活动连接;所述能量传递杆与漂浮采能装置和能量转换装置均为活 动连接。
2、 如权利要求 1所述的海洋浪潮能量利用系统, 其特征在于: 还包括蓄能装置和做功 机械, 所述蓄能装置一端与能量转换装置相连接, 另一端与所述做功机械相连接。
3、 如权利要求 2所述的海洋浪潮能量利用系统, 其特征在于: 当所述能量传递装置中 的固定支座设置在岸边时,所述能量传递装置包括垂直设置的齿条推拉杆和水平设置的漂浮 推拉杆及活动连接在固定支座上的杠杆,并分别与所述漂浮采能装置和能量转换装置活动连 接; 所述能量转换装置包括齿轮组和液压缸; 所述蓄能装置为液压蓄能装置, 是一种带有活 塞的缸, 活塞的一端所处空间内为弹簧或气囊, 另一端内为液体, 与所述能量转换装置的液 压缸及供能管道连通,所述供能管道与所述做功机械相连通,所述供能管道上设有液压流量 调节阀。
4、 如权利要求 3所述的海洋浪潮能量利用系统, 其特征在于: 所述齿条推拉杆下端与 所述漂浮采能装置的顶部相连接, 上端与所述齿轮组连接, 所述齿轮组包括主动轮、双向棘 轮机构和从动轮; 所述齿条推拉杆与主动轮啮合, 所述主动轮与双向棘轮机构相连接, 驱动 双向棘轮结构;所述双向棘轮机构包括两个棘爪摆动方向相反的棘轮,所述两个棘轮中的一 个棘轮与从动轮相连接,驱动从动轮;所述双向棘轮机构与能量转换装置中的一个液压缸相 连接; 所述液压缸设有活塞、 丝杠活塞杆和丝杠螺母, 所述丝杠活塞杆设置于液压缸中心, 随液压缸顶部丝杠螺母的转动而轴向移动,带动活塞运动;所述丝杠螺母分别与两个棘轮中 的另一个棘轮和从动轮啮合。
5、 如权利要求 4所述的海洋浪潮能量利用系统, 其特征在于: 所述漂浮推杆为比重小 于海水的能量传动杆,其一端与漂浮采能装置水平面部分呈活动连接, 另一端通过推拉杆套 管与摆动杠杆的下端滑动相连;所述摆动杠杆通过固定支座竖直固定在岸边,摆动杠杆下端 与漂浮推拉杆连接, 上端与能量转换装置中一个液压缸的活塞杆连接。
6、 如权利要求 2所述的海洋浪潮能量利用系统, 其特征在于: 当所述能量传递装置中 的固定支座设置在岸边时,所述能量传递装置包括水平设置的漂浮推拉杆和垂直设置的摆动 杠杆, 所述能量转换装置为齿轮传动装置; 所述蓄能装置为蓄能飞轮; 所述做功机械为发电 机。
7、 如权利要求 6所述的海洋浪潮能量利用系统, 其特征在于: 所述漂浮推杆为比重小 于海水的能量传动杆,其一端与漂浮采能装置活动连接, 另一端通过推拉杆套管与摆动杠杆 下端相连接; 所述摆动杠杆通过固定支座垂直固定在岸边支座上, 其上端设有齿条滑孔, 与 设置在齿条滑座内的滑动齿条活动连接, 滑动齿条带动齿轮传动装置工作。
8、 如权利要求 7所述的海洋浪潮能量利用系统, 其特征在于: 所述齿轮传动装置包括 齿条、棘轮齿轮和棘轮从动轮, 所述齿条滑动设置在岸边上水平设置的齿条滑座内, 齿条一 端通过齿条拔销与摆动杠杆上的齿条滑孔相连接;所述棘轮齿轮包顺转棘轮和逆转棘轮,均 与齿条啮合, 分别与相对应的棘轮从动轮相连; 所述棘轮从动轮带动一级或多级齿轮传动, 最后一级齿轮与蓄能飞轮同轴相连接; 所述蓄能飞轮与若干做功机械即发电机相连接。
9、 如权利要求 2所述的海洋浪潮能量利用系统, 其特征在于: 当所述能量传递装置中 的固定支座固定在海底时,所述漂浮采能装置的中心设有垂直通孔,所述能量传递杆为晃动 支柱, 其表面设有环形齿, 所述晃动支柱设置于漂浮采能装置的通孔内, 其下端与海底的固 定支座万向轴连接,所述晃动支柱下部靠近固定支座处设有若干弹性元件,弹性元件一端与 晃动支柱固定连接, 另一端与固定支座固定连接; 所述能量转换装置为液压缸, 设置于漂浮 采能装置的上方, 通过齿轮组与晃动支柱相连。
10、如权利要求 9所述的海洋浪潮能量利用系统,其特征在于:所述齿轮组包括主动轮、 双向棘轮机构和从动轮,所述主动轮与晃动支柱表面的环形齿啮合,并与双向棘轮机构相连 接, 驱动双向棘轮结构, 所述双向棘轮机构包括两个棘爪摆动方向相反的棘轮, 所述两个棘 轮中的一个棘轮与从动轮相连接, 驱动从动轮; 所述液压缸设有活塞、丝杠活塞杆和丝杠螺 母, 所述丝杠活塞杆设置于液压缸中心, 随液压缸顶部丝杠螺母的转动而轴向移动, 带动活 塞运动; 所述丝杠螺母分别与两个棘轮中的另一个棘轮和从动轮啮合。
11、 如权利要求 10所述的海洋浪潮能量利用系统, 其特征在于: 所述漂浮采能装置下 方、晃动支柱外围设有套管, 围绕晃动支柱套管呈放射状连接有若干可旋转的垂直于海平面 的能量采集板, 所述能量采集板的转动轴上端与设置在漂浮采能装置内的齿轮传动装置相 连; 所述能量采集板与晃动支柱套筒之间设有弹性元件。
12、 如权利要求 1所述的海洋浪潮能量利用系统, 其特征在于: 所述漂浮采能装置底部 设有若干个大口向下的与海水相通的漏斗状垂直波浪能采集装置,所述垂直波浪能采集装置 的尾部为液压活塞筒。
13、 如权利要求 1所述的海洋浪潮能量利用系统, 其特征在于: 所述漂浮采能装置上设 有储水仓和重量调控器。
14、 如权利要求 1所述的海洋浪潮能量利用系统, 其特征在于: 所述浮体活动范围限制 装置由漂浮采能装置长轴方向两端平行设置的可随海平面升降而上下移动的水平滑槽、固定 在漂浮采能装置长轴两端的滑动支座或者气压或液压活塞缸和设置在漂浮采能装置与岸边 之间的弹性元件组成,所述水平滑槽的两端通过套筒与固定在海底的支柱滑动连接,所述滑 动支座或者气压或液压活塞缸与水平滑槽滑动连接。
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