專利名稱：機械式組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于波浪能發(fā)電裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種機械式組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
波能發(fā)電裝置在進(jìn)行波能發(fā)電時，通常包含兩個能量轉(zhuǎn)換過程:首先是將波浪能轉(zhuǎn)換為可供發(fā)電機利用的機械能形式，即能量的一次轉(zhuǎn)換過程；其次是通過發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能進(jìn)行輸出，即能量的二次轉(zhuǎn)換過程。波能轉(zhuǎn)換裝置的核心問題是能量的一次轉(zhuǎn)換過程。波浪能在第一次轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的機械能的形式，有利用波浪上下運動直接轉(zhuǎn)換成機械運動的；有利用波浪上下運動產(chǎn)生氣流或水流去驅(qū)動渦輪發(fā)電的；也有利用波浪裝置的擺動或轉(zhuǎn)動產(chǎn)生氣流或水流去驅(qū)動渦輪機發(fā)電；或把低壓大波浪變成小體積高壓水，然后引入高位水池產(chǎn)生水頭帶動渦輪機發(fā)電的。目前常用的波能發(fā)電裝置主要有以下兩種:振蕩水柱式波能發(fā)電裝置安全可靠性高但波能轉(zhuǎn)換率較低，現(xiàn)有振蕩水柱式波能發(fā)電裝置多為航標(biāo)燈等微型電カ設(shè)備供電，輸出功率較??；近岸振蕩水柱式波能發(fā)電裝置對海岸地形要求較高。越浪式波能發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)簡單、波能轉(zhuǎn)換率較高，但由于對材料要求較高，且極易在波浪作用下發(fā)生破壞，喪失工作能力，維修及保護(hù)成本較高。與歐美國家沿海海域波高大、能流密度高相比，我國沿海海域波浪能周期短、波高小，可利用率較低，不適用于以上兩種方式。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了ー種能量轉(zhuǎn)換效率較高，可在不同水深條件下工作，裝置的建造成本相對低，輸出電能相對穩(wěn)定，應(yīng)用廣泛的機械式組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種機械式組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置，其包括發(fā)電系統(tǒng)和固定系統(tǒng)。其中，固定系統(tǒng)包括浮箱和固定架，固定架為正方體結(jié)構(gòu)，其固定連接于浮箱頂部，固定架側(cè)面四角分別設(shè)置立柱，立柱為四棱柱結(jié)構(gòu)。所述發(fā)電系統(tǒng)由四組相同的、分別設(shè)置于固定架立柱上的發(fā)電機構(gòu)組成，每組發(fā)電機構(gòu)包括浮子、能量轉(zhuǎn)換裝置和能量輸出裝置。所述浮子中央設(shè)有上下貫通的孔，浮子通過孔套裝于立柱上，沿立柱上下運動。所述能量轉(zhuǎn)換裝置包括分別設(shè)置于立柱相対的兩側(cè)面上的齒條和分別設(shè)置于立柱兩側(cè)的單向齒輪。所述能量輸出裝置包括兩個固定于浮子頂部且分別位于立柱兩側(cè)的發(fā)電機。兩個單向齒輪分別套裝于同側(cè)發(fā)電機的輸入軸頂端，通過鍵與發(fā)電機輸入軸連接。兩根齒條分別與同側(cè)的單向齒輪嚙合。浮子頂部設(shè)有發(fā)電系統(tǒng)支架，支架固定于浮子上，發(fā)電機位于支架內(nèi)部。浮子頂部和底部分別設(shè)有四個相同的用以限制浮子水平方向運動的導(dǎo)向裝置。浮子頂部的導(dǎo)向裝置固定于發(fā)電系統(tǒng)支架頂部，浮子底部的導(dǎo)向裝置直接固定于浮子上。導(dǎo)向裝置包括導(dǎo)向輪和支撐架。導(dǎo)向輪的輪軸固定于支撐架上，導(dǎo)向輪與所述固定架的立柱側(cè)面接觸。導(dǎo)向裝置能消除波浪對浮子水平傾覆振蕩的影響，有利于波能的收集和轉(zhuǎn)換。所述浮箱為空心結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部可以根據(jù)海況灌注適量的海水或沙子進(jìn)行配重，達(dá)到使整個發(fā)電裝置下沉至水面以下一定深度，浮子在合適位置進(jìn)行上下振蕩運動的目的，同時能夠保證發(fā)電裝置整體在運作時的穩(wěn)定性。固定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，且可靈活配重，提高了整個發(fā)電裝置的穩(wěn)定性和可靠性，便于加工與實施，經(jīng)濟性較好。所述浮子為底部呈倒錐形的空心圓柱體。該結(jié)構(gòu)有利于收集更多的波能，且其內(nèi)部空心可以根據(jù)海況裝載配重。浮子表層涂防腐漆，以防止在被海水腐蝕。本發(fā)明的有益效果在干:1、屬于漂浮式波能發(fā)電裝置，波能利用率高，適用于不同海況，不受潮差影響，同時受水深條件的限制小，特別是在超過40m的深水區(qū)也可以正常工作。2、與波浪直接接觸，能量轉(zhuǎn)換次數(shù)少，提高了能量轉(zhuǎn)換率。3、將單個浮子進(jìn)行組合，進(jìn)ー步提高了波能利用率及裝置的可靠性。4、結(jié)構(gòu)簡單，活動部件較少，整體穩(wěn)定性高，可靠度好，能兼顧結(jié)構(gòu)的可靠性及波能轉(zhuǎn)換率。5、占用面積小，對波浪場的影響小，對海洋水動カ環(huán)境的影響極小。6、建造成本較低，輸出電能穩(wěn)定，可用于對裝置的保護(hù)要求不太高，波能密度低的區(qū)域。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中發(fā)電系統(tǒng)的局部結(jié)構(gòu)示意圖之ー；圖4是本發(fā)明圖3中A部位的放大圖；圖5是本發(fā)明中發(fā)電系統(tǒng)的局部結(jié)構(gòu)示意圖之ニ ；圖6是本發(fā)明圖5中B部位的放大圖；圖7是本發(fā)明中浮子頂部導(dǎo)向裝置的分布示意圖；圖8是本發(fā)明中浮子底部導(dǎo)向裝置的分布示意圖；圖9是本發(fā)明中浮子的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明中導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為本發(fā)明中單向齒輪與發(fā)電機輸入軸連接的示意圖。圖中:1、固定系統(tǒng)，I1、發(fā)電系統(tǒng)，101、固定架，102、立柱，103、浮箱，201、浮子，202、齒條，203、發(fā)電系統(tǒng)支架，204、導(dǎo)向裝置，205、發(fā)電機，206、單向齒輪，207、輪軸，208、導(dǎo)向輪，209、支撐架，210、孔，211、發(fā)電機輸入軸，212、單向軸承。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例具體說明本發(fā)明。實施例1
如圖1-圖11所示，本發(fā)明包括發(fā)電系統(tǒng)II和固定系統(tǒng)I。其中，固定系統(tǒng)I包括浮箱103和固定架101，固定架101為正方體結(jié)構(gòu)，其固定連接于浮箱103頂部，固定架101側(cè)面四角分別設(shè)置立柱102，立柱102為四棱柱結(jié)構(gòu)。發(fā)電系統(tǒng)II由四組相同的、分別設(shè)置于固定架101立柱102上的發(fā)電機構(gòu)組成，每組發(fā)電機構(gòu)包括浮子201、能量轉(zhuǎn)換裝置和能量輸出裝置。浮子201中央設(shè)有上下貫通的孔210，浮子201通過孔210套裝于立柱102上，沿立柱102上下運動。能量轉(zhuǎn)換裝置包括分別設(shè)置于立柱102相対的兩側(cè)面上的齒條202和分別設(shè)置于立柱102兩側(cè)的單向齒輪206。能量輸出裝置包括兩個固定于浮子201頂部且分別位于立柱102兩側(cè)的發(fā)電機205。兩個單向齒輪206分別套裝于同側(cè)發(fā)電機輸入軸211頂端，通過鍵與發(fā)電機輸入軸211連接。兩根齒條202分別與同側(cè)的單向齒輪206嚙浮子201頂部設(shè)有發(fā)電系統(tǒng)支架203，支架203固定于浮子201上，發(fā)電機205位于發(fā)電系統(tǒng)支架203內(nèi)部。浮子201頂部和底部分別設(shè)有四個相同的用以限制浮子201水平方向運動的導(dǎo)向裝置204。浮子201頂部的導(dǎo)向裝置204固定于發(fā)電系統(tǒng)支架203頂部，浮子201底部的導(dǎo)向裝置204直接固定于浮子201上。導(dǎo)向裝置204包括導(dǎo)向輪208和支撐架209。導(dǎo)向輪208的輪軸207固定于支撐架209上，導(dǎo)向輪208與所述固定架101的立柱102側(cè)面接觸。導(dǎo)向裝置204能消除波浪對浮子201水平傾覆振蕩的影響，有利于波能的收集和轉(zhuǎn)換。假設(shè)單向齒輪206的轉(zhuǎn)動方向設(shè)置為:如圖4所示，單向齒輪206順時針方向轉(zhuǎn)動吋，單向軸承212可以自由轉(zhuǎn)動，單向齒輪206空轉(zhuǎn)，逆時針方向轉(zhuǎn)動時，單向軸承212是鎖死的，單向齒輪206帶動發(fā)電機輸入軸211轉(zhuǎn)動。兩個單向齒輪206轉(zhuǎn)向相同，但是分別分布于立柱102的兩側(cè)。在浮子201向上或向下運動時，總有ー個單向齒輪206帶動發(fā)電機輸入軸211轉(zhuǎn)動。其工作過程如下:不同方向、頻率的波浪拍打到浮子201，浮子201吸收波浪能，當(dāng)浮子201受到波浪向上的カ時，浮子201上升，波浪能轉(zhuǎn)換為浮子201的機械能。浮子201帶動單向齒輪206沿立柱102上設(shè)置的齒條202向上運動。如圖4所示，右側(cè)的單向齒輪206帶動發(fā)電機輸入軸211轉(zhuǎn)動，從而發(fā)電；左側(cè)的單向齒輪206空轉(zhuǎn)。浮子201運動到最上端后依靠重力向下運動，左側(cè)的單向齒輪206帶動發(fā)電機輸入軸211轉(zhuǎn)動，從而發(fā)電；右側(cè)的單向齒輪206空轉(zhuǎn)。這ー過程將浮子201的機械能轉(zhuǎn)換成發(fā)電機205的電能。整個過程實現(xiàn)了波浪能到電能的轉(zhuǎn)換。主要技術(shù)指標(biāo):組合振蕩浮子201式波能發(fā)電裝置裝機容量為10kW，并達(dá)到發(fā)電能力5kW水平，波能轉(zhuǎn)換率高于15%，連續(xù)運行10小時，總發(fā)電量達(dá)到200kW h。實施例2除以下區(qū)別外，其他同實施例1。浮箱103為空心結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部可以根據(jù)海況灌注適量的海水或沙子進(jìn)行配重，達(dá)到使整個發(fā)電裝置下沉至水面以下一定深度，浮子201在合適位置進(jìn)行上下振蕩運動的目的，同時能夠保證發(fā)電裝置整體在運作時的穩(wěn)定性。固定系統(tǒng)I結(jié)構(gòu)簡單，且可靈活配重，提高了整個發(fā)電裝置的穩(wěn)定性和可靠性，便于加工與實施，經(jīng)濟性較好。浮箱103通過本身的自重及箱內(nèi)沙子的配重，提供向下的拉力，使整個發(fā)電裝置能浸入海底一定深度，使浮子201沿立柱102做上下正常往復(fù)振蕩運動。同時，浮箱103也提供一定的浮力，當(dāng)波高較小時，浮子201與立柱102之間也能做相對運動，即保證浮子201始終處于工作狀態(tài)。實施例3除以下區(qū)別外，其他同實施例1。如圖9所示，浮子201為底部呈倒錐形的空心圓柱體。該浮子201結(jié)構(gòu)有利于收集更多的波能，且其內(nèi)部空心可以根據(jù)海況裝載配重。浮子201表層涂防腐漆，以防止被海水腐蝕。
權(quán)利要求
1.一種機械式組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置，包括發(fā)電系統(tǒng)和固定系統(tǒng)，其特征在干， 所述固定系統(tǒng)包括浮箱和固定架，固定架為正方體結(jié)構(gòu)，其固定連接于浮箱頂部，固定架側(cè)面四角分別設(shè)置立柱，立柱為四棱柱結(jié)構(gòu)； 所述發(fā)電系統(tǒng)由四組相同的、分別設(shè)置于固定架立柱上的發(fā)電機構(gòu)組成，每組發(fā)電機構(gòu)包括浮子、能量轉(zhuǎn)換裝置和能量輸出裝置；所述浮子中央設(shè)有上下貫通的孔，浮子通過孔套裝于立柱上，沿立柱上下運動；所述能量轉(zhuǎn)換裝置包括分別設(shè)置于立柱相対的兩側(cè)面上的齒條和分別設(shè)置于立柱兩側(cè)的單向齒輪；所述能量輸出裝置包括兩個固定于浮子頂部且分別位于立柱兩側(cè)的發(fā)電機；兩個單向齒輪分別套裝于同側(cè)發(fā)電機的輸入軸頂端，通過鍵與發(fā)電機輸入軸連接；兩根齒條分別與同側(cè)的單向齒輪嚙合；所述浮子頂部設(shè)有發(fā)電系統(tǒng)支架，發(fā)電系統(tǒng)支架固定于浮子上，所述發(fā)電機位于發(fā)電系統(tǒng)支架內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波能發(fā)電裝置，其特征在于，所述浮子頂部和底部分別設(shè)有四個相同的用以限制浮子水平方向運動的導(dǎo)向裝置；浮子頂部的導(dǎo)向裝置固定于發(fā)電系統(tǒng)支架頂部，浮子底部的導(dǎo)向裝置直接固定于浮子上；所述導(dǎo)向裝置包括導(dǎo)向輪和支撐架，導(dǎo)向輪的輪軸固定于支撐架上，導(dǎo)向輪與所述固定架的立柱側(cè)面接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波能發(fā)電裝置，其特征在于，所述浮箱為空心結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的波能發(fā)電裝置，其特征在于，所述浮子為底部呈倒錐形的空心圓柱體。
全文摘要
本發(fā)明涉及機械式組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置。其包括發(fā)電系統(tǒng)和固定系統(tǒng)。固定系統(tǒng)包括浮箱和固定架，固定架為正方體結(jié)構(gòu)，其固定連接于浮箱頂部，固定架側(cè)面四角分別設(shè)置立柱。發(fā)電系統(tǒng)由四組相同的、分別設(shè)置于固定架立柱上的發(fā)電機構(gòu)組成，每組發(fā)電機構(gòu)包括浮子、能量轉(zhuǎn)換裝置和能量輸出裝置。浮子通過其上設(shè)置的上下貫通的孔套裝于立柱上。能量轉(zhuǎn)換裝置包括齒條和單向齒輪。能量輸出裝置包括兩個固定于浮子頂部的發(fā)電機。兩個單向齒輪分別套裝于同側(cè)發(fā)電機的輸入軸頂端，通過鍵與發(fā)電機輸入軸連接。兩根齒條分別與同側(cè)的單向齒輪嚙合。本發(fā)明與波浪直接接觸，能量轉(zhuǎn)換效率較高，裝置的建造成本低，輸出電能穩(wěn)定，應(yīng)用廣泛。
文檔編號F03B13/16GK103114958SQ20131003959
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者劉臻, 史宏達(dá), 馬哲, 曹飛飛, 曲娜, 王金龍, 高人杰, 薛坤, 孫錦龍, 張鵬遠(yuǎn), 高韶鵬, 劉德才 申請人:中國海洋大學(xué), 大唐山東煙臺電力開發(fā)有限公司