波浪發(fā)電裝置及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種波浪發(fā)電裝置及控制方法，包括支架、發(fā)電裝置、控制器和水上裝置；所述水上裝置包括滾筒、設(shè)于滾筒內(nèi)的轉(zhuǎn)軸、與轉(zhuǎn)軸兩端滑動(dòng)連接的固定環(huán)、分別與每個(gè)固定環(huán)連接的兩條纜繩、設(shè)于每條纜繩下部的壓力傳感器、設(shè)于纜繩下端的金屬管內(nèi)的可豎向伸展的氣囊、與氣囊連接的點(diǎn)火器、設(shè)于氣囊下部的金屬管內(nèi)的主錨釘和若干條側(cè)錨釘；滾筒內(nèi)設(shè)有空腔，空腔內(nèi)充有氫氣；本發(fā)明具有適用范圍廣、能量轉(zhuǎn)化效率高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。
【專利說明】
波浪發(fā)電裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及波浪發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種適用范圍廣、能量轉(zhuǎn)化效率高、穩(wěn) 定性好的波浪發(fā)電裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 海洋能源的開發(fā)利用是能源研究的方向，在地球礦物能源逐漸枯竭及環(huán)境狀況日 益惡化的形勢下，如何有效利用資源豐富、可再生的海洋資源，顯得十分重要；
[0003] 波浪能是最清潔的可再生資源，全世界沿海岸線連續(xù)耗散的波浪能功率達(dá)27 X 105MW，技術(shù)上可利用的波浪能潛力為10X105MW。
[0004] 現(xiàn)有的波浪發(fā)電裝置存在價(jià)格昂貴，能量轉(zhuǎn)化效率低及安裝地域受限的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的波浪發(fā)電裝置價(jià)格昂貴，能量轉(zhuǎn)化效 率低的不足，提供了一種適用范圍廣、能量轉(zhuǎn)化效率高、穩(wěn)定性好的波浪發(fā)電裝置及控制方 法。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0007] -種波浪發(fā)電裝置，包括支架、發(fā)電裝置、控制器和水上裝置;所述水上裝置包括 滾筒、設(shè)于滾筒內(nèi)的轉(zhuǎn)軸、與轉(zhuǎn)軸兩端滑動(dòng)連接的固定環(huán)、分別與每個(gè)固定環(huán)連接的兩條纜 繩、設(shè)于每條纜繩下部的壓力傳感器、設(shè)于纜繩下端的金屬管內(nèi)的可豎向伸展的氣囊、與氣 囊連接的點(diǎn)火器、設(shè)于氣囊下部的金屬管內(nèi)的主錯(cuò)釘和若干條側(cè)錯(cuò)釘;滾筒內(nèi)設(shè)有空腔，空 腔內(nèi)充有氨氣；
[000引滾筒一端設(shè)有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽中設(shè)有拉繩，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有與環(huán)形凹槽配合的蓋 板，蓋板上設(shè)有拉繩出孔，支架上設(shè)有動(dòng)滑輪和定滑輪，拉繩與動(dòng)滑輪連接，一端固定于支 架上、另一端繞過動(dòng)滑輪、定滑輪的牽引繩與發(fā)電裝置連接;控制器分別與2個(gè)壓力傳感器 和2個(gè)點(diǎn)火器電連接。
[0009] 滾筒將波浪的作用力轉(zhuǎn)化為對拉繩的拉伸力，并通過動(dòng)滑輪將拉伸的行程放大， 并通過發(fā)電裝置將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為可W儲(chǔ)存的電能。
[0010] 在熟悉的水域，水底的深度是已知的，因此，本發(fā)明根據(jù)已知的水底深度，通過兩 個(gè)壓力傳感器的壓力檢測，即可知道金屬管是否已經(jīng)到達(dá)水域底部，從而控制錯(cuò)固操作。
[0011] 氣囊用于將主錯(cuò)釘和各條側(cè)錯(cuò)釘固定在水底±層或巖層上，氣囊彈開時(shí)具有足夠 的爆發(fā)力，使本發(fā)明的錯(cuò)固結(jié)構(gòu)可W固定在任何質(zhì)地的水底固定物上，水上裝置被穩(wěn)定的 固定。
[0012] 支架和發(fā)電裝置可W設(shè)置在岸邊、防波堤上或者水上平臺(tái)上。
[OOU]因此，本發(fā)明具有適用范圍廣、能量轉(zhuǎn)化效率高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。
[0014]作為優(yōu)選，所述滾筒上設(shè)有若干個(gè)交錯(cuò)排列的柱狀突起或錐狀突起。各個(gè)突起的 設(shè)置，增大了滾筒與水的接觸面積，滾筒吸收了更多的波浪能，可W轉(zhuǎn)化出更多的機(jī)械能。
[0015] 作為優(yōu)選，所述發(fā)電裝置包括齒條、與齒條連接的復(fù)位彈黃、齒輪、與齒輪配合的 兩個(gè)棘輪和兩個(gè)發(fā)電機(jī);齒條和齒輪相曬合，齒輪通過兩個(gè)棘爪分別與兩個(gè)棘輪相配合，兩 個(gè)棘輪的轉(zhuǎn)軸分別與兩個(gè)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接。
[0016] 當(dāng)牽引繩的拉力大于復(fù)位彈黃的推力時(shí)，齒條向右移動(dòng)，齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪通 過棘爪帶動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)。棘輪的轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)一個(gè)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)發(fā)電；
[0017] 當(dāng)牽引繩的拉力小于復(fù)位彈黃的推力時(shí)，齒條向左移動(dòng)，齒輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪通 過棘爪帶動(dòng)另一個(gè)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)。另一個(gè)棘輪的轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)另一個(gè)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)發(fā) 電。
[0018] 作為優(yōu)選，所述金屬管側(cè)壁上設(shè)有若干個(gè)開口，每條側(cè)錯(cuò)釘前端位于對應(yīng)的開口 處;所述主錯(cuò)釘和各個(gè)側(cè)錯(cuò)釘均呈下端尖的圓錐形，主錯(cuò)釘上端設(shè)有圓形擋板，主錯(cuò)釘和各 個(gè)側(cè)錯(cuò)釘均通過金屬鏈與金屬管連接，金屬管下端和各個(gè)開口上均設(shè)有蓋板。
[0019] 氣囊起爆后推動(dòng)圓形擋板快速向下移動(dòng)，金屬管下端的蓋板被彈開，在主錯(cuò)釘?shù)?推動(dòng)下，各個(gè)側(cè)錯(cuò)釘向斜下方移動(dòng)，各個(gè)開口處的蓋板被推開，各個(gè)側(cè)錯(cuò)釘伸出金屬管之 夕h主錯(cuò)釘和各個(gè)側(cè)錯(cuò)釘進(jìn)入水底±層或巖層中。
[0020] 作為優(yōu)選，滾筒與轉(zhuǎn)軸間隙配合，滾筒內(nèi)壁上設(shè)有若干個(gè)交錯(cuò)排列的凹槽，每個(gè)凹 槽中均設(shè)有鋼珠，每個(gè)鋼珠均與轉(zhuǎn)軸相接觸。
[0021] -種波浪發(fā)電裝置的控制方法，包括如下步驟：
[0022] 控制器中設(shè)有水深闊值W，將水上裝置放到水面上，將兩條纜繩放到水中，使金屬 管進(jìn)入水底;兩個(gè)壓力傳感器檢測壓力信號(hào)S(t)，控制器根據(jù)壓力信號(hào)S(t)得到水深值A(chǔ)l 和A2，控制器計(jì)算Al和A2的平均值A(chǔ);
[0023] 當(dāng)4>胖，則控制器控制2個(gè)點(diǎn)火器點(diǎn)火，兩個(gè)氣囊豎向伸展，氣囊推動(dòng)主錯(cuò)釘和各 個(gè)側(cè)錯(cuò)釘伸出金屬管之外并進(jìn)入水底±層或巖層中；
[0024] 波浪推動(dòng)滾筒順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，拉繩拉動(dòng)動(dòng)滑輪上下移動(dòng)，牽引繩給發(fā)電裝 置提供發(fā)電的機(jī)械能。
[0025] 作為優(yōu)選，還包括對檢測信號(hào)S(t)的修正步驟：
[0026] 第一主控忍片在S(t)中選取若干個(gè)時(shí)間間隔為At的采樣值，各個(gè)采樣值按照時(shí) 間先后順序排列構(gòu)成檢測f目號(hào)K t);
[0027] 對于Kt)中第一個(gè)采樣值和最后一個(gè)采樣值之外的每個(gè)采樣值ES(ti)，利用公式
開算平穩(wěn)系數(shù)ratio;
[00%]第一主控忍片預(yù)先設(shè)有依次增大的權(quán)重闊值0.5，1和1.5;
[0029] 對于ratio位于[1-A1，1+A1]范圍內(nèi)的采樣值，將采樣值修正為BlES(ti)，Bl為小 于0.4的實(shí)數(shù)；
[0030] 對于ratio位于(0.5，I-Al)或（1+A1，1.5)范圍內(nèi)的采樣值，將采樣值修正為B2ES (ti)，5U 公2<^.6;
[0031] 用修正過的各個(gè)采樣值代替I (t)中的對應(yīng)采樣值，得到經(jīng)過修正的檢測信號(hào)I (t)，用檢測信號(hào)Kt)替換檢測信號(hào)s(t)。
[0032] 因此，本發(fā)明具有如下有益效果:適用范圍廣、能量轉(zhuǎn)化效率高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0033] 圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖2是本發(fā)明的發(fā)電裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖3是本發(fā)明的一種流程圖；
[0036] 圖4是本發(fā)明的一種原理框圖；
[0037] 圖5是本發(fā)明的金屬管的一種剖視圖。
[003引圖中：支架1、控制器3、水上裝置4、動(dòng)滑輪5、定滑輪6、牽引繩7、齒輪22、棘輪23、棘 爪24、滾筒41、轉(zhuǎn)軸42、固定環(huán)43、兩條纜繩44、壓力傳感器45、氣囊46、點(diǎn)火器47、主錯(cuò)釘48、 側(cè)錯(cuò)釘49、拉繩50、蓋板51、錐狀突起411。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0040] 如圖1所示的實(shí)施例是一種波浪發(fā)電裝置，包括支架1、發(fā)電裝置、控制器3和水上 裝置4;水上裝置包括滾筒41、設(shè)于滾筒內(nèi)的轉(zhuǎn)軸42、與轉(zhuǎn)軸兩端滑動(dòng)連接的固定環(huán)43、分別 與每個(gè)固定環(huán)連接的兩條纜繩44、設(shè)于每條纜繩下部的壓力傳感器45、設(shè)于纜繩下端的金 屬管內(nèi)的可豎向伸展的氣囊46、與氣囊連接的點(diǎn)火器47、設(shè)于氣囊下部的金屬管內(nèi)的主錯(cuò) 釘48和4條側(cè)錯(cuò)釘49;滾筒內(nèi)設(shè)有空腔，空腔內(nèi)充有氨氣；
[0041] 滾筒一端設(shè)有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽中設(shè)有拉繩50,轉(zhuǎn)軸上設(shè)有與環(huán)形凹槽配合的 蓋板51，蓋板上設(shè)有拉繩出孔，支架上設(shè)有動(dòng)滑輪5和定滑輪6,拉繩與動(dòng)滑輪連接，一端固 定于支架上、另一端繞過動(dòng)滑輪、定滑輪的牽引繩7與發(fā)電裝置連接;如圖4所示，控制器分 別與2個(gè)壓力傳感器和2個(gè)點(diǎn)火器電連接。
[0042] 如圖1所示，滾筒上設(shè)有24個(gè)交錯(cuò)排列的柱狀突起或錐狀突起411。
[0043] 如圖2所示，發(fā)電裝置包括齒條、與齒條連接的復(fù)位彈黃、齒輪22、與齒輪配合的兩 個(gè)棘輪23和兩個(gè)發(fā)電機(jī);齒條和齒輪相曬合，齒輪通過兩個(gè)棘爪24分別與兩個(gè)棘輪相配合， 兩個(gè)棘輪的轉(zhuǎn)軸分別與兩個(gè)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接。
[0044] 如圖5所示，金屬管側(cè)壁上設(shè)有若干個(gè)開口，每條側(cè)錯(cuò)釘前端位于對應(yīng)的開口處； 所述主錯(cuò)釘和各個(gè)側(cè)錯(cuò)釘均呈下端尖的圓錐形，主錯(cuò)釘上端設(shè)有圓形擋板481，主錯(cuò)釘和各 個(gè)側(cè)錯(cuò)釘均通過金屬鏈與金屬管連接，金屬管下端和各個(gè)開口上均設(shè)有蓋板。
[0045] 滾筒與轉(zhuǎn)軸間隙配合，滾筒內(nèi)壁上設(shè)有若干個(gè)交錯(cuò)排列的凹槽，每個(gè)凹槽中均設(shè) 有鋼珠，每個(gè)鋼珠均與轉(zhuǎn)軸相接觸。
[0046] 如圖3所示，一種波浪發(fā)電裝置的控制方法，包括如下步驟：
[0047] 步驟100,檢測水深
[004引控制器中設(shè)有水深闊值W，將水上裝置放到水面上，將兩條纜繩放到水中，使金屬 管進(jìn)入水底;兩個(gè)壓力傳感器檢測壓力信號(hào)s(t)，控制器根據(jù)壓力信號(hào)S(t)得到水深值A(chǔ)l 和A2，控制器計(jì)算Al和A2的平均值A(chǔ);
[0049] 步驟200，固定主錯(cuò)釘和各個(gè)側(cè)錯(cuò)釘
[0050] 當(dāng)4>胖，則控制器控制2個(gè)點(diǎn)火器點(diǎn)火，兩個(gè)氣囊豎向伸展，氣囊推動(dòng)主錯(cuò)釘和各 個(gè)側(cè)錯(cuò)釘伸出金屬管之外并進(jìn)入水底±層或巖層中；
[0051 ]步驟300,波浪發(fā)電
[0052] 波浪推動(dòng)滾筒順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，拉繩拉動(dòng)動(dòng)滑輪上下移動(dòng)，牽引繩給發(fā)電裝 置提供發(fā)電的機(jī)械能，發(fā)電裝置將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
[0053] 其中，檢測信號(hào)S(t)經(jīng)過如下步驟的修正：
[0054] 第一主控忍片在S(t)中選取若干個(gè)時(shí)間間隔為At的采樣值，各個(gè)采樣值按照時(shí) 間先后順序排列構(gòu)成檢測f目號(hào)K t);
[0055] 對于Kt)中第一個(gè)采樣值和最后一個(gè)采樣值之外的每個(gè)采樣值ES(ti)，利用公式
十算平穩(wěn)系數(shù)ratio;
[0056] 第一主控忍片預(yù)先設(shè)有依次增大的權(quán)重闊值0.5，1和1.5;
[0057] 對于ratio位于[1-A1，1+A1]范圍內(nèi)的采樣值，將采樣值修正為BlES(ti)，Bl為小 于0.4的實(shí)數(shù)；
[005引對于ratio位于(0.5，I-Al)或（1+A1，1.5)范圍內(nèi)的采樣值，將采樣值修正為B2ES (11)，度1"<及2<0.6;
[0059] 用修正過的各個(gè)采樣值代替I (t)中的對應(yīng)采樣值，得到經(jīng)過修正的檢測信號(hào)I (t)，用檢測信號(hào)Kt)替換檢測信號(hào)s(t)。
[0060] 應(yīng)理解，本實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在 閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可W對本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，運(yùn)些等 價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種波浪發(fā)電裝置，其特征是，包括支架（I)、發(fā)電裝置、控制器(3)和水上裝置(4); 所述水上裝置包括滾筒(41)、設(shè)于滾筒內(nèi)的轉(zhuǎn)軸(42)、與轉(zhuǎn)軸兩端滑動(dòng)連接的固定環(huán)(43)、 分別與每個(gè)固定環(huán)連接的兩條纜繩(44)、設(shè)于每條纜繩下部的壓力傳感器(45)、設(shè)于纜繩 下端的金屬管內(nèi)的可豎向伸展的氣囊(46)、與氣囊連接的點(diǎn)火器(47)、設(shè)于氣囊下部的金 屬管內(nèi)的主錨釘(48)和若干條側(cè)錨釘(49);滾筒內(nèi)設(shè)有空腔，空腔內(nèi)充有氫氣； 滾筒一端設(shè)有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽中設(shè)有拉繩（50)，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有與環(huán)形凹槽配合的蓋 板(51)，蓋板上設(shè)有拉繩出孔，支架上設(shè)有動(dòng)滑輪(5)和定滑輪(6)，拉繩與動(dòng)滑輪連接，一 端固定于支架上、另一端繞過動(dòng)滑輪、定滑輪的牽引繩(7)與發(fā)電裝置連接;控制器分別與2 個(gè)壓力傳感器和2個(gè)點(diǎn)火器電連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波浪發(fā)電裝置，其特征是，所述滾筒上設(shè)有若干個(gè)交錯(cuò)排列的 柱狀突起或錐狀突起(411)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波浪發(fā)電裝置，其特征是，所述發(fā)電裝置包括齒條、與齒條連 接的復(fù)位彈簧、齒輪(22)、與齒輪配合的兩個(gè)棘輪(23)和兩個(gè)發(fā)電機(jī);齒條和齒輪相嚙合， 齒輪通過兩個(gè)棘爪(24)分別與兩個(gè)棘輪相配合，兩個(gè)棘輪的轉(zhuǎn)軸分別與兩個(gè)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子 連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波浪發(fā)電裝置，其特征是，所述金屬管側(cè)壁上設(shè)有若干個(gè)開 口，每條側(cè)錨釘前端位于對應(yīng)的開口處;所述主錨釘和各個(gè)側(cè)錨釘均呈下端尖的圓錐形，主 錨釘上端設(shè)有圓形擋板(481)，主錨釘和各個(gè)側(cè)錨釘均通過金屬鏈與金屬管連接，金屬管下 端和各個(gè)開口上均設(shè)有蓋板。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的波浪發(fā)電裝置，其特征是，滾筒與轉(zhuǎn)軸間隙配合，滾 筒內(nèi)壁上設(shè)有若干個(gè)交錯(cuò)排列的凹槽，每個(gè)凹槽中均設(shè)有鋼珠，每個(gè)鋼珠均與轉(zhuǎn)軸相接觸。6. -種基于權(quán)利要求1所述的波浪發(fā)電裝置的控制方法，其特征是，包括如下步驟： 控制器中設(shè)有水深閾值W，將水上裝置放到水面上，將兩條纜繩放到水中，使金屬管進(jìn) 入水底;兩個(gè)壓力傳感器檢測壓力信號(hào)S(t)，控制器根據(jù)壓力信號(hào)S(t)得到水深值A(chǔ)l和A2， 控制器計(jì)算Al和A2的平均值A(chǔ); 當(dāng)A多W，則控制器控制2個(gè)點(diǎn)火器點(diǎn)火，兩個(gè)氣囊豎向伸展，氣囊推動(dòng)主錨釘和各個(gè)側(cè) 錨釘伸出金屬管之外并進(jìn)入水底土層或巖層中； 波浪推動(dòng)滾筒順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，拉繩拉動(dòng)動(dòng)滑輪上下移動(dòng)，牽引繩給發(fā)電裝置提 供發(fā)電的機(jī)械能，發(fā)電裝置將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的波浪發(fā)電裝置的控制方法，其特征是，還包括對檢測信號(hào)S(t) 的修正步驟： 第一主控芯片在S(t)中選取若干個(gè)時(shí)間間隔為At的采樣值，各個(gè)采樣值按照時(shí)間先 后順序排列構(gòu)成檢測信號(hào)Kt); 對于I (t)中第一個(gè)采樣值和最后一個(gè)采樣值之外的每個(gè)采樣值ES(t〇,利用公式第一主控芯片預(yù)先設(shè)有依次增大的權(quán)重閾值0.5，1和1.5; 對于ratio位于[1-A1，1+A1]范圍內(nèi)的采樣值，將采樣值修正為BlES(t〇，Bl為小于0.4 的實(shí)數(shù)； 對于ratio位于(0.5，I-Al)或（1+A1，1.5)范圍內(nèi)的采樣值，將采樣值修正為B2ES(tl)， B1^B2<0.6； 用修正過的各個(gè)采樣值代替I(t)中的對應(yīng)采樣值，得到經(jīng)過修正的檢測信號(hào)I(t)，用 檢測信號(hào)Kt)替換檢測信號(hào)s(t)。
【文檔編號(hào)】F03B15/00GK106014840SQ201610512778
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】周成雙, 劉輝云, 鄭園園, 欒曉飛, 張 林
【申請人】浙江工業(yè)大學(xué)