一种波浪发电演示装置

1.本实用新型涉及物理实验仪器领域，尤其涉及一种波浪发电演示装置。


背景技术：

2.波浪能也是一种无污染、可再生、储量大和分布广的能源，波浪发电是将波浪能转换为电力的技术，运用机械制造及发电技术进行有效的结合，可以推动发电机构的运转，实现利用波浪能源发电。
3.波浪发电的原理主要是将波力转换为压缩空气来驱动空气透平发电机发电。现有的波浪发电演示装置产生波浪的造浪部分采用摇动、拍动或者电机驱动的方式，产生的波浪很小导致发电效果不明显，并且无法直观展示压缩空气传递波浪能给透平装置的发电方式，不利于演示真实的发电过程，使得模拟和演示波浪发电的效果不够理想。
4.因此，急需发展一种波浪发电演示装置，使得提高波浪发电的科普演示效果。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种波浪发电演示装置，用以至少解决现有的波浪发电演示装置，无法直观呈现压缩空气将波浪能传递给空气再传递给透平装置的发电方式，演示效果不理想的技术问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供一种波浪发电演示装置，包括：
7.箱体，所述箱体内具有气室和储水室；
8.造浪装置，所述造浪装置设置在所述储水室内，所述造浪装置用于在所述储水室内产生波浪；
9.透平装置，所述透平装置包括透平定子和透平转子，所述透平定子设置在与所述气室连通的气道内，所述透平转子转动设置在所述透平定子上；
10.发电机，所述发电机设置在所述箱体外侧，且所述透平转子通过透平轴与所述发电机连接；
11.耗电显示件，所述耗电显示件与所述发电机电连接。
12.本实用新型提供的一种波浪发电演示装置中，所述箱体内具有气室和储水室，所述造浪装置设置在所述储水室内，所述造浪装置运动在所述储水室内制造出波浪，波浪振起伏引起推动气室内的空气向外流动、或者波浪振起伏引起气室内形成负压使得外界空气进入到气室内，从而都会引起与所述气室连通的气道内的透平装置的透平转子转动，使得发电机发电。本实用新型能够直接展示机械能传递给波浪能，波浪能通过压缩空气传递机械能给透平装置的发电方式，因而能够更好的演示波浪发电的原理，有助于加深学生们对波浪发电的原理的理解和提高科普的效果。
13.在一种可能实施的方式中，所述造浪装置包括造浪板和与所述造浪板连接的曲柄连杆机构，所述造浪板的下端活动设置在所述箱体的内底面上。
14.在一种可能实施的方式中，所述曲柄连杆机构包括：
15.一对曲柄，一对所述曲柄的一端分别设置在所述储水室的两侧壁上；
16.连杆架，所述连杆架活动设置在一对所述曲柄的另一端之间，所述造浪板的上端设置在所述连杆架上。
17.在一种可能实施的方式中，所述连杆架为四边形架，包括第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆和上转轴，所述第一连接杆的两端分别与所述一对曲柄活动连接，所述第二连接杆和所述第三连接杆的上端分别固定连接在所述第一连接杆上；
18.所述上转轴的两端分别活动设置在所述第二连接杆的下端和所述第三连接杆的下端；
19.所述造浪板的上端固定在所述上转轴上。
20.在一种可能实施的方式中，所述第二连接杆和所述第三连接杆相互平行；
21.所述第一连接杆和所述上转轴相互平行。
22.在一种可能实施的方式中，所述储水室的两侧壁上均开设有安装孔，所述安装孔内均通过第一轴承转动设置有安装柱，一对所述曲柄分别连接在一对所述安装柱上。
23.在一种可能实施的方式中，所述造浪装置还包括驱动件，所述驱动件位于所述箱体的外侧，且所述驱动件与所述安装柱固定连接，所述驱动件为手轮。
24.在一种可能实施的方式中，所述储水室的内底面上具有两个底座，两个所述底座上均设置有轴承座，两个所述轴承座之间设置有下转轴，所述下转轴的两端通过陶瓷轴承分别转动设置在两个所述轴承座内，所述造浪板的下端固定在所述下转轴上。
25.在一种可能实施的方式中，所述透平轴的一端固定在所述透平转子的中心孔内，所述透平轴的另一端与所述发电机的转轴连接。
26.在一种可能实施的方式中，所述箱体内还设置有隔板，所述隔板位于所述气室和所述储水室之间，所述隔板的上端以及所述隔板的左右两端均与所述箱体的内壁密封连接，所述隔板的下端与所述箱体的内底面之间具有间隙；所述箱体的材料包括透明材料。
27.本实用新型提供的波浪发电演示装置，无需动密封，易于实现所述箱体内与所述储水室相邻的所述气室的密封性，增强了长期运行的可靠性。只需在所述箱体上加盖即可防止浪花溢出所述箱体，确保在公共场合演示的可行性。
28.本实用新型提供的波浪发电演示装置，所述造浪装置通过学生们实际手动操作而造浪，最终完成发电，便于学生们熟悉波浪发电装置，思考波浪发电原理，有助于学生们认识到有效利用海洋资源的重要性。
29.本实用新型提供的波浪发电演示装置，所述造浪装置采用造浪板和与所述造浪板连接的曲柄连杆机构，通过所述曲柄连杆机构带动所述造浪板平稳运动产生波浪，波浪大且发电效果明显。
30.本实用新型提供的波浪发电演示装置，所述箱体的材料包括透明材料，在满足发电需求的同时，波浪能的转化过程可以通过透明的箱体清晰地演示出来，有效地展示波浪发电的原理以及发电过程，提高了趣味性与教育性，提高演示效果。
31.本实用新型提供的波浪发电演示装置，无需设置单向阀门等不利于长期运行可靠性的结构，只需要单个气道和单个透平装置即可在往复式气流中实现发电，便于长期维护和使用。
32.除了上面所描述的本实用新型实施例解决的技术问题、构成技术方案的技术特征
以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本实用新型实施例提供的一种波浪发电演示装置所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作进一步详细的说明。
附图说明
33.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本实用新型实施例提供的波浪发电演示装置的立体结构示意图；
35.图2为本实用新型实施例提供的波浪发电演示装置的左视图；
36.图3为本实用新型实施例提供的波浪发电演示装置的主视图；
37.图4为本实用新型实施例提供的波浪发电演示装置的图2的局部结构放大图；
38.图5为本实用新型实施例提供的波浪发电演示装置的图4的局部结构放大图。
39.附图标记说明：
40.10-箱体；
41.11-隔板；
42.12-气室；
43.13-储水室；
44.131-底座；
45.132-轴承座；
46.133-安装孔；
47.134-安装柱；
48.135-第一轴承；
49.14-陶瓷轴承；
50.15-气道；
51.151-法兰；
52.152-竖直段；
53.153-弯曲段；
54.154-水平段；
55.20-造浪装置；
56.21-造浪板；
57.211-下转轴；
58.212-上转轴；
59.213-减重槽；
60.22-曲柄连杆机构；
61.221-曲柄；
62.222-连杆架；
63.223-第一连接杆；
64.224-第二连接杆；
65.225-第三连接杆；
66.226-第二轴承；
67.227-第三轴承；
68.30-透平装置；
69.31-透平定子；
70.32-透平转子；
71.321-中心孔；
72.33-透平轴；
73.40-发电机；
74.41-转轴；
75.42-外壳；
76.50-驱动件；
77.60-联轴器。
具体实施方式
78.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
79.为了向学生们演示波浪发电的原理，市面上已经出现了几款波浪发电演示装置，但是其发电效果不明显。例如中国专利【cn207895746u】公开了一种波浪发电教学及演示设备，是由振动活塞、弹簧、水箱、齿轮、发电机、齿条、小灯、发电箱、浮动活塞组成，其中振动活塞由振动拍钮、轴和波浪产生拍板组成。该专利中造浪的部分采用拍动的方式产生波浪，产生的波浪很小导致发电效果不明显。再例如中国专利【cn207624232u】公开了一种波浪能发电互动体验装置，包括机箱和控制系统，机箱顶部设置有用于展示波浪能发电过程的展板，展板具有透光性，展板内设置有el冷光片，机箱顶部台面位于展板前方设置有波浪能发电模拟装置，波浪能发电模拟装置包括固定座、摇动平台和水箱，固定座固定连接在机箱顶部台面上，摇动平台底端中部可转动地安装在固定座上，水箱为两个，分别设置在摇动平台的顶部两端，控制系统包括主机和摇动传感器，摇动传感器设置在水箱内，主机与el冷光片、摇动传感器连接。该专利中造浪的部分采用摇动平台使得设置在摇动平台上的水箱内的水呈现波浪晃动。
80.上述两个专利中均无法向学生们直观呈现压缩空气将波浪能传递给空气再传递给透平装置的发电方式，不利于演示真实的发电过程。
81.鉴于上述背景，本实用新型提供的波浪发电演示装置，包括箱体，箱体内具有气室和储水室，造浪装置在储水室内运动，推动储存在储水室内的水制造波浪，波浪上下振荡，推动气室内的气流运动，气室内的气流向上进入到与气室连通的气道内或使得外界的空气向下进入到气室内，推动气道出口处的透平转子转动，带动发电机转动产生电能，其中，波
浪能引起气室内的空气变化使得气道出口处的透平转子转动可以直观的观察和演示，有助于加深学生们理解波浪发电的原理，提高科普和演示效果。
82.下面参考附图描述本实用新型实施例提供的波浪发电演示装置。
83.参考图1所示，本实用新型提供一种波浪发电演示装置，包括：箱体10、造浪装置20、透平装置30、发电机40和耗电显示件，箱体10内具有气室12和储水室13；造浪装置20设置在储水室13内，造浪装置20用于在储水室13内产生波浪；参考图2所示，透平装置30包括透平定子31和透平转子32，透平定子31设置在与气室12连通的气道15内，透平转子32转动设置在透平定子31上；发电机40设置在箱体10外侧，且透平转子32通过透平轴33与发电机40连接；耗电显示件与发电机40电连接。
84.本实用新型提供的一种波浪发电演示装置中，储水室13内存储水，造浪装置20在储水室13内运动，推动储存在储水室13内的水制造波浪，波浪上下振荡，推动气室12内的气流运动，气室12内的气流向上进入到与气室12连通的气道15内或使得外界的空气向下进入到气室12内，推动气道15出口处的透平转子32转动，带动发电机40转动产生电能，使得耗电显示件显示发电的效果。
85.耗电显示件可以为灯泡，通过灯泡发光，演示说明发电效果；耗电显示件也可以为电流表，通过电流表指针的变化说明发电效果。
86.造浪装置20将机械能转换为波浪能，透平装置30为可在双向气流中产生同向力矩的冲击式透平，透平装置30与水之间不直接接触，而是通过空气这一中间介质，把波浪能转化为透平转子的动能，避免了机械结构水下运行时产生的防锈、密封等要求。
87.参考图2所示，造浪装置20包括造浪板21和与造浪板21连接的曲柄连杆机构22，造浪板21的下端活动设置在箱体10的内底面上。其中，曲柄连杆机构22带动造浪板21往复运动，使得造浪板21推动水产生波浪，波浪大且发电效果明显，采用曲柄连杆机构22，可减小运动时的摩擦阻力，使得人力驱动变得可行。
88.为了使得曲柄连杆机构22能够带动造浪板21平稳的往复运动，在一种可能实施的方式中，曲柄连杆机构22包括：连杆架222和一对曲柄221，一对曲柄221的一端分别设置在储水室13的两侧壁上，连杆架222活动设置在一对曲柄221的另一端之间，造浪板21的上端设置在连杆架222上。这样的结构，通过设置一对曲柄221，相对于单个曲柄221的结构，有利于增强曲柄221的强度，确保曲柄连杆机构22能够带动造浪板21平稳的往复运动。
89.容易理解的是，一对曲柄221中的一个曲柄221的上端设置在储水室13的一侧壁上，一对曲柄221中的另一个曲柄221的上端设置在储水室13的另一侧壁上，且一对曲柄221的上端在储水室13的两侧壁上的设置位置相对；一对曲柄221中的一个曲柄221的下端活动连接在连杆架222的一端，一对曲柄221中的另一个曲柄221的下端活动连接在连杆架222的另一端。
90.在一种可能实施的方式中，储水室13的两侧壁上均开设有安装孔133，安装孔133内均通过第一轴承135转动设置有安装柱134，一对曲柄221的一端分别固定连接在一对安装柱134上。这样的结构，使得一对曲柄221能够顺畅的转动。
91.第一轴承135的内圈套设在安装柱134上，第一轴承135的外圈与安装孔133配合，使得安装柱134在在安装孔133内自由转动。第一轴承135可以为深沟球轴承。
92.在一种可能实施的方式中，连杆架222为四边形架，包括第一连接杆223、第二连接
杆224、第三连接杆225和上转轴212，第一连接杆223的两端分别与一对曲柄221活动连接，第二连接杆224和第三连接杆225的上端分别固定连接在第一连接杆223上。
93.上转轴212的两端分别活动设置在第二连接杆224的下端和第三连接杆225的下端。可以是在上转轴212的一端通过第二轴承226转动连接在第二连接杆224的下端，第二轴承226的外圈嵌设在第二连接杆224的下端的一侧面，上转轴212的一端套设在该第二轴承226的内圈内；上转轴212的另一端也通过第二轴承226转动连接在第三连接杆225的下端，第二轴承226的外圈嵌设在第三连接杆225的下端的一侧面，上转轴212的另一端套设在该第二轴承226的内圈内。从而实现上转轴212相对于第二连接杆224和第三连接杆225灵活转动。第二轴承226可以为深沟球轴承。
94.造浪板21的上端固定在上转轴212上，造浪板21的上端可以是具有一对通孔，将一对通孔套设在上转轴212上，造浪板21上端的一对通孔与之间上转轴212可以为过盈配合或者点焊的方式，以使得造浪板21的上端与上转轴212之间固定连接且无相对转动即可。
95.第一连接杆223的两端分别与一对曲柄221活动连接，容易理解的是，为了使得第一连接杆223相对于一对曲柄221灵活运动，第一连接杆223的两端均通过第三轴承227与一对曲柄221活动连接，具体是，在一对曲柄221远离连接安装柱134的一端的侧面均嵌设有第三轴承227，第一连接杆223的一端套设在一个曲柄221上的第三轴承227的内圈内，第一连接杆223的另一端套设在另一个曲柄221上的第三轴承227的内圈内。第三轴承227可以为深沟球轴承。
96.上转轴212的两端可以绕第二连接杆224和第三连接杆225的下端转动。上转轴212带动造浪板21上下摆动。
97.在一种可能实施的方式中，第二连接杆224和第三连接杆225相互平行；第一连接杆223和上转轴212相互平行。
98.在一种可能实施的方式中，连杆架222为矩形结构，第二连接杆224和第三连接杆225均与第一连接杆223垂直，且第二连接杆224和第三连接杆225的长度相等。
99.参考图2和图3所示，造浪装置20还包括驱动件50，驱动件50位于箱体10的外侧，且驱动件50与安装柱134固定连接，保证驱动件50与一对曲柄221无相对转动。
100.在一种可能实施的方式中，驱动件50为手轮，便于手动操作，增加体验效果。当然，驱动件50也可以为驱动柄或者电机。
101.储水室13的内底面上具有两个底座131，两个底座131上均设置有轴承座132，两个轴承座132之间设置有下转轴211，下转轴211的两端通过陶瓷轴承14分别转动设置在两个轴承座132内，造浪板21的下端固定在下转轴211上。
102.造浪板21的下端也可以是具有一对通孔，将一对通孔套设在下转轴211上，可以为过盈配合或者点焊的方式，以使得造浪板21的下端与下转轴211之间固定连接且无相对转动即可。
103.在一种可能实施的方式中，两个底座131可以是通过螺栓固定在储水室13的内底面上。下转轴211的两端与陶瓷轴承14的内圈配合，陶瓷轴承14的外圈与轴承座132配合，实现下转轴211顺畅的转动。
104.造浪装置20在箱体10内部没有穿透箱体10壁面的结构，因而无需动密封，增强了本实施例通的波浪发电演示装置长期运行的可靠性。
105.参考图4和图5所示，透平轴33的一端固定在透平转子32的中心孔321内，透平轴33的一端与透平转子32的中心孔321过盈配合，透平轴33的另一端通过联轴器60与发电机40的转轴41连接。
106.本实施例提供的一种波浪发电演示装置，不存在单向阀门等不利于长期运行可靠性的结构。只需要单个气道15和单个透平装置30即可在往复式气流中实现发电。
107.参考图1和图3所示，箱体10内还设置有隔板11，隔板11位于气室12和储水室13之间，隔板11的上端以及隔板11的左右两端均与箱体10的内壁密封连接，隔板11的下端与箱体10的内底面之间具有间隙。
108.这样的结构，盛放在储水室13内的水可以通过隔板11的下端与箱体10的内底面之间的间隙流入到气室12内，需要保证盛放在储水室13内的水面要高于隔板11的下边缘，利用水阻隔了储水室13内的空气向气室12内流动，实现了气室12的密封效果。
109.容易理解的是，储水室13的两侧壁上均设的安装孔133位于13内的水位上方，因而无需对安装孔133进行动密封，只需要防止造浪装置20在储水室13内动作产生波浪时，水花迸溅到安装孔133漏水即可，在箱体10上加盖防止浪花溢出箱体10，确保储水室13内的水难以泄漏或飞溅。
110.箱体10的材料包括透明材料，例如箱体10采用透明树脂材料，树脂材料易于形成特定形状的箱体10，满足箱体10的制备需求，箱体10也可以采用透明玻璃材料，在满足发电需求的同时，波浪能的转化过程可以通过透明的箱体10清晰地演示出来，有效地展示波浪发电的原理以及发电过程，提高了趣味性与教育性，提高演示效果。
111.参考图4和图5所示，在一种可能实施的方式中，气道15包括依次连接的竖直段152、弯曲段153和水平段154，其中，竖直段152的下端连接有法兰151，竖直段152下端的法兰151通过螺栓固定在气室12上，且竖直段152、弯曲段153和水平段154均相互连通，水平段154与外界空气连通。
112.在一种可能实施的方式中，两个透平定子31均通过螺钉设置在气道15的水平段154的内壁上，且两个透平定子31相互间隔。透平定子31的中心安装深沟球轴承，便于透平转子32转动。
113.在一种可能实施的方式中，发电机40的外侧具有外壳42，发电机40的外壳42可以是通过角码设置在气室12的上方，发电机40用于给耗电显示件供电，耗电显示件可以是设置在气室12的上。
114.造浪板21为矩形板，在造浪板21上开设有若干个减重槽213，用于减轻造浪板21的重量，减重槽213可以是在造浪板21的正反两面向内凹陷的结构。
115.本实用新型提供的一种波浪发电演示装置的工作过程为：先对储水室13内注水，使得水位高于隔板11的下端，使用时，手动摇动手轮，手轮带动安装柱134转动，使得与安装柱134固定连接的一对曲柄221转动，一对曲柄221远离安装柱134的一端以安装柱134为中心做圆周运动，带动连杆架222上下运动，由于造浪板21的上端设置在连杆架222上，造浪板21的下端活动设置在箱体10的内底面上，从而通过连杆架222上下运动，使得连杆架222带动造浪板21前后往复摆动，在储水室13内产生波浪，波浪起伏推动和压缩气室12内的空气运动，气室12内的空气向上进入到与气室12连通的气道15内或者外界空气通过气道15进入到气室12内，都可以推动气道15出口处的透平转子32转动，实现透平装置30在往复式气流
中发电，透平转子32转动时带动透平轴33转动，透平轴33将动力传递到发电机40的转轴41，发电机40的转轴41转动的机械能，通过发电机40实现电磁感应转换为电能，点亮灯泡发光。本实用新型提供的一种波浪发电演示装置，作为一个振荡水柱式波浪发电机展品，通过实际手动操作而发电，便于学生们熟悉波浪发电装置，思考波浪发电原理，有助于学生们认识到有效利用海洋资源的重要性。
116.本实用新型提供的一种波浪发电演示装置，通过曲柄连杆机构22的合理设计，相对于曲柄滑块推动产生水浪的方式，可以大幅度减小摩擦阻力，使人力驱动更为可行，将手轮转动的机械能转化为造浪板21上下运动产生的波浪能。
117.本实用新型提供的一种波浪发电演示装置中，特别考虑了其组装与密封的要求，造浪装置20可直接组装在储水室13内，储水室13内部的造浪装置20没有穿透储水室13壁面的结构，因而无需动密封，增强了长期运行的可靠性，易于实现箱体10内与储水室13相邻的气室12的密封。只需在箱体10上加盖即可防止浪花溢出箱体10，确保在公共场合演示的可行性。
118.在本实用新型的描述中，需要理解的是，所使用的术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“轴向”、“周向”等指示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位置或原件必须具有特定的方位、以特定的构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
119.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”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
120.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是机械连接，也可以是电连接或者可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
121.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
122.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。