专利名称：浮体绳轮波浪能发电系统的制作方法
技术领域：
本发明属海浪发电领域。
背景技术：
目前的波浪能转换系统，通常具有两个部分第一部分为采集系统，作用是俘获波浪能; 第二部分为转换系统，即把俘获的波浪能转换为某种特定形式的机械能或电能。采集系统的 形式有振荡水柱式(OWC)、振荡浮子式(Buoy)、摆式(Pendulum)、鸭式(Duck)、筏式(Raft)、 收縮坡道式(Tapchan)、蚌式(Clam)等，提高波浪能俘获量的技术有通过波浪绕射或折射的聚 波技术，以及通过系统与波浪共振的惯性聚波技术。转换部分有空气叶轮、液压系统、低水 头水轮机、以及发电机等，提高转换效率的方法有可控叶片、变阻尼、整流、定压等，提高 能量质量的方法有能量缓冲和调励磁等。目前最常见的是振荡水柱+空气叶轮的波浪能装置， 另外，振荡浮子+液压系统也是目前发展势头最猛的波浪能装置，该技术采用浮子俘获波浪能， 通过与浮子连接的液压装置将波浪能转换成液压能，再通过发电机转换成电能，或通过其它 设备制造淡水或冰。
虽然波浪能转换的装置千变万化，但目前大多数仍无法适应变化多端的海浪，抗风浪能 力也差，在海浪小的时候，对其吸收波浪能的部分，推动力太小，远远达不到其额定效果， 吸收能力太差，而在海浪大的时候，又往往超过了它吸收波浪能装置的工作范围，导致系统 受损。
就拿就要投入商业运营的"海蛇"来说，在海浪波长小于它的每节长度的时候，海浪对 每节的作用几乎类同，无法让海蛇作"曲膝"的弯曲动作，因此无法吸收海浪能。如果海浪 的1/4波长大于海蛇总长度，虽然海浪的波高大了，但波形变得平缓，所以仍然无法有效的 吸收海浪能。
发明内容
本发明的目的是提供一种浮体绳轮波浪能发电系统，它能够在大部分波形的波浪下仍能 够有效工作，有效工作时间长，抗风浪能力强。
本发明的技术方案(见图ll):
本系统利用浮体(1)来吸收波浪能，然后通过一端系在其上而另一端缠绕在转轮(3) 上的绳(2)拉动转轮(3)，实现将获得的无规律的波浪推力，转换成旋转动力，转轮(3) 一方面将动力输出给传动机构、发电机进行发电，另一方面收紧蜗簧(4)进行蓄能；在波浪 回落阶段，绳(2)变松，蜗簧(4)释放势能带动转轮(3)反转，将松垮的绳(2)收回。
工作原理详细如下
根据波浪理论，波浪上的点实际上是在作圆周运动，不管多大的浪，只是圆周运动的半 径大小不同而已，所以漂浮在波浪上的浮体(1)也跟着在作圆周运动，这样浮体(1)与转 轮(3)相对距离就会发生周期变化。当浮体(1)与转轮(3)的距离增大时， 一端系在浮体 (1)上，而另一端缠绕在转轮(3)上的绳(2)就会拉动转轮(3)旋转，从而将波浪不规 则的推力转换成旋转动力，拉程(即拉绳的行程)等于圆周运动的直径即波浪波高，同时在此过程中也收紧了收绳用的蜗簧(4)。在波浪回落阶段，浮体(1)与转轮(3)之间距离减 小时，波浪推力消失，绳(2)变松，这时蓄能的弹簧(4)的弹性势能释放，带动转轮(3) 反向旋转，将绳(2)收回，波浪能采集，就是这样不断重复着拉、收两个过程。
对于简化型浮体绳轮波浪能发电系统(见
图1)，转轮(3)输出的动力可直接给发电机 (19)或通过变速器再给发电机进行发电。
而对于完整型浮体绳轮波浪能发电系统，转轮(3)输出的动力先通过棘轮(12)变为单 向旋转动力，然后再通过液压系统输入端(13)、压力蓄能器(16)、液压系统输出端(17) 进行能量的汇集、稳压、输出，最后由发电机(19)将机械能转化为电能，必要的时候也可 以加辅助整流设备。
为了使转轮(3)位置能够尽量稳定，以配合转轮(3)与浮体(1)的相对运动，转轮(3) 所基于的的容器(25)，在水中，其垂直投影面积尽量大，以提高水的阻力，因为深处的水几 乎不流动。当然也可以不必用增加面积这个方法，而直接用系向海床的绳(26)拴住容器(25) 就可以了。
浮体(1)可采用圆形、正三圆角形、圆角矩形或其它种凸多边形板形状(之所以采用圆 角是为了防止尖角撕裂弹性衔接面)，多个板状的浮体(l)在一个平面内铺开，相邻浮体(l) 间通过弹性衔接面(6)衔接，从而构成整个一个浮体阵列面(5)，从而增加了与波浪的接触 面积，减少波浪绕过浮体而引起的能量流失，其容易弯曲性也使之能跟随各种形式的波浪弯 曲起伏，能够自动适应，从而高效率的吸收波浪能。
因为浮体阵列面(5)上的相邻浮体(1)的运动状态、位置相近，所以绳(2)可以分叉 成若干股支绳(7)，通过支绳(7)系在相邻的多个浮体(1)上，就可以获得多个浮体(1) 的拉力，绳(2)也可用通过杆架(8)将更大范围的各个支绳(7)连接起来，以能够传递更 大面积波浪的推力。
为了防止浮体阵列面(5)打巻，设置一个框架(29)，从该框架(29)引出的绳将整个 浮体阵列面(5)向外扯，从而使浮体阵列面(5)保持展开状态。
为使转轮(3)能够更好的工作，使缠向转轮(3)的绳(2)保持稳定，让绳(2)经过 一个滑轮(31)再通向转轮(3)。该滑轮的支架(9)固定在轴承(10)的内环上。这样由浮 体(1)来的绳(2)的角度即使不断改变，滑轮(11)都可以适时调整方向，使得通向转轮 (3)的绳(2)方向保持稳定。
转轮(3)的两侧应加挡板(30)，以限制绳缠绕的范围。
基于防腐的考虑，为了最大程度减少与海水的接触，对于简化型浮体绳轮波浪能发电系 统，转轮(3)两侧的轴，分别通过水密封圈(11)再与蜗簧(4)和传动机构或发电机(19) 轴联；蜗簧(4)、发电机(19)及其附属设备都在与水隔离的容器(25)内。而对于完整型 浮体绳轮波浪能发电系统，转轮(3)两侧的轴，分别通过水密封圈(11)与蜗簧(4)和棘 轮(12)轴联，棘轮(12)再与液压传动系统相连；蜗簧(4)、棘轮(12)、液压系统、发电 机(19)及其附属设备都在与水隔离的容器(25)内。这样，只有浮体(1)、绳(2)、转轮 (3)浸在海水里，可以最大限度的减少海水对这个系统的腐蚀，参加图9，里面的外廓(24) 下面保护的就是蜗簧(4)、棘轮(12)。
每个液压系统输出端(17)，都配有自控换向阀(18)，用自控换向阀(18)来控制液压 系统输出端(17)的油缸与高压管(14)、回油管(15)的接通、断开。该自控换向阀(18)上下两端分别接通高压管(14)和回油管(15)，内设一同轴双活塞(22)，同轴双活塞(22) 的两个活塞的间距小于高压管(14)、回油管(15)之间间距，每个活塞的高度又大于高压管 (14)、回油管(15)的直径，同轴双活塞(22)的上下两端各有轴(21)，延伸出自控换向 阀(18)夕卜。液压系统的柱塞泵输出端的连杆上固结有两个撞击杆(23),分别对应自控换向 阀(18)的两个轴(21)。当液压系统输出端(17)的活塞推进到油缸底的时候，撞击杆(23) 碰到换向活塞轴(21)，引起同轴双活塞(22)移动，同轴双活塞的一个活塞将回油管(15) 堵住，而与此同时的另一个活塞的移开使高压管(14)能够导通，于是输出端在高压管(14) 输入高压油的作用下，液压系统输出端(17)活塞离开油缸底。当快到顶部的时候，液压系 统输出端的另一侧撞击杆(23)撞击自控换向阀(18)的另一轴(21)，从而导致其堵住高压 管(14),而接通回油管(15)，于是在惯性的作用下，液压系统的输出端活塞向汽缸底前进， 排出油，然后再重复刚才这一过程。
容器(25)加其内部设备的比重应大于水，依靠上面的浮体(1)通过绳(2)给与它向 上的拉力，以使它能够在海水中悬浮，所以容器(25)加设备与水的比重不能差太大，以免 整个下沉。容器(25)的垂直投影面积应该比较大，以使它在受到绳(2)的拉力时，能够受 到很大阻力而保持稳定。也可用锚将容器(25)其锚定，以使它能够稳定。 本发明具有以下优点
绳(2)与转轮(3)的组合传动，非常灵活，绳(2)在其工作平面内可以没有固定的 运动轨迹，绳可以以各种角度拉动转轮(3)，绳(2)的系点与转轮(3)的工作距离可大可 小，拉、收绳的行程也可大可小，从而能够适应浮体(1)上绳的系点的不同半径大小、不同 位置的圆周运动，能够将不同波形的波浪推力转换成旋转动力。这种灵活使得系统能够适应 各种不同大小的波浪，增加了有效工作时间，提高了效率，并且，结构简单，只有浮体(1)、 绳(2)、转轮(3)。由于绳(1)的收放距离可以很长(可以达到数十米)，这就大大延长了 波浪冲击过程中缓冲距离，减小了瞬时冲击力，抗风浪能力由此得以增强。
浮体阵列面(5)，增加了与波浪的接触面积，并避免了波浪的绕流带来的能量的流失， 能更大程度的吸收波浪的推力。
由于只有浮体(1)、绳(2)、外涂防腐材料的转轮(3)浸在海水里，而它们都是不怕 海水的，怕海水的都在水密性好的容器(25)内。所以该系统的抗腐蚀能力强。图l:简化型浮体绳轮波浪能发电系统示意图 图2:正三圆角形浮体阵列面(含支绳) 图3:圆角矩形浮体阵列面(含框架) 图4:圆板形浮体阵列面(含支绳、钢架) 图5:用于规整绳方向的轴承、滑轮组合结构 图6:防腐结构设计示意图
图7:完整型浮体绳轮波浪能发电系统平面示意图 含自控换向阔平面示意图
图8:完整型浮体绳轮波浪能发电系统立体示意图
含自控换向阀立体示意图 图9:规模发电浮体绳轮波浪发电系统外观图
1— 浮体
2— 绳
3— 转轮
4— 蜗簧
5 —浮体阵列面
6 —弹性材料
7— 支绳
8— 杆架 9一滑轮的支架 IO—轴承 ll一水密封圈
12— 棘轮
13— 液压系统输入端 14一高压管
15 —回油管
16— 压力蓄能器
17— 液压系统输出端
18— 自控换向阀 19一发电机
20— 储油缸
21— 自控换向阀的轴
22— 同轴双活塞
23— 撞击杆
24— 外廓 25 —容器
26— 系向海床的绳
27— 压力蓄能器
28— 系向框架的绳
29— 框架
30— 挡板
31— 滑轮
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。
(一) 对于导航浮标用电来说，因为不需要太多的能量，所以可以采用简化型浮体绳轮 波浪能发电系统(见图l)。用铁饼状海漂子作浮体(1)，面积具体大小视能量需求而定，例 如直径1米，厚度0.3米。绳(2)应采用高强度、耐腐蚀、耐磨、光滑、柔韧性好的材料制 作，例如尼龙，总长约50米即可，25米缠绕在转轮(3)上。转轮(3)用乙烯塑料做，转 轮(3)两端有挡板(30)，转轮(3)直径为0.5米。转轮(3)经水密封圈(11)与容器(25) 内的蜗簧(4)、变速器或发电机(19)轴联，容器壁是由高强度塑料加钢丝纤维复合而成， 发电机引出的电路经桥式整流、电感后接蓄电池和负载。蜗簧(4)、变速器(28)、发电机(19)、 整流电路、蓄电池都放置在此水密性好的容器(25)内，以防海水腐蚀。容器(25)可以做 成扁平状，增大垂直投影面积，以提高水的阻力，也可以不必釆用增加面积的方法而直接用 系在海床的绳(26)拴住它。容器(25)加内部设备的比重比水大，但比重差要小于浮体(1) 所能提供的最大浮力，以使得整个系统不至于下沉。
(二) 如果要大规模的釆集能量，则要采用完整型浮体绳轮波浪发电系统(见图7、见 图8)。首先，要制作浮体阵列面(5)。在风浪比较多的海域，采用圆板形(半径0.2米)浮 体或正三圆角板(边长0.4米)不错(见图2、图4)，在涌浪比较多的地方，采用圆角矩形
(1米X0.3米)浮体板(见图3),浮体(1)可以用泡沫塑料(海漂子上用的)加高强度塑 料钢丝复合板，浮体板间的弹性衔接面(6)，可用橡胶材料来作。
负责展开浮体阵列面(5)的框架(29)，可用不锈钢管制作，并且内部空心不进水以保 证有一定的浮力。
绳(2)，依然采用尼龙绳，总长50米，25米缠在下面的转轮上，要保证具备一定强度。 支绳(7)长度在1米左右，也可以通过杆架(8)让绳(1)与更多的支绳(7)连接，但这 一般适合于波浪比较规整、以涌浪为主的海域，则单根绳(2)所连接的多个浮体(1)的总 面积可以达到6米X2米的矩形，而如果该海域以风浪为主，则单根绳(2)对应的多个浮体 (1)的总面积在2 4平米就可以了，过多的浮体(1)的支绳(7)连结在一起，很可能引 起"摇摆"动作，导致绳(2)不能有效运行。
为使通向转轮(3)的绳(2)方向能够稳定，让绳(2)经过一个滑轮(31)后，再通向 转轮(3)。该滑轮的支架(9)固定在轴承(10)的内环上。这样由浮体(1)来的绳(2)的 角度即使不断改变，滑轮(31)都可以适时调整方向，使得通向转轮(3)的绳(2)方向保 持稳定。
对于转轮(3)，其两端有挡板(30)，转轮(3)的直径为0.5米，同时要具有防腐能力， 可以用外表涂有光滑耐磨塑料的钢筋混凝土制作。转轮(3)的支架固定在容器(25)的顶板 上面，转轮(3)的两侧的轴，通过水密封圈(11)分别与蜗簧(4)和棘轮(12)轴联，棘 轮(12)接液压传动系统输入端。蜗簧(4)、棘轮(12)、液压系统、发电机(19)等都在与 水隔离的容器(25)内，这样只有浮体(1)、绳(2)、转轮(3)浸在海水里，可以最大限度 的减少海水对这个系统的腐蚀，图9里的外廓(24)下面保护的就是蜗簧(4)、棘轮(12)。 系统采用的液压系统，输入端(13)、输出端(17)均采用柱塞泵式。 液压管路系统的靠近输入端(13)部分，管路细而分支多，可以使用钢丝加强尼龙胶管制作，既可以防腐蚀，又可以灵活调整位置。而靠近输出端(17)的部分，管路要粗。液压 能传输，应本着高压、低速、稳速的原则，这样可以减少摩擦损耗、避免脉冲波动。
每个液压系统输出端(17)，都配有自控换向阀(18)，用自控换向阀(18)来控制液压 系统输出端(17)的油缸与高压管(14)、回油管(15)的接通、断开。该自控换向阀(18) 上下两端分别接通高压管(14)和回油管(15)，自控换向阀(18)内有一同轴双活塞(22), 同轴双活塞(22)的两个活塞的间距小于高压管(14)、回油管(15)之间间距，每个活塞的 高度又大于高压管(14)、回油管(15)的直径，同轴双活塞(22)的上下两端各有轴(21)， 延伸出自控换向阀(18)夕卜。液压系统的柱塞泵输出端的连杆上固结有两个撞击杆(23)，分 别对应同轴双活塞的两个轴(21)。
发电机(19)则选用配套的即可，必要时可以再加整流设备。
容器(25)加其内部设备的比重应大于水，依靠上面的浮体阵列面(5)通过绳(2)给 与它向上的拉力，以使它能够在海水中悬浮，所以容器(25)加设备与水的比重不能差太大， 以免浮体阵列面(5)承受不住而整个下沉。容器(25)的垂直投影面积应该比较大，以使它 在受到绳(2)的拉力时，能够受到很大阻力而保持稳定。用锚将容器(25)其锚定,以使它 能够稳定。
未来海浪发电系统的外观模样可参见图9。
权利要求
1、一种波浪能发电系统，包括波浪能采集部分、传动与转换部分，其特征于其波浪能采集部分，包括浮体(1)、绳(2)、转轮(3)、蜗簧(4)；绳(2)一端系在浮体(1)上，另一端缠绕在转轮(3)上，转轮(3)一侧与蜗簧(4)轴联。
2、 一种波浪能发电系统，包括波浪能采集部分、传动转换部分，其特征于:其波浪 能采集部分，包括浮体阵列面(5)、绳(2)、转轮(3)、蜗簧(4)，浮体阵列面(5)是由多个板状的浮体(1)在一个平面内铺开，相邻浮体(1)间通过弹性衔 接面(6)衔接而成的；弹性衔接面是弹性材料做成的面；绳(2) —端系在浮体 阵列面(5)上，另一端缠绕在转轮(3)上，转轮(3) —侧与蜗簧(4)轴联。
3、 根据权利要求1所述的一种波浪能转换与发电系统，其特征在于所述的转换部 分包括发电机(19)、整流电路、蓄电池；转轮(3)、蜗簧(4)、发电机(19)、 整流电路、蓄电池放在一个容器(25)内，该容器(25)拴有一系向海床的绳(26)， 或该容器(25)在垂直投影面积比较大，使其上下水的阻力很大。
4、 根据权利要求2所述的一种波浪能转换与发电系统，其特征在于所述的浮体(1) 呈正三圆角板、或圆板、或圆角矩形板或其它种凸多边形板。
5、 根据权利要求2所述的传动系统，其特征在于，所述的绳(2)在近浮体(1) 一 侧，与若干支绳(7)连接，支绳(7)系在彼此相邻的多个浮子(1)上；或绳(2) 通过钢架(8)间接连接多个支绳(7)。
6、 根据权利要求2所述的传动系统，其特征在于，所述的浮体阵列面(5)的外围有 一框架(29)，系向框架的绳(28)向外扯着浮体阵列面(5)。
7、 根据权利要求2所述的波浪能转换与发电系统，其特征在于所述的绳(2)通过 一滑轮(31)，该滑轮的支架(9)固定在一轴承(10)内环上。
8、 据权利要求1所述的波浪能转换与发电系统，其特征在于转轮(3)两侧的轴， 分别通过水密封圈(11)再与蜗簧(4)和传动机构或发电机(19)轴联；蜗簧(4)、 发电机(19)及其附属设备都在水密性的容器(25)内，转轮外涂防腐材料或本 身用抗腐蚀材料制作。
9、 据权利要求2所述的波浪能转换与发电系统，其特征在于转轮(3)两侧的轴， 分别通过水密封圈(11)与蜗簧(4)和棘轮(12)轴联，棘轮(12)再与液压传 动系统输入端(13)相连；蜗簧(4)、棘轮(12)、液压系统、发电机(19)及附 属设备都在水密性的容器(25)内，转轮(3)用抗腐蚀材料制作或外涂防腐材料。
10、 据权利要求2所述的波浪能转换与发电系统，其特征在于所述的转换部分包括 液压系统、发电机(9)及辅助设备；液压系统包括柱塞泵输入端(13)、高压管(14)、回油管(15)、蓄能器(27)、柱塞泵输出端(17);柱塞泵输出端(17) 有自控换向阀(18)，该阀上下两端分别接通高压管(14)和回油管(15)，自控 换向阀(18)内有一个同轴双活塞(22)，同轴双活塞(22)的每个活塞高度大于 高压管(14)、回油管(15)直径，两活塞间距小于高压管(14)、回油管(15) 间距；换向活塞(22)的上下两端各有轴(21)，伸出自控换向阀(18)夕卜，液压 系统的输出端(17)柱塞泵活塞上的连杆上固结有两个撞击杆(23)，分别对应同 轴双活塞(22)的两个轴(21)。
全文摘要
本发明涉及一种波浪能发电系统。本发明是利用浮体来接受波浪的推动，通过一端系在其上而另一端缠绕在转轮上的绳拉动转轮，将获得的无规律的波浪推力转换成旋转动力，波浪回落阶段，依靠蜗簧，带动转轮反转，将绳收回。对于浮标灯塔，转轮可以直接接发电机，进行整流蓄电，对于大规模波浪能发电，浮体可组成阵列面，而转轮则通过棘轮、液压系统实现能量传递、汇集，最后经发电机组实现发电。本系统能够适应大多数波形的波浪，并能高效率的吸收波浪能，抗风浪性强、造价低、不必依赖岸基作业。
文档编号F03B13/16GK101526062SQ200810083910
公开日2009年9月9日 申请日期2008年3月8日 优先权日2008年3月8日
发明者曲言明 申请人:曲言明