专利名称：机械式组合型振荡浮子波能发电装置的制作方法
技术领域：
本发明属于波浪能发电装置技术领域，特别涉及一种机械式组合型振荡浮子波能发电装置。
背景技术：
波能发电装置在进行波能发电时，通常包含两个能量转换过程:首先是将波浪能转换为可供发电机利用的机械能形式，即能量的一次转换过程；其次是通过发电机将机械能转换为电能进行输出，即能量的二次转换过程。波能转换装置的核心问题是能量的一次转换过程。波浪能在第一次转换过程中产生的机械能的形式，有利用波浪上下运动直接转换成机械运动的；有利用波浪上下运动产生气流或水流去驱动涡轮发电的；也有利用波浪装置的摆动或转动产生气流或水流去驱动涡轮机发电；或把低压大波浪变成小体积高压水，然后引入高位水池产生水头带动涡轮机发电的。目前常用的波能发电装置主要有以下两种:振荡水柱式波能发电装置安全可靠性高但波能转换率较低，现有振荡水柱式波能发电装置多为航标灯等微型电カ设备供电，输出功率较小；近岸振荡水柱式波能发电装置对海岸地形要求较高。越浪式波能发电装置的结构简单、波能转换率较高，但由于对材料要求较高，且极易在波浪作用下发生破坏，丧失工作能力，维修及保护成本较高。与欧美国家沿海海域波高大、能流密度高相比，我国沿海海域波浪能周期短、波高小，可利用率较低，不适用于以上两种方式。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了ー种能量转换效率较高，可在不同水深条件下工作，装置的建造成本相对低，输出电能相对稳定，应用广泛的机械式组合型振荡浮子波能发电装置。本发明的技术方案是:一种机械式组合型振荡浮子波能发电装置，其包括发电系统和固定系统。其中，固定系统包括浮箱和固定架，固定架为正方体结构，其固定连接于浮箱顶部，固定架侧面四角分别设置立柱，立柱为四棱柱结构。所述发电系统由四组相同的、分别设置于固定架立柱上的发电机构组成，每组发电机构包括浮子、能量转换装置和能量输出装置。所述浮子中央设有上下贯通的孔，浮子通过孔套装于立柱上，沿立柱上下运动。所述能量转换装置包括分别设置于立柱相対的两侧面上的齿条和分别设置于立柱两侧的单向齿轮。所述能量输出装置包括两个固定于浮子顶部且分别位于立柱两侧的发电机。两个单向齿轮分别套装于同侧发电机的输入轴顶端，通过键与发电机输入轴连接。两根齿条分别与同侧的单向齿轮啮合。浮子顶部设有发电系统支架，支架固定于浮子上，发电机位于支架内部。浮子顶部和底部分别设有四个相同的用以限制浮子水平方向运动的导向装置。浮子顶部的导向装置固定于发电系统支架顶部，浮子底部的导向装置直接固定于浮子上。导向装置包括导向轮和支撑架。导向轮的轮轴固定于支撑架上，导向轮与所述固定架的立柱侧面接触。导向装置能消除波浪对浮子水平倾覆振荡的影响，有利于波能的收集和转换。所述浮箱为空心结构，其内部可以根据海况灌注适量的海水或沙子进行配重，达到使整个发电装置下沉至水面以下一定深度，浮子在合适位置进行上下振荡运动的目的，同时能够保证发电装置整体在运作时的稳定性。固定系统结构简单，且可灵活配重，提高了整个发电装置的稳定性和可靠性，便于加工与实施，经济性较好。所述浮子为底部呈倒锥形的空心圆柱体。该结构有利于收集更多的波能，且其内部空心可以根据海况装载配重。浮子表层涂防腐漆，以防止在被海水腐蚀。本发明的有益效果在干:1、属于漂浮式波能发电装置，波能利用率高，适用于不同海况，不受潮差影响，同时受水深条件的限制小，特别是在超过40m的深水区也可以正常工作。2、与波浪直接接触，能量转换次数少，提高了能量转换率。3、将单个浮子进行组合，进ー步提高了波能利用率及装置的可靠性。4、结构简单，活动部件较少，整体稳定性高，可靠度好，能兼顾结构的可靠性及波能转换率。5、占用面积小，对波浪场的影响小，对海洋水动カ环境的影响极小。6、建造成本较低，输出电能稳定，可用于对装置的保护要求不太高，波能密度低的区域。
图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明中发电系统的结构示意图；图3是本发明中发电系统的局部结构示意图之ー；图4是本发明图3中A部位的放大图；图5是本发明中发电系统的局部结构示意图之ニ ；图6是本发明图5中B部位的放大图；图7是本发明中浮子顶部导向装置的分布示意图；图8是本发明中浮子底部导向装置的分布示意图；图9是本发明中浮子的结构示意图；图10是本发明中导向装置的结构示意图；图11为本发明中单向齿轮与发电机输入轴连接的示意图。图中:1、固定系统，I1、发电系统，101、固定架，102、立柱，103、浮箱，201、浮子，202、齿条，203、发电系统支架，204、导向装置，205、发电机，206、单向齿轮，207、轮轴，208、导向轮，209、支撑架，210、孔，211、发电机输入轴，212、单向轴承。
具体实施例方式以下结合附图和实施例具体说明本发明。实施例1
如图1-图11所示，本发明包括发电系统II和固定系统I。其中，固定系统I包括浮箱103和固定架101，固定架101为正方体结构，其固定连接于浮箱103顶部，固定架101侧面四角分别设置立柱102，立柱102为四棱柱结构。发电系统II由四组相同的、分别设置于固定架101立柱102上的发电机构组成，每组发电机构包括浮子201、能量转换装置和能量输出装置。浮子201中央设有上下贯通的孔210，浮子201通过孔210套装于立柱102上，沿立柱102上下运动。能量转换装置包括分别设置于立柱102相対的两侧面上的齿条202和分别设置于立柱102两侧的单向齿轮206。能量输出装置包括两个固定于浮子201顶部且分别位于立柱102两侧的发电机205。两个单向齿轮206分别套装于同侧发电机输入轴211顶端，通过键与发电机输入轴211连接。两根齿条202分别与同侧的单向齿轮206啮浮子201顶部设有发电系统支架203，支架203固定于浮子201上，发电机205位于发电系统支架203内部。浮子201顶部和底部分别设有四个相同的用以限制浮子201水平方向运动的导向装置204。浮子201顶部的导向装置204固定于发电系统支架203顶部，浮子201底部的导向装置204直接固定于浮子201上。导向装置204包括导向轮208和支撑架209。导向轮208的轮轴207固定于支撑架209上，导向轮208与所述固定架101的立柱102侧面接触。导向装置204能消除波浪对浮子201水平倾覆振荡的影响，有利于波能的收集和转换。假设单向齿轮206的转动方向设置为:如图4所示，单向齿轮206顺时针方向转动吋，单向轴承212可以自由转动，单向齿轮206空转，逆时针方向转动时，单向轴承212是锁死的，单向齿轮206带动发电机输入轴211转动。两个单向齿轮206转向相同，但是分别分布于立柱102的两侧。在浮子201向上或向下运动时，总有ー个单向齿轮206带动发电机输入轴211转动。其工作过程如下:不同方向、频率的波浪拍打到浮子201，浮子201吸收波浪能，当浮子201受到波浪向上的カ时，浮子201上升，波浪能转换为浮子201的机械能。浮子201带动单向齿轮206沿立柱102上设置的齿条202向上运动。如图4所示，右侧的单向齿轮206带动发电机输入轴211转动，从而发电；左侧的单向齿轮206空转。浮子201运动到最上端后依靠重力向下运动，左侧的单向齿轮206带动发电机输入轴211转动，从而发电；右侧的单向齿轮206空转。这ー过程将浮子201的机械能转换成发电机205的电能。整个过程实现了波浪能到电能的转换。主要技术指标:组合振荡浮子201式波能发电装置装机容量为10kW，并达到发电能力5kW水平，波能转换率高于15%，连续运行10小时，总发电量达到200kW h。实施例2除以下区别外，其他同实施例1。浮箱103为空心结构，其内部可以根据海况灌注适量的海水或沙子进行配重，达到使整个发电装置下沉至水面以下一定深度，浮子201在合适位置进行上下振荡运动的目的，同时能够保证发电装置整体在运作时的稳定性。固定系统I结构简单，且可灵活配重，提高了整个发电装置的稳定性和可靠性，便于加工与实施，经济性较好。浮箱103通过本身的自重及箱内沙子的配重，提供向下的拉力，使整个发电装置能浸入海底一定深度，使浮子201沿立柱102做上下正常往复振荡运动。同时，浮箱103也提供一定的浮力，当波高较小时，浮子201与立柱102之间也能做相对运动，即保证浮子201始终处于工作状态。实施例3除以下区别外，其他同实施例1。如图9所示，浮子201为底部呈倒锥形的空心圆柱体。该浮子201结构有利于收集更多的波能，且其内部空心可以根据海况装载配重。浮子201表层涂防腐漆，以防止被海水腐蚀。
权利要求
1.一种机械式组合型振荡浮子波能发电装置，包括发电系统和固定系统，其特征在干， 所述固定系统包括浮箱和固定架，固定架为正方体结构，其固定连接于浮箱顶部，固定架侧面四角分别设置立柱，立柱为四棱柱结构； 所述发电系统由四组相同的、分别设置于固定架立柱上的发电机构组成，每组发电机构包括浮子、能量转换装置和能量输出装置；所述浮子中央设有上下贯通的孔，浮子通过孔套装于立柱上，沿立柱上下运动；所述能量转换装置包括分别设置于立柱相対的两侧面上的齿条和分别设置于立柱两侧的单向齿轮；所述能量输出装置包括两个固定于浮子顶部且分别位于立柱两侧的发电机；两个单向齿轮分别套装于同侧发电机的输入轴顶端，通过键与发电机输入轴连接；两根齿条分别与同侧的单向齿轮啮合；所述浮子顶部设有发电系统支架，发电系统支架固定于浮子上，所述发电机位于发电系统支架内部。
2.根据权利要求1所述的波能发电装置，其特征在于，所述浮子顶部和底部分别设有四个相同的用以限制浮子水平方向运动的导向装置；浮子顶部的导向装置固定于发电系统支架顶部，浮子底部的导向装置直接固定于浮子上；所述导向装置包括导向轮和支撑架，导向轮的轮轴固定于支撑架上，导向轮与所述固定架的立柱侧面接触。
3.根据权利要求1所述的波能发电装置，其特征在于，所述浮箱为空心结构。
4.根据权利要求1或2所述的波能发电装置，其特征在于，所述浮子为底部呈倒锥形的空心圆柱体。
全文摘要
本发明涉及机械式组合型振荡浮子波能发电装置。其包括发电系统和固定系统。固定系统包括浮箱和固定架，固定架为正方体结构，其固定连接于浮箱顶部，固定架侧面四角分别设置立柱。发电系统由四组相同的、分别设置于固定架立柱上的发电机构组成，每组发电机构包括浮子、能量转换装置和能量输出装置。浮子通过其上设置的上下贯通的孔套装于立柱上。能量转换装置包括齿条和单向齿轮。能量输出装置包括两个固定于浮子顶部的发电机。两个单向齿轮分别套装于同侧发电机的输入轴顶端，通过键与发电机输入轴连接。两根齿条分别与同侧的单向齿轮啮合。本发明与波浪直接接触，能量转换效率较高，装置的建造成本低，输出电能稳定，应用广泛。
文档编号F03B13/16GK103114958SQ20131003959
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者刘臻, 史宏达, 马哲, 曹飞飞, 曲娜, 王金龙, 高人杰, 薛坤, 孙锦龙, 张鹏远, 高韶鹏, 刘德才 申请人:中国海洋大学, 大唐山东烟台电力开发有限公司