一种采用重力滑块的浮力摆摆板设计的制作方法
【专利摘要】本发明属于新型可再生能源技术和海岸结构物领域，特别涉及一种采用重力滑块的浮力摆摆板设计。它包括摆板、发电机、转轴、滑块、垫片和滑动轴，摆板、发电机和转轴安装与海底上的海洋工程基础结构物上；滑块舱位于摆板上部；滑块、垫片和滑动轴均布放于摆板及滑块舱内部。其特征是：浮力摆摆板在波浪的作用下往复转动，摆板及滑块舱内滑块会随着摆板的运动沿着滑动轴运动到不同的位置，从而改变摆板的重心位置、转动惯量和自然周期，促进波浪和摆板间共振，进而提高波浪能转换效率。本发明设计适用于实海况自然环境中的不规则波，能够激发共振效应，提高波浪能捕获效率，形式简单易行，具有较高的可靠性。
【专利说明】 一种采用重力滑块的浮力摆摆板设计
【技术领域】
[0001]本发明属于新型可再生能源技术和海岸结构物领域，特别是一种采用重力滑块的浮力摆摆板设计。
【背景技术】
[0002]在我国辽阔的海域及海岛周围，海洋可再生能源储量十分丰富，包括波浪能、潮汐能、海流能、温差能、盐差能等，具有极高的开发利用前景。其中，波浪能由于开发过程中对环境影响最小且以机械能的形式存在，是品位最高的海洋能。波浪发电是波浪能利用的主要方式，波浪能利用装置的种类繁多，关于波能转换装置的发明专利超过千项。这些装置主要基于以下几种基本机理，即利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动；利用波浪压力的变化；利用波浪的沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。经过20世纪70年代对多种波能装置进行的实验室研究和80年代进行的海况试验及应用示范研究，波浪发电技术己逐步接近实用化水平，研究的重点也集中于4种被认为是有商品化价值的装置，包括振荡水柱式装置、摆式装置、振荡浮子式波能转换装置和收缩波道式波能转换装置。
[0003]摆式波浪能装置是波浪能发电的重要方式之一，具有频率响应范围宽、可靠性高、成本相对较低和常海况转换效率高等优点。目前发展较为成熟的摆式波浪能装置多基于固定式基础，按照其固定端位置的不同可以分析重力摆式波浪能装置(顶部铰接)和浮力摆式波浪能装置(底部铰接)。其中，浮力摆式波浪能装置因为其摆板运动参数更符合波浪水体速度空间分布规律在近些年来得到快速发展，我国国家海洋局海洋技术中心和华南理工大学的相关研究也是采用浮力摆式设计。一般地，对于浮力摆波浪能装置，摆板的转动对于整体装置的工作效率和安全性有非常大的影响，直接决定装置的性能。目前常用的做法是在摆板内部分层隔离为几个与海平面平行的气室，根据不同的需要针对某个或多个气室注入海水，以达到改变转动惯量和自然周期激发共振效应。然而，这样的做法不得不面对两个主要的挑战，其中一个是需要在摆板上安装复杂的抽水、灌水装置，增加了安装和维护的成本；另一个是对摆板的密封性提出了更高的要求，以保证装置的正常运行和安全性，同时防腐防雾也需要注意。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:克服上述现有浮力摆摆板技术的问题和不足，提供一种采用重力滑块的浮力摆摆板设计，它能随着摆板在波浪作用下的往复运动而改变重心位置，适应实海况下不规则波的作用，提高波浪能捕获效率。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]一种采用重力滑块的浮力摆摆板设计，包括摆板、发电机、转轴、滑块、垫片和滑动轴。摆板、发电机和转轴安装与海底上的海洋工程基础结构物上；滑块舱位于摆板上部；滑块、垫片和滑动轴均布放于摆板及滑块舱内部。其特征是:浮力摆摆板在波浪的作用下往复转动，摆板及滑块舱内滑块会随着摆板的运动沿着滑动轴运动到不同的位置，从而改变摆板的重心位置、转动惯量和自然周期，促进波浪和摆板间共振，增大浮力摆摆板在不同波浪条件下的运动幅度，进而提高波浪能转换效率。
[0007]所述的一种采用重力滑块的浮力摆摆板设计，其特征是:摆板上部安装有滑块舱。
[0008]所述的一种采用重力滑块的浮力摆摆板设计，其特征是:摆板和滑块舱内分别安装有滑动轴和重力滑块。
[0009]所述的一种采用重力滑块的浮力摆摆板设计，其特征是:滑动轴的两端都安装有保护塾片。
[0010]浮力摆式波浪能装置的主体即摆板、发电机和转轴固定于海底的海洋工程基础平面上。当波浪作用于摆板时，摆板随着波浪水体的往复运动而摆动，在其摆动的同时，摆板内部空间中的重力滑块会沿着滑动轴向远离转轴的方向运动，增大摆板的转动惯量和转动的自然周期，增强了共振效应，提高波浪能捕获效率。同时，在摆板上部设置的滑块舱中，重力滑块也随着摆板的运动而沿着滑动轴进行加速和减速，滑块运动带来的惯性能够提高摆板转动的幅度，同时也可以改变整体转动机构的重心位置，增强浮力摆式波浪能装置的能量转化效率。
[0011]本发明的有益效果是:
[0012]本发明适用于浮力摆式波浪能发电装置，适用于实海况自然环境中的不规则波，其内部设置的重力滑块能随着浮力摆摆板在波浪作用下的转动而运动，从而改变摆板的重心位置和转动的自然周期，激发共振效应，滑块运动的惯性也有利于增强摆板运动的幅度，提高波浪能捕获效率，形式简单易行，具有较高的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的整体结构示意图。
[0014]图2是本发明的内部结构的侧视图。
[0015]图3是本发明的内部结构的前视图。
[0016]图4是本发明的内部结构的顶视图。
[0017]图中，1-摆板，2-发电机，3-滑块舱，4-转轴，5-保护垫片，6-重力滑块，7-滑动轴，8-保护垫片，9-滑动轴，10-重力滑块。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0019]实施例1:
[0020]如图1所示，摆板I通过转轴4进行固定，有一个方向的自由度，转轴4与发电机2连接，摆板I迎向波浪来波方向；摆板I上部安装有滑块舱3。
[0021]如图2所示，摆板I内部安装有重力滑块10和滑动轴9，在滑动轴9的两端都安装有保护垫片8 ;类似地，在滑块舱3的内部也安装有重力滑块6和滑动轴7，在滑动轴7的两端都安装有保护垫片5。
[0022]如图3所示，摆板I内部滑动轴9处于中间位置，滑块10可以沿着滑动轴9向远离和靠近转轴4的方向运动，垫片8分别布放于滑动轴9的顶部和底部，滑动轴9两端和摆板I相连接。[0023]如图4所示，摆板I和滑块舱3十字相交，滑块舱3内部滑动轴7处于中间位置，滑块6可以沿着滑动轴7向其两端运动，垫片5分别布放于滑动轴7的两端，滑动轴7两端和滑块舱3相连接。
[0024]本实施例的工作原理:
[0025]实际使用时，摆板I处于竖直向上漂浮状态且迎向来波方向，没有波浪作用时，摆板内重力滑块10处于较低位置，紧靠转轴4上方的垫片，滑块舱3中的重力滑块6处于中间位置，滑块舱3的重心位于摆板I的正上方。当波浪作用于摆板时，摆板随着水体的运动而进行往复摆动，与此同时，摆板I内部空间中的重力滑块10会沿着滑动轴9向远离转轴4的方向运动，增大摆板I的转动惯量和转动的自然周期，入射波浪能量越大，重力滑块10会继续运动并最终处于滑动轴9的顶端，此时摆板的转动惯量达到最大，摆板I转动的自然周期也达到极值，同时也最为接近入射波的波长，更好的激发共振效应，捕获波浪能。同时，在摆板I上部设置的滑块舱3中，重力滑块6也随着摆板的运动而沿着滑动轴7进行加速和减速，滑块6带来的运动惯性能够提高摆板I转动的幅度，同时也可以改变整体转动机构的重心位置，增强浮力摆式波浪能装置的能量转化效率。
[0026]尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，并不是限制性的。
【权利要求】
1.一种采用重力滑块的浮力摆摆板设计，包括摆板、发电机、转轴、滑块、垫片和滑动轴；摆板、发电机和转轴安装与海底上的海洋工程基础结构物上；滑块舱位于摆板上部；滑块、垫片和滑动轴均布放于摆板及滑块舱内部；其特征在于:浮力摆摆板在波浪的作用下往复转动，摆板及滑块舱内滑块会随着摆板的运动沿着滑动轴运动到不同的位置，从而改变摆板的重心位置、转动惯量和自然周期，促进波浪和摆板间共振，增大浮力摆摆板在不同波浪条件下的运动幅度，进而提高波浪能转换效率。
2.根据权利要求1所述的采用重力滑块的浮力摆摆板设计，其特征在于:摆板上部安装有滑块舱。
3.根据权利要求1所述的采用重力滑块的浮力摆摆板设计，其特征在于:摆板和滑块舱内分别安装有滑动轴和重力滑块。
4.根据权利要求1所述的采用重力滑块的浮力摆摆板设计，其特征在于:滑动轴的两端都安装有保护垫片。
【文档编号】F03B13/14GK103867375SQ201410108398
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】彭伟 申请人:长沙理工大学