浪涌能量利用装置的制作方法

本发明涉及自然能源利用设备领域，特别是一种浪涌能量利用装置。

背景技术：

现代海洋能源主要是指海洋能发电；利用海洋能发电的方式很多，其中包括：潮汐发电、海水温差发电和海水含盐浓度差发电等。国内外已开发利用的海洋能发电主要是潮汐发电。

而海洋中海水是不断的在产生波动的，其中蕴含了大量的能源，已知海浪是一种扩展为线，一般有几米、十几米甚至几十米的宽度，海水齐头并进，它是后浪推动着前面海水形成新的波浪前进，上层海水运动速度大于下层，形成梯次分布。根据流体力学，水是不可压缩的液体，每一个高于水面突起的波浪都是一个压力波，它是压力波推动水流动，水流动的动量反过来又形成新的压力波，就这样成为不断前进的波浪。如果充分吸收宽阔的、从上到下整个垂直面上水压力波的动能，就可大大提高效率多发电。现有利用海岸边水浪的一种软管漂动抽水发电，也有利用海浪起伏带动蛇形管内的泵抽水发电。这些都对海洋能量的吸收利用率不高，发电有限。因此急需提供一种能够充分利用浪涌能量并将能量转化为电能的装置。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，而提供一种利用弧形齿轮和浮筒收集浪涌上下波动的能量，且能够将浪涌能量转化为电能的浪涌能量利用装置。

一种浪涌能量利用装置，包括：

浪涌能量收集装置，包括浮筒、摇臂、弧形齿条和齿轮组，所述浮筒设置于水面上，且随水面的升降随所述摇臂沿竖直方向移动，所述摇臂一端连接所述浮筒，另一端连接所述弧形齿条，所述弧形齿条与所述齿轮组配合；

能量转换装置，包括储能飞轮和发电机，所述齿轮组通过所述储能飞轮与所述发电机传动连接；

浮动平台，包括平台主体和多个固定锚，所述浪涌能量收集装置和所述能量转换装置均设置于所述平台主体上，且所述浮筒突出所述平台主体，所有所述固定锚一端固定设置于所述浮动平台上，另一端固定于所述平台主体周围的海底；

并网机构，包括离合器、并网控制器、激励电源和固定频率和固定电压发生器，所述离合器设置于所述储能飞轮和所述发电机之间，所述发电机的输出端与所述激励电源电连接，所述激励电源通过所述固定频率和固定电压发生器与所述并网控制器电连接。

所述摇臂包括一体成型的第一摇杆和第二摇杆，所述第一摇杆一端连接所述浮筒，另一端设置于所述第二摇杆的一端上，所述第二摇杆的另一端连接所述弧形齿条，且所述第一摇杆和所述第二摇杆具有钝角夹角；所述第二摇杆上通过摇臂支撑机构固定设置于所述浮动平台的上表面上；所述第二摇杆与所述弧形齿条所对应的圆心角的角平分线共线。

所述弧形齿条为半圆结构，且所述弧形齿条远离所述浮筒的侧面上形成有与所述齿轮组配合的齿。

所述齿轮组包括主齿轮、介齿轮、两个扭矩转换齿轮和输出齿轮，所述主齿轮与所述弧形齿条啮合，一个所述扭矩转换齿轮与所述主齿轮啮合，另一个所述扭矩转换齿轮通过所述介齿轮与所述主齿轮啮合，所述输出齿轮与两个所述扭矩转换齿轮均啮合，所述扭矩转换齿轮由同轴安装的两个第一齿轮和第一棘轮机构组成，且一个所述第一齿轮与所述主齿轮或所述介齿轮啮合，另一所述第一齿轮均与所述输出齿轮啮合，且两个所述第一齿轮通过所述第一棘轮机构传动连接，两个所述第一棘轮机构的安装方向相反。

两个所述第一齿轮分别为第一输入齿轮和第一输出齿轮，且所述第一输入齿轮和所述第一输出齿轮同轴，所述第一棘轮机构由棘舌和用于复位所述棘舌的复位弹簧组成，所述棘舌和所述复位弹簧均设置于所述第一输出齿轮上，且所述第一输入齿轮内侧设置有与所述棘舌配合的棘齿，且所述棘齿背向所述第一输出齿轮的转动方向。

所述主齿轮与所述介齿轮、所述主齿轮与所述扭矩转换齿轮、所述介齿轮与所述扭矩转换齿轮以及所述扭矩转换齿轮与所述输出齿轮的齿轮比的范围均为1:12.5至1:100。

所述输出齿轮包括第二齿轮、法兰盘、第二棘轮机构和输出轴，所述第二齿轮设置于所述法兰盘上，且所述第二齿轮通过所述第二棘轮机构与所述输出轴传动连接，所述第二棘轮机构由所述第二齿轮指向所述输出轴，所述第二齿轮与两个所述扭矩转换齿轮均啮合。

所述储能飞轮包括扭力弹簧、惯性飞轮和第三棘轮机构组成，所述扭力弹簧的外侧端与所述输出轴固定连接，中心端通过所述第三棘轮与所述惯性飞轮传动连接，所述惯性飞轮通过所述离合器与所述发电机的输入轴传动连接。

所述发电机为三相同步发电机，所述三相同步发电机上设置有启动绕组。

所述平台主体由多个气密腔室拼合组成，且处于所述平台主体的四角的所述气密腔室上设置有锚绳固定和张紧装置，每一所述固定锚设置于一个所述锚绳固定和张紧装置上。

所述锚绳固定和张紧装置包括两根支撑架、绳毂和锚绳张紧扭力弹簧，两根所述支撑架下端均固定设置于所述气密腔室上，所述绳毂的两端分别设置于两根所述支撑架的上端，且能够在两根所述支撑架的上端沿其轴线自由转动，所述锚绳张紧扭力弹簧一端固定设置于所述支撑架上，另一端固定设置于所述绳毂上，且能够随所述绳毂的转动而紧绷和放松，所述固定锚缠绕于所述绳毂上，且一端与所述平台主体固定连接，另一端与海底接触。

所述固定锚的长度大于所述平台主体所处的海域的涨潮后水深。

一个所述并网机构与多个能量转换装置电连接，每一所述能量转换装置上均设置有一个所述并网控制器。

至少一台所述能量转换装置与所述并网控制器之间连接所述激励电源和所述固定频率和固定电压发生器。

一种利用上述的浪涌能量利用装置的并网方法，包括：

S1、将所有所述离合器和所有所述并网控制器均断开，并将所有所述并网控制器的输出端通过导线连通形成局域网；

S2、将连接有所述激励电源的所述能量转换装置的所述离合器闭合，使其的所述发电机接收浪涌能量进行发电；

S3、所述激励电源向所述固定频率和固定电压发生器供电使其产生具有稳定的三相输出频率和稳定的三相输出电压的电源；

S4、依次闭合其他所述能量转换装置的并网控制器，使其他所述发电机通过所述启动绕组接收S3中的电流，并将其三相输出端连接到所述激励电源的输出端上；

S5、将能够产生与所述局域网内电流相同的所述发电机的所述离合器闭合，使该发电机向所述局域网内输入电能。

在S3中，所述固定频率和固定电压发生器所产生的电源为380V/50Hz；或在S3中，所述固定频率和固定电压发生器所产生的电源为400V/50Hz；或在S3中，所述固定频率和固定电压发生器所产生的电源为110V/60Hz。

本发明提供的浪涌能量利用装置，通过设置浮筒和摇臂对浪涌的上下变化的能量进行吸收，并通过弧形齿条将上下运动转化为圆周运动，并通过齿轮组将周期时间长、方向不定的圆周运动转化为周期时间短、方向单一的圆周运动，方便发电机接收扭矩，通过设置储能飞轮能够对输入至发电机的扭矩进行缓冲，并且能够在发电机断开连接时进行储能，增加能源利用率，通过设置浮动平台和设置锚绳固定和张紧装置，能够使整套系统收到海浪的波动和涨落潮的影响减小，通过设置并网机构，能够实现对发电机进行自建的局域网并网和/或进行市电并网的操作。

附图说明

图1为本发明提供的浪涌能量利用装置的结构示意图；

图2为本发明提供的浪涌能量利用装置的第一齿轮的结构示意图；

图3为本发明提供的浪涌能量利用装置的浮动平台的结构示意图；

图4为本发明提供的浪涌能量利用装置的锚绳固定和张紧装置的结构示意图；

图5为本发明提供的浪涌能量利用装置的并入市电时的连接关系图；

图6为本发明提供的浪涌能量利用装置的自建局域电网的连接关系图；

图7为本发明提供的浪涌能量利用装置的并网流程图；

图中：

1、浪涌能量收集装置；2、能量转换装置；3、浮动平台；11、浮筒；12、摇臂；13、弧形齿条；14、齿轮组；21、储能飞轮；22、发电机；31、平台主体；32、固定锚；33、摇臂支撑机构；41、离合器；42、并网控制器；43、激励电源；44、固定频率和固定电压发生器；104、第一输入齿轮；105、第一输出齿轮；1432、第一棘轮机构；106、棘舌；107、复位弹簧；108、棘齿；121、第一摇杆；122、第二摇杆；141、主齿轮；142、介齿轮；143、扭矩转换齿轮；144、输出齿轮；211、扭力弹簧；212、惯性飞轮；213、第三棘轮机构；311、气密腔室；312、锚绳固定和张紧装置；321、重物块；1431、第一齿轮；1441、第二齿轮；1442、法兰盘；1443、第二棘轮机构；3121、支撑架；3122、绳毂；3123、锚绳张紧扭力弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1至图7所示的浪涌能量利用装置，包括：

浪涌能量收集装置1，包括浮筒11、摇臂12、弧形齿条13和齿轮组14，所述浮筒11设置于水面上，且随水面的升降随所述摇臂12沿竖直方向移动，所述摇臂12一端连接所述浮筒11，另一端连接所述弧形齿条13，所述弧形齿条13与所述齿轮组14配合；

能量转换装置2，包括储能飞轮21和发电机22，所述齿轮组14通过所述储能飞轮21与所述发电机22传动连接；

浮动平台3，包括平台主体31和多个固定锚32，所述浪涌能量收集装置1和所述能量转换装置2均设置于所述平台主体31上，且所述浮筒11突出所述平台主体31，所有所述固定锚32一端固定设置于所述浮动平台3上，另一端固定于所述平台主体31周围的海底；

并网机构，包括离合器41、并网控制器42、激励电源43和固定频率和固定电压发生器44，所述离合器41设置于所述储能飞轮21和所述发电机22之间，所述发电机22的输出端与所述激励电源43电连接，所述激励电源43通过所述固定频率和固定电压发生器44与所述并网控制器42电连接。

所示浮筒11通过所述浮动平台3漂浮于海面上，随着海水平面的上下波动而进行上下竖直运动，并通过所述摇臂12带动所述弧形齿条13进行摆动，所述弧形齿条13将摆动传递至所述齿轮组14，并通过所述齿轮组14将上下摆动转化为连续的单向圆周运动，并将圆周运动的扭矩输入值所述储能飞轮21进行储能和使扭矩能够平稳的输入至所述发电机22处，所述发电机22随着扭矩进行转动并将扭矩转化为电能，并通过所述并网控制器42、所述激励电源43和所述固定频率和固定电压发生器44，进行稳定的电流输出。

当本申请处于独立的海岛时，并网机构将所述发电机22的电流并网到自建局域电网内，即将多组所述能量转换装置2并联对用电设备进行供电的电网系统。

当本申请需要将电能并入市电时，所述发电机22直接通过所述并网控制器42并入所述市电即可。

所述摇臂12包括一体成型的第一摇杆121和第二摇杆122，所述第一摇杆121一端连接所述浮筒11，另一端设置于所述第二摇杆122的一端上，所述第二摇杆122的另一端连接所述弧形齿条13，且所述第一摇杆121和所述第二摇杆122具有钝角夹角；所述第二摇杆122上通过摇臂支撑机构33固定设置于所述浮动平台3的上表面上；所述第二摇杆122与所述弧形齿条13所对应的圆心角的角平分线共线。

优选的，所述第二摇杆122的长度大于所述第一摇杆121的长度。

优选的，所述第二摇杆122与所述第一摇杆121的夹角范围为110°至150°。

通过设置所述第一摇杆121和所述第二摇杆122，能够刚性的改变摆动的方向，并且通过所述摇臂支撑机构33所设置的位置调节所述弧形齿条13与所述齿轮组14之间的传动力度，能够最佳的将能量传递至所述发电机22处。

所述摇臂支撑机构33上端设置于所述第二摇杆122的中点处，通过杠杆原理增加所述浮筒11所传递的力矩，进而使所述弧形齿条13能够更加方便的克服所述弧形齿条13、所述齿轮箱、所述储能飞轮21和所述发电机22的惯性，将能量最大限度的传递至所述发电机22处进行发电。

所述弧形齿条13为半圆结构，且所述弧形齿条13远离所述浮筒11的侧面上形成有与所述齿轮组14配合的齿，通过将所述弧形齿条13设计成半圆结构，能够满足海洋水面所产生的高度差，防止所述弧形齿条13脱开所述齿轮组14，造成意外。

所述齿轮组14包括主齿轮141、介齿轮142、两个扭矩转换齿轮143和输出齿轮144，所述主齿轮141与所述弧形齿条13啮合，一个所述扭矩转换齿轮143与所述主齿轮141啮合，另一个所述扭矩转换齿轮143通过所述介齿轮142与所述主齿轮141啮合，所述输出齿轮144与两个所述扭矩转换齿轮143均啮合，所述扭矩转换齿轮143由同轴安装的两个第一齿轮1431和第一棘轮机构1432组成，且一个所述第一齿轮1431与所述主齿轮141或所述介齿轮142啮合，另一所述第一齿轮1431均与所述输出齿轮144啮合，且两个所述第一齿轮1431通过所述第一棘轮机构1432传动连接，两个所述第一棘轮机构1432的安装方向相反。

所述主齿轮141接收所述弧形齿条13传递过来的上下摆动，并将上下摆动转化为圆周摆动，所述介齿轮142与所述主齿轮141啮合，将所述主齿轮141的圆周摆动转向，并进行一定齿轮比的调节，与所述主齿轮141啮合的所述扭矩转换齿轮143接收所述主齿轮141单一方向的圆周摆动扭矩，将其转化为单方向圆周运动，与所述介齿轮142啮合的所述扭矩转换齿轮143接收所述介齿轮142单一方向的圆周摆动，其中，两个所述扭矩转换齿轮143分别接收所述弧形齿条13所传过来的两个不同方向的摆动，当所述扭矩转换齿轮143接收到与其转动方向相反的扭矩时，所述扭矩转换齿轮143不进行扭矩传递，仅靠惯性进行转动，而且因所述介齿轮142，使得两个所述扭矩转换齿轮143的转动方向一致，进而使得所述输出齿轮144能够接收到相同方向的转动扭矩，达到将所述弧形齿条13的上下摆动转化为连续圆周转动的目的。

如图2所示的两个所述第一齿轮1431分别为第一输入齿轮104和第一输出齿轮105，且所述第一输入齿轮104和所述第一输出齿轮105同轴，所述第一棘轮机构1432由棘舌106和用于复位所述棘舌106的复位弹簧107组成，所述棘舌106和所述复位弹簧107均设置于所述第一输出齿轮105上，且所述第一输入齿轮104内侧设置有与所述棘舌106配合的棘齿108，且所述棘齿108背向所述第一输出齿轮105的转动方向，当所述扭矩转换齿轮143接受到与其转动方向相反的扭矩时，所述棘舌106在所述棘齿108表面滑动，使得所述第一输入齿轮104和所述第一输出齿轮105之间产生滑动，进而使扭矩不能由所述第一输入齿轮104传递到所述第一输出齿轮105，使得所述扭矩转换齿轮143不传递该方向的扭矩，当所述扭矩转换齿轮143接受到与其转动方向相同额扭矩时，所述棘舌106受所述复位弹簧的压力弹入所述棘齿108内卡合，所述第一输入齿轮104带动所述第一输出齿轮105转动，达到传递扭矩的目，即当发电机22进行并网操作时，而所述主齿轮141不进行工作时，所述发电机22的运行不受到阻碍。

所述主齿轮141与所述介齿轮142、所述主齿轮141与所述扭矩转换齿轮143、所述介齿轮142与所述扭矩转换齿轮143以及所述扭矩转换齿轮143与所述输出齿轮144的齿轮比的范围均为1:12.5至1:100。

所述输出齿轮144包括第二齿轮1441、法兰盘1442、第二棘轮机构1443和输出轴，所述第二齿轮1441设置于所述法兰盘1442上，且所述第二齿轮1441通过所述第二棘轮机构1443与所述输出轴传动连接，所述第二棘轮机构1443由所述第二齿轮1441指向所述输出轴，所述第二齿轮1441与两个所述扭矩转换齿轮143均啮合，当所述输出齿轮144不对外传递扭矩或所传递的扭矩减小时，为了防止所述输出齿轮144倒转，将所述第二齿轮1441通过所述第二棘轮机构1443与所述输出轴连接，当输出齿轮144正转时，所述第二棘轮机构1443内部卡合，使扭矩通过所述第二齿轮1441传递至所述输出轴内，当输出轴方向的扭矩大于所述第二齿轮1441方向的扭矩时，即所述输出齿轮144即将倒转时，所述第二棘轮机构1443内部脱开，进行滑动，达到防止所述输出齿轮144倒转的目的。

所述储能飞轮21包括扭力弹簧211、惯性飞轮212和第三棘轮机构213组成，所述扭力弹簧211的外侧端与所述输出轴固定连接，中心端通过所述第三棘轮与所述惯性飞轮212传动连接，所述惯性飞轮212通过所述离合器41与所述发电机22的输入轴1444传动连接，所述扭力弹簧211接收所述输出齿轮144的扭矩，并对其进行储能和传递，所述惯性飞轮212接收所述扭力弹簧的扭矩进行储能，并将扭矩传递至所述发电机的输入轴上，使所述发电机22进行转动进而输出电能，通过设置所述扭力弹簧211和所述惯性飞轮212，能够使扭矩更加平稳的输入至所述发电机22的输入轴上，增加本系统的使用寿命。

所述第一棘轮机构1432与所述第二棘轮机构1443和所述第三棘轮机构213结构相同。

所述发电机22为三相同步发电机22，所述三相同步发电机22上设置有启动绕组，当进行并网操作时，所述发电机22通过所述启动绕组进行预转动，当转速达到一定值是闭合所述离合器41使所述发电机22进行电能输出。

所述离合器41为电控多片干式离合器。

如图3所述平台主体31由多个气密腔室311拼合组成，且处于所述平台主体31的四角的所述气密腔室311上设置有锚绳固定和张紧装置312，每一所述固定锚32设置于一个所述锚绳固定和张紧装置312上，其中，每一所述气密腔室311的高度大于其长和宽，且所述平台主体31的长和宽大于所述平台主体31的厚度(即所述气密腔室311的高度)，所述固定锚32下端固定有重物块321。

如图4所述锚绳固定和张紧装置312包括两根支撑架3121、绳毂3122和锚绳张紧扭力弹簧3123，两根所述支撑架3121下端均固定设置于所述气密腔室311上，所述绳毂3122的两端分别设置于两根所述支撑架3121的上端，且能够在两根所述支撑架3121的上端沿其轴线自由转动，所述锚绳张紧扭力弹簧3123一端固定设置于所述支撑架3121上，另一端固定设置于所述绳毂3122上，且能够随所述绳毂3122的转动而紧绷和放松，所述固定锚32缠绕于所述绳毂3122上，且一端与所述平台主体31固定连接，另一端与海底接触，当海浪产生变化时，所述锚绳固定和张紧装置312能够随着海浪的变化自动调整放出的所述固定锚32的长度，当海浪向上摆动或涨潮时，所述浮动平台3相对于海底的高度增加，所述固定锚32的长度增加，缠绕在所述绳毂3122上的带动所述绳毂3122转动，所述绳毂3122带动所述锚绳张紧扭力弹簧3123进行缠绕变紧，即进行储能，当海浪向下摆动或落潮时，所述锚绳张紧扭力弹簧3123锁储存的能量释放，带动所述绳毂3122进行转动，向上回收所述固定锚32，达到自动调节所述固定锚32长度的目的，而且，通过对所述固定锚32的调节，能够柔性的调节所述浮动平台3所处海面的位置，使所述浮动平台3在一定范围内进行飘动，增加所述浮动平台3克服海水变化的能力，而且通过所述浮动平台3的自动调节功能，能够随时使所述浮筒11始终处于海水的水面处，达到随时收集浪涌能量的目的。

所述固定锚32的长度大于所述平台主体31所处的海域的涨潮后水深，防止海水向上摆动的幅度过大将所述固定锚32打断或使所述浮动平台3没入海水中。

优选的，每一所述浮动平台3上设置有至少一个所述浪涌能量收集装置1和所述能量转换装置2，最大限度的利用所述浮动平台3的表面积。

一个所述并网机构与多个能量转换装置2电连接，每一所述能量转换装置2上均设置有一个所述并网控制器42，即每一所述发电机22的输出端均连接一个所述并网控制器42。

当本申请进行自建局域电网时，至少一台所述能量转换装置2与所述并网控制器42之间连接所述激励电源43和所述固定频率和固定电压发生器44，当本申请进行市电连接时，可以所有所述能量转换装置2均不设置所述激励电源43和所述固定频率和固定电压发生器44。

一种利用上述的浪涌能量利用装置的并网方法，包括：

当将本申请进行自建局域电网时：

S1、将所有所述离合器41和所有所述并网控制器42均断开，并将所有所述并网控制器42的输出端通过导线连通形成局域网；

S2、将连接有所述激励电源43的所述能量转换装置2的所述离合器41闭合，使其的所述发电机22接收浪涌能量进行发电；

S3、所述激励电源43向所述固定频率和固定电压发生器44供电使其产生具有稳定的三相输出频率和稳定的三相输出电压的电源；

S4、依次闭合其他所述能量转换装置2的并网控制器42，使其他所述发电机22通过所述启动绕组接收S3中的电流，并将其三相输出端连接到所述激励电源的输出端上；

S5、依次将所述发电机22的所述离合器41闭合，使该发电机22向所述局域网内输入电能。

当将本申请进行与市电连接时，所有所述发电机22均不设置所述激励电源43和所述固定频率和固定电压发生器44，直接进行S1、S4和S5步骤，其中S4中所述发电机22接收市电的电流，通过所述自启绕组进行自启动，然后将已经达到转速的所述发电机22的所述离合器41闭合，使所述发电机22进行发电，达到为市电进行供电的目的。

在S3中，所述固定频率和固定电压发生器44所产生的电流为380V/50Hz；或在S3中，所述固定频率和固定电压发生器44所产生的电流为220V/50Hz。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。