纵向滚筒式波浪发电驱动装置的制作方法

本发明涉及一种波浪发电驱动设备，尤其涉及一种纵向滚筒式波浪发电驱动装置，主要装设在防波堤，近海，或远洋等海况较为复杂的水域中，作为水利发电系统使用。

背景技术：

我国作为全球最大发展中国家，经济结构形式较为单一，因此在发展过程中面临一系列严重的资源浪费及环境污染问题。为了实现经济与环境和谐发展的目标，我国能源计划制定了两个目标：一是到2020年非化石能源占一次能源消费总量的比重达到15％左右；二是到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40％～50％。发展清洁能源技术是实现相关目标的关键。

常见的清洁能源技术有太阳能、风能、生物能、潮汐能等。目前太阳能与风能技术发展较为成熟，而利用潮流能发电的系统结构设计大多较为复杂，成本较高，具有结构强度低，发电效率差等缺点，使得自然界中这一巨大清洁能源潮汐与波浪能未能充分利用。因此，积极开发利用海洋波浪中的能量对节能减排，实现经济与环境发展相统一有着重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种纵向滚筒式波浪发电驱动装置，具有结构设计简单，制造成本较低，发电效率高等优点，而且满足一定的强度要求，实现了安全性与经济性的统一。

本发明的目的是这样实现的：包括顶部端板、底部端板、设置在顶部端板与底部端板之间的三个呈等边三角形布置的纵向滚筒装置、设置三个纵向滚筒装置中间的旋转主轴、通过轴承与旋转主轴连接的浮体装置、均匀设置在浮体装置上的协同运行发电机，所述旋转主轴的上端依次穿过顶部端板和浮体装置且其上端安装有驱动齿轮、下端与底部端板固连，驱动齿轮与协同运行发电机的转子啮合，每个纵向滚筒装置包括与底部端板固连的滚筒、设置在滚筒内的直流电机、安装在直流电机输出端上的小齿轮、设置在滚筒内中心位置的副轴、安装在副轴上的从动齿轮、设置在从动齿轮上方的滚筒底部密封板，小齿轮与从动齿轮啮合，滚筒底部密封板同时与副轴、滚筒连接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述协同运行发电机有三个，且呈等边三角形布置在浮体装置上。

2.每个所述滚筒内还设置有为直流电机供电的蓄电池。

3.所述浮体装置是船体的一部分或是防波堤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明最大程度地避免了与流体的法向应力作用。利用圆柱形光滑表面结构，最大限度地将对结构造成破坏的法向来流转化为可以回收利用的剪切流。而传统意义上的潮流发电装置都是通过水流直接作用在沿一轴心均匀分布的推板上进而利用水能发电的，这种结构对水流的流向敏感性高，在复杂恶劣海况下工作效率低，结构强度差，容易受到波浪破坏。本发明改善了传统波浪发电驱动装置的性能，该纵向圆柱形滚筒绕流机制如图5所示：远方来流速度为V，滚筒以角速度ω围绕其轴心转动。圆柱上方切向速度与来流方向相同，圆柱下方切向速度与来流方向相反，由于流体的粘性，使得圆柱上方的流速大于来流的速度，圆柱下方的流速小于来流速度。根据重力场中不可压缩流动的伯努利方程可知，在高度Z一定的情况下，流场中速度越大的地方压强越小。因而圆柱形滚筒受到两个力，一个是流场不对称产生的升力F,另一个是来流冲击产生的压力P。该波浪发电驱动装置受力作用如图6所示：由于流场的不对称性，三个滚筒分别受到通过各自轴心的推力T₁，T₂，T₃。在这三个推力作用下该滚筒围绕主轴o的轴心旋转，进而带动齿轮机构传动进行发电。

本发明中的浮体装置在船体或海岸可采用固定式的。在船体上可把船体结构的一部分作为浮体；在沿岸，特别是防波堤，可把该发电驱动装置固定在防波堤上，不仅能够回收波浪能，而且减缓的波浪对防波堤的冲蚀作用，本发明的波浪发电驱动装置适用于大多数复杂海况，具有明显的技术进步与经济性特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2a-图2c是本发明的三视图；

图3是本发明的纵向滚筒装置的内部结构示意图；

图4是本发明用于防波堤上构成的发电驱动系统结构示意图；

图5是单个滚筒绕流机制示意图；

图6是多个滚筒受力作用示意图；

图7是本发明的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图7，本发明的纵向滚筒式波浪发电驱动装置，主要构件包括协同运行发电机1，与驱动齿轮3啮合的发电机转子2，支撑发电系统漂浮的浮体装置4，纵向滚筒装置5，旋转主轴6，底部端板7，顶部端板16，滚筒内部旋转副轴8及滚筒装置内部的蓄电池9，副轴上的从动齿轮10，滚筒底部密封板11，直流电机13及该电机上的小齿轮12。

发电装置所在位置构成一个等边三角形，发电装置转子通过齿轮与旋转主轴传动齿轮啮合。

本发明的纵向滚筒装置5包括三个可围绕其各自轴心旋转的薄壁滚筒、直流电机13、蓄电池9等，三组滚筒轴心在同一水平面上构成一个等边三角形，旋转主6位于这个等边三角形的形心处。滚筒直径为旋转主轴直径的3倍以上，长度为直径的5倍以上。直流电机通过齿轮驱动滚筒围绕各自副轴旋转，旋转速度为60-100r/min。

整个滚筒装置可围绕主轴旋转，上端传动齿轮固定在主轴顶端，主轴与滚筒下端由一块底部端板7连接。

结合图3，蓄电池9为直流电机13提供电能，通过齿轮系统12与10使副轴8转动，进而带动纵向滚筒装置5围绕副轴8转动。由于来流的不对称性，产生一个偏离主轴的作用力，从而使三个滚筒围绕旋转主轴6转动，旋转主轴6通过驱动齿轮3带动发电机转子2转动发电。

结合图4，本发明可使用在防波堤上，防波堤14上安装一排波浪驱动装置15，不仅能够将波浪能转化为电能，而且能够减缓波浪对防波堤的冲蚀作用。

综上，本发明设计的是一种纵向滚筒式波浪发电驱动装置。该波浪发电驱动装置主要包括三套垂直的圆柱形滚筒装置，一根旋转主轴，相关传动齿轮系统，一套承载发电系统漂浮的浮体装置。其中圆柱形滚筒装置内布置有蓄电池、齿轮与直流电机等组成的驱动系统，可以驱动滚筒围绕相关的副轴转动。在一定来流条件下，根据马格努斯效应可知，每个旋转的滚筒都会产生偏离主轴的升力，进而驱动滚筒围绕主轴旋转，通过齿轮传递有效地将波浪能转化为电能。在波浪作用较为剧烈的条件下，滚筒旋转消耗的电能远低于该发电系统转化的电能。该纵向滚筒式波浪发电驱动装置具有结构设计简单，携带安装方便，发电效率高，安全清洁，不受来流方向限制等优点，不仅可以用于近海港口，而且还可以为远洋工程船舶提供电能，是一种极具发展潜力的新型波浪发电驱动装置。