浪向自适应多水道波浪聚焦型波能发电装置的制作方法

本发明属于海洋能利用技术领域，尤其涉及基于波浪聚焦和浪向自适应原理的波能发电装置。

背景技术：

海洋蕴含着可观的能量。充分开发和利用海洋能源可有效填补当前世界的能源缺口。在诸多海洋能形式，波浪能因其不受时地限制且分布广泛等优点受到广泛关注，已显示出很好的应用潜力。然而，在世界范围内很多海域的波浪能资源虽然分布广泛，但密度不均且随季节波动很大,导致传统波浪能装置的波能利用率不高。本发明提出一种用于中低波能密度海域的波浪能发电装置，该装置可利用多水道结构进行波能聚焦，以增加当地海域可俘获波能的总量、提高波能的利用率。同时，该装置具有浪向自适应的特点，可以根据来浪方向调整装置的迎浪角度，以适应不同季节的浪向变化。

技术实现要素：

本发明的目的是为中低波能密度和浪向变化的海域设计一种有效的波浪能发电装置。该装置的原理是构造两条对称的水道先将入射波浪一分为二，利用每条水道逐渐改变波浪的传播方向，水道再次交汇时，两个相同相位的波浪会迎头碰撞，产生更大的波高，这样便实现了波浪聚焦，增加了当地海域的可利用波能密度，本装置利用波浪聚焦位置处的波浪能来发电。同时，本装置可随浪向被动旋转，使水道入口始终处于迎浪方向，从而适应来浪方向不定的海域和浪向随季节变化的海域。

本发明的技术方案：

浪向自适应多水道波浪聚焦型波能发电装置，包括能量采集系统、能量转换系统和支撑系统；

所述的能量采集系统包括挡水外板1、流线型导流箱体2、浮子3、滑轨4、固定杆5、桩柱固定孔6、高强度尼龙绳索7和水道29；

挡水外板1在俯视方向看是簸箕形半开敞形状，工作时波浪从开口处进入，挡水外板1垂直穿过自由水面；挡水外板1套在流线型导流箱体2外围，在挡水外板1和流线型导流箱体2之间形成水道29区域；波浪从开口处进入时，被流线型导流箱体2分为左右两条对称的水道29；两条水道29逐渐改变波浪的传播方向，到水道交汇点30位置处时，两条水道的方向变为共线，使得两水道中波浪可迎头碰撞；用九根直径尽可能细且表面涂有抗腐蚀材料的高强度钢管作为连接用固定杆5，分别连接于抛物线型的挡水外板1和流线型导流箱体2的上下端之间，使得挡水外板1和流线型导流箱体2作为一个整体一同转动；从迎浪侧向背浪侧，挡水外板1和流线型导流箱体2的高度呈现抛物线型递增规律；挡水外板1和流线型导流箱体2之间的距离在前半段中呈现递减的规律，后半段中距离不变；在流线型导流箱体2下底面中心位置处有一个圆柱形凹陷的槽，即桩柱固定孔6，桩柱固定孔6通过转动轴承13与桩柱15上端相匹配；在水道交汇点30处靠近流线型导流箱体2的外壁面上，固定垂向滑轨4，圆柱状的浮子3连接在滑轨4上，并在浮子3下底面中心点位置连接一根高强度尼龙绳索7；工作时，波浪由挡水外板1的开口进入能量采集系统，由于流线型导流箱体2的阻碍作用，波浪被分为两部分进入两条水道；由于水道位置的逐渐变窄和变向，水位逐渐抬高并且波浪运动由开始的平行运动到最后的共线相向运动；在水道的最后，两股波浪相撞并叠加运动幅值，带动悬浮在此处的浮子3；浮子3跟随波浪上下运动的同时，其下侧相连的高强度尼龙绳索7将浮子3的动能收集并传送到能量转换系统；

所述的能量转换系统包括高强度尼龙绳索7、定滑轮组8、发电舱9、整流电器11、蓄电池组12、转动轴承13和维修通道14，其中发电舱9包括电缆10、飞轮转子17、散热片18、发电机19、电机舱20、防水外壳21、齿轮组23、转轴24和排线通道25，齿轮组23包括尼龙绳索绕线桶22、预拉伸弹簧压片16、固结齿轮28、棘轮26和棘爪27；高强度尼龙绳索7通过固定在挡水外板1和流线型导流箱体2上的定滑轮组8，最终连接到齿轮组23中的尼龙绳索绕线桶22；在齿轮组23中，尼龙绳索绕线桶22和固结齿轮28同轴固结在一起，并在尼龙绳索绕线桶22内部绕中轴放置一段预拉伸弹簧压片16；棘爪27固结在固结齿轮28上，在其上附带的弹簧推动下，始终朝向中轴侧转动，且其前段有前伸悬臂，使得固结齿轮28只有朝一个方向转动时，才能带动棘爪27推动棘轮26与之一起旋转，而朝另一个方向转动时棘爪27只会从棘轮26的齿轮上掠过，而不会带动齿轮一起转动；棘轮26与固结齿轮28并不固结，两者的中轴间布置一层滚珠轴承，使得两者同轴线但是却可发生相对转动；在发电舱9中，棘轮26与飞轮转子17同时固结在一根转轴24上，并在棘轮26与飞轮转子17的上下侧同时布置转动轴承13；在飞轮舱室的外侧均匀布置数个散热片18，便以将飞轮转动时产生的内能传递出去；飞轮转子17下侧与电机舱20相连，将飞轮转子17产生的动能转化为电能；最后在发电舱9的外侧罩上一层防水外壳21，防止电机与齿轮中渗入海水；电机舱20导出的电缆10经过排线通道25，先传送至整流电器11中，再将整流后的电能传送至蓄电池组12中，并在蓄电池上外接两根电缆10，将电能导出；并在整流电器11与蓄电池组12的外侧预留出维修通道14，以便维修；工作时，高强度尼龙绳索7通过定滑轮，缠绕在尼龙绳索绕线桶22上；高强度尼龙绳索7的运动，带动尼龙绳索绕线桶22的转动，进而带动与之固结的固结齿轮28的转动；有棘爪27的存在，固结齿轮28只有朝一个方向的转动才能带动棘轮26的一起转动；棘轮26转动进而带动与之同轴的飞轮转子17一同转动，飞轮转子17正常转动，并在下侧的发电舱9中发电；发电舱9将发得的电能输送至整流电器11中，整流电器11将电流稳定后再输送至蓄电池组12中；

所述的支撑系统包括转动轴承13和桩柱15；桩柱15的下部埋入海床，其上部周围均匀布置数组转动轴承13，使套在其上的装置可绕桩柱15自由转动，保证装置开口方向始终是朝着来浪方向；工作时，主要是波浪打在挡水外板1上时，通过数组转动转轴24，使得挡水外板1绕桩柱15转动。

本发明的有益效果：

(1)通过双水道对波浪聚焦，箱体后面的水体质点运动波幅得以加倍。

(2)通过万向轴承连接装置与固定桩柱，装置开口可以始终朝向波浪流动方向，适应不同季节、水域条件，对环境要求低，可在广阔海域投入使用。

(3)在绕线桶中布置有几圈预拉伸弹簧压片，可以保证浮子无论是在波峰或是在波谷处，与之连接的尼龙绳索始终出于拉直状态，不会因松动造成绳索脱轨于滑轮组而不能正常工作。

(4)在与棘轮连接的固结齿轮上固定有一棘爪，使得绕线桶的双向转动中只有一个方向的转动可以带动棘轮的运转，从而确定发电舱中的飞轮转子单向储能，同时限制了飞轮的动能上限，保护飞轮的安全。

(5)飞轮转子旋转起来具有陀螺效应，保证固定在桩柱上的发电机舱具有稳定性。

(6)发电机的下部直接连接着整流电器与蓄电池，可以将不稳定的电流经过整流器稳定后，输入蓄电池中储存或者直接稳定输出。

附图说明

图1是能量采集系统装置俯视图。

图2是能量采集系统装置透视图。

图3是支撑系统装置主视图。

图4是装置整体侧视图。

图5是发电舱室细节图。

图6是齿轮组细节图。

图中：1挡水外板；2流线型导流箱体；3浮子；4滑轨；5固定杆；6桩柱固定孔；7高强度尼龙绳索；8定滑轮组；9发电舱；10电缆；11整流电器；12蓄电池组；13转动轴承；14维修通道；15桩柱；16预拉伸弹簧压片；17飞轮转子；18散热片；19发电机；20电机舱；21防水外壳；22尼龙绳索绕线桶；23齿轮组；24转轴；25排线通道；26棘轮；27棘爪；28固结齿轮；29水道；30水道交汇点。

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：

在流线型导流箱体2中间开一个圆孔，将桩柱15固定在这个圆孔中。用五根直径不大但是高强度的钢构件连接挡水外板1和导流箱体2，两者之间的位置关系应满足在箱体的中段以后水道预留宽度基本不变。圆筒状浮子3通过可滑动的滑轨4固定在箱体的正后方，并且与边壁预留出一定距离。将数排轴承布置在桩柱15的顶部和四周，保证箱体可沿桩柱15自由转动。桩柱15预埋在海床下面。

将高强度尼龙绳索7连接在浮子3的正下方，通过数只定滑轮穿过防水外壳21，缠在绕线桶上。并在绕线桶的内部围绕中间一根轴放置几圈预拉伸的弹簧压片。将绕线桶固结在固结齿轮28上，将固结齿轮28与棘轮26同轴线但并不固结在一起，并在靠近棘轮26轮齿的固结齿轮28上，安置一个可弹动的棘爪27。沿棘轮26轴部固结一根轴承，向下延伸至飞轮转子17的轴部，使棘轮26转动带动飞轮转子17一起转动。在飞轮舱中，上下均用轴承将转子与上下舱壁隔离开来，并在舱室外侧的四周布置数排散热片18。下部是发电机舱20室，将发电机19中的电通过排线管道连接至整流器中，再将整流器中的电输送至蓄电池组12中，并在蓄电池组12上外接几根电缆10。在整流电器舱室11与蓄电池舱室边壁都预留有维修通道14。

实施例的具体参数如下：

本发明主要适用于近海水域，仅参考南海近海的常年6m水深。浮子3设计取直径0.5m，高度0.4m的圆柱状物体。挡水外板1的开口端宽度为6m，中间纵轴线长度为5.9m，迎浪侧高度为3m。而导流箱体2中段后距外板的水道宽度为1m，导流箱的高度与外板一致。桩柱15高度7.2m，直径为9.2m。带动的飞轮直径为2.2m。