專利名稱：浮體繩輪波浪能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬海浪發(fā)電領域。
背景技術：
目前的波浪能轉換系統(tǒng)，通常具有兩個部分第一部分為采集系統(tǒng)，作用是俘獲波浪能; 第二部分為轉換系統(tǒng)，即把俘獲的波浪能轉換為某種特定形式的機械能或電能。采集系統(tǒng)的 形式有振蕩水柱式(OWC)、振蕩浮子式(Buoy)、擺式(Pendulum)、鴨式(Duck)、筏式(Raft)、 收縮坡道式(Tapchan)、蚌式(Clam)等，提高波浪能俘獲量的技術有通過波浪繞射或折射的聚 波技術，以及通過系統(tǒng)與波浪共振的慣性聚波技術。轉換部分有空氣葉輪、液壓系統(tǒng)、低水 頭水輪機、以及發(fā)電機等，提高轉換效率的方法有可控葉片、變阻尼、整流、定壓等，提高 能量質量的方法有能量緩沖和調勵磁等。目前最常見的是振蕩水柱+空氣葉輪的波浪能裝置， 另外，振蕩浮子+液壓系統(tǒng)也是目前發(fā)展勢頭最猛的波浪能裝置，該技術采用浮子俘獲波浪能， 通過與浮子連接的液壓裝置將波浪能轉換成液壓能，再通過發(fā)電機轉換成電能，或通過其它 設備制造淡水或冰。
雖然波浪能轉換的裝置千變萬化，但目前大多數仍無法適應變化多端的海浪，抗風浪能 力也差，在海浪小的時候，對其吸收波浪能的部分，推動力太小，遠遠達不到其額定效果， 吸收能力太差，而在海浪大的時候，又往往超過了它吸收波浪能裝置的工作范圍，導致系統(tǒng) 受損。
就拿就要投入商業(yè)運營的"海蛇"來說，在海浪波長小于它的每節(jié)長度的時候，海浪對 每節(jié)的作用幾乎類同，無法讓海蛇作"曲膝"的彎曲動作，因此無法吸收海浪能。如果海浪 的1/4波長大于海蛇總長度，雖然海浪的波高大了，但波形變得平緩，所以仍然無法有效的 吸收海浪能。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種浮體繩輪波浪能發(fā)電系統(tǒng)，它能夠在大部分波形的波浪下仍能 夠有效工作，有效工作時間長，抗風浪能力強。
本發(fā)明的技術方案(見圖ll):
本系統(tǒng)利用浮體(1)來吸收波浪能，然后通過一端系在其上而另一端纏繞在轉輪(3) 上的繩(2)拉動轉輪(3)，實現將獲得的無規(guī)律的波浪推力，轉換成旋轉動力，轉輪(3) 一方面將動力輸出給傳動機構、發(fā)電機進行發(fā)電，另一方面收緊蝸簧(4)進行蓄能；在波浪 回落階段，繩(2)變松，蝸簧(4)釋放勢能帶動轉輪(3)反轉，將松垮的繩(2)收回。
工作原理詳細如下
根據波浪理論，波浪上的點實際上是在作圓周運動，不管多大的浪，只是圓周運動的半 徑大小不同而已，所以漂浮在波浪上的浮體(1)也跟著在作圓周運動，這樣浮體(1)與轉 輪(3)相對距離就會發(fā)生周期變化。當浮體(1)與轉輪(3)的距離增大時， 一端系在浮體 (1)上，而另一端纏繞在轉輪(3)上的繩(2)就會拉動轉輪(3)旋轉，從而將波浪不規(guī) 則的推力轉換成旋轉動力，拉程(即拉繩的行程)等于圓周運動的直徑即波浪波高，同時在此過程中也收緊了收繩用的蝸簧(4)。在波浪回落階段，浮體(1)與轉輪(3)之間距離減 小時，波浪推力消失，繩(2)變松，這時蓄能的彈簧(4)的彈性勢能釋放，帶動轉輪(3) 反向旋轉，將繩(2)收回，波浪能采集，就是這樣不斷重復著拉、收兩個過程。
對于簡化型浮體繩輪波浪能發(fā)電系統(tǒng)(見
圖1)，轉輪(3)輸出的動力可直接給發(fā)電機 (19)或通過變速器再給發(fā)電機進行發(fā)電。
而對于完整型浮體繩輪波浪能發(fā)電系統(tǒng)，轉輪(3)輸出的動力先通過棘輪(12)變?yōu)閱?向旋轉動力，然后再通過液壓系統(tǒng)輸入端(13)、壓力蓄能器(16)、液壓系統(tǒng)輸出端(17) 進行能量的匯集、穩(wěn)壓、輸出，最后由發(fā)電機(19)將機械能轉化為電能，必要的時候也可 以加輔助整流設備。
為了使轉輪(3)位置能夠盡量穩(wěn)定，以配合轉輪(3)與浮體(1)的相對運動，轉輪(3) 所基于的的容器(25)，在水中，其垂直投影面積盡量大，以提高水的阻力，因為深處的水幾 乎不流動。當然也可以不必用增加面積這個方法，而直接用系向海床的繩(26)拴住容器(25) 就可以了。
浮體(1)可采用圓形、正三圓角形、圓角矩形或其它種凸多邊形板形狀(之所以采用圓 角是為了防止尖角撕裂彈性銜接面)，多個板狀的浮體(l)在一個平面內鋪開，相鄰浮體(l) 間通過彈性銜接面(6)銜接，從而構成整個一個浮體陣列面(5)，從而增加了與波浪的接觸 面積，減少波浪繞過浮體而引起的能量流失，其容易彎曲性也使之能跟隨各種形式的波浪彎 曲起伏，能夠自動適應，從而高效率的吸收波浪能。
因為浮體陣列面(5)上的相鄰浮體(1)的運動狀態(tài)、位置相近，所以繩(2)可以分叉 成若干股支繩(7)，通過支繩(7)系在相鄰的多個浮體(1)上，就可以獲得多個浮體(1) 的拉力，繩(2)也可用通過桿架(8)將更大范圍的各個支繩(7)連接起來，以能夠傳遞更 大面積波浪的推力。
為了防止浮體陣列面(5)打巻，設置一個框架(29)，從該框架(29)引出的繩將整個 浮體陣列面(5)向外扯，從而使浮體陣列面(5)保持展開狀態(tài)。
為使轉輪(3)能夠更好的工作，使纏向轉輪(3)的繩(2)保持穩(wěn)定，讓繩(2)經過 一個滑輪(31)再通向轉輪(3)。該滑輪的支架(9)固定在軸承(10)的內環(huán)上。這樣由浮 體(1)來的繩(2)的角度即使不斷改變，滑輪(11)都可以適時調整方向，使得通向轉輪 (3)的繩(2)方向保持穩(wěn)定。
轉輪(3)的兩側應加擋板(30)，以限制繩纏繞的范圍。
基于防腐的考慮，為了最大程度減少與海水的接觸，對于簡化型浮體繩輪波浪能發(fā)電系 統(tǒng)，轉輪(3)兩側的軸，分別通過水密封圈(11)再與蝸簧(4)和傳動機構或發(fā)電機(19) 軸聯；蝸簧(4)、發(fā)電機(19)及其附屬設備都在與水隔離的容器(25)內。而對于完整型 浮體繩輪波浪能發(fā)電系統(tǒng)，轉輪(3)兩側的軸，分別通過水密封圈(11)與蝸簧(4)和棘 輪(12)軸聯，棘輪(12)再與液壓傳動系統(tǒng)相連；蝸簧(4)、棘輪(12)、液壓系統(tǒng)、發(fā)電 機(19)及其附屬設備都在與水隔離的容器(25)內。這樣，只有浮體(1)、繩(2)、轉輪 (3)浸在海水里，可以最大限度的減少海水對這個系統(tǒng)的腐蝕，參加圖9，里面的外廓(24) 下面保護的就是蝸簧(4)、棘輪(12)。
每個液壓系統(tǒng)輸出端(17)，都配有自控換向閥(18)，用自控換向閥(18)來控制液壓 系統(tǒng)輸出端(17)的油缸與高壓管(14)、回油管(15)的接通、斷開。該自控換向閥(18)上下兩端分別接通高壓管(14)和回油管(15)，內設一同軸雙活塞(22)，同軸雙活塞(22) 的兩個活塞的間距小于高壓管(14)、回油管(15)之間間距，每個活塞的高度又大于高壓管 (14)、回油管(15)的直徑，同軸雙活塞(22)的上下兩端各有軸(21)，延伸出自控換向 閥(18)夕卜。液壓系統(tǒng)的柱塞泵輸出端的連桿上固結有兩個撞擊桿(23),分別對應自控換向 閥(18)的兩個軸(21)。當液壓系統(tǒng)輸出端(17)的活塞推進到油缸底的時候，撞擊桿(23) 碰到換向活塞軸(21)，引起同軸雙活塞(22)移動，同軸雙活塞的一個活塞將回油管(15) 堵住，而與此同時的另一個活塞的移開使高壓管(14)能夠導通，于是輸出端在高壓管(14) 輸入高壓油的作用下，液壓系統(tǒng)輸出端(17)活塞離開油缸底。當快到頂部的時候，液壓系 統(tǒng)輸出端的另一側撞擊桿(23)撞擊自控換向閥(18)的另一軸(21)，從而導致其堵住高壓 管(14),而接通回油管(15)，于是在慣性的作用下，液壓系統(tǒng)的輸出端活塞向汽缸底前進， 排出油，然后再重復剛才這一過程。
容器(25)加其內部設備的比重應大于水，依靠上面的浮體(1)通過繩(2)給與它向 上的拉力，以使它能夠在海水中懸浮，所以容器(25)加設備與水的比重不能差太大，以免 整個下沉。容器(25)的垂直投影面積應該比較大，以使它在受到繩(2)的拉力時，能夠受 到很大阻力而保持穩(wěn)定。也可用錨將容器(25)其錨定，以使它能夠穩(wěn)定。 本發(fā)明具有以下優(yōu)點
繩(2)與轉輪(3)的組合傳動，非常靈活，繩(2)在其工作平面內可以沒有固定的 運動軌跡，繩可以以各種角度拉動轉輪(3)，繩(2)的系點與轉輪(3)的工作距離可大可 小，拉、收繩的行程也可大可小，從而能夠適應浮體(1)上繩的系點的不同半徑大小、不同 位置的圓周運動，能夠將不同波形的波浪推力轉換成旋轉動力。這種靈活使得系統(tǒng)能夠適應 各種不同大小的波浪，增加了有效工作時間，提高了效率，并且，結構簡單，只有浮體(1)、 繩(2)、轉輪(3)。由于繩(1)的收放距離可以很長(可以達到數十米)，這就大大延長了 波浪沖擊過程中緩沖距離，減小了瞬時沖擊力，抗風浪能力由此得以增強。
浮體陣列面(5)，增加了與波浪的接觸面積，并避免了波浪的繞流帶來的能量的流失， 能更大程度的吸收波浪的推力。
由于只有浮體(1)、繩(2)、外涂防腐材料的轉輪(3)浸在海水里，而它們都是不怕 海水的，怕海水的都在水密性好的容器(25)內。所以該系統(tǒng)的抗腐蝕能力強。圖l:簡化型浮體繩輪波浪能發(fā)電系統(tǒng)示意圖 圖2:正三圓角形浮體陣列面(含支繩) 圖3:圓角矩形浮體陣列面(含框架) 圖4:圓板形浮體陣列面(含支繩、鋼架) 圖5:用于規(guī)整繩方向的軸承、滑輪組合結構 圖6:防腐結構設計示意圖
圖7:完整型浮體繩輪波浪能發(fā)電系統(tǒng)平面示意圖 含自控換向闊平面示意圖
圖8:完整型浮體繩輪波浪能發(fā)電系統(tǒng)立體示意圖
含自控換向閥立體示意圖 圖9:規(guī)模發(fā)電浮體繩輪波浪發(fā)電系統(tǒng)外觀圖
1— 浮體
2— 繩
3— 轉輪
4— 蝸簧
5 —浮體陣列面
6 —彈性材料
7— 支繩
8— 桿架 9一滑輪的支架 IO—軸承 ll一水密封圈
12— 棘輪
13— 液壓系統(tǒng)輸入端 14一高壓管
15 —回油管
16— 壓力蓄能器
17— 液壓系統(tǒng)輸出端
18— 自控換向閥 19一發(fā)電機
20— 儲油缸
21— 自控換向閥的軸
22— 同軸雙活塞
23— 撞擊桿
24— 外廓 25 —容器
26— 系向海床的繩
27— 壓力蓄能器
28— 系向框架的繩
29— 框架
30— 擋板
31— 滑輪
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。
(一) 對于導航浮標用電來說，因為不需要太多的能量，所以可以采用簡化型浮體繩輪 波浪能發(fā)電系統(tǒng)(見圖l)。用鐵餅狀海漂子作浮體(1)，面積具體大小視能量需求而定，例 如直徑1米，厚度0.3米。繩(2)應采用高強度、耐腐蝕、耐磨、光滑、柔韌性好的材料制 作，例如尼龍，總長約50米即可，25米纏繞在轉輪(3)上。轉輪(3)用乙烯塑料做，轉 輪(3)兩端有擋板(30)，轉輪(3)直徑為0.5米。轉輪(3)經水密封圈(11)與容器(25) 內的蝸簧(4)、變速器或發(fā)電機(19)軸聯，容器壁是由高強度塑料加鋼絲纖維復合而成， 發(fā)電機引出的電路經橋式整流、電感后接蓄電池和負載。蝸簧(4)、變速器(28)、發(fā)電機(19)、 整流電路、蓄電池都放置在此水密性好的容器(25)內，以防海水腐蝕。容器(25)可以做 成扁平狀，增大垂直投影面積，以提高水的阻力，也可以不必釆用增加面積的方法而直接用 系在海床的繩(26)拴住它。容器(25)加內部設備的比重比水大，但比重差要小于浮體(1) 所能提供的最大浮力，以使得整個系統(tǒng)不至于下沉。
(二) 如果要大規(guī)模的釆集能量，則要采用完整型浮體繩輪波浪發(fā)電系統(tǒng)(見圖7、見 圖8)。首先，要制作浮體陣列面(5)。在風浪比較多的海域，采用圓板形(半徑0.2米)浮 體或正三圓角板(邊長0.4米)不錯(見圖2、圖4)，在涌浪比較多的地方，采用圓角矩形
(1米X0.3米)浮體板(見圖3),浮體(1)可以用泡沫塑料(海漂子上用的)加高強度塑 料鋼絲復合板，浮體板間的彈性銜接面(6)，可用橡膠材料來作。
負責展開浮體陣列面(5)的框架(29)，可用不銹鋼管制作，并且內部空心不進水以保 證有一定的浮力。
繩(2)，依然采用尼龍繩，總長50米，25米纏在下面的轉輪上，要保證具備一定強度。 支繩(7)長度在1米左右，也可以通過桿架(8)讓繩(1)與更多的支繩(7)連接，但這 一般適合于波浪比較規(guī)整、以涌浪為主的海域，則單根繩(2)所連接的多個浮體(1)的總 面積可以達到6米X2米的矩形，而如果該海域以風浪為主，則單根繩(2)對應的多個浮體 (1)的總面積在2 4平米就可以了，過多的浮體(1)的支繩(7)連結在一起，很可能引 起"搖擺"動作，導致繩(2)不能有效運行。
為使通向轉輪(3)的繩(2)方向能夠穩(wěn)定，讓繩(2)經過一個滑輪(31)后，再通向 轉輪(3)。該滑輪的支架(9)固定在軸承(10)的內環(huán)上。這樣由浮體(1)來的繩(2)的 角度即使不斷改變，滑輪(31)都可以適時調整方向，使得通向轉輪(3)的繩(2)方向保 持穩(wěn)定。
對于轉輪(3)，其兩端有擋板(30)，轉輪(3)的直徑為0.5米，同時要具有防腐能力， 可以用外表涂有光滑耐磨塑料的鋼筋混凝土制作。轉輪(3)的支架固定在容器(25)的頂板 上面，轉輪(3)的兩側的軸，通過水密封圈(11)分別與蝸簧(4)和棘輪(12)軸聯，棘 輪(12)接液壓傳動系統(tǒng)輸入端。蝸簧(4)、棘輪(12)、液壓系統(tǒng)、發(fā)電機(19)等都在與 水隔離的容器(25)內，這樣只有浮體(1)、繩(2)、轉輪(3)浸在海水里，可以最大限度 的減少海水對這個系統(tǒng)的腐蝕，圖9里的外廓(24)下面保護的就是蝸簧(4)、棘輪(12)。 系統(tǒng)采用的液壓系統(tǒng)，輸入端(13)、輸出端(17)均采用柱塞泵式。 液壓管路系統(tǒng)的靠近輸入端(13)部分，管路細而分支多，可以使用鋼絲加強尼龍膠管制作，既可以防腐蝕，又可以靈活調整位置。而靠近輸出端(17)的部分，管路要粗。液壓 能傳輸，應本著高壓、低速、穩(wěn)速的原則，這樣可以減少摩擦損耗、避免脈沖波動。
每個液壓系統(tǒng)輸出端(17)，都配有自控換向閥(18)，用自控換向閥(18)來控制液壓 系統(tǒng)輸出端(17)的油缸與高壓管(14)、回油管(15)的接通、斷開。該自控換向閥(18) 上下兩端分別接通高壓管(14)和回油管(15)，自控換向閥(18)內有一同軸雙活塞(22), 同軸雙活塞(22)的兩個活塞的間距小于高壓管(14)、回油管(15)之間間距，每個活塞的 高度又大于高壓管(14)、回油管(15)的直徑，同軸雙活塞(22)的上下兩端各有軸(21)， 延伸出自控換向閥(18)夕卜。液壓系統(tǒng)的柱塞泵輸出端的連桿上固結有兩個撞擊桿(23)，分 別對應同軸雙活塞的兩個軸(21)。
發(fā)電機(19)則選用配套的即可，必要時可以再加整流設備。
容器(25)加其內部設備的比重應大于水，依靠上面的浮體陣列面(5)通過繩(2)給 與它向上的拉力，以使它能夠在海水中懸浮，所以容器(25)加設備與水的比重不能差太大， 以免浮體陣列面(5)承受不住而整個下沉。容器(25)的垂直投影面積應該比較大，以使它 在受到繩(2)的拉力時，能夠受到很大阻力而保持穩(wěn)定。用錨將容器(25)其錨定,以使它 能夠穩(wěn)定。
未來海浪發(fā)電系統(tǒng)的外觀模樣可參見圖9。
權利要求
1、一種波浪能發(fā)電系統(tǒng)，包括波浪能采集部分、傳動與轉換部分，其特征于其波浪能采集部分，包括浮體(1)、繩(2)、轉輪(3)、蝸簧(4)；繩(2)一端系在浮體(1)上，另一端纏繞在轉輪(3)上，轉輪(3)一側與蝸簧(4)軸聯。
2、 一種波浪能發(fā)電系統(tǒng)，包括波浪能采集部分、傳動轉換部分，其特征于:其波浪 能采集部分，包括浮體陣列面(5)、繩(2)、轉輪(3)、蝸簧(4)，浮體陣列面(5)是由多個板狀的浮體(1)在一個平面內鋪開，相鄰浮體(1)間通過彈性銜 接面(6)銜接而成的；彈性銜接面是彈性材料做成的面；繩(2) —端系在浮體 陣列面(5)上，另一端纏繞在轉輪(3)上，轉輪(3) —側與蝸簧(4)軸聯。
3、 根據權利要求1所述的一種波浪能轉換與發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的轉換部 分包括發(fā)電機(19)、整流電路、蓄電池；轉輪(3)、蝸簧(4)、發(fā)電機(19)、 整流電路、蓄電池放在一個容器(25)內，該容器(25)拴有一系向海床的繩(26)， 或該容器(25)在垂直投影面積比較大，使其上下水的阻力很大。
4、 根據權利要求2所述的一種波浪能轉換與發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的浮體(1) 呈正三圓角板、或圓板、或圓角矩形板或其它種凸多邊形板。
5、 根據權利要求2所述的傳動系統(tǒng)，其特征在于，所述的繩(2)在近浮體(1) 一 側，與若干支繩(7)連接，支繩(7)系在彼此相鄰的多個浮子(1)上；或繩(2) 通過鋼架(8)間接連接多個支繩(7)。
6、 根據權利要求2所述的傳動系統(tǒng)，其特征在于，所述的浮體陣列面(5)的外圍有 一框架(29)，系向框架的繩(28)向外扯著浮體陣列面(5)。
7、 根據權利要求2所述的波浪能轉換與發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的繩(2)通過 一滑輪(31)，該滑輪的支架(9)固定在一軸承(10)內環(huán)上。
8、 據權利要求1所述的波浪能轉換與發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于轉輪(3)兩側的軸， 分別通過水密封圈(11)再與蝸簧(4)和傳動機構或發(fā)電機(19)軸聯；蝸簧(4)、 發(fā)電機(19)及其附屬設備都在水密性的容器(25)內，轉輪外涂防腐材料或本 身用抗腐蝕材料制作。
9、 據權利要求2所述的波浪能轉換與發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于轉輪(3)兩側的軸， 分別通過水密封圈(11)與蝸簧(4)和棘輪(12)軸聯，棘輪(12)再與液壓傳 動系統(tǒng)輸入端(13)相連；蝸簧(4)、棘輪(12)、液壓系統(tǒng)、發(fā)電機(19)及附 屬設備都在水密性的容器(25)內，轉輪(3)用抗腐蝕材料制作或外涂防腐材料。
10、 據權利要求2所述的波浪能轉換與發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的轉換部分包括 液壓系統(tǒng)、發(fā)電機(9)及輔助設備；液壓系統(tǒng)包括柱塞泵輸入端(13)、高壓管(14)、回油管(15)、蓄能器(27)、柱塞泵輸出端(17);柱塞泵輸出端(17) 有自控換向閥(18)，該閥上下兩端分別接通高壓管(14)和回油管(15)，自控 換向閥(18)內有一個同軸雙活塞(22)，同軸雙活塞(22)的每個活塞高度大于 高壓管(14)、回油管(15)直徑，兩活塞間距小于高壓管(14)、回油管(15) 間距；換向活塞(22)的上下兩端各有軸(21)，伸出自控換向閥(18)夕卜，液壓 系統(tǒng)的輸出端(17)柱塞泵活塞上的連桿上固結有兩個撞擊桿(23)，分別對應同 軸雙活塞(22)的兩個軸(21)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種波浪能發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明是利用浮體來接受波浪的推動，通過一端系在其上而另一端纏繞在轉輪上的繩拉動轉輪，將獲得的無規(guī)律的波浪推力轉換成旋轉動力，波浪回落階段，依靠蝸簧，帶動轉輪反轉，將繩收回。對于浮標燈塔，轉輪可以直接接發(fā)電機，進行整流蓄電，對于大規(guī)模波浪能發(fā)電，浮體可組成陣列面，而轉輪則通過棘輪、液壓系統(tǒng)實現能量傳遞、匯集，最后經發(fā)電機組實現發(fā)電。本系統(tǒng)能夠適應大多數波形的波浪，并能高效率的吸收波浪能，抗風浪性強、造價低、不必依賴岸基作業(yè)。
文檔編號F03B13/16GK101526062SQ200810083910
公開日2009年9月9日 申請日期2008年3月8日 優(yōu)先權日2008年3月8日
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