專利名稱：發(fā)電單元裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)電單元裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電單元裝置。背景技術(shù)：
由于波浪發(fā)電具有無污染以及不必耗費燃料之優(yōu)點，如何利用海水波浪所攜帶的 能量來發(fā)電成為世界各國海洋工程研究人員研究的目的。我國大陸海岸線長達18000多千 米，再加上各大小島嶼，海洋能源十分豐富。隨著可再生能源日趨緊張，研究、創(chuàng)新海洋發(fā)電 技術(shù)是一件意義深遠(yuǎn)的工作。對于國內(nèi)外波浪發(fā)電的研究十幾年來，至今仍停留在探索階段。先進國家著手研 究較早，發(fā)電裝置也各不相同，但是都很難進入推廣應(yīng)用階段，因為都遇到共同的問題，即 投資成本高而收回太慢甚至連管理費用也無法收回。比較成功的國外波浪發(fā)電裝置是“海鰻”，它在盡可能多地吸收波浪的能量方面做 得很出色，但是遇到上述的“投資與收回”問題不好解決，近年來葡萄牙把這個裝置成功接 入電網(wǎng)，但是不意味著可以推廣應(yīng)用。另外，瑞典的哥本哈根成功解決了波浪發(fā)電的海上安 全性，但是除了遇到成本與收回問題之外，還有發(fā)電能力不強的缺點。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、吸收波浪能力強、費 用低、可建成不同規(guī)模的發(fā)電單元。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的發(fā)電單元裝置，其特征在于包括有發(fā)電單元外殼，在發(fā)電單元外殼內(nèi)設(shè)有導(dǎo)桿和 沿著導(dǎo)桿上、下滑動的慣性質(zhì)量體，在發(fā)電單元外殼內(nèi)部的上、下兩端相應(yīng)地設(shè)有可使慣性 質(zhì)量體懸空的拉伸彈簧和壓縮彈簧，在慣性質(zhì)量體上設(shè)置有發(fā)電機，在發(fā)電單元外殼內(nèi)設(shè) 有齒桿，在慣性質(zhì)量體上設(shè)有傳動齒輪箱，傳動齒輪箱輸入端的齒輪與齒桿嚙合，傳動齒輪 箱的輸出端與發(fā)電機軸連接。如上所述的發(fā)電單元裝置，其特征在于所述傳動齒輪箱為加速齒輪箱。如上所述的發(fā)電單元裝置，其特征在于在慣性質(zhì)量體內(nèi)部設(shè)有可儲存水并使其重 量變化的空腔容器，在發(fā)電單元外殼內(nèi)設(shè)有調(diào)節(jié)水泵，調(diào)節(jié)水泵連接有進水管和出水管，進 水管和出水管的出口置于空腔容器內(nèi)。如上所述的發(fā)電單元裝置，其特征在于在發(fā)電單元外殼內(nèi)還設(shè)有變電控制箱，發(fā) 電機的發(fā)電輸出端電連接到變電控制箱內(nèi)并由變電控制箱進行電力輸出。如上所述的發(fā)電單元裝置，其特征在于所述拉伸彈簧、壓縮彈簧與慣性質(zhì)量體的 波動頻率與海浪的波動頻率相同。如上所述的發(fā)電單元裝置，其特征在于所述拉伸彈簧、壓縮彈簧與慣性質(zhì)量體的
振動頻率符合公式/ = :γ4=7Τ，其中m為慣性質(zhì)量體的質(zhì)量，k為拉伸彈簧和壓縮彈簧的
2ny/m/ kCN 201627678 U
說明書
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彈簧系數(shù)，n為圓周率。如上所述的發(fā)電單元裝置，其特征在于所述導(dǎo)桿有三根。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡易合理，吸收波浪的能力強；2、本發(fā)明對海浪發(fā)電的選址要求不高，特別是可設(shè)在近岸；3、本發(fā)明對建造工程費用和管理維護成本低；4、本發(fā)明可適合建立規(guī)模大小不同的實用波浪發(fā)電站；

圖1是本發(fā)明切去一部分外殼的立體圖；圖2是本發(fā)明切去一部分外殼和切去一部分慣性質(zhì)量體的立體圖；圖3是本發(fā)明的齒桿與傳動齒輪箱連接關(guān)系的立體圖；圖4是本發(fā)明的立體圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細(xì)說明發(fā)電單元裝置，其設(shè)置在浮標(biāo)上，其包括有發(fā)電單元外殼1，在發(fā)電單元外殼1內(nèi) 設(shè)有導(dǎo)桿2和沿著導(dǎo)桿2上、下滑動的慣性質(zhì)量體3，在本實施例中，導(dǎo)桿2的數(shù)量可以有 3-4根左右，一般為3根。在慣性質(zhì)量體3內(nèi)部設(shè)有可儲存水并使其重量變化的空腔容器 31，將水注入空腔容器31中可以使慣性質(zhì)量體3的重量發(fā)生變化。在所述發(fā)電單元外殼1內(nèi)部的上、下兩端相應(yīng)地設(shè)有可使慣性質(zhì)量體3懸空的拉 伸彈簧4和壓縮彈簧5。拉伸彈簧4的下端連接到慣性質(zhì)量體3的上表面，壓縮彈簧5的上 端連接到慣性質(zhì)量體3的下表面。在拉伸彈簧4的拉引和壓縮彈簧5的支撐作用下，使慣 性質(zhì)量體3懸空并在導(dǎo)桿2的導(dǎo)引作用下使其上、下滑動。在發(fā)電單元外殼1內(nèi)設(shè)有齒桿71，在慣性質(zhì)量體3上設(shè)有傳動齒輪箱72，傳動齒 輪箱72輸入端的齒輪721與齒桿71嚙合，傳動齒輪箱72的輸出端與發(fā)電機6軸連接。所 述傳動齒輪箱72為加速齒輪箱，加速齒輪箱使波浪起伏的慢速變?yōu)榘l(fā)電機6需要的快速。在慣性質(zhì)量體3內(nèi)部設(shè)有可儲存水并使其重量變化的空腔容器31，在發(fā)電單元外 殼1內(nèi)設(shè)有調(diào)節(jié)水泵101，調(diào)節(jié)水泵101連接有進水管102和出水管103，進水管102和出 水管103的出口置于空腔容器31內(nèi)。這樣調(diào)節(jié)水泵101可通過進水管102和出水管103 將水注入空腔容器31內(nèi)或者將水抽出空腔容器31，從而使整個慣性質(zhì)量體3的質(zhì)量發(fā)生變 化。在發(fā)電單元外殼1內(nèi)還設(shè)有變電控制箱8，發(fā)電機6的發(fā)電輸出端電連接到變電控 制箱8內(nèi)并由變電控制箱8進行電力輸出。本發(fā)明之所以能夠高效地進行發(fā)電，其工作原理為當(dāng)浮標(biāo)在波浪中起伏運動時，固定在浮標(biāo)中的發(fā)電單元也跟隨上下運動。由于發(fā) 電單元里的慣性質(zhì)量體3僅由拉伸彈簧4和壓縮彈簧5拉引和支撐，具有非常大的“惰性”， 慣性質(zhì)量體3并沒有跟隨浮標(biāo)或發(fā)電單元外殼1運動而保持自己原有空間位置，結(jié)果發(fā)電 單元內(nèi)部的拉伸彈簧4和壓縮彈簧5被“拉伸”和“壓縮”變形，產(chǎn)生了彈簧的勢能?？梢?，波浪起伏使彈簧吸收了波浪的“勢能”。這時，吸收了波浪勢能的拉伸彈簧4和壓縮彈簧5以相同方向的合力釋放能量，推 動慣性質(zhì)量體運動，通過中間的齒桿71和加速齒輪箱72帶動了發(fā)電機6發(fā)電。在調(diào)節(jié)水泵幫助下，慣性質(zhì)量體的總重量跟隨波浪周期的改變而改變，使與兩個 彈簧構(gòu)成的彈性系統(tǒng)的固有振動周期跟蹤并保持波浪周期，處于諧振狀態(tài)。實際上波浪的起伏運動速度較慢，如果直接帶動發(fā)電機6嫌轉(zhuǎn)速太慢，發(fā)電效率 很低；所以必須經(jīng)過一個加速齒輪箱72把轉(zhuǎn)速提高，就能獲得理想的發(fā)電效果?？梢姡鲜鲈矸从车哪芰哭D(zhuǎn)換框圖如下圖所示 能量轉(zhuǎn)換效率分析本發(fā)明的發(fā)電工作原理簡單，能量轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)少，只要做好每 一個部件的設(shè)計，能量轉(zhuǎn)換的效率是高的。上述框圖中的A、B、C各能量轉(zhuǎn)換條件，我們看到A點能量損耗甚小，它是拉伸彈簧 4和壓縮彈簧5變形時的“切變損耗”，因為損耗太小而暫時忽略。B點的損耗出現(xiàn)在海浪周期起伏節(jié)奏與彈性系統(tǒng)固有周期節(jié)奏不相符的互相抵 消。這是本發(fā)明中最重要的部分。完成這個計算的方法是根據(jù)波浪發(fā)電的選址，了解當(dāng)?shù)?海域的“常遇波周期”，設(shè)計彈性系統(tǒng)的固有周期符合這個常遇波周期，因為周期相同能產(chǎn)
生“共振”，使發(fā)電單元獲得很大的能量，這保證常年的正常發(fā)電。根據(jù)/ = IZt = ^振
動頻率公式，m是慣性體質(zhì)量，k是彈簧系數(shù)(剛度)，π為圓周率，振動周期t選擇為波浪 的波動周期，就能使它產(chǎn)生共振，使重塊獲得很大的振動幅度，極大地提升了吸收波浪能量 供給發(fā)電的效果，如果當(dāng)?shù)睾Ｓ虻摹俺Ｓ霾ㄖ芷凇卑l(fā)生變化時，這時可以改變m的質(zhì)量，即慣 性質(zhì)量體3的質(zhì)量，通過調(diào)節(jié)水泵101將水注入空腔容器31內(nèi)或者將水抽出空腔容器31 即可實現(xiàn)。還有所述拉伸彈簧4、壓縮彈簧5與慣性質(zhì)量體3的振動頻率與海浪的波動頻率 相同，使其產(chǎn)生共振效果。所述拉伸彈簧4、壓縮彈簧5與慣性質(zhì)量體3的振動頻率符合工 C點的損耗是一般的機電效率問題，一般理解為80%以上。以上分析，本波浪發(fā)電單元的效率是很高的，與國際上的波浪發(fā)電原理比較，明顯 地省掉一個“水輪機組”或其它能量轉(zhuǎn)換的方法帶來的能量損耗。從經(jīng)濟意義上講，本發(fā)電 方案也是節(jié)省的。 本發(fā)電單元也可以水平放置使用，這在近岸的波浪發(fā)電是很有特色的。首先是波浪從遠(yuǎn)岸傳遞到近岸時出現(xiàn)所謂“破碎”現(xiàn)象，原因是海底對浪的傳播有 阻力，波浪的波形就發(fā)生向前傾斜水面快，水下慢，直至波形發(fā)生很大變異而破碎。波浪破 碎的結(jié)果使近岸波浪的能量以浪流的形式向岸邊沖擊，特別在臺風(fēng)情況下對沿海近岸破壞 力很強。如果建立波浪發(fā)電站，經(jīng)過恰當(dāng)選址以及科學(xué)設(shè)計發(fā)電裝置，是有不錯的效果的。簡單地把發(fā)電單元水平放置，使發(fā)電單元由豎直放置改為水平放置，就可以吸收 “水平”方向的波浪能量。但是為了更好地長期工作和發(fā)電效率高，要把本發(fā)電單元的外殼
5改為方型或者三角形，并且導(dǎo)軌應(yīng)是滾珠軸承。這種改動是容易的，其工作原理不變。
權(quán)利要求發(fā)電單元裝置，其特征在于包括有發(fā)電單元外殼(1)，在發(fā)電單元外殼(1)內(nèi)設(shè)有導(dǎo)桿(2)和沿著導(dǎo)桿(2)上、下滑動的慣性質(zhì)量體(3)，在發(fā)電單元外殼(1)內(nèi)部的上、下兩端相應(yīng)地設(shè)有可使慣性質(zhì)量體(3)懸空的拉伸彈簧(4)和壓縮彈簧(5)，在慣性質(zhì)量體(3)上設(shè)置有發(fā)電機(6)，在發(fā)電單元外殼(1)內(nèi)設(shè)有齒桿(71)，在慣性質(zhì)量體(3)上設(shè)有傳動齒輪箱(72)，傳動齒輪箱(72)輸入端的齒輪(721)與齒桿(71)嚙合，傳動齒輪箱(72)的輸出端與發(fā)電機(6)軸連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電單元裝置，其特征在于所述傳動齒輪箱(72)為加速齒輪箱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)電單元裝置，其特征在于在慣性質(zhì)量體(3)內(nèi)部設(shè)有 可儲存水并使其重量變化的空腔容器(31)，在發(fā)電單元外殼(1)內(nèi)設(shè)有調(diào)節(jié)水泵(101)，調(diào) 節(jié)水泵(101)連接有進水管(102)和出水管(103)，進水管(102)和出水管(103)的出口置 于空腔容器(31)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電單元裝置，其特征在于在發(fā)電單元外殼(1)內(nèi)還設(shè)有變 電控制箱(8)，發(fā)電機(6)的發(fā)電輸出端電連接到變電控制箱(8)內(nèi)并由變電控制箱(8)進 行電力輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電單元裝置，其特征在于所述拉伸彈簧(4)、壓縮彈簧(5) 與慣性質(zhì)量體(3)的波動頻率與海浪的波動頻率相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)電單元裝置，其特征在于所述拉伸彈簧(4)、壓縮彈簧(5) 與慣性質(zhì)量體(3)的振動頻率符合公式/ = :Τ^7，其中m為慣性質(zhì)量體的質(zhì)量，k為拉伸彈簧和壓縮彈簧的彈簧系數(shù)，π in^Jml k為圓周率。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電單元裝置，其特征在于所述導(dǎo)桿(2)有三根。
專利摘要本實用新型公開了發(fā)電單元裝置，包括發(fā)電單元外殼，在發(fā)電單元外殼內(nèi)設(shè)有導(dǎo)桿和沿著導(dǎo)桿上、下滑動的慣性質(zhì)量體，在發(fā)電單元外殼內(nèi)部的上、下兩端相應(yīng)地設(shè)有可使慣性質(zhì)量體懸空的拉伸彈簧和壓縮彈簧，在慣性質(zhì)量體上設(shè)置有發(fā)電機，在發(fā)電單元外殼內(nèi)設(shè)有齒桿，在慣性質(zhì)量體上設(shè)有傳動齒輪箱，傳動齒輪箱輸入端的齒輪與齒桿嚙合，傳動齒輪箱的輸出端與發(fā)電機軸連接。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、吸收波浪能力強、費用低、可建成不同發(fā)電規(guī)模等特點，本實用新型應(yīng)用于海洋波浪發(fā)電裝置上。
文檔編號F03B13/16GK201627678SQ20102012903
公開日2010年11月10日 申請日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月4日
發(fā)明者陳國新 申請人:中山市探海儀器有限公司