專利名稱：用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電裝置，具體是涉及用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置。背景技術：
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 技術是一件意義深遠的工作。海洋波浪不僅有起伏的能量，而且還有波浪的前、后、左、右搖 擺的能量。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。再有，在這些海洋發(fā)電的發(fā)電裝置里，其只是在浮標上設有一個發(fā)電單元，這種發(fā) 電裝置只是吸收了波浪的起伏能量，而不能吸收到波浪的“搖擺”能量。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是克服了現(xiàn)有技術中的不足，提供一種結(jié)構簡單、吸收波浪能力強、費 用低、可建成不同規(guī)模的發(fā)電裝置。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，包括有浮標和發(fā)電單元，其特征在于所述發(fā)電單 元包括有設在浮標中部的主發(fā)電單元和設在浮標四周的多個副發(fā)電單元，多個副發(fā)電單元 繞著主發(fā)電單元均勻分布。如上所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，其特征在于所述發(fā)電單元包括有發(fā)電 單元外殼，在發(fā)電單元外殼內(nèi)設有導桿和沿著導桿上、下滑動的慣性質(zhì)量體，在發(fā)電單元外 殼內(nèi)部的上、下兩端相應地設有可使慣性質(zhì)量體懸空的拉伸彈簧和壓縮彈簧，在慣性質(zhì)量 體上設置有發(fā)電機，在發(fā)電單元外殼內(nèi)設有齒桿，在慣性質(zhì)量體上設有傳動齒輪箱，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。如上所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，其特征在于所述傳動齒輪箱為加速齒 輪箱。如上所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，其特征在于在慣性質(zhì)量體內(nèi)部設有可 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)。[0012]如上所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，其特征在于在發(fā)電單元外殼內(nèi)還設有 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。如上所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，其特征在于所述拉伸彈簧、壓縮彈簧 與慣性質(zhì)量體的振動頻率與海浪的振動頻率相同。如上所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，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工式/ = . Ι—r，其中m為慣性質(zhì)量體的質(zhì)量，k為拉伸
2πνmi κ
彈簧和壓縮彈簧的彈簧系數(shù)，η為圓周率。如上所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，其特征在于所述副發(fā)電單元的個數(shù)為 2-6 個。如上所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，其特征在于在浮標上設有主發(fā)電單元 安裝腔和多個副發(fā)電單元安裝腔，所述主發(fā)電單元和副發(fā)電單元相應地放置在主發(fā)電單元 安裝腔和多個副發(fā)電單元安裝腔內(nèi)。如上所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，其特征在于還包括有設置在浮標上的 配電箱，主發(fā)電單元和副發(fā)電單元的發(fā)電輸出端集中電連接到配電箱再由配電箱統(tǒng)一輸出 電能。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點1、本發(fā)明結(jié)構簡易合理，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)明的立體圖；圖2是發(fā)電單元切去一部分外殼的立體圖；圖3是發(fā)電單元切去一部分外殼和切去一部分慣性質(zhì)量體的立體圖；圖4是發(fā)電單元的齒桿與傳動齒輪箱連接關系的立體圖；圖5是發(fā)電單元的立體圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，包括有浮標1和發(fā)電單元2，其特征在于所述發(fā)電 單元2包括有設在浮標1中部的主發(fā)電單元2a和設在浮標1四周的多個副發(fā)電單元2b，多 個副發(fā)電單元2b繞著主發(fā)電單元2a均勻分布。所述主發(fā)電單元2a和副發(fā)電單元2b的發(fā) 電輸出端集中電連接到配電箱再由配電箱統(tǒng)一輸出電能。為了維修方便，在浮標1上設有主發(fā)電單元安裝腔11和多個副發(fā)電單元安裝腔 12，所述主發(fā)電單元2a和副發(fā)電單元2b相應地放置在主發(fā)電單元安裝腔11和多個副發(fā)電 單元安裝腔12內(nèi)。當發(fā)電單元需要維修時，打開安裝腔，將整個發(fā)電單元取出維修即可。所述副發(fā)電單元2b的個數(shù)為2-6個。在本實施例中，所述副發(fā)電單元2b的個數(shù)為4個。本發(fā)明利用浮標技術，由一個3米直徑左右的餅型浮標構成獨立的波浪發(fā)電的單 體，根據(jù)發(fā)電電量的需求，由幾個乃至幾十個浮標單體組成一個波浪發(fā)電廠。此外，海面各 個浮標之間的距離應根據(jù)當?shù)氐某Ｓ霾ɡ烁吆秃Ａ鞔笮∨c水深三方面綜合考慮，目的是使 它們有安全距離。在每個浮標內(nèi)部，安裝有5個發(fā)電單元，以“1大4小”地均勻分布。之后 由每個浮標得到的電能，通過海底電纜送到岸上。之后在岸上建立一個儲存電能并能與電 網(wǎng)送點的小型電站，使之成為一發(fā)電系統(tǒng)。所述發(fā)電單元2包括有發(fā)電單元外殼21，在發(fā)電單元外殼21內(nèi)設有導桿22和沿 著導桿22上、下滑動的慣性質(zhì)量體23，在本實施例中，導桿22的數(shù)量可以有2-4根左右，一 般為2根。在慣性質(zhì)量體23內(nèi)部設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23發(fā)生變化。在所述發(fā)電單元外殼21內(nèi)部的上、下兩端相應地設有可使慣性質(zhì)量體23懸空的 拉伸彈簧24和壓縮彈簧25。拉伸彈簧24的下端連接到慣性質(zhì)量體23的上表面，壓縮彈簧 25的上端連接到慣性質(zhì)量體23的下表面。在拉伸彈簧24的拉引和壓縮彈簧25的支撐作 用下，使慣性質(zhì)量體23懸空并在導桿22的導引作用下使其上、下滑動。在發(fā)電單元外殼21內(nèi)設有齒桿27，在慣性質(zhì)量體23上設有傳動齒輪箱28，傳動 齒輪箱28輸入端的齒輪281與齒桿71嚙合，傳動齒輪箱28的輸出端與發(fā)電機26軸連接。 所述傳動齒輪箱28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26需要的快 速。在慣性質(zhì)量體23內(nèi)部設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21內(nèi)設有調(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23的質(zhì)量發(fā)生變化。在發(fā)電單元外殼21內(nèi)還設有變電控制箱8，發(fā)電機26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。發(fā)電單元之所以能夠高效地進行發(fā)電，其工作原理為當浮標在波浪中起伏運動時，固定在浮標中的發(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23僅由拉伸彈簧24和壓縮彈簧25拉引和支撐，具有非常大的“惰 性”，慣性質(zhì)量體23并沒有跟隨浮標或發(fā)電單元外殼21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24和壓縮彈簧25被“拉伸”和“壓縮”變形，產(chǎn)生了彈簧的勢 能。可見，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24和壓縮彈簧25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27和加速齒輪箱72帶動了發(fā)電機26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26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?，上述原理反映的能量轉(zhuǎn)換框圖如下圖所示[0044]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 24和壓縮彈簧25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?shù)?海域的“常遇波周期”，設計彈性系統(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)/=yt= L—js
ZK^m/k
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選擇為波浪的振 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?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23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24、壓縮撐彈簧25與慣性質(zhì)量體23的振動頻率與海浪的振動頻 率相同，使其產(chǎn)生共振效果。所述拉伸彈簧24、壓縮撐彈簧25與慣性質(zhì)量體23的振動頻率
付 B 式2%λΙτπΙkC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。浮標發(fā)電原理在浮標上安裝了 5個發(fā)電單元，中間一個是主發(fā)電單元，直徑和長 度都較大，彈簧的剛度也相對較大；四周還有4個副發(fā)電單元，分布在浮標的周邊，它們直 徑和長度都較小。主發(fā)電單元是發(fā)電的主體，特別是在臺風浪時仍不會出現(xiàn)“發(fā)電飽和”現(xiàn) 象；而四周的副發(fā)電單元的特殊作用是吸收浮標搖晃傾側(cè)時的波浪能量。浮標的5個發(fā)電單元通過一個“配電箱”整合后，才把電能統(tǒng)一送出，這是因為它 們各自發(fā)出的電能需要分別變?yōu)橹绷?，并且要“電流迭加”。另外，為了提高發(fā)電效率，對小 波浪得到的低電壓的電能也能充分利用，在配電箱里設置有升壓調(diào)整器，使小波浪得到的 低電壓變?yōu)楦唠妷?，意義非常大。所述發(fā)電單元也可以水平設置在浮標上使用，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)過恰當選址以及科學設計發(fā)電裝置，是有不錯的效果的。[0054] 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 改為方型或者三角形，并且導軌應是滾珠軸承。這種改動是容易的，其工作原理不變。
權利要求用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，包括有浮標(1)和發(fā)電單元(2)，其特征在于所述發(fā)電單元(2)包括有設在浮標(1)中部的主發(fā)電單元(2a)和設在浮標(1)四周的多個副發(fā)電單元(2b)，多個副發(fā)電單元(2b)繞著主發(fā)電單元(2a)均勻分布。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，其特征在于所述發(fā)電單元 (2)包括有發(fā)電單元外殼(21)，在發(fā)電單元外殼(21)內(nèi)設有導桿(22)和沿著導桿(22) 上、下滑動的慣性質(zhì)量體(23)，在發(fā)電單元外殼(21)內(nèi)部的上、下兩端相應地設有可使慣 性質(zhì)量體(23)懸空的拉伸彈簧(24)和壓縮彈簧(25)，在慣性質(zhì)量體(23)上設置有發(fā)電機 (26)，在發(fā)電單元外殼(21)內(nèi)設有齒桿(27)，在慣性質(zhì)量體(23)上設有傳動齒輪箱(28)， 傳動齒輪箱(28)輸入端的齒輪(281)與齒桿(27)嚙合，傳動齒輪箱(28)的輸出端與發(fā)電 機(26)軸連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，其特征在于所述傳動齒輪箱 (28)為加速齒輪箱。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，其特征在于在慣性質(zhì)量 體(23)內(nèi)部設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(21)內(nèi)設有 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)。
5.根據(jù)權利要求4所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，其特征在于在發(fā)電單元外殼 (21)內(nèi)還設有變電控制箱(8)，發(fā)電機(26)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⑶進行電力輸出。
6.根據(jù)權利要求3所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，其特征在于所述拉伸彈簧 (24)、壓縮彈簧(25)與慣性質(zhì)量體(23)的振動頻率與海浪的振動頻率相同。
7.根據(jù)權利要求5所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，其特征在于所述拉伸彈簧(24)、壓縮彈簧(25)與慣性質(zhì)量體(23)的振動頻率符合工式=/=0，其中m為慣ZTtyJmI k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為圓周率。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，其特征在于所述副發(fā)電 單元(2b)的個數(shù)為2-6個。
9.根據(jù)權利要求1或2所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，其特征在于在浮標(1) 上設有主發(fā)電單元安裝腔(11)和多個副發(fā)電單元安裝腔(12)，所述主發(fā)電單元(2a)和副 發(fā)電單元(2b)相應地放置在主發(fā)電單元安裝腔(11)和多個副發(fā)電單元安裝腔(12)內(nèi)。
10.根據(jù)權利要求1所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，其特征在于還包括有設置 在浮標上的配電箱，主發(fā)電單元(2a)和副發(fā)電單元(2b)的發(fā)電輸出端集中電連接到配電 箱再由配電箱統(tǒng)一輸出電能。
專利摘要本實用新型公開了用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電裝置，包括浮標和發(fā)電單元，其特征在于所述發(fā)電單元包括有設在浮標中部的主發(fā)電單元和設在浮標四周的多個副發(fā)電單元，多個副發(fā)電單元繞著主發(fā)電單元均勻分布。發(fā)電單元包括有發(fā)電單元外殼，在發(fā)電單元外殼內(nèi)設有導桿和沿著導桿上、下滑動的慣性質(zhì)量體，在發(fā)電單元外殼內(nèi)部的上、下兩端相應地設有可使慣性質(zhì)量體懸空的拉伸彈簧和壓縮彈簧，在慣性質(zhì)量體上設置有發(fā)電機，在發(fā)電單元外殼內(nèi)設有齒桿，在慣性質(zhì)量體上設有傳動齒輪箱，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。本實用新型應用于海洋波浪發(fā)電裝置上。
文檔編號F03B13/16GK201650572SQ20102012903
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月4日 優(yōu)先權日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