專利名稱：雙行程振動(dòng)式波浪浮子發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于清潔能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙行程振動(dòng)式波浪浮子發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
全球海洋的波浪能理論蘊(yùn)藏量達(dá)700億千瓦，可供開發(fā)利用的波能為20億千瓦-30億千瓦，每年發(fā)電量可達(dá)900000億千瓦時(shí)，是目前全球發(fā)電量的7倍多。波浪能
是一種儲(chǔ)量豐富可再生的清潔能源。波浪能發(fā)電的關(guān)鍵是波能轉(zhuǎn)換。波能轉(zhuǎn)換形式有利用波浪上下運(yùn)動(dòng)直接轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動(dòng)的；有利用波浪上下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生氣流或水流去驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電的；也有利用波浪裝置的擺動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生氣流或水流去驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電；或把低壓大波浪變成小體積高壓水，然后引入高位水池產(chǎn)生水頭帶動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電的。通常情況下，人們采用三級(jí)轉(zhuǎn)換的方式，即利用受波體將大海波浪能吸收進(jìn)來，再通過中間轉(zhuǎn)換裝置來優(yōu)化第一級(jí)轉(zhuǎn)換，并產(chǎn)生足夠的能量，最后用這些能量來驅(qū)動(dòng)發(fā)電裝置發(fā)電。我國目前現(xiàn)有的波能方式主要有以下三種:振蕩水柱式、振蕩浮子式和擺式。振蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置安全可靠性高但波能轉(zhuǎn)換率較低。現(xiàn)有振蕩水柱式波能發(fā)電裝置多為航標(biāo)燈等微型電力設(shè)備供電，輸出功率較小；近岸振蕩水柱式波能發(fā)電裝置對(duì)海岸地形要求較高。此外，振蕩水柱式裝置的建造費(fèi)用昂貴，綜合考慮我國近海波能密度較低的實(shí)際情況和該種裝置較低的波能轉(zhuǎn)化率，振蕩水柱式發(fā)電裝置的經(jīng)濟(jì)性并不理想。擺式波能轉(zhuǎn)換裝置相對(duì)于振蕩水柱式波能裝置來說，它的成本略低些，但轉(zhuǎn)換效率則不如振蕩水柱式裝置穩(wěn)定，其轉(zhuǎn)換效率受板后去流段長度的影響很大。而且，擺式波能裝置的可靠性較差，易損壞。振蕩浮子式波能轉(zhuǎn)換裝置是在振蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，與振蕩水柱式相比，其建造成本大大降低，轉(zhuǎn)化效率也較高。振蕩浮子式發(fā)電裝置適合我國波能密度較低的實(shí)際情況，對(duì)它的研究是為波能裝置向?qū)嵱没l(fā)展進(jìn)行的有益嘗試。但現(xiàn)有的振蕩浮子式波能轉(zhuǎn)換裝置仍存在以下缺陷:一、在惡劣海況波浪力很大的條件下，浮子運(yùn)動(dòng)劇烈，浮子的可靠性和安全性大大降低；二、現(xiàn)有的浮子裝置設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，生產(chǎn)裝配和后期維修比較困難，限制了規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化發(fā)展。設(shè)計(jì)研制簡單易實(shí)現(xiàn)、高效率、高可靠性、低建造成本的振蕩浮子式波能發(fā)電裝置，是我國未來波能發(fā)電裝置的發(fā)展趨勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有振蕩浮子式波能發(fā)電裝置安全可靠性低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)維修困難等技術(shù)問題，并順應(yīng)研制高效率、高可靠性、低建造成本波能發(fā)電裝置的發(fā)展趨勢(shì)，本發(fā)明提出了 一種雙行程振動(dòng)式波浪浮子發(fā)電裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種雙行程振動(dòng)式波浪浮子發(fā)電裝置，包括發(fā)電系統(tǒng)、浮子和固定架。其中，所述固定架為正方體結(jié)構(gòu)，浮子設(shè)置于固定架內(nèi)部，發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置于固定架頂部。所述發(fā)電系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)換裝置、加速裝置、輸出裝置和固定裝置。所述轉(zhuǎn)換裝置包括滑動(dòng)柱A、滑動(dòng)柱B、單向齒輪A、單向齒輪B和主軸。其中滑動(dòng)柱A與滑動(dòng)柱B分別固定于所述浮子的頂部中央位置，滑動(dòng)柱A與滑動(dòng)柱B的內(nèi)側(cè)均設(shè)有齒條，兩者相對(duì)交錯(cuò)設(shè)置；滑動(dòng)柱A和滑動(dòng)柱B分別穿過承板上設(shè)置的孔分布于主軸的兩側(cè)，滑動(dòng)柱A與單向齒輪A嚙合，滑動(dòng)柱B與單向齒輪B嚙合；單向齒輪A與單向齒輪B分別套裝于主軸上，分別通過鍵與主軸連接，單向齒輪A與單向齒輪B的轉(zhuǎn)向一致。主軸末端依次連接加速裝置和輸出裝置。固定裝置包括承板和軸承座。承板固定于所述固定架頂部。所述承板上設(shè)有多個(gè)軸承座，軸承座固定于承板上。主軸通過軸承固定于軸承座上。 加速裝置為加速齒輪系,包括齒輪組和從軸。所述承板上設(shè)有多個(gè)軸承座，軸承座固定于承板上,從軸通過軸承固定于軸承座上。輸出裝置包括發(fā)電機(jī)和聯(lián)軸器。發(fā)電機(jī)輸入軸通過聯(lián)軸器與加速裝置輸出軸連接。所述承板上用以分別穿過滑動(dòng)柱A和滑動(dòng)柱B的兩個(gè)孔的內(nèi)側(cè)分別設(shè)置限位板A和限位板B，限位板A和限位板B分別與承板固定連接。限位板A用以限制滑動(dòng)柱A晃動(dòng)，限位板B用以限制滑動(dòng)柱B晃動(dòng)，增強(qiáng)裝置的穩(wěn)定性。所述固定架的四個(gè)側(cè)面設(shè)置限位柱，限位柱內(nèi)側(cè)設(shè)有限位滑輪。限位柱用以限制浮子的振蕩軌跡，使其在隨波振蕩的過程中盡量只產(chǎn)生垂直方向的運(yùn)動(dòng)，使其適用于各種方向和頻率的波浪，有利于聚集水量。所述固定架底部設(shè)置連接配重塊的支架。固定架底部連接配重塊，有利于固定架在波浪中保持穩(wěn)定，增強(qiáng)整個(gè)發(fā)電裝置的穩(wěn)定性。所述浮子為底部呈倒錐形的空心圓柱體。該結(jié)構(gòu)有利于收集更多的波能，且其內(nèi)部空心可以根據(jù)海況裝載配重。所述單向齒輪A和單向齒輪B的結(jié)構(gòu)均為:齒輪中央安裝單向軸承，單向軸承外側(cè)通過鍵與齒輪連接，內(nèi)側(cè)通過鍵與主軸連接。本發(fā)明的有益效果在于:1、本發(fā)明將不穩(wěn)定的波能轉(zhuǎn)換為浮子的穩(wěn)定振動(dòng)，又將浮子的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)單向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，提高了能量轉(zhuǎn)化的效率，克服了現(xiàn)有技術(shù)雙向運(yùn)動(dòng)要么不能產(chǎn)生直流電、要么只能轉(zhuǎn)換單向運(yùn)動(dòng)波能的技術(shù)難題。2、本發(fā)明屬于固定式波能發(fā)電裝置，波能利用率高，適用于不同海況及水深條件，不受潮差影響，可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，降低發(fā)電成本。3、本發(fā)明通過雙行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)輪流帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，可以使主軸保持相對(duì)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，保證了發(fā)電裝置的穩(wěn)定性。4、本發(fā)明活動(dòng)部件較少，整體穩(wěn)定性高，可靠度好，能兼顧結(jié)構(gòu)的可靠性及波能轉(zhuǎn)換率。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中發(fā)電系統(tǒng)I的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明中限位柱301的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明中單向齒輪A107與單向齒輪B108與主軸106連接的示意圖；圖5是本發(fā)明中浮子的結(jié)構(gòu)示意圖。其中:1、發(fā)電系統(tǒng)，2、浮子，3、固定架，101、滑動(dòng)柱A，102、滑動(dòng)柱B，103、限位板A，104、限位板B, 105、承板，106、主軸，107、單向齒輪A，108、單向齒輪B, 109、一級(jí)大齒輪，110、一級(jí)小齒輪，111、二級(jí)大齒輪，112、二級(jí)小齒輪，113、聯(lián)軸器，114、軸承座，115、發(fā)電機(jī)，116、從軸，301、限位柱，302、支架，303、橫梁，304、限位滑輪。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例具體說明本發(fā)明。實(shí)施例1參見圖1-圖3，本發(fā)明包括發(fā)電系統(tǒng)1、浮子2和固定架3。其中，所述固定架3為正方體結(jié)構(gòu)，浮子2設(shè)置于固定架3內(nèi)部，發(fā)電系統(tǒng)I設(shè)置于固定架3頂部。所述發(fā)電系統(tǒng)I包括轉(zhuǎn)換裝置、加速裝置、輸出裝置和固定裝置。所述轉(zhuǎn)換裝置包括滑動(dòng)柱A101、滑動(dòng)柱B102、單向齒輪A107、單向齒輪B108和主軸106。其中滑動(dòng)柱AlOl與滑動(dòng)柱B102分別固定于所述浮子2的頂部中央位置，滑動(dòng)柱AlOl與滑動(dòng)柱B102的內(nèi)側(cè)均設(shè)有齒條，兩者相對(duì)交錯(cuò)設(shè)置；滑動(dòng)柱AlOl和滑動(dòng)柱B102分別穿過承板105上設(shè)置的孔分布于主軸106的兩偵牝滑動(dòng)柱AlOl與單向齒輪A107嚙合，滑動(dòng)柱B102與單向齒輪B108嚙合；單向齒輪A107與單向齒輪B108分別套裝于主軸106上，分別通過鍵與主軸106連接，單向齒輪A107與單向齒輪B108的轉(zhuǎn)向一致。主軸106末端依次連接加速裝置和輸出裝置。固定裝置包括承板105和軸承座114。固定架3頂部設(shè)置橫梁303，承板105固定于所述固定架3的頂部橫梁303上。所述承板105上設(shè)有多個(gè)軸承座114，軸承座114固定于承板105上。主軸106通過軸承固定于軸承座114上。如圖4所示，單向齒輪A107和單向齒輪B108的結(jié)構(gòu)均為:齒輪中央安裝單向軸承，單向軸承外側(cè)通過鍵與齒輪連接，內(nèi)側(cè)通過鍵與主軸106連接。通過設(shè)計(jì)計(jì)算，單向齒輪A107、單向齒輪B108與滑動(dòng)柱AlOl和滑動(dòng)柱B102上設(shè)置齒條的模數(shù)均為2，M=2的齒輪齒厚適中，能經(jīng)受沖擊載荷，安裝精度要求不高，易于加工和安裝。單向齒輪A107和單向齒輪B108的齒數(shù)均優(yōu)選35，實(shí)現(xiàn)適合傳動(dòng)。假設(shè)單向齒輪A107與單向齒輪B108的轉(zhuǎn)動(dòng)方向均設(shè)置為:順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，單向軸承可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，單向齒輪空轉(zhuǎn)，逆時(shí)針方向時(shí)，單向軸承是鎖死的，單向齒輪帶動(dòng)主軸106轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)單向軸承轉(zhuǎn)向相同，在一個(gè)周期內(nèi)，總有一個(gè)單向軸承帶動(dòng)主軸106轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了主軸106的連續(xù)單向轉(zhuǎn)動(dòng)，故本發(fā)明發(fā)電機(jī)115輸出直流電。其工作過程如下:當(dāng)浮子2受到波浪向上的力時(shí)，浮子2帶動(dòng)滑動(dòng)柱AlOl和滑動(dòng)柱B102向上運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)柱AlOl帶動(dòng)單向齒輪A107逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，滑動(dòng)柱B102帶動(dòng)單向齒輪B108順時(shí)針空轉(zhuǎn)。單向齒輪A107帶動(dòng)主軸106逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸106的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)加速裝置加速后，再經(jīng)輸出裝置輸出發(fā)電。當(dāng)浮子2受到波浪向下的力時(shí)，浮子2帶動(dòng)滑動(dòng)柱AlOl和滑動(dòng)柱B102向下運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)柱AlOl帶動(dòng)單向齒輪A107順時(shí)針空轉(zhuǎn)，滑動(dòng)柱B102帶動(dòng)單向齒輪B108逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。單向齒輪B108帶動(dòng)主軸106逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸106的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)加速裝置加速后，再經(jīng)輸出裝置輸出發(fā)電。這樣就實(shí)現(xiàn)了雙行程振動(dòng)式波浪浮子發(fā)電。實(shí)施例2除以下區(qū)別外，其他同實(shí)施例1。加速裝置為加速齒輪系，包括齒輪組和從軸116。加速齒輪系優(yōu)選普通二級(jí)加速結(jié)構(gòu)，加速比為8 10，包括一級(jí)大齒輪109、一級(jí)小齒輪110、二級(jí)大齒輪111和二級(jí)小齒輪112。一級(jí)大齒輪109通過鍵連接于主軸106上，一級(jí)小齒輪110與一級(jí)大齒輪109嚙合，一級(jí)小齒輪110與二級(jí)大齒輪111分別套裝于從軸116上，并分別通過鍵與從軸116連接。承板105上設(shè)有多個(gè)軸承座114，軸承座114固定于承板105上，從軸116通過軸承固定于軸承座114上。一級(jí)大齒輪109和二級(jí)大齒輪111的齒數(shù)均優(yōu)選為45，一級(jí)小齒輪110和二級(jí)小齒輪112的齒數(shù)均優(yōu)選為18。輸出裝置包括發(fā)電機(jī)115和聯(lián)軸器113。發(fā)電機(jī)115輸入軸通過聯(lián)軸器113與加速裝置輸出軸(在本實(shí)施例中即為二級(jí)小齒輪112輸出軸)連接。發(fā)電機(jī)115為無碳刷式，內(nèi)置加速兀件，輸出為直流電。實(shí)施例3除以下區(qū)別外，其他同實(shí)施例2。承板105上設(shè)有用以分別穿過滑動(dòng)柱AlOl和滑動(dòng)柱B102的兩個(gè)孔。兩個(gè)孔的內(nèi)側(cè)分別設(shè)置限位板A103和限位板B104，限位板A103和限位板B104分別與承板105固定連接。限位板A103用以限制滑動(dòng)柱AlOl晃動(dòng)，限位板B104用以限制滑動(dòng)柱B102晃動(dòng)，增強(qiáng)裝置的穩(wěn)定性。實(shí)施例4除以下區(qū)別外，其他同實(shí)施例2。固定架3的四個(gè)側(cè)面設(shè)置限位柱301，限位柱301內(nèi)側(cè)設(shè)有限位滑輪304。限位柱301用以限制浮子2的振蕩軌跡，使其在隨波振蕩的過程中盡量只產(chǎn)生垂直方向的運(yùn)動(dòng)，使其適用于各種方向和頻率的波浪，有利于聚集水量。實(shí)施例5除以下區(qū)別外，其他同實(shí)施例2。所述固定架3底部設(shè)置連接配重塊的支架302。固定架3底部連接配重塊，有利于固定架3在波浪中保持穩(wěn)定，增強(qiáng)整個(gè)發(fā)電裝置的穩(wěn)定性。實(shí)施例6除以下區(qū)別外，其他同實(shí)施例2。如圖5所示，浮子2為底部呈倒錐形的空心圓柱體。該結(jié)構(gòu)有利于收集更多的波能，且其內(nèi)部空心可以根據(jù)海況裝載配重。
權(quán)利要求
1.一種雙行程振動(dòng)式波浪浮子發(fā)電裝置，其特征在于，包括發(fā)電系統(tǒng)(I)、浮子(2)和固定架⑶；其中，所述固定架⑶為正方體結(jié)構(gòu)，浮子⑵設(shè)置于固定架⑶內(nèi)部，發(fā)電系統(tǒng)(I)設(shè)置于固定架(3)頂部；所述發(fā)電系統(tǒng)(I)包括轉(zhuǎn)換裝置、加速裝置、輸出裝置和固定裝置； 所述轉(zhuǎn)換裝置包括滑動(dòng)柱A(IOl)、滑動(dòng)柱B (102)、單向齒輪A(107)、單向齒輪B (108)和主軸(106);其中滑動(dòng)柱A(IOl)與滑動(dòng)柱B(102)分別固定于所述浮子(2)的頂部中央位置，滑動(dòng)柱A(IOl)與滑動(dòng)柱B(102)的內(nèi)側(cè)均設(shè)有齒條，兩者相對(duì)交錯(cuò)設(shè)置；滑動(dòng)柱A(IOl)和滑動(dòng)柱B(102)分別穿過承板(105)上設(shè)置的孔分布于主軸(106)的兩側(cè)，滑動(dòng)柱A(IOl)與單向齒輪A(107)嚙合，滑動(dòng)柱B(102)與單向齒輪B(108)嚙合；單向齒輪A(107)與單向齒輪B(108)分別套裝于主軸(106)上，分別通過鍵與主軸(106)連接，單向齒輪A(107)與單向齒輪B(108)的轉(zhuǎn)向一致； 所述主軸(106)末端依次連接加速裝置和輸出裝置； 所述固定裝置包括承板(105)和軸承座(114)，承板(105)固定于所述固定架(3)頂部，所述承板(105)上設(shè)有多個(gè)軸承座(114)，軸承座(114)固定于承板(105)上；所述主軸(106)通過軸承固定于軸承座(114)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙行程振動(dòng)式波浪浮子發(fā)電裝置，其特征在于，所述加速裝置為加速齒輪系，包括齒輪組和從軸(116)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙行程振動(dòng)式波浪浮子發(fā)電裝置，其特征在于，所述從軸(116)通過軸承固定于軸承座(114)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙行程振動(dòng)式波浪浮子發(fā)電裝置，其特征在于，所述輸出裝置包括發(fā)電機(jī)(115)和聯(lián)軸器(I 13),發(fā)電機(jī)(115)輸入軸通過聯(lián)軸器(113)與加速裝置輸出軸連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙行程振動(dòng)式波浪浮子發(fā)電裝置，其特征在于，所述承板(105)上用以分別穿過滑動(dòng)柱A(IOl)和滑動(dòng)柱B(102)的兩個(gè)孔的內(nèi)側(cè)分別設(shè)置限位板A(103)和限位板B(104)，限位板A(103)和限位板B(104)分別與承板(105)固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙行程振動(dòng)式波浪浮子發(fā)電裝置，其特征在于，所述固定架(3)的四個(gè)側(cè)面均設(shè)置限位柱(301)，限位柱(301)內(nèi)側(cè)設(shè)有限位滑輪(304)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙行程振動(dòng)式波浪浮子發(fā)電裝置，其特征在于，所述固定架(3)底部設(shè)置用以連接配重塊的支架(302)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙行程振動(dòng)式波浪浮子發(fā)電裝置，其特征在于，所述浮子(2)為底部呈倒錐形的空心圓柱體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙行程振動(dòng)式波浪浮子發(fā)電裝置，其特征在于，所述單向齒輪A(107)和單向齒輪B(108)的結(jié)構(gòu)均為:齒輪中央安裝單向軸承，單向軸承外側(cè)通過鍵與齒輪連接，內(nèi)側(cè)通過鍵與主軸(106)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙行程振動(dòng)式波浪浮子發(fā)電裝置。其包括發(fā)電系統(tǒng)、浮子和固定架。固定架為正方體結(jié)構(gòu)，浮子設(shè)置于固定架內(nèi)部，發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置于固定架頂部。發(fā)電系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)換裝置、加速裝置、輸出裝置和固定裝置。轉(zhuǎn)換裝置包括滑動(dòng)柱A、滑動(dòng)柱B、單向齒輪A、單向齒輪B和主軸?；瑒?dòng)柱A與滑動(dòng)柱B分別固定于浮子的頂部中央位置，滑動(dòng)柱A和滑動(dòng)柱B分別穿過承板上設(shè)置的孔分布于主軸的兩側(cè)，兩者內(nèi)側(cè)均設(shè)有齒條，且分別與單向齒輪A和單向齒輪B嚙合；單向齒輪A與單向齒輪B分別套裝于主軸上，兩者轉(zhuǎn)向一致。主軸末端依次連接加速裝置和輸出裝置。本發(fā)明波能轉(zhuǎn)換率高，能適應(yīng)不同潮差，發(fā)電成本低，整體穩(wěn)定性高。
文檔編號(hào)F03B13/14GK103089528SQ201310037220
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者劉臻, 史宏達(dá), 范海文, 韓治, 王安憶, 徐照研, 郭云霞, 盧天鶴 申請(qǐng)人:青島市機(jī)械工業(yè)總公司, 中國海洋大學(xué)