本發(fā)明涉及波浪發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種能量轉(zhuǎn)化效率高、安全性好的懸浮式波浪發(fā)電裝置及方法。

背景技術(shù)：

海洋能源的開發(fā)利用是能源研究的方向，在地球礦物能源逐漸枯竭及環(huán)境狀況日益惡化的形勢下，如何有效利用資源豐富、可再生的海洋資源，顯得十分重要；

波浪能是最清潔的可再生資源，全世界沿海岸線連續(xù)耗散的波浪能功率達(dá)27×105MW，技術(shù)上可利用的波浪能潛力為10×105MW。

現(xiàn)有的波浪發(fā)電裝置存在價格昂貴，能量轉(zhuǎn)化效率低及安裝地域受限的不足。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的波浪發(fā)電裝置價格昂貴，能量轉(zhuǎn)化效率低的不足，提供了一種能量轉(zhuǎn)化效率高、安全性好的懸浮式波浪發(fā)電裝置及方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種懸浮式波浪發(fā)電裝置，包括設(shè)于水上的支撐架、控制器、設(shè)于支撐架邊緣上的環(huán)形浮標(biāo)、發(fā)電裝置、設(shè)于支撐架上的傾斜導(dǎo)軌、用于支撐傾斜導(dǎo)軌的支撐柱、設(shè)于傾斜導(dǎo)軌上的箱體、設(shè)于支撐架上的若干條纜繩、設(shè)于箱體上的拉繩和位于支撐架上方的杠桿；杠桿一端與拉繩連接，杠桿另一端通過連接繩與發(fā)電裝置連接；每條纜繩下端均設(shè)有錨；

所述傾斜導(dǎo)軌包括托板、設(shè)于托板上的下圓弧形擋板和上圓弧形擋板、設(shè)于托板上表面的2條環(huán)形導(dǎo)槽，箱體通過2個滑塊分別與2條環(huán)形導(dǎo)槽相配合，托板中設(shè)有若干條導(dǎo)水管，各條導(dǎo)水管的進(jìn)水口位于托板下端，各條導(dǎo)水管的出水口位于上圓弧形擋板下端；

傾斜導(dǎo)軌下端通過轉(zhuǎn)軸與支撐架轉(zhuǎn)動連接，支撐柱下端與豎向絲桿轉(zhuǎn)動連接，豎向絲桿下端與設(shè)于支撐架上的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接，還包括設(shè)于支撐架上的高度傳感器，控制器分別與2個伺服電機(jī)和高度傳感器電連接。箱體將波浪的作用力轉(zhuǎn)化為對拉繩的拉伸力，通過杠桿將拉伸力放大，并通過發(fā)電裝置將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為可以儲存的電能。

各個錨與水底土層或巖層固定，支撐架和支撐柱給傾斜導(dǎo)軌穩(wěn)定的支撐，環(huán)形浮標(biāo)使支撐架懸浮于水面上，高度傳感器實時檢測支撐架的高度，控制器中設(shè)有幅度閾值W，控制器計算單位時間t內(nèi)的高度變化幅度B；

當(dāng)B≥W時，控制器控制伺服電機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，使支撐柱上端的高度降低至73％A至82％A；

當(dāng)B＜W時，控制器控制伺服電機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，使支撐柱上端的高度升高至112％A至120％A；

當(dāng)1.5W＜B≤2.5W時，控制器控制伺服電機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，使支撐柱上端的高度降低至30％A至60％A；

當(dāng)B≥2.5W時，控制器控制伺服電機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，使支撐柱上端降低至水面上。

本發(fā)明既可以進(jìn)行正常的發(fā)電工作，又不會被風(fēng)浪破壞，安全性更好。

發(fā)電裝置可以設(shè)置在岸邊、防波堤上或者水上平臺上。

因此，本發(fā)明具有適用范圍廣、能量轉(zhuǎn)化效率高、安全性好的特點。

作為優(yōu)選，杠桿包括支撐座和設(shè)有支撐座上的桿體，桿體包括第一桿體段和第二桿體段；第一桿體段的長度大于第二桿體段的長度，所述拉繩與第一桿體段端部連接。

作為優(yōu)選，所述發(fā)電裝置包括齒條、與齒條連接的復(fù)位彈簧、齒輪、與齒輪配合的兩個棘輪和兩個發(fā)電機(jī)；齒條和齒輪相嚙合，齒輪通過兩個棘爪分別與兩個棘輪相配合，兩個棘輪的轉(zhuǎn)軸分別與兩個發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接。

當(dāng)連接繩的拉力大于復(fù)位彈簧的推力時，齒條向右移動，齒輪順時針轉(zhuǎn)動，齒輪通過棘爪帶動棘輪轉(zhuǎn)動。棘輪的轉(zhuǎn)軸帶動一個發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，發(fā)電機(jī)發(fā)電；

當(dāng)連接繩的拉力小于復(fù)位彈簧的推力時，齒條向左移動，齒輪逆時針轉(zhuǎn)動，齒輪通過棘爪帶動另一個棘輪轉(zhuǎn)動。另一個棘輪的轉(zhuǎn)軸帶動另一個發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，發(fā)電機(jī)發(fā)電。

作為優(yōu)選，每條纜繩均包括下端封閉的彈性管、設(shè)于彈性管上的若干個依次插接的金屬套管；每條纜繩的彈性管上端均與氣泵的出氣管連接，每條彈性管內(nèi)均設(shè)有氣壓傳感器，各個氣壓傳感器和氣泵均與控制器電連接；所述金屬套管包括位于金屬套管下部的錐形插入段、位于金屬套管上部的用于與相鄰的金屬套管的插入段相配合的向上張開的喇叭段和位于插入段和喇叭段之間的連接段。

作為優(yōu)選，托板下表面上設(shè)有沿托板長度方向延伸的導(dǎo)向槽，支撐柱上端通過滑塊與導(dǎo)向槽配合，合箱體上設(shè)有若干個交錯排列的凸起。

一種懸浮式波浪發(fā)電裝置的方法，包括如下步驟：

(6-1)將支撐架放到水面上，使各條纜繩進(jìn)入水下，各個錨固定在水底的固定物上；

(6-2)波浪帶動箱體沿傾斜導(dǎo)軌移動，拉繩帶動杠桿一端上下波動，杠桿將拉繩的力放大并通過連接繩傳遞給發(fā)電裝置；

(6-3)控制器控制伺服電機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，使支撐柱的高度為A；

(6-4)高度傳感器實時檢測支撐架的高度，控制器中設(shè)有幅度閾值W，控制器計算單位時間t內(nèi)的高度變化幅度B；

當(dāng)B≥W時，控制器控制伺服電機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，使支撐柱上端的高度降低至73％A至82％A；

當(dāng)B＜W時，控制器控制伺服電機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，使支撐柱上端的高度升高至112％A至120％A；

當(dāng)1.5W＜B≤2.5W時，控制器控制伺服電機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，使支撐柱上端的高度降低至30％A至60％A；

當(dāng)B≥2.5W時，控制器控制伺服電機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，使支撐柱上端降低至水面上。

作為優(yōu)選，每條纜繩均包括下端封閉的彈性管、設(shè)于彈性管上的若干個依次插接的金屬套管；每條纜繩的彈性管上端均與氣泵的出氣管連接；每條彈性管內(nèi)均設(shè)有氣壓傳感器，各個氣壓傳感器和氣泵均與控制器電連接；步驟(6-1)中還包括對于每條纜繩的控制步驟：

(7-1)在控制器中設(shè)定彈性管的標(biāo)準(zhǔn)氣壓范圍，控制器控制氣泵給彈性管充氣，彈性管充氣后膨脹，彈性管內(nèi)的氣壓傳感器檢測彈性管內(nèi)的氣壓；

(7-2)當(dāng)彈性管內(nèi)的氣壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)氣壓范圍的上限值時，控制器控制氣泵停止充氣；彈性管的管壁與各個金屬套管擠緊，支撐架被穩(wěn)定固定；

(7-3)當(dāng)彈性管內(nèi)的氣壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)氣壓范圍的下限值時，控制器控制氣泵給彈性管充氣；

(7-4)重復(fù)步驟(7-2)至(7-3)。

作為優(yōu)選，支撐架上還設(shè)有進(jìn)水泵、排水泵和若干個壓載箱，進(jìn)水泵和排水泵均通過水管與各個壓載箱聯(lián)通，進(jìn)水泵和排水泵均與控制器電連接；

(8-1)當(dāng)B≥2.5W時，控制器控制伺服電機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，使支撐柱上端降低至水面上；

并且控制器控制進(jìn)水泵將水抽到各個壓載箱中，進(jìn)水泵抽水時間達(dá)到T1后，控制器控制進(jìn)水泵停止工作；

(8-2)當(dāng)B＜2.5W時，控制器控制排水泵將水從各個壓載箱中抽出，排水泵排水時間達(dá)到T2后，控制器控制排水泵停止工作；

轉(zhuǎn)入步驟(6-3)。

因此，本發(fā)明具有如下有益效果：適用范圍廣、能量轉(zhuǎn)化效率高、安全性好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的一種原理框圖；

圖3是本發(fā)明的齒輪、棘輪和棘爪的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的金屬套管的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的纜繩的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明的實施例1的一種流程圖。

圖中：支撐架1、控制器2、環(huán)形浮標(biāo)3、傾斜導(dǎo)軌5、支撐柱6、箱體7、纜繩8、拉繩9、杠桿10、伺服電機(jī)11、高度傳感器12、進(jìn)水泵15、排水泵16、壓載箱17、齒輪41、棘輪42、棘爪43、托板51、下圓弧形擋板52、上圓弧形擋板53、環(huán)形導(dǎo)槽54、金屬套管81、氣泵82、錐形插入段83、喇叭段84、連接段85、氣壓傳感器86、支撐座101、桿體102、第一桿體段1021、第二桿體段1022。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。

實施例1

如圖1、圖2所示的實施例是一種懸浮式波浪發(fā)電裝置，其特征是，包括設(shè)于水上的支撐架1、控制器2、設(shè)于支撐架邊緣上的環(huán)形浮標(biāo)3、發(fā)電裝置、設(shè)于支撐架上的傾斜導(dǎo)軌5、用于支撐傾斜導(dǎo)軌的支撐柱6、設(shè)于傾斜導(dǎo)軌上的箱體7、設(shè)于支撐架上的4條纜繩8、設(shè)于箱體上的拉繩9和位于支撐架上方的杠桿10；杠桿一端與拉繩連接，杠桿另一端通過連接繩與發(fā)電裝置連接；每條纜繩下端均設(shè)有錨；

傾斜導(dǎo)軌包括托板51、設(shè)于托板上的下圓弧形擋板52和上圓弧形擋板53、設(shè)于托板上表面的2條環(huán)形導(dǎo)槽54，箱體通過2個滑塊分別與2條環(huán)形導(dǎo)槽相配合，托板中設(shè)有若干條導(dǎo)水管，各條導(dǎo)水管的進(jìn)水口位于托板下端，各條導(dǎo)水管的出水口位于上圓弧形擋板下端；

傾斜導(dǎo)軌下端通過轉(zhuǎn)軸與支撐架轉(zhuǎn)動連接，支撐柱下端與豎向絲桿轉(zhuǎn)動連接，豎向絲桿下端與設(shè)于支撐架上的伺服電機(jī)11的轉(zhuǎn)軸連接，還包括設(shè)于支撐架上的高度傳感器12，控制器分別與2個伺服電機(jī)和高度傳感器電連接。

杠桿包括支撐座101和設(shè)有支撐座上的桿體102，桿體包括第一桿體段1021和第二桿體段1022；第一桿體段的長度大于第二桿體段的長度，拉繩與第一桿體段端部連接。

如圖3所示，發(fā)電裝置包括齒條、與齒條連接的復(fù)位彈簧、齒輪41、與齒輪配合的兩個棘輪42和兩個發(fā)電機(jī)；齒條和齒輪相嚙合，齒輪通過兩個棘爪43分別與兩個棘輪相配合，兩個棘輪的轉(zhuǎn)軸分別與兩個發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接。

托板下表面上設(shè)有沿托板長度方向延伸的導(dǎo)向槽，支撐柱上端通過滑塊與導(dǎo)向槽配合；箱體上設(shè)有20個交錯排列的凸起。

箱體具有彈性，箱體內(nèi)填充有彈性物質(zhì)，箱體上部設(shè)有矩形凹槽，矩形凹槽中設(shè)有氣囊，氣囊上部的矩形凹槽中設(shè)有升降板，升降板上端通過牽引繩與箱體連接。

波浪帶動箱體沿傾斜導(dǎo)軌移動，當(dāng)波浪向上推動箱體時，波浪的沖擊力使矩形凹槽變窄，氣囊被擠壓，氣囊推動升降板向上移動，增大了箱體上升時的推動力；當(dāng)箱體靠近上圓弧形擋板時，波浪的擠壓力縮小，升降板向下移動，并且從各條導(dǎo)水管的出水口流出的水流沖擊箱體，箱體加速向下移動。

如圖6所示，一種懸浮式波浪發(fā)電裝置的方法，包括如下步驟：

步驟100，放置懸浮式波浪發(fā)電裝置

將支撐架放到水面上，使各條纜繩進(jìn)入水下，各個錨固定在水底的固定物上；

步驟200，開始發(fā)電

波浪帶動箱體沿傾斜導(dǎo)軌移動，拉繩帶動杠桿一端上下波動，杠桿將拉繩的力放大并通過連接繩傳遞給發(fā)電裝置；

步驟300，設(shè)定支撐柱高度

控制器控制伺服電機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，使支撐柱上端的高度為A；

步驟400，動態(tài)調(diào)整支撐柱高度

高度傳感器實時檢測支撐架的高度，控制器中設(shè)有幅度閾值W＝50厘米，控制器計算單位時間t內(nèi)的高度變化幅度B；

當(dāng)B≥W時，控制器控制伺服電機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，使支撐柱上端的高度降低至80％A；

當(dāng)B＜W時，控制器控制伺服電機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，使支撐柱上端的高度升高至112％A；

當(dāng)1.5W＜B≤2.5W時，控制器控制伺服電機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，使支撐柱上端的高度降低至50％A；

當(dāng)B≥2.5W時，控制器控制伺服電機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，使支撐柱上端降低至水面上。

實施例2

實施例2包括實施例1的所有結(jié)構(gòu)和步驟部分，如圖4、圖5、圖2所示，實施例2的每條纜繩均包括下端封閉的彈性管、設(shè)于彈性管上的多個依次插接的金屬套管81；每條纜繩的彈性管上端均與氣泵82的出氣管連接，每條彈性管內(nèi)均設(shè)有氣壓傳感器86，各個氣壓傳感器和氣泵均與控制器電連接。

金屬套管包括位于金屬套管下部的錐形插入段83、位于金屬套管上部的用于與相鄰的金屬套管的插入段相配合的向上張開的喇叭段84和位于插入段和喇叭段之間的連接段85。

實施例1的步驟100中還包括對于每條纜繩的控制步驟：

(7-1)在控制器中設(shè)定彈性管的標(biāo)準(zhǔn)氣壓范圍，控制器控制氣泵給彈性管充氣，彈性管充氣后膨脹，彈性管內(nèi)的氣壓傳感器檢測彈性管內(nèi)的氣壓；

(7-2)當(dāng)彈性管內(nèi)的氣壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)氣壓范圍的上限值時，控制器控制氣泵停止充氣；彈性管的管壁與各個金屬套管擠緊，支撐架被穩(wěn)定固定；

(7-3)當(dāng)彈性管內(nèi)的氣壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)氣壓范圍的下限值時，控制器控制氣泵給彈性管充氣；

(7-4)重復(fù)步驟(7-2)至(7-3)。

實施例3

實施例3包括實施例1的所有結(jié)構(gòu)和步驟部分，實施例3的支撐架上還設(shè)有如圖1、圖2所示的進(jìn)水泵15、排水泵16和4個壓載箱17，進(jìn)水泵和排水泵均通過水管與各個壓載箱聯(lián)通，進(jìn)水泵和排水泵均與控制器電連接；

(8-1)當(dāng)B≥2.5W時，控制器控制伺服電機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，使支撐柱上端降低至水面上；

并且控制器控制進(jìn)水泵將水抽到各個壓載箱中，進(jìn)水泵抽水時間達(dá)到T1＝3分鐘后，控制器控制進(jìn)水泵停止工作；

(8-2)當(dāng)B＜2.5W時，控制器控制排水泵將水從各個壓載箱中抽出，排水泵排水時間達(dá)到T2＝4分鐘后，控制器控制排水泵停止工作；

轉(zhuǎn)入實施例1的步驟300。

應(yīng)理解，本實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。