用於海洋波浪發電的發電單元的製作方法

2023-05-22 15:58:11

專利名稱：用於海洋波浪發電的發電單元的製作方法
用於海洋波浪發電的發電單元
技術領域：
本發明涉及一種發電單元，具體是涉及用於海洋波浪發電的發電單元。
背景技術：
由于波浪發電具有無汙染以及不必耗費燃料之優點，如何利用海水波浪所攜帶的 能量來發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、創新海洋發電 技術是一件意義深遠的工作。 對於國內外波浪發電的研究十幾年來，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電裝置是"海鰻"，它在儘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，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，還有發電能力不強的缺點。

發明內容
本發明目的是克服了現有技術中的不足，提供一種結構簡單、吸收波浪能力強、費
用低、可建成不同規模的發電單元。 本發明是通過以下技術方案實現的； 用於海洋波浪發電的發電單元，其特徵在於包括有發電單元外殼，在發電單元外 殼內設有導杆和沿著導杆上、下滑動的慣性質量體，在發電單元外殼內部的上、下兩端相應 地設有可使慣性質量體懸空的拉伸彈簧和壓縮彈簧，在慣性質量體上設置有發電機，在發 電單元外殼內設有齒杆，在慣性質量體上設有傳動齒輪箱，傳動齒輪箱輸入端的齒輪與齒 杆嚙合，傳動齒輪箱的輸出端與發電機軸連接。 如上所述的用於海洋波浪發電的發電單元，其特徵在於所述傳動齒輪箱為加速齒 輪箱。 如上所述的用於海洋波浪發電的發電單元，其特徵在於在慣性質量體內部設有可 儲存水並使其重量變化的空腔容器，在發電單元外殼內設有調節水泵，調節水泵連接有進 水管和出水管，進水管和出水管的出口置於空腔容器內。 如上所述的用於海洋波浪發電的發電單元，其特徵在於在發電單元外殼內還設有 變電控制箱，發電機的發電輸出端電連接到變電控制箱內並由變電控制箱進行電力輸出。
如上所述的用於海洋波浪發電的發電單元，其特徵在於所述拉伸彈簧、壓縮彈簧 與慣性質量體的波動頻率與海浪的波動頻率相同。 如上所述的用於海洋波浪發電的發電單元，其特徵在於所述拉伸彈簧、壓縮彈簧與慣性質量體的振動頻率符合公式/=:r"rrr ，其中m為慣性質量體的質量，k為拉伸彈
簧和壓縮彈簧的彈簧係數，為圓周率。 如上所述的用於海洋波浪發電的發電單元，其特徵在於所述導杆有三根。 與現有技術相比，本發明有如下優點 1、本發明結構簡易合理，吸收波浪的能力強； 2、本發明對海浪發電的選址要求不高，特別是可設在近岸； 3、本發明對建造工程費用和管理維護成本低； 4、本發明可適合建立規模大小不同的實用波浪發電站；


圖1是本發明切去一部分外殼的立體圖； 圖2是本發明切去一部分外殼和切去一部分慣性質量體的立體圖；
圖3是本發明的齒杆與傳動齒輪箱連接關係的立體圖；
圖4是本發明的立體圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明進行詳細說明 用於海洋波浪發電的發電單元，其設置在浮標上，其包括有發電單元外殼l，在發 電單元外殼1內設有導杆2和沿著導杆2上、下滑動的慣性質量體3，在本實施例中，導杆2 的數量可以有3-4根左右， 一般為3根。在慣性質量體3內部設有可儲存水並使其重量變 化的空腔容器31，將水注入空腔容器31中可以使慣性質量體3的重量發生變化。
在所述發電單元外殼1內部的上、下兩端相應地設有可使慣性質量體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量體3的上表面，壓縮彈簧5的上 端連接到慣性質量體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 性質量體3懸空並在導杆2的導引作用下使其上、下滑動。 在發電單元外殼1內設有齒杆71，在慣性質量體3上設有傳動齒輪箱72，傳動齒 輪箱72輸入端的齒輪721與齒杆71嚙合，傳動齒輪箱72的輸出端與發電機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為發電機6需要的快速。
在慣性質量體3內部設有可儲存水並使其重量變化的空腔容器31，在發電單元外 殼1內設有調節水泵101，調節水泵101連接有進水管102和出水管103，進水管102和出 水管103的出口置於空腔容器31內。這樣調節水泵101可通過進水管102和出水管103 將水注入空腔容器31內或者將水抽出空腔容器31，從而使整個慣性質量體3的質量發生變 化。 在發電單元外殼1內還設有變電控制箱8，發電機6的發電輸出端電連接到變電控
制箱8內並由變電控制箱8進行電力輸出。 本發明之所以能夠高效地進行發電，其工作原理為 當浮標在波浪中起伏運動時，固定在浮標中的發電單元也跟隨上下運動。由於發 電單元裡的慣性質量體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"，慣性質量體3並沒有跟隨浮標或發電單元外殼1運動而保持自己原有空間位置，結果發電 單元內部的拉伸彈簧4和壓縮彈簧5被"拉伸"和"壓縮"變形，產生了彈簧的勢能。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4和壓縮彈簧5以相同方向的合力釋放能量，推
動慣性質量體運動，通過中間的齒杆71和加速齒輪箱72帶動了發電機6發電。 在調節水泵幫助下，慣性質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的固有振動周期跟蹤並保持波浪周期，處於諧振狀態。 實際上波浪的起伏運動速度較慢，如果直接帶動發電機6嫌轉速太慢，發電效率
很低；所以必須經過一個加速齒輪箱72把轉速提高，就能獲得理想的發電效果。 可見，上述原理反映的能量轉換框圖如下圖所示
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能量轉換效率分析本發明的發電工作原理簡單，能量轉換的環節少，只要做好每 一個部件的設計，能量轉換的效率是高的。 上述框圖中的A、B、C各能量轉換條件，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點的損耗出現在海浪周期起伏節奏與彈性系統固有周期節奏不相符的互相抵 消。這是本發明中最重要的部分。完成這個計算的方法是根據波浪發電的選址，了解當地 海域的"常遇波周期"，設計彈性系統的固有周期符合這個常遇波周期，因為周期相同能產
生"共振"，使發電單元獲得很大的能量，這保證常年的正常發電。根據/ = 1〃=, k振
動頻率公式，m是慣性體質量，k是彈簧係數(剛度)，Ji為圓周率，振動周期t選擇為波浪 的波動周期，就能使它產生共振，使重塊獲得很大的振動幅度，極大地提升了吸收波浪能量 供給發電的效果，如果當地海域的"常遇波周期"發生變化時，這時可以改變m的質量，即慣 性質量體3的質量，通過調節水泵101將水注入空腔容器31內或者將水抽出空腔容器31 即可實現。還有所述拉伸彈簧4、壓縮彈簧5與慣性質量體3的振動頻率與海浪的波動頻率 相同，使其產生共振效果。所述拉伸彈簧4、壓縮彈簧5與慣性質量體3的振動頻率符合工
式2Ww/A 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，本波浪發電單元的效率是很高的，與國際上的波浪發電原理比較，明顯 地省掉一個"水輪機組"或其它能量轉換的方法帶來的能量損耗。從經濟意義上講，本發電 方案也是節省的。 本發電單元也可以水平放置使用，這在近岸的波浪發電是很有特色的。
首先是波浪從遠岸傳遞到近岸時出現所謂"破碎"現象，原因是海底對浪的傳播有 阻力，波浪的波形就發生向前傾斜水面快，水下慢，直至波形發生很大變異而破碎。波浪破 碎的結果使近岸波浪的能量以浪流的形式向岸邊衝擊，特別在颱風情況下對沿海近岸破壞 力很強。如果建立波浪發電站，經過恰當選址以及科學設計發電裝置，是有不錯的效果的。
簡單地把發電單元水平放置，使發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電效率高，要把本發電單元的外殼 改為方型或者三角形，並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
用於海洋波浪發電的發電單元，其特徵在於包括有發電單元外殼(1)，在發電單元外殼(1)內設有導杆(2)和沿著導杆(2)上、下滑動的慣性質量體(3)，在發電單元外殼(1)內部的上、下兩端相應地設有可使慣性質量體(3)懸空的拉伸彈簧(4)和壓縮彈簧(5)，在慣性質量體(3)上設置有發電機(6)，在發電單元外殼(1)內設有齒杆(71)，在慣性質量體(3)上設有傳動齒輪箱(72)，傳動齒輪箱(72)輸入端的齒輪(721)與齒杆(71)嚙合，傳動齒輪箱(72)的輸出端與發電機(6)軸連接。
2. 根據權利要求1所述的用於海洋波浪發電的發電單元，其特徵在於所述傳動齒輪箱 (72)為加速齒輪箱。
3. 根據權利要求1或2所述的用於海洋波浪發電的發電單元，其特徵在於在慣性質量 體(3)內部設有可儲存水並使其重量變化的空腔容器(31)，在發電單元外殼(1)內設有調 節水泵(101)，調節水泵(101)連接有進水管(102)和出水管(103)，進水管(102)和出水 管(103)的出口置於空腔容器(31)內。
4. 根據權利要求3所述的用於海洋波浪發電的發電單元，其特徵在於在發電單元外殼 (1)內還設有變電控制箱(8)，發電機(6)的發電輸出端電連接到變電控制箱(8)內並由變 電控制箱(8)進行電力輸出。
5. 根據權利要求3所述的用於海洋波浪發電的發電單元，其特徵在於所述拉伸彈簧(4) 、壓縮彈簧(5)與慣性質量體(3)的波動頻率與海浪的波動頻率相同。
6. 根據權利要求5所述的用於海洋波浪發電的發電單元，其特徵在於所述拉伸彈簧(4)、壓縮彈簧(5)與慣性質量體(3)的振動頻率符合公式/ = ^^7f ，其中m為慣性質量體的質量，k為拉伸彈簧和壓縮彈簧的彈簧係數，Ji為圓周率。
7. 根據權利要求3所述的用於海洋波浪發電的發電單元，其特徵在於所述導杆(2)有三根。
全文摘要
本發明公開了用於海洋波浪發電的發電單元，包括發電單元外殼，在發電單元外殼內設有導杆和沿著導杆上、下滑動的慣性質量體，在發電單元外殼內部的上、下兩端相應地設有可使慣性質量體懸空的拉伸彈簧和壓縮彈簧，在慣性質量體上設置有發電機，在發電單元外殼內設有齒杆，在慣性質量體上設有傳動齒輪箱，傳動齒輪箱輸入端的齒輪與齒杆嚙合，傳動齒輪箱的輸出端與發電機軸連接。本發明具有結構簡單、吸收波浪能力強、費用低、可建成不同發電規模等特點，本發明應用於海洋波浪發電裝置上。
文檔編號F03B13/14GK101782040SQ20101012235
公開日2010年7月21日 申請日期2010年3月4日 優先權日2010年3月4日
發明者陳國新 申請人:中山市探海儀器有限公司