一種浮子勢能動能之間相互轉換獲取海浪能的裝置的製作方法

2023-04-23 02:28:11

本實用新型涉及一種獲取海浪能的裝置，具體的是涉及一種浮子勢能動能之間相互轉換獲取海浪能的裝置。

背景技術：

海浪能是綠色可再生能源的重要部分，現有震蕩浮子式海浪發電多以隨波方式運行，獲取能量和效率都不高，雖然可以達到發電的目的，但獲取能量與成本之比太低，難以投入實際使用。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對上述的不足，而提出的一種使浮子以間歇脈衝的方式運行，獲取能量和效率高的浮子勢能動轉換海浪能獲取的裝置。

本實用新型的技術解決方案是：固定在岸基或淺海樁基或大型海上漂浮平臺上的導向框架內側安裝有導向輪組，浮子置於導向輪組內側，浮子的制動機構固定在導向框架上，導向框架的上部固定有支撐架，浮子通過浮子控制杆和連接卡與支撐架上的傳動裝置連接，傳動裝置通過加卸載離合器與輸出軸連接。

本實用新型的技術解決方案中所述的制動機構是摩擦制動機構或機械鎖死機構。

本實用新型獲取海浪能的裝置的技術方案中所述的加卸載離合器是一種通用離合器。

本實用新型的技術解決方案中所述的支撐架上的傳動裝置是固定在支撐架上下的一對軸承座上安裝有滑輪軸，滑輪軸與滑輪組固定連接，在滑輪組上繞有鋼索，滑輪軸通過加卸載離合器與動力輸出軸連接，浮子控制杆的上端通過連接卡連接在鋼索上。

本實用新型的技術解決方案中所述的浮子是一個圓柱體或橢圓體，圓柱體或橢圓體的下端設有紡錘體或圓錐體。

本實用新型的技術解決方案中所述的鋼索的外側設有張緊輪，張緊輪固定在支撐架上。

本實用新型的技術解決方案中所述的浮子內設有調節水泵。

本實用新型是利用制動機構和加卸載離合器控制浮子的運行方式，使得浮子在特定運動區被制動或空載運行，改變浮子原有的隨波運行方式，使得浮子以間歇脈衝的方式運行，將全部（或部分）浮子的浮力位能或部分浮子的重力位能轉換成浮子動能。當海浪運行到最低位或最高位時利用浮子的動能使浮子的自然沉浮點衝入水中或衝出水面，完成浮子的空載下衝--制動--釋放--空載上衝--做功--空載下衝的循環。浮子在上、下行狀態下相互反饋致使浮子的下衝深度和上衝高度越來越大直至平衡，浮子行程的加大可以大幅提高海浪能的獲取能力。

本實用新型的優點如下：

1、由於有衝入、衝出作用浮子潛入水中更深，因為海浪能與深度成二次方關係，所以獲取的海浪能更大；

2、因為浮子開始做功時由於浮子下降速度與海浪下降速度同步，浮子做功重力不變，所以浮子單位面積所做的功=S*H，其他剩餘能量幾乎可以全部轉化為下衝動能，轉化效率很高；

3、本實用新型由於能量獲取大幅提高，而且增加設備不多，所以經濟成本也大幅降低；

4、本實用新型除導向輪組與海水接觸外，其他運動部件均在海面以上，防腐蝕問題比較好處理。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是圖1中滑輪軸與輸出軸的連接關係俯視圖。

具體實施方式

如圖1、2所示，本實用新型的導向框架１固定在岸基或淺海樁基或大型海上漂浮平臺上，構成整個裝置的基礎；導向輪組2安裝在導向框架１內，構成浮子４的導軌；浮子４的制動機構３安裝在導向框架1上，制動機構3可以採用摩擦制動機構或機械鎖緊機構，通過制動機構3可以控制浮子4的制動與釋放；浮子4安裝在該導向輪組2內，浮子4可以在導向輪組2內作上、下移動；浮子4是一個圓柱體或橢圓體，為保證浮子4在工作中不被海浪淹沒，浮子4必須有一定高度，浮子4下部設為紡錘形或錐形，用以提高下潛深度，浮子4上部安裝有浮子連接杆5；浮子連接杆5通過連接卡6與一套傳動裝置連接，浮子連接杆5的上端通過連接卡6連接在鋼索11的中部；該傳動裝置包括固定在導向框架1上部的支撐架8，支撐架8上下各固定一對軸承座12，滑輪軸13安裝在軸承座12上，滑輪組9與滑輪軸13固定連接，在滑輪組9上繞有鋼索11，在鋼索11的設有張緊輪10，張緊輪10固定在支撐架8上，起到對鋼索11的張緊作用，使得鋼索11與滑輪組9之間不會打滑；滑輪軸13通過加卸載離合器14與動力輸出軸15連接，加卸載離合器14為一般通用離合器，起到浮子4加、卸載的作用，動力輸出軸15與發電機連接；在浮子4內安裝調節水泵7，調節水泵7上連接有抽、排水管16，通過調節水泵7抽、排浮子4內的配重水調節浮子4的重量，以確保浮子4重量與上衝高度相匹配；檢測控制裝置為通用的控制裝置，包括計算機和浪高檢測、浪速檢測、控制元件，對浪高、浪型、浪速進行測量，分析得出最佳制動、卸載、加載、調速時間，並通過控制元件控制整個系統運行；檢測控制裝置通過控制制動機構3、加卸載離合器14、調節水泵7和發電機勵磁實現浮子4的鎖閉--解鎖--上衝--加載--卸載--下衝--鎖閉過程的控制。

本實用新型的工作流程：

①開始工作時制動機構3和加卸載離合器14全部釋放，浮子4自由浮動，當海浪達到低點浮子4下衝深度為L(初始時L=0）時，制動機構3將浮子4鎖定不能移動；

②海浪再次上升時浮子4不動，浮子4不隨海浪上升，當海浪上升H達到最高點或近高點時浮子4與海浪平面有一個浮子浮力位能差等於H+L的深度；此時釋放制動機構3此時加卸載離合器14處於打開狀態，滑輪軸13與輸出軸15脫離，浮子4空載，浮力使得浮子4不斷加速上行；

③浮子4達到水平面時加速度減為零，但浮子速度V最大，所以浮子4會繼續向水面上運動，減速上行直到速度V為零，此時浮子4躍出水面以上S高度，S為上衝高度, 由於空氣阻力較小，S≈H+L。這時加卸載離合器14閉合，滑輪軸13與輸出軸15同步轉動，海浪開始下降時浮子4跟隨海浪一同下降，浮子4依靠自身重力(此時浮子單位面積重力=S)帶動鋼索6，驅使滑輪9--滑輪軸13--動力輸出軸15帶動發電機做功。此時浮子4下降速度不能過快，通過調整發電機勵磁控制載荷大小使浮子4下降速度與海浪下降速度基本保持一致；

④當海浪下降到最低位（近低位）時，浮子4單位重量所做功為海浪高點時浮子4在上衝高度S時的單位重力與浮子4隨海浪下降距離H乘積，功=S*H。此時由於浮子4和海浪同步下降，所以浮子4仍高出水面S（或接近S）的距離，立刻打開加卸載離合器14卸載，滑輪軸13與輸出軸15脫離浮子4空載，浮子4空載後由於重力作用浮子4的重力位能轉換成動能衝入水面以下L深度，L=mS,m為下衝係數，由於水阻力較大，ｍ與下衝深度和浮子4直徑有關，當下衝速度為零時制動鎖閉，系統又回到狀態②，進入下一循環。

由於下衝深度L越深產生點上衝高度S≈Ｈ＋Ｌ就越高，而上衝高度S越高下一個下衝深度也更低，形成一個正反饋，由於下衝越深阻力越大，所以達到某一深度後浮子4下衝深度基本穩定。下衝點越低上衝點就越高，由於浮子4單位面積所做的功=S*H, L越大S就越大，整個系統做的功越大,所以儘可能提高下衝深度L以求獲取更大的海浪能。本實用新型的操作方案還可以是：1、在浪高H較大時可以延遲卸載時間以獲取更多的能量並減少下衝阻力損失；2、在上衝高度S可能超出設計高度時可以在浮子4上跳段部分加載獲取部分能量並限制上衝高度S，靈活控制制動機構3與加卸載離合器14的鎖定和釋放以獲取最大能量。