四桿式海浪發電機的製作方法

2023-10-07 23:12:39

專利名稱：四桿式海浪發電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種四桿式海浪發電機，屬於海浪發電技術領域。
在世界各地的海岸線上，海浪年復一年，日復一日不停地拍打著海岸。為了抵禦海浪對海岸的衝擊，人們修築了許許多多的防浪堤、消浪堤。但對於這種能量巨大的拍岸浪的利用，長期以來儘管人們付出了很大的努力，卻一直沒有找到一個有效的辦法。經中國專利光碟資料庫檢索，最接近本方案的，也採用了連杆結構的是專利申請號88220860.8的″海浪推力發電裝置″但該裝置與本方案比較，二者設計思路及方案實現方法有著本質的區別。該裝置以傳感器為主要結構特徵，傳感器結構複雜，工作時將海浪力分解後受力，海浪力損失大，所獲海浪力小。傳感器直接與海水接觸，易腐蝕，維護和檢修工作量大。此外，其整個裝置機械效率低，實踐中難以獲得成功。
本發明的目的就是利用一種簡單的機構，將近岸湧浪的往復移動轉變成飛輪的轉動，通過飛輪的轉動來帶動發電機發電。這種簡單的機構就是四桿機構。四桿機構早已廣泛應用於工程、機械的各個領域。在海浪能的利用上，四桿機構同樣可以發揮出應有的作用。
本發明的技術方案包括四大部分接受海浪推力機構、傳遞海浪推力機構、旋轉變速傳動機構及發電機。本發明的要點在於傳遞海浪推力機構採用了四桿機構，即四桿中推桿13的一端與海浪推力機構連接，接受海浪推力，推桿13另一端與連杆4連接，連杆4的另一端與曲柄3連接，曲柄3的輸出端與工作飛輪2的單向離合方式聯接，聯接點與飛輪軸心有一定的距離以便產生力矩使飛輪旋轉。
四桿式推力傳遞機構可為曲柄滑塊式結構，即推桿13的一端接推力機構，另一端與滑塊5連接，滑塊5的另一邊與連杆4連接，曲柄3的輸出端與工作飛輪2以單向離合方式相聯接與慣性飛輪8固定聯接，聯接點與飛輪軸心有一定距離。慣性飛輪8使機構的空回行程能順利完成。
四桿式推力傳遞機構還可採用搖杆式結構。推桿13在此起搖杆作用，它可由接受海浪推力板充當，它的底端固定，另一端與連杆4連接，連杆4的另一端與曲柄3連接，曲柄3的輸出端與工作飛輪以單向離合方式聯接，聯接點與飛輪軸心有一定的距離，以便產生力矩使飛輪旋轉。在海浪推力板背後，即搖杆13的一側有復位彈簧14，使機構的空回行程順利完成。
本發明的優點是四連杆機構配以巨大的海浪推板再加上與曲柄以獨特方式相聯的飛輪對為主要結構特徵，結構簡單，效率高，易於維護。首先巨大的海浪推板能夠充分地獲取海浪力，然後由四桿機構將海浪力以很高的效率傳遞給與曲柄以單向離合方式相聯的工作飛輪上，並由工作飛輪經傳動軸和齒輪加速器驅動發電機發電。與曲柄固定相聯的慣性飛輪(曲柄滑塊式海浪驅動發電機)或回位彈簧(搖杆式海浪驅動發電機)使機構的空回行程能夠順利完成。在正常的發電工作中，整個裝置除海浪推板及推桿要暴露在海水中外，其作部件全部封閉在室內，而海浪推板和推桿可採用堅固耐腐蝕材料製作，整整設備消耗低易維護。所以本技術方案不僅適合於建造小型電站，而且在取得一定經驗的基礎上，還可用於開發建造中型電站甚至是大型電站，因而是極具商業開發價值的方案。
下面結合附圖進一步說明本發明的工作原理及實施例

圖1是本發明的結構示意圖1是底座、2是飛輪、3是曲柄、4是連杆、5是滑塊、6是海浪推力板、8是導輪軌道、9是齒輪加速器、10是發電朵、11是傳動軸、12是傳動帶系統。
圖2是曲柄滑塊式四桿機構俯視圖1是底座、2是工作飛輪、3是曲柄、4是連杆、5是滑塊、6是海浪推力板、7是慣性飛輪、8是導輪軌道、9是齒輪加速器、10是發電機、11是傳動軸、12是傳動帶系統。
圖3是搖杆式結構示意圖2是工作飛輪、3是曲柄、4是連杆、13是海浪推力板，充當搖杆、14是復位彈簧。
下面以曲柄滑塊機構和搖杆機構為例來說明四桿式海浪發電機的工作原理。
1、曲柄滑塊式海浪驅動發電機圖1、圖4為發電機的原動裝置結構和工作原理示意圖。電站選在海岸帶適當位置。發電機及整個曲柄滑塊裝置安置在一個大的基座上，基座固定在建於海岸帶的基床上。如該地區潮差較大，基座可做成浮箱，在基床上隨潮位的漲落而上下移動。不論基座如何固定，所要達到的效果是要使湧浪在與基座相遇時能夠轉變成具有巨大衝擊力的破碎波。而且該破碎波能作用在基座上曲柄滑塊機構的海浪推板上，從而使該推板獲得最大的海浪推力。
推板的上下二端安置導輪，使推板沿軌道移動，推板的移動阻力也減至最小。推板的形狀採用平面還是曲面應通過水工模型實驗來確定。海浪的推力由推桿經滑塊傳到曲柄，曲柄帶動其一側的飛輪轉動。該飛輪為做功飛輪或叫工作飛輪，與曲柄以單向離合方式相聯(類似於自行車後輪上鏈條與飛輪的關係)。由於海浪運動的不規則性，曲柄與工作飛輪保持單向離合關係是必要的。在曲柄帶動飛輪做功的行程中當曲柄由死點逆時針移向另一側死點，帶動飛輪也做逆時針旋轉。在海浪的回流過程即在機構的空回行程中，工作飛輪由於慣性作用，繼續逆時針旋轉。此時曲柄已不能對工作飛輪施加作用力，相反為了不消耗工作飛輪的慣性力，曲柄應與工作飛輪鬆開，任工作飛輪自由轉動。曲柄與工作飛輪這樣單向離合的另一個好處是此時若有一不規則大浪襲來，曲柄與工作飛輪的旋轉方向就會相反，由於曲柄與工作飛輪已經鬆開，因此不會對飛輪的正常旋轉產生不利影響。
機構的空回行程問題應該說可以有多種方法來解決。這裡以在機構中增加一慣性飛輪見圖5為例來說明機構空回行程的完成。慣性飛輪與曲柄固定相聯，它與工作飛輪組成飛輪對將曲柄夾於其間。慣性飛輪的作用就是在機構空回行程中，利用曲柄在工作行程中給予的旋轉慣性，帶動曲柄經過死點後繼續逆時針旋轉並最終通過另一死點，且使曲柄通過死點後停在一個適當的位置點，從而使機構完成一個完整的工作循環，並為機構開始下一次工作行程做好準備。由於海浪運動的不規則性，海浪在前一次回流完成後可能會再次湧來，使機構開始新一輪的工作循環。但海浪也可能不會馬上湧來，此時工作飛輪由於慣性作用而繼續旋轉，曲柄滑塊機構則應處於一種短暫的靜止狀態。這種靜止狀態可以通過調整慣性飛輪的配重，使其重心(圖5中W點)與曲柄之間保持一個角度來獲得。在空回行程途中，如遇一不規則大浪襲來，曲柄受海浪作用會作順時針方向旋轉。此時，慣性飛化也會隨曲柄作同向旋轉。但不論曲柄旋轉到什麼位置，當海浪退去後，慣性飛輪重心自然下落，落到最低點穩定後，曲柄正好又為新一輪工作循環作好準備。此外，推板下端作成鉤形，推板導輪的軌道及滑塊的滑板向外海側傾斜，這些都有利於拍岸浪在回流過程中帶動推板向前，從而使機構的空回行程更易完成。
曲柄滑塊式海浪驅動發電機的平面布置如圖1、圖2所示。為了獲得最大的海浪能，海浪推板應儘可能長些。又考慮到受力均勻，在一個推板上可以布置多個曲柄滑塊機構。本方案以布置兩個機構為例來說明整個發電機的平面布置。兩個曲柄滑塊機構對稱布置，兩個工作飛輪相對並用一根傳動軸連接。傳動軸隨兩工作飛輪一起轉動，其上的齒輪加速器與發電機通過齒輪或傳動帶相聯，加速器齒輪隨傳動軸一起轉動並帶動發電機發電。兩慣性飛輪分別安置在兩機構的外側，帶動兩機構完成空回行程和預備新的工作行程。由於海浪的不規則運動對工作飛輪的轉動影響不大，因而發電機的正常工作是可以保證的。
2、搖杆式海浪驅動發電機搖杆式海浪驅動發電機與曲柄式海浪驅動發電機相比有許多相同或類似的地方。現略去相同或類似部分，只對搖杆式海浪驅動發電機原動裝置的工作原理作一敘述。相對於曲柄滑塊式海浪驅動發電機，搖杆式海浪驅動發電機原動裝置結構更加簡單。如圖3所示，搖杆13即推板在海浪的推動下由D點擺向C點，通過連杆4帶動曲柄3由B點擺向A點。同時曲柄3帶動工作飛輪逆時針旋轉。曲柄3與工作飛輪是單向離合關係，當曲柄3由B點擺到A點後，與工作飛輪鬆開。此時，工作飛輪受慣性作用將繼續逆時針旋轉，曲柄3則在搖杆13的拉動下退回原位。搖杆13的回位有多種方法，本方案以回位彈簧法為例來說明之。當推板在海浪的推動下由D點擺向C點，推動背後的回位彈簧14被壓緊。海浪退去後，回位彈簧使推板恢復到原位。隨著海浪的一進一退，搖杆機構作有節奏的擺動，驅動工作飛輪連續地轉動。在工作飛輪的帶動下，發電機就會穩定地輸出電力。
二、四桿式海浪驅動發電機的安置在具體設計電站中，可以廣泛地藉助已有的理論和經驗。例如四桿機構早已廣泛應用於各種機械之中，其成熟的理論和經驗可直接加以利用。多年來積累的海洋工程理論和經驗也是電站設計的有力保證。再結合當地的海浪資源，就構成了四桿式海浪驅動發電機的基本設計建設條件。
實測數據表明，在一些海岸拍岸浪對海岸的衝擊力可達到每平方米30-40噸。因此有理由相信，對於在世界範圍的沿海地區來說，一定有許多地方，那裡的海岸日夜承受著海浪強力的衝擊。這些地方的海浪不僅壓力巨大，運動周期也相對穩定，是安置四桿式海浪驅動發電機的理想場所。
對於一臺四桿式海浪驅動發電機來說，其原動裝置各部分的尺寸應根據電站所在地海浪條件來確定，並進而推算出發電機單機容量。假設一臺曲柄滑塊式海浪驅動發電機海浪推板長20米，高2米，滑塊行程為1.50米，電站所在地海浪有效壓力每平方米5噸，海浪有效運動周期為8秒。
則推板所獲得的海浪總壓力可達到P＝20×2×5＝200噸＝2000000牛頓。
曲柄和工作飛輪轉速ω＝2∏/T＝2×3.1416÷8＝0.7854弧度/秒因此海浪所賦予電站的有效功率為P＝ωPL＝0.7854×2000000×1.50＝2356200瓦＝2356.2千瓦式中P-海浪總壓力 ω＝曲柄和工作飛輪轉速T-海浪有效運動周期 P-電站的有效功率L-滑塊行程既在以上假定條件下單機容量可達到2000千瓦以上。
由於四桿式海浪驅動發電機的基座可以是浮箱，因而整個電站可看成是一艘形狀特殊的船。船的外形設置成流線型，整個電站設施除了海浪推力機構暴露在外面外，其餘部分全部封閉在船體內。海浪推板周圍也有框架保護。這樣，在一般風浪條件下，電站可安然無恙，照常工作。如遇強颱風等特殊自然災害，必要時可將整個電站駛離危險區域，待災害過後再重新回位工作。為降低建站成本，在初期的實驗性電站建設中，可選退役的駁船為基座，將有關的設備及設施安置其上後，將駁船固定在選定的基床上，既可開始發電。
權利要求
1.一種四桿式海浪發電機，包括接受海浪推力機構、傳遞海浪推力機構、旋轉變速傳動機構和發電機，其特徵是傳遞海浪推力機構採用四桿機構，四桿機構中推桿(13)一端與接受海浪推力機構連接，另一端與連杆(4)的一端連接，連杆(4)的另一端與曲柄(3)連接，曲柄(3)的輸出端與工作飛輪(2)以單向離合方式聯接，聯接點與飛輪軸心有一定距離。
2.根據權利要求1所述的四桿式海浪發電機，其特徵是四桿機構為曲柄滑塊式結構，推桿(13)的一端接推力機構，另一端與滑塊(5)連接，滑塊另一邊與連杆(4)連接，曲柄(3)的輸出端與工作飛輪(2)以單向離合方式相聯接，與慣性飛輪(8)固定聯接，聯接點與飛輪軸心有一定距離。
3.根據權利要求1所述的四桿式海浪發電機，其特徵是四桿機構為搖杆式結構，搖杆(13)即是推桿，它由海浪推力板充當，它的底端固定，另一端與連杆(4)連接，連杆(4)的另一端與曲柄(3)連接，曲柄(3)的輸出端與工作飛輪(2)以單向離合方式聯接，聯接點與飛輪軸心有一定距離，在搖杆(13)的一側，即海浪推力板背後有復位彈簧(14)。
全文摘要
一種四桿式海浪發電機,包括接受海浪推力機構、傳遞海浪推力機構、旋轉變速傳動機構和發電機。本發明的關鍵是傳遞推力機構採用四桿機構,四桿機構中推桿接受海浪推力,通過連杆、曲柄將力加在工作飛輪上,曲柄與工作飛輪以單向離合方式聯接,可採用曲柄滑塊式四桿結構,也可採用搖杆式四桿結構。根據結構不同復位裝置有許多種,可以採用慣性飛輪,也可採用復位彈簧。本發明結構簡單、工作穩定、高效。
文檔編號F03B13/22GK1263209SQ9911635
公開日2000年8月16日 申請日期1999年2月12日 優先權日1999年2月12日
發明者陶志連 申請人:陶志連