CN110735756A - 一种双链轮组合换向增速驱动式波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双链轮组合换向增速驱动式波浪能发电装置,属于波浪能发电与能量采集技术领域；包括载体(25)、第一浮子(26)、第二浮子(27)、第一摆臂(28)、第二摆臂(29)，第一连接点(30)、第二连接点(31)；第一摆臂(28)一端与第一浮子(26)相连，另一端通过第一连接点(30)与第二牙盘伸出轴(18)连接；第二摆臂(29)一端与第二浮子(27)相连，另一端通过第二连接点(31)与第一牙盘伸出轴(17)连接；本发明解决了在波浪能装置工作时的二级能量转换问题，通过换向增速模块减小因波浪自身周期性低速往复运动对装置发电性能的影响；可有效地提高发电机的稳定性和发电效率。

Description

一种双链轮组合换向增速驱动式波浪能发电装置

技术领域

本发明涉及波浪能发电与能量采集技术领域，具体涉及一种双链轮组合换向增速驱动式波浪能发电装置。

背景技术

随着人们环保意识的提高，和能源危机的逐步显现，人们开始减少对化石能源的依赖并使用各种可再生能源。广阔海洋中蕴藏着巨大的能源,包括波浪能、潮汐能、海流能、温差能、盐差能等海洋能。其中，波浪能储量丰富且分布广泛，是最值得开发利用的一种海洋能，有着广阔的发展前景，受到世界各国研究机构的广泛关注。在波浪能利用领域，波浪能装置主要有振荡浮子式、振荡水柱式、越浪式等形式。在各种装置形式之中，振荡浮子式波浪能发电装置具有结构简单、效率较高、成本较低、适合我国小波浪条件的特点，是几种类型的波浪能装置中最具发展前景的一种。但现有振荡浮子式波浪能装置存在如下不足：其浮子自身随波浪周期性轴向低速运动对装置自身发电稳定性有较大的影响，而且其浮子随波浪的低速运动导致发电效率受限；采用液压装置进行发电，液压装置不易维修保养且发电效率受限；浮子的周期性轴向直线运动在极限海况下容易与装置自身结构发生碰撞挤压导致装置受损,而且浮子与立轴之间的运动容易出现卡死的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双链轮组合换向增速驱动式波浪能发电装置；为了减少波浪周期性低速往复运动带动浮子上下周期性低速往复运动对装置发电稳定性的影响，提高装置的发电效率，本发明提供了一种双链轮组合换向增速驱动式波浪能发电装置。该装置包括浮子、摆臂、载体、换向增速模块和发电模块。本发明通过浮子和摆臂对波浪能进行采集；通过换向增速模块对浮子和摆臂采集的能量进行换向增速和传递；发电模块对传递来的能量进行转换获得人们需要的电能；载体用于承载和连接上述结构。本发明通过换向增速模块减小因波浪自身周期性低速往复运动对装置发电性能的影响。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种双链轮组合换向增速驱动式波浪能发电装置，包括载体25、第一浮子26、第二浮子27、第一摆臂28、第二摆臂29，第一连接点30、第二连接点31；第一浮子26与第一摆臂28一端相连，然后第一摆臂28另一端通过第一连接点30与第二牙盘伸出轴18连接；第二浮子27与第二摆臂29一端相连，第二摆臂29另一端通过第二连接点31与第一牙盘伸出轴17连接。

所述载体25包括第一牙盘1、第二牙盘6、第一链轮2、第二链轮3、第三链轮4、第四链轮5、第一增速装置7、第二增速装置8、第一发电机9、第二发电机10、第一转轴11、第二转轴12、第一联轴器13、第二联轴器14、第三联轴器15、第四联轴器16、第一牙盘伸出轴17、第二牙盘伸出轴18；所述第二摆臂29与第一牙盘伸出轴17连接，第二浮子27上下运动时带动第二摆臂29绕第一牙盘伸出轴17转动，从而带动第一牙盘1转动；第一牙盘1与第二链轮3、第四链轮5分别通过第二链条20、第四链条22连接；第一牙盘伸出轴17安装在载体外壳32上，第一链轮2与第二链轮3分别与第一联轴器13连接；第一联轴器13带动第一增速装置7转动，第一增速装置7再通过第三联轴器15与第一发电机9输出轴连接；第一摆臂28与第二牙盘伸出轴18连接，第一浮子26上下运动时带动第一摆臂28绕第二牙盘伸出轴18转动，从而带动第二牙盘6转动；第二牙盘6与第一链轮2、第三链轮4分别通过第一链条19、第三链条21连接；第二牙盘伸出轴18安装在载体外壳32上，第三链轮4与第四链轮5分别与第二联轴器14连接；第二联轴器14带动第二增速装置8转动，第二增速装置8再通过第四联轴器16与第二发电机10输出轴连接。

本发明提出了一种双链轮组合换向增速驱动式波浪能发电装置，是一种振荡浮子式波浪能发电装置，与常规的振荡浮子式波浪能发电装置相比具有以下优点：

1、本发明的换向增速模块可以通过链轮装置和增速装置的配合将波浪的周期性低速往复运动转换成发电机转子的高速单向运动，提高了发电机的工作效率和稳定性。

2、本发明在进行能量提取时采用铰接旋转运动方式，避免了基于垂荡运动的振荡浮子式波浪能装置的浮子在轴向直线运动时的卡死问题。

3、本发明的换向增速模块和发电装置可以预设在载体内部，在实际安装过程中，只需将浮子、摆臂与载体上相应的预留接口相连接即可投入工作，安装简单。

4、本发明的浮子、摆臂结构简单，在维护检修时需要检查的部分较少且容易观察；本发明的换向增速模块设置在载体内部，其机械结构简单、传动方式简单，拆装和更换方便，便于维护保养。

5、本发明的浮子、摆臂、载体结构简单，换向增速模块传动方式简单，仅依靠齿轮、链条的机械传动实现发电目标，各部件成本较低；本发明可以先在陆地上预装部分结构，在海上安装方便，本发明内部结构简单便于维护保养，人工成本低。

附图说明

图1为本发明发电装置载体部分及其内部结构的俯视图；

图2为本发明发电装置其内部牙盘与链轮组合示意图；

图3为本发明工程应用形式；

图4为本发明发电装置载体部分及其内部结构的左视图。

具体实施方式

一种双链轮组合换向增速驱动式波浪能发电装置，包括浮子、摆臂、载体、换向增速模块和发电模块。本发明目的是为了解决在波浪能装置工作时的二级能量转换问题，通过换向增速模块减小因波浪自身周期性低速往复运动对装置发电性能的影响。换向增速模块包括两组链轮传动装置、两组增速装置、两组联轴器。其中链轮传动装置由牙盘、链轮、链条组成，每个牙盘通过两根链条连接两个链轮。在波浪作用下，浮子上下低速往复运动，并通过摆臂传递到换向增速模块，再通过换向增速模块将浮子的低速往复运动转化为发电机转子的高速单向转动进行发电。本装置通过换向增速可有效地提高发电机的稳定性和发电效率。

下面结合附图对本发明做进一步描述：

实施例1：

如图1所示：一种双链轮组合换向增速驱动式波浪能发电装置包括第一牙盘1、第二牙盘6、第一链轮2、第二链轮3、第三链轮4、第四链轮5、第一增速装置7、第二增速装置8、第一发电机9、第二发电机10、第一转轴11、第二转轴12、第一联轴器13、第二联轴器14、第三联轴器15、第四联轴器16；第一牙盘伸出轴17、第二牙盘伸出轴18；本发明的第一摆臂28通过第一连接点30与第二牙盘伸出轴18连接，第一浮子26上下运动时带动第一摆臂28绕第二牙盘伸出轴18转动，从而带动第二牙盘6转动。第二牙盘6与第一链轮2、第三链轮4分别通过第一链条19、第三链条21连接；第二摆臂29通过第二连接点31与第一牙盘伸出轴17连接，第二浮子27上下运动时带动第二摆臂29绕第一牙盘伸出轴17转动，从而带动第一牙盘1转动。第一牙盘1与第二链轮3、第四链轮5分别通过第二链条20、第四链条22连接。

由于链轮装置转动时具有单向做功性，装置中第一链轮2、第二链轮3只在逆时针旋转时带动第一转轴11旋转；第三链轮4、第四链轮5只在顺时针旋转时带动第二转轴12旋转。当浮子上下运动时带动牙盘转动，因为牙盘呈对称分布，所以在浮子向上或向下运动时两个牙盘的转动方向相反，从而分别带动一组链轮转动做功，同轴二级式增速装置的四个渐开线齿轮，其齿数和模数根据实际海洋状况进行设定。

如图1所示：其中第一增速装置7、第二增速装置8与第一转轴11、第二转轴12分别通过第一联轴器13、第二联轴器14对应连接。浮子在波浪带动下上下浮动带动摆臂绕牙盘伸出轴转动，带动牙盘转动，牙盘带动链轮转动，链轮带动第一转轴11、第二转轴12转动，增速装置在此处通过内部齿轮传动比的变化将链轮转轴传递过来的转速以更高的转速输出，然后通过第三联轴器15、第四联轴器16分别带动第一发电机9、第二发电机10的转子高速转动，转子高速转动时发电机发电。

如图2所示，其工作方式为：装置中第一链条19、第二链条20带动的链轮只在逆时针旋转时带动轴旋转；第三链条21、第四链条22带动的链轮只在顺时针旋转时带动轴旋转。摆臂通过与牙盘伸出轴连接带动两牙盘转动。浮子上升时带动摆臂使第一牙盘1逆时针旋转，此时第二牙盘6顺时针旋转；浮子下降时，第一牙盘1顺时针旋转第二牙盘6逆时针旋转。浮子上升时：第一牙盘1逆时针旋转只能使第二链条20带动的链轮做功使对应的第一转轴11逆时针转动，第二牙盘6顺时针旋转只能使第三链条21带动的链轮做功使对应的第二转轴12顺时针转动。浮子下降时：第一牙盘1顺时针旋转只能使第四链条22带动的链轮做功带动对应的第二转轴12顺时针转动，第二牙盘6逆时针旋转只能使第一链条19带动的链轮做功带动对应的第一转轴11逆时针转动。浮子的上下浮动是连续的，所以链轮带动第一转轴11、第二转轴12的旋转是连续的，并且每个转轴上链轮的做功方向相同，所以第一转轴11、第二转轴12各自的旋转方向不变，进而保证通过联轴器、增速装置、联轴器所带动的发电机各自的转子转动方向不变。

工程实施方式如图3所示：换向增速模块、发电模块设置在载体25内，第一浮子26、第二浮子27分别与第一摆臂28、第二摆臂29对应相连，第一浮子26、第二浮子27与牙盘伸出轴连接，连接点如图3第一连接点30、第二连接点31所示，随着浮子的上下运动，带动牙盘旋转，牙盘通过链条带动链轮旋转，链轮带动转轴向特定方向旋转，通过联轴器带动增速装置转动，增速装置通过联轴器带动发电装置的转子单向高速旋转，从而实现发电。

此时发电装置载体部分及其内部结构的左视图如图4所示：包括第二牙盘6、与摆臂相连接的第二牙盘伸出轴18、第三链轮4、第二联轴器14、第四联轴器16、第二增速装置8、第二发电机10、载体外壳32。第二牙盘伸出轴18安装在载体外壳32上，浮子上下浮动带动摆臂摆动，摆臂与牙盘伸出轴相连从而带动牙盘转动，第二牙盘6通过链条带动第三链轮4转动，进而通过第二联轴器14带动第二增速装置8转动，第二增速装置8再通过第四联轴器16带动第二发电机10转子转动，进行发电。链轮底座，加速器底座，发电机底座固定在载体外壳32上。

实施例2：

一种双链轮组合换向增速驱动式波浪能发电装置，主要包括：浮子、摆臂、换向增速模块、发电模块、载体。

所述浮子与摆臂是装置的一级能量转换机构，用于捕获波浪能；所述换向增速模块是装置的传动机构，用于对浮子和摆臂的低速周期性往复转动进行换向和增速；所述发电模块是装置的能量转换机构，用于将通过一级能量转换机构和传动机构所捕获并传递的波浪能转换为电能；载体为一密封箱式结构，用于支撑和连接装置的其它机构。

所述两个浮子对称的布置于载体两侧，并通过摆臂与载体连接；所述换向增速模块由两个牙盘，两个链轮装置，两根链条，两组联轴器，两个增速装置组成；所述发电模块为旋转电枢式发电机，其转子通过联轴器与增速模块输出端相连。

所述浮子水线以下为锥形，水线以上为圆柱形，在波浪作用下，浮子随着波浪上下运动；所述摆臂一端与浮子连接，一端连接载体的牙盘的伸出轴；所述换向增速模块的链轮装置由两个做功方向相同的链轮配合链条与转轴组成，且两组链轮装置各自对应的链轮做功方向相反；所述增速装置通过螺栓和固定支座固定在载体内部；所述发电装置的转子通过联轴器与增速装置输出端相连。

所述摆臂与浮子采用铰接方式连接，摆臂通过伸出轴与换向增速模块的牙盘连接，每个牙盘有两组轮齿，分别与两根链条相连，牙盘轮齿所在平面与对应的链轮所在平面相同；所述链轮装置的每个转轴通过两个支座和两个轴承固定在载体内，支座通过四个螺栓固定，链轮装置一端用端盖密封，另一端通过伸出轴承与联轴器相连，每个链轮装置的转轴上设置有两个链轮，且两个链轮的做功方向相同；所述增速装置每个包括一个同心式二级圆柱齿轮增速器和一个联轴器；同心式二级圆柱齿轮增速器由四个渐开线齿轮组成，一端通过联轴器与链轮装置的转轴相连，一端通过联轴器与发电机转子相连。

实施例3：

经检索发现专利号CN104632514A发明中公开了一种多棘轮摆式波浪能发电装置它包括：棘轮组、发电机组、中间传动带轮组、横向传动轴、固定板、摆锤。其特征是棘轮组、发电机组、中间传动带轮组及横向传动轴设置于固定板上,所述摆锤包括锤体与摆臂,锤体位于固定板的下方,摆臂穿经固定板并与横向传动轴的中央部位垂直连接。该多棘轮摆式波浪能发电装置采用浮体摆式机构,在浮体随着波浪运动的过程中,将摆锤的运动产生的能量转换为棘轮带动发电机转动的能量进而转换成电能。本发明与CN104632514A发明相比具有以下不同：

1、利用的能量类型和能量采集方式不同：本发明是在浮子随海浪上下运动的过程中，将浮子运动产生的能量经由摆臂传递到换向增速模块，再经由换向增速模块转换成发电机转子的高速单向转动，进而产生电能。其利用的是波浪中的势能；CN104632514A所公布的多棘轮摆式波浪能发电装置采用浮体摆式机构,在浮体随着波浪运动的过程中,将摆锤的运动产生的能量转换为棘轮带动发电机转动的能量进而转换成电能，其利用的是海浪水平方向的运动带动浮子摆动产生的能量，利用的是波浪的动能。

2、装置作用效果不同：本发明中，浮子上升时，第一牙盘逆时针旋转只能使与之相连的逆时针做功方向的链轮带动转轴逆时针转动，第二牙盘顺时针旋转只能使与之相连的顺时针做功方向的链轮带动转轴顺时针转动；浮子下降时，与上述过程相反。本发明将浮子周期性的低速往复运动转换成发电机转子的高速单向运动；在CN104632514A发明中，当波浪摆动时,摆锤可以带动横向传动轴上的棘轮做前后摆动,当摆锤向后摆动时,摆锤带动横向传动轴上的第一棘轮和第四棘轮两个棘轮转动,第一棘轮和第四棘轮转动的同时,分别通过传动带带动第一中间传动带轮和第四中间传动带轮两个中间传动带轮转动,第一中间传动带轮和第四中间传动带轮两个中间传动带轮同时通过传动带,分别带动第一发电机和第四发电机两个发电机转动,实现发电。当摆锤向前摆动时,与上述过程相反。其利用棘轮装置将浮子的往复运动进行分割，转换成两个单向运动过程，发电机转子的运动是单向的、间断的。

3、机械结构不同：本发明的换向增速模块中链轮装置依靠的是链传动，增速装置依靠的是齿轮传动，本发明中的换向增速模块由两个牙盘，两个链轮装置，四根链条，四组联轴器，两个增速装置组成。所述增速装置，每个增速装置中包括一个同心式二级圆柱齿轮增速器和一个联轴器，同心式二级圆柱齿轮增速器由四个渐开线齿轮组成；在CN104632514A发明中，其机械传动部分即棘轮组、中间传动带轮组，依靠的只有带传动，所述棘轮组包括第一棘轮、第二棘轮、第三棘轮和第四棘轮，所述中间传动带轮组包括第一中间传动带轮、第二中间传动带轮、第三中间传动带轮和第四中间传动带轮。

4、发电机设置数量不同，本发明中涉及两个旋转电枢式发电机；而在CN104632514A发明中涉及四个发电机。

本发明与CN104632514A在：利用的能量类型和能量采集方式、装置作用效果、机械结构、发电机设置数量方面存在明显不同。本发明解决了波浪能装置在工作时的二级能量转换问题，通过换向增速模块减小因波浪自身周期性低速往复运动对装置发电性能的影响，将波浪周期性低速往复运动转换成发电机转子的高速单向运动，提高了发电装置在工作时的稳定性和发电效率，与CN104632514A是完全不同的。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种双链轮组合换向增速驱动式波浪能发电装置，其特征在于，包括载体(25)、第一浮子(26)、第二浮子(27)、第一摆臂(28)、第二摆臂(29)，第一连接点(30)、第二连接点(31)；第一浮子(26)与第一摆臂(28)一端相连，然后第一摆臂(28)另一端通过第一连接点(30)与第二牙盘伸出轴(18)连接；第二浮子(27)与第二摆臂(29)一端相连，第二摆臂(29)另一端通过第二连接点(31)与第一牙盘伸出轴(17)连接。

2.根据权利要求1所述的一种双链轮组合换向增速驱动式波浪能发电装置，其特征在于，所述载体(25)包括第一牙盘(1)、第二牙盘(6)、第一链轮(2)、第二链轮(3)、第三链轮(4)、第四链轮(5)、第一增速装置(7)、第二增速装置(8)、第一发电机(9)、第二发电机(10)、第一转轴(11)、第二转轴(12)、第一联轴器(13)、第二联轴器(14)、第三联轴器(15)、第四联轴器(16)、第一牙盘伸出轴(17)、第二牙盘伸出轴(18)；所述第二摆臂(29)与第一牙盘伸出轴(17)连接，第二浮子(27)上下运动时带动第二摆臂(29)绕第一牙盘伸出轴(17)转动，从而带动第一牙盘(1)转动；第一牙盘(1)与第二链轮(3)、第四链轮(5)分别通过第二链条(20)、第四链条(22)连接；第一牙盘伸出轴(17)安装在载体外壳(32)上，第一链轮(2)与第二链轮(3)分别与第一联轴器(13)连接；第一联轴器(13)带动第一增速装置(7)转动，第一增速装置(7)再通过第三联轴器(15)与第一发电机(9)输出轴连接；第一摆臂(28)与第二牙盘伸出轴(18)连接，第一浮子(26)上下运动时带动第一摆臂(28)绕第二牙盘伸出轴(18)转动，从而带动第二牙盘(6)转动；第二牙盘(6)与第一链轮(2)、第三链轮(4)分别通过第一链条(19)、第三链条(21)连接；第二牙盘伸出轴(18)安装在载体外壳(32)上，第三链轮(4)与第四链轮(5)分别与第二联轴器(14)连接；第二联轴器(14)带动第二增速装置(8)转动，第二增速装置(8)再通过第四联轴器(16)与第二发电机(10)输出轴连接。

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