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矩陣式海浪發(fā)電裝置的制作方法

文檔序號:5178415閱讀:237來源:國知局
專利名稱:矩陣式海浪發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及發(fā)電裝置,特別涉及利用海浪能發(fā)電的裝置,具體是一種矩陣式海浪 發(fā)電裝置。
背景技術(shù)
地球表面70%是海洋,利用海洋能源,是當(dāng)今世界能源研究的重要方向。海洋中蘊 藏著巨大的可再生能源——海浪能,但海浪能是可再生能源中最不穩(wěn)定的能源,不能定期 產(chǎn)生,能量強但速度慢、周期變化。目前已經(jīng)研究開發(fā)比較成熟的海浪發(fā)電裝置基本上有三種類形。一是振蕩水拄 型,用一個容積固定的、與海水相通的容器裝置,通過海浪產(chǎn)生的水面位置變化引起容器內(nèi) 的空氣容積發(fā)生變化,壓縮容器內(nèi)的空氣(中間介質(zhì)),用壓縮空氣驅(qū)動葉輪,帶動發(fā)電裝 置發(fā)電;中科院廣州能源研究所在廣東汕尾建成的100KW波浪發(fā)電站(固定岸式),日本海 明發(fā)電船(浮式)以及航標(biāo)燈式波力裝置都是屬于這種類型。二是機械型,利用波浪的運 動推動裝置的活動部分一-鴨體、筏體、浮子等,活動部分壓縮(驅(qū)動)油、水等中間介質(zhì), 通過中間介質(zhì)推動轉(zhuǎn)換發(fā)電裝置發(fā)電。三是水流型,利用收縮水道將波浪引入高位水庫形 成水位差(水頭),利用水頭直接驅(qū)動水輪發(fā)電機組發(fā)電。這三種類型各有優(yōu)缺點,但有一 個共同的問題是海浪能轉(zhuǎn)換成電能的中間環(huán)節(jié)多、效率低、電力輸出波動性大、對惡劣的海 域環(huán)境適應(yīng)性差、造價高、實施難度大,這也是影響波浪發(fā)電大規(guī)模開發(fā)利用的主要原因之 一。如何廣適、高效地把分散的、低密度的、不穩(wěn)定的海浪能吸收起來,集中、經(jīng)濟(jì)、高效地轉(zhuǎn) 化為有用的電能,裝置及其構(gòu)筑物能承受災(zāi)害性海洋氣候的破壞,實現(xiàn)安全運行,是當(dāng)今海 浪能開發(fā)的難題和方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種矩陣式海浪發(fā)電裝置,所述的這種矩陣式海浪發(fā)電裝 置要解決現(xiàn)有技術(shù)中海浪發(fā)電裝置中間環(huán)節(jié)多、轉(zhuǎn)換效率低以及對海域適應(yīng)性差的技術(shù)問 題。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的其中,該海浪發(fā)電裝置由海浪發(fā)電單 元構(gòu)成,所述海浪發(fā)電單元包括一個浮體,以及設(shè)于該浮體上的傳動軸、棘輪、拉盤、增速變 速器、發(fā)電機和拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置,傳動軸通過軸承設(shè)于該浮體上,該傳動軸通過增速變速 器與發(fā)電機主軸相連接,兩個棘輪成對并排地、固定設(shè)于傳動軸上,該兩個棘輪的棘齒呈相 同方向設(shè)于傳動軸上,棘輪外側(cè)套設(shè)有拉盤,拉盤上設(shè)有棘爪與其內(nèi)側(cè)的棘輪上的棘齒相 配合,在拉盤上還卷繞設(shè)有拉繩,每一個拉盤上拉繩的卷繞方向與其對應(yīng)的棘輪上棘齒的 傾斜方向相反,與每一個拉盤相對應(yīng)設(shè)有拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置,拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置給拉盤施 加力矩的方向與該拉盤對應(yīng)的棘輪棘齒傾斜方向相同,海浪發(fā)電單元的拉繩的引出端通過 設(shè)于浮體上的托輥導(dǎo)向,每一個海浪發(fā)電單元具有兩根沿傳動軸軸向的拉繩弓I出端和兩根 垂直于傳動軸方向的拉繩引出端,同一行相鄰的海浪發(fā)電單元中垂直于傳動軸方向的拉繩引出端相連接,同一列相鄰的海浪發(fā)電單元中沿傳動軸軸向的拉繩引出端相連接,處于矩 陣邊沿行的海浪發(fā)電單元中沿傳動軸軸向的一根拉繩引出端與錨點相連接,處于矩陣邊沿 列的海浪發(fā)電單元中垂直于傳動軸軸向的一根拉繩引出端與錨點相連接。該矩陣式海浪發(fā)電裝置由至少四個海浪發(fā)電單元相連接構(gòu)成,相鄰的兩個海浪發(fā) 電單元之間設(shè)有距離。所述托輥是由四個凹面托輥構(gòu)成,該四個凹面托輥的托輥面圍成一個圓形孔,拉 繩穿過該圓孔。所述拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置包括拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機、拉繩傳感器和控制器,與每一個 拉盤對應(yīng)設(shè)有該拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機和拉繩傳感器,拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機設(shè)于浮體上,拉盤反 轉(zhuǎn)驅(qū)動電機輸出軸通過離合器和傳動裝置與其對應(yīng)的拉盤相連接,該拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機和 離合器的控制端以及拉繩傳感器與控制器信號輸出端相連接。所述拉繩傳感器是壓力傳感器,該壓力傳感器設(shè)于每一個凹面托輥的托輥軸上。該傳動裝置是一對相嚙合的齒輪副,該齒輪副的一個齒輪與離合器輸出軸相連 接,另一個齒輪與拉盤同軸固定連接。成對的兩個棘輪外側(cè)套設(shè)的拉盤上的拉繩的引出端分別位于傳動軸的兩側(cè)。所述傳動軸上還固定設(shè)有一個儲能飛輪。所述儲能飛輪兩側(cè)的傳動軸上各設(shè)有一對棘輪、拉盤,并在拉盤上卷繞有拉繩,儲 能飛輪兩側(cè)的棘輪的棘齒傾斜方向相同。本發(fā)明和已有技術(shù)相比,其效果是積極和明顯的。在矩陣式海浪發(fā)電裝置中利用 多個浮體承載的海浪發(fā)電單元構(gòu)成一個矩陣式結(jié)構(gòu),海浪發(fā)電單元在海浪作用下彼此之間 會發(fā)生相對運動,而每一個海浪發(fā)電單元上設(shè)有拉繩、棘輪和拉盤系統(tǒng),當(dāng)相鄰的發(fā)電單元 的距離加大時拉繩受到浮體的作用力而給拉盤施加拉力,拉盤上的棘爪與對應(yīng)的棘輪鎖 死,進(jìn)而通過棘輪帶動傳動軸轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)發(fā)電機發(fā)電,將海浪能轉(zhuǎn)化為電能;當(dāng)海浪使得相 鄰發(fā)電單元之間距離縮小時,松弛的拉繩被拉繩反轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置重新收回卷繞在拉盤上,由 于成對安裝的兩個棘輪的棘齒方向相同,因此兩個棘輪上的拉盤與拉繩的工作是獨立的, 互不影響,也就是說,成對設(shè)置的兩個拉盤上的拉繩既可以同時拉動傳動軸旋轉(zhuǎn),也可以一 條拉動、另一條不拉動,還可以同時不拉動,傳動軸始終保持同一個方向旋轉(zhuǎn)。本發(fā)電裝置 利用浮體與海浪的相對運動,將海浪能轉(zhuǎn)換為電能,極大限度的減少了中間傳動環(huán)節(jié),提高 能量的轉(zhuǎn)換效率;同時,該矩陣中的發(fā)電單元通過浮體浮于海面,只需要將矩陣周邊的發(fā)電 單元的拉繩固定于錨點上即可,矩陣中的多個發(fā)電單元相互列協(xié)同工作,這樣該矩陣式發(fā) 電裝置可以廣泛適用于各用海域環(huán)境,安裝方便。浮體上的托輥由四個凹面托輥構(gòu)成,該四 個凹面托輥的托輥面圍成一個圓形孔,形成一個萬向托輥,拉繩穿過該圓孔,這樣任何一個 海浪發(fā)電單元產(chǎn)生的任何方向上的相對運動都可以使拉繩在固定方向上運動。成對的兩個 棘輪外側(cè)拉盤上的拉繩分別位于傳動軸的兩側(cè),這可以使傳動軸整體受力趨近平衡,延長 工作壽命。采用拉繩傳感器來檢測拉繩的張緊與松弛,拉繩松弛狀態(tài)被拉繩傳感器反饋給 控制器,控制器控制拉盤反轉(zhuǎn)電機啟動,將松弛的拉繩卷收回去重新纏繞到拉盤上。傳感 器可以采用壓力傳感器設(shè)于每一個凹面托輥的托輥軸上、并與凹面托輥的軸孔內(nèi)側(cè)面相接 觸,這可以準(zhǔn)確地檢測出拉繩的張緊與松弛狀態(tài)。成對的兩個棘輪外側(cè)套設(shè)的拉盤上的拉 繩的引出端分別位于傳動軸的兩側(cè),這可以使傳動軸整體受力平衡,延長其使用壽命。所述傳動軸上還固定設(shè)有一個儲能飛輪,當(dāng)傳動軸減速轉(zhuǎn)動時儲能飛輪將儲存的轉(zhuǎn)動動能釋放 出來,傳遞給傳動軸和增速變速器,將儲能飛輪儲存的能量傳遞給發(fā)電機,發(fā)電機將海浪能 轉(zhuǎn)化為電能;儲能飛輪的補償機制確保電力平穩(wěn)輸出,避免電力波動幅度過大。所述儲能飛 輪兩側(cè)的傳動軸上各設(shè)有一對棘輪、拉盤,并在拉盤上卷繞有拉繩,儲能飛輪兩側(cè)的棘輪的 棘齒傾斜方向相同,一方面可使傳動軸受力平衡,另一方面可以增加該發(fā)電單元轉(zhuǎn)換海浪 能的效率。


圖1是本發(fā)明矩陣式海浪發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明矩陣式海浪發(fā)電裝置處于靜止海平面時的側(cè)視圖。圖3是本發(fā)明矩陣式海浪發(fā)電裝置的海浪發(fā)電單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明中海浪發(fā)電單元的棘輪、拉盤和拉繩相互連接關(guān)系示意圖。圖5是本發(fā)明的海浪發(fā)電單元中成對的兩個拉盤上的拉繩卷繞示意圖。圖6是本發(fā)明中四個托輥構(gòu)成的萬向托輥結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明的萬向托輥結(jié)構(gòu)中單個托輥示意圖。圖8是本發(fā)明矩陣式海浪發(fā)電裝置在海浪垂直振動時側(cè)視圖。圖9是本發(fā)明矩陣式海浪發(fā)電裝置在海浪水平振動時側(cè)視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8和圖9所示,其中圖1中未畫出拉盤反 轉(zhuǎn)驅(qū)動電機及拉繩傳感器部分,重點在于表示整個矩陣的結(jié)構(gòu)。在本實施例中,矩陣式海浪 發(fā)電裝置包括二十五個海浪發(fā)電單元相連接構(gòu)成,這二十五個海浪發(fā)電單元組成一個5 X 5 的矩陣,相鄰的兩個海浪發(fā)電單元之間設(shè)有距離以便海浪發(fā)電單元之間相對運動,每一個 所述發(fā)電單元包括一個船形浮體2,以及設(shè)于該船形浮體2上的傳動軸5、棘輪、拉盤、增速 變速器3、發(fā)電機7、拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機、拉繩傳感器41和控制器,傳動軸5通過軸承8設(shè)于 船形浮體2上,該傳動軸5通過增速變速器3與發(fā)電機7主軸相連接,傳動軸5中部設(shè)有飛 輪4,飛輪4兩側(cè)各自成對并排地設(shè)有一對棘輪30、31和301、311,儲能飛輪4兩側(cè)的棘輪 30、31和301、311的棘齒傾斜方向相同,成對的兩個棘輪30與31、301與311的棘齒呈相 同方向設(shè)于傳動軸5上,棘輪30、31和301、311外側(cè)分別套設(shè)有拉盤32、33和321、331,拉 盤32、33、321和331上通過轉(zhuǎn)動副設(shè)有棘爪與其內(nèi)側(cè)對應(yīng)的棘輪上的棘齒相配合,如圖4 所示,拉盤33上設(shè)有棘爪34,棘爪34 —端通過轉(zhuǎn)動副設(shè)置于拉盤33上,棘爪34另一端與 棘輪31上的棘齒上齒槽35相配合,當(dāng)拉盤33相對棘輪31反向轉(zhuǎn)動(圖4所示為逆時針 轉(zhuǎn)動)時,棘爪;34插入齒槽35內(nèi)將棘輪31鎖死,當(dāng)拉盤33相對棘輪31在拉盤正向轉(zhuǎn)動 (圖4所示為順時針轉(zhuǎn)動)時,棘爪34被棘齒背36抬起,在棘輪31上打滑,拉盤33可以在 棘輪31上空轉(zhuǎn),這一工作方式對于其它拉盤是類似的;拉盤32、33、321、331上還卷繞設(shè)有 拉繩62、61、611和621,拉繩纏于拉盤上的一端固定于拉盤上,每一個拉盤上拉繩的卷繞方 向與其對應(yīng)的棘輪上棘齒的傾斜方向相反,如圖4所示,棘輪30上棘齒的傾斜方向為順時 針方向,則與棘輪30相應(yīng)的拉盤32上卷繞的拉繩62的卷繞方向為逆時針方向,相應(yīng)的,另外三個棘輪外側(cè)的拉盤上其拉繩的卷繞方向也類似。成對的兩個棘輪30與31、301與311 外側(cè)套設(shè)的拉盤上的拉繩62與61、611與621的引出端分別位于傳動軸5的兩側(cè),這可使傳 動軸受力平衡,如圖5所示。與每一個拉盤對應(yīng)設(shè)有由拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(圖中未畫出)、 拉繩傳感器和控制器(圖中未畫出)構(gòu)成的拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置,拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機設(shè)于浮 體上,拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機輸出軸通過離合器和傳動裝置與其對應(yīng)的拉盤相連接,該傳動裝 置是一對相嚙合的齒輪副(圖中未畫出),該齒輪副的一個齒輪與離合器輸出軸相連接,另 一個齒輪與拉盤同軸固定連接。該拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機、離合器的控制端以及拉繩傳感器與 控制器相連接,以便將拉繩傳感器的信號反饋給控制器,控制拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機和離合器, 及時將松弛的拉繩卷回到拉盤上。如圖6所示,與拉盤32、33、321和331相對應(yīng)設(shè)有拉繩 傳感器41,所述拉繩傳感器是壓力傳感器,壓力傳感器設(shè)于萬向托輥中每一個凹面托輥16 的托輥軸14上,而其信號輸出端則從托輥的端面引出,當(dāng)在拉繩拉力作用下凹面托輥給其 托輥軸施加壓力,而當(dāng)拉繩松弛時托輥軸上的壓力傳感器則不會檢測到壓力信號,這樣通 過壓力傳感器可以檢測出每一根拉繩的張緊與松弛狀態(tài),便于將松弛的拉繩重新卷回拉盤 上。海浪發(fā)電單元的拉繩的引出端通過設(shè)于船形浮體上的萬向托輥10導(dǎo)向,每一個海浪發(fā) 電單元具有兩根沿傳動軸軸向的拉繩引出端(如圖3中的61、611)和兩根垂直于傳動軸方 向的拉繩引出端(如圖3中的62、621),同一行相鄰的海浪發(fā)電單元中垂直于傳動軸方向的 拉繩引出端相連接,同一列相鄰的海浪發(fā)電單元中沿傳動軸軸向的拉繩引出端相連接,處 于矩陣邊沿行的海浪發(fā)電單元中沿傳動軸軸向的一根拉繩引出端與錨點11相連接,處于 矩陣邊沿列的海浪發(fā)電單元中垂直于傳動軸軸向的一根拉繩引出端與錨點11相連接,如 圖1所示,這樣將多個海浪發(fā)電單元構(gòu)成一個相互協(xié)同工作的發(fā)電矩陣。如圖6所示,每一個萬向托輥10由四個凹面托輥16組成,該四個凹面托輥16的 內(nèi)凹托輥面13圍成一個萬向托輥孔15,拉繩穿過該托輥孔15,這樣,任何一個海浪發(fā)電單 元產(chǎn)生的任何方向上的相對運動,都可以轉(zhuǎn)化成該海浪發(fā)電單元拉盤上的拉繩固定方向的 運動,進(jìn)而驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。根據(jù)圖2,海面9靜止時,海浪發(fā)電單元21、22、23、24、25彼此之間保持一定間距 (圖中只畫出了同一列的海浪發(fā)電單元),海浪發(fā)電矩陣1周邊的海浪發(fā)電單元21、25用 拉繩61、65錨固在錨固點11上,從而將整個海浪發(fā)電矩陣1固定在某個海域,一方面加強 對海浪發(fā)電單元21、22、23、24、25位置移動的約束,提高相對運動產(chǎn)生的反作用力,另一方 面,防止海浪發(fā)電矩陣1漂離設(shè)計位置。如圖8所示,當(dāng)海浪發(fā)生垂直振動時,垂直振動的海浪91使海浪發(fā)電單元21、22、 23、24、25等彼此之間在垂直方向上發(fā)生距離變化的相對運動。當(dāng)海浪發(fā)電單元22J4上 浮、相鄰的海浪發(fā)電單元21、23、25下沉?xí)r,海浪發(fā)電單元(21、22、23、24、25彼此之間的相 對距離加大,在拉繩(61、611、631、63、651、65等)-棘輪(30、31等)-拉盤(32、33等)系 統(tǒng)的約束下,拉繩(61、611、631、63、651、65等)受到海浪發(fā)電單元21、22、23、24、25等的反 作用而拉緊,拉力傳遞給拉盤(32、33等),拉盤(32、33等)與傳動軸5用棘輪(30、31等) 正向連接,棘爪34插入棘輪齒槽35將棘輪(31等)鎖死,拉盤(32、33等)帶動棘輪(30、 31等)、傳動軸5同步轉(zhuǎn)動,拉繩(61、611、631、63、651、65等)將作用力傳遞給儲能飛輪4、 增速變速器3,儲能飛輪4加速轉(zhuǎn)動將海浪能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動動能,增速變速器3將轉(zhuǎn)速放大到 設(shè)計范圍內(nèi)之后,將動力傳遞給發(fā)電機7,發(fā)電機7將海浪能轉(zhuǎn)化為電能。
當(dāng)海浪發(fā)電單元(22,24等)下沉、相鄰的海浪發(fā)電單元(21,23,25等)上浮時, 海浪發(fā)電單元(21、22、23、24、25等)彼此之間的相對距離縮小,拉繩(61、611、631、63、651、 65等)失去海浪發(fā)電單元(21、22、23、24、25等)反作用而松弛,拉繩傳感器將拉繩松弛信 號傳給控制器,控制器控制拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機啟動,拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機產(chǎn)生反向作用力,棘 爪34被棘輪齒背36抬起,在棘輪(31等)上打滑,棘輪(31等)空轉(zhuǎn),拉盤(32、33等)反 向轉(zhuǎn)動,將松弛的拉繩(61、611、631、63、651、65等)卷收回去重新纏繞到拉盤(32、33等) 上。傳動軸5、儲能飛輪4、增速變速器3失去拉盤(32、33等)作用,減速轉(zhuǎn)動,儲能飛輪4 將儲存的轉(zhuǎn)動動能釋放出來,傳遞給傳動軸5、增速變速器3,增速變速器3將轉(zhuǎn)速放大到設(shè) 計范圍內(nèi)之后,將儲能飛輪4儲存的能量傳遞給發(fā)電機7,發(fā)電機7將海浪能轉(zhuǎn)化為電能。 儲能飛輪4的補償機制確保電力平穩(wěn)輸出,避免電力波動幅度過大。如圖9所示,當(dāng)海浪發(fā)生水平振動時,水平振動的海浪92使海浪發(fā)電單元01、22、 23、24、25等)彼此之間在水平方向上發(fā)生距離變化的相對運動。當(dāng)海浪發(fā)電單元02J4 等)離開鄰近的海浪發(fā)電單元03、25等),向另一側(cè)鄰近的海浪發(fā)電單元01、23等)靠近 時,海浪發(fā)電單元(22與23、M與25等)彼此之間的相對距離加大,在拉繩-棘輪-拉盤系 統(tǒng)的約束下,拉繩受到海浪發(fā)電單元的反作用而拉緊,拉力傳遞給拉盤,拉盤與傳動軸5用 棘輪正向連接,棘爪34插入棘輪齒槽35將棘輪(31等)鎖死,拉盤帶動棘輪、傳動軸同步轉(zhuǎn) 動,拉繩將作用力傳遞給儲能飛輪4、增速變速器3,儲能飛輪4加速轉(zhuǎn)動將海浪能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn) 動動能,增速變速器3將轉(zhuǎn)速放大到設(shè)計范圍內(nèi)之后,將動力傳遞給發(fā)電機7,發(fā)電機7將海 浪能轉(zhuǎn)化為電能。在海浪發(fā)電單元02與23J4與25等)彼此之間的相對距離加大的同 時,海浪發(fā)電單元Ol與22、23與對等)彼此之間的相對距離縮小,拉繩失去海浪發(fā)電單 元拉力作用而松弛,控制器使拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機啟動,拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機產(chǎn)生反向作用力, 棘爪34被棘輪齒背36抬起,在棘輪(31等)上打滑,拉盤反向轉(zhuǎn)動,將松弛的拉繩卷收回 去重新纏繞到拉盤上。同時,海浪發(fā)電單元Ol、22、23、M、25等)如果沒有隨水質(zhì)點回復(fù) 到平衡位置,拉繩會將海浪發(fā)電單元(21、22、23、24、25等)拉回平衡位置。傳動軸5、儲能 飛輪4、增速變速器3失去拉盤作用,減速轉(zhuǎn)動,儲能飛輪4將儲存的轉(zhuǎn)動動能釋放出來,增 速變速器3將轉(zhuǎn)速放大到設(shè)計范圍內(nèi)之后,將儲能飛輪4儲存的能量傳遞給發(fā)電機7,發(fā)電 機7將海浪能轉(zhuǎn)化為電能。儲能飛輪4的補償機制確保電力平穩(wěn)輸出,避免電力波動幅度 過大。當(dāng)海浪發(fā)電單元Q2J4等)離開鄰近的海浪發(fā)電單元03、25等),向另一側(cè)鄰近 的海浪發(fā)電單元01、23等)靠近到達(dá)極限位置水平往回振動時,海浪發(fā)電單元Ol與22、 23與M等)彼此之間的相對距離加大,在拉繩-棘輪-拉盤系統(tǒng)的約束下,拉繩受到海浪 發(fā)電單元的拉力作用而拉緊,拉力傳遞給拉盤,拉盤與傳動軸5用棘輪(30、31等)正向連 接,拉盤(32、33等)旋轉(zhuǎn),棘爪插入棘輪齒槽將棘輪鎖死,拉盤帶動棘輪、傳動軸同步轉(zhuǎn)動, 拉繩將作用力傳遞給儲能飛輪、增速變速器,儲能飛輪加速轉(zhuǎn)動將海浪能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動動能, 增速變速器將轉(zhuǎn)速放大到設(shè)計范圍內(nèi)之后,將動力傳遞給發(fā)電機,發(fā)電機將海浪能轉(zhuǎn)化為 電能。在海浪發(fā)電單元(21與22、23與對等)彼此之間的相對距離加大的同時,海浪發(fā)電 單元(22與23、對與25等)彼此之間的相對距離縮小,拉繩失去海浪發(fā)電單元拉力作用而 松弛,拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機產(chǎn)生反向作用力,棘爪被棘輪齒背抬起,在棘輪上打滑,拉盤反向 轉(zhuǎn)動,將松弛的拉繩卷收回去重新纏繞到拉盤上,拉盤之間的拉繩長度隨海浪發(fā)電單元(22與23、對與25等)之間的相對距離縮小而縮短、收緊。同時,海浪發(fā)電單元(21、22、23、24、 25等)如果沒有隨水質(zhì)點回復(fù)到平衡位置,拉繩會將海浪發(fā)電單元(21、22、23、24、25等) 拉回平衡位置。傳動軸、儲能飛輪、增速變速器失去拉盤作用,減速轉(zhuǎn)動,儲能飛輪將儲存的 轉(zhuǎn)動動能釋放出來,增速變速器將轉(zhuǎn)速放大到設(shè)計范圍內(nèi)之后,將儲能飛輪儲存的能量傳 遞給發(fā)電機,發(fā)電機將海浪能轉(zhuǎn)化為電能。儲能飛輪的補償機制確保電力平穩(wěn)輸出,避免電 力波動幅度過大。上述過程中海浪發(fā)電矩陣將海浪的海浪能轉(zhuǎn)化電能所得到的電力,經(jīng)過架空或海 底電纜,輸送到陸地變電站變電后,經(jīng)輸電線路輸入骨干電網(wǎng)中,實現(xiàn)海浪發(fā)電功能。當(dāng)然,除了上述技術(shù)方案,整個矩陣式發(fā)電裝置中海浪發(fā)電單元的數(shù)量也可以是 其它數(shù)量,最少是由一個海浪發(fā)電單元構(gòu)成,也可是由四個單元構(gòu)成的2X2的矩陣,而且 該矩陣也可以不是方陣形式(即每一行中的海浪發(fā)電單元數(shù)量與每一列上的海浪發(fā)電單 元數(shù)量可以不相等)。浮體也可為其它形狀的浮體。浮體上用于導(dǎo)向拉繩的托輥也可以是 由單個托輥構(gòu)成,如果海浪發(fā)電單元之間相對運動方向不與拉繩方向一致,則會增加拉繩 的阻力;也可能采用球形轉(zhuǎn)動副構(gòu)成的托輥實現(xiàn)拉繩的萬向?qū)颉@P反轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置可以 是一個設(shè)置于拉盤上的拉簧或者扭簧,只要它給拉盤施加一個與對應(yīng)棘輪棘齒傾斜方向相 同(如圖4中為順時針方向)的扭矩即可,這樣當(dāng)拉繩放松時彈簧可以使拉盤轉(zhuǎn)動,卷回拉 伸拉繩反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機與拉盤之間也可通過帶傳動裝置連接。每一個海浪發(fā)電單元上成對設(shè) 置的棘輪的對數(shù)也可以增加,而且儲能飛輪的數(shù)量也可以增加,這可增加海浪發(fā)電單元轉(zhuǎn) 化海浪能的效率。拉繩傳感器也可以是拉力傳感器,可以將其與拉繩結(jié)合在一起,比如在拉 繩中間的某一段設(shè)置一定數(shù)量的拉力傳感器,可以對拉繩的張緊與松弛狀態(tài)進(jìn)行檢測,給 控制器信號,以便控制拉盤反轉(zhuǎn)電機。
權(quán)利要求
1.一種矩陣式海浪發(fā)電裝置,其特征在于該海浪發(fā)電裝置由海浪發(fā)電單元構(gòu)成,所 述海浪發(fā)電單元包括一個浮體,以及設(shè)于該浮體上的傳動軸、棘輪、拉盤、增速變速器、發(fā)電 機和拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置,傳動軸通過軸承設(shè)于該浮體上,該傳動軸通過增速變速器與發(fā)電 機主軸相連接,兩個棘輪成對并排地、固定設(shè)于傳動軸上,該兩個棘輪的棘齒呈相同方向設(shè) 于傳動軸上,棘輪外側(cè)套設(shè)有拉盤,拉盤上設(shè)有棘爪與其內(nèi)側(cè)的棘輪上的棘齒相配合,在拉 盤上還卷繞設(shè)有拉繩,每一個拉盤上拉繩的卷繞方向與其對應(yīng)的棘輪上棘齒的傾斜方向相 反,與每一個拉盤相對應(yīng)設(shè)有拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置,拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置給拉盤施加力矩的方 向與該拉盤對應(yīng)的棘輪棘齒傾斜方向相同,海浪發(fā)電單元的拉繩的引出端通過設(shè)于浮體上 的托輥導(dǎo)向,每一個海浪發(fā)電單元具有兩根沿傳動軸軸向的拉繩引出端和兩根垂直于傳動 軸方向的拉繩引出端,同一行相鄰的海浪發(fā)電單元中垂直于傳動軸方向的拉繩引出端相連 接,同一列相鄰的海浪發(fā)電單元中沿傳動軸軸向的拉繩引出端相連接,處于矩陣邊沿行的 海浪發(fā)電單元中沿傳動軸軸向的一根拉繩引出端與錨點相連接,處于矩陣邊沿列的海浪發(fā) 電單元中垂直于傳動軸軸向的一根拉繩引出端與錨點相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的矩陣式海浪發(fā)電裝置,其特征在于該矩陣式海浪發(fā)電裝置由 至少四個海浪發(fā)電單元相連接構(gòu)成,相鄰的兩個海浪發(fā)電單元之間設(shè)有距離。
3.如權(quán)利要求1所述的矩陣式海浪發(fā)電裝置,其特征在于所述托輥是由四個凹面托 輥構(gòu)成,該四個凹面托輥的托輥面圍成一個圓形孔,拉繩穿過該圓孔。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的矩陣式海浪發(fā)電裝置,其特征在于所述拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū) 動裝置包括拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機、拉繩傳感器和控制器,與每一個拉盤對應(yīng)設(shè)有該拉盤反轉(zhuǎn) 驅(qū)動電機和拉繩傳感器,拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機設(shè)于浮體上,拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機輸出軸通過離 合器和傳動裝置與其對應(yīng)的拉盤相連接,該拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動電機和離合器的控制端以及拉繩 傳感器信號輸出端與控制器相連接。
5.如權(quán)利要求4所述的矩陣式海浪發(fā)電裝置,其特征在于所述拉繩傳感器是壓力傳 感器,該壓力傳感器設(shè)于每一個凹面托輥的托輥軸上。
6.如權(quán)利要求4所述的矩陣式海浪發(fā)電裝置,其特征在于該傳動裝置是一對相嚙合 的齒輪副,該齒輪副的一個齒輪與離合器輸出軸相連接,另一個齒輪與拉盤同軸固定連接。
7.如權(quán)利要求4所述的矩陣式海浪發(fā)電裝置,其特征在于成對的兩個棘輪外側(cè)套設(shè) 的拉盤上的拉繩的引出端分別位于傳動軸的兩側(cè)。
8.如權(quán)利要求4所述的矩陣式海浪發(fā)電裝置,其特征在于所述傳動軸上還固定設(shè)有 一個儲能飛輪。
9.如權(quán)利要求8所述的矩陣式海浪發(fā)電裝置,其特征在于所述儲能飛輪兩側(cè)的傳動 軸上各設(shè)有一對棘輪、拉盤,并在拉盤上卷繞有拉繩,儲能飛輪兩側(cè)的棘輪的棘齒傾斜方向 相同。
全文摘要
一種矩陣式海浪發(fā)電裝置,由至少四個海浪發(fā)電單元相連接構(gòu)成,相鄰的兩個海浪發(fā)電單元之間設(shè)有距離,發(fā)電單元包括一個浮體,以及設(shè)于浮體上的傳動軸、棘輪、拉盤、增速變速器、發(fā)電機和拉盤反轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置,棘輪成對并排地、固定設(shè)于一段傳動軸上,兩個棘輪的棘齒呈相同方向設(shè)于傳動軸上,棘輪外側(cè)套設(shè)有拉盤,在拉盤上卷繞設(shè)有拉繩,矩陣邊沿的海浪發(fā)電單元的拉繩引出端與錨點連接。本發(fā)電裝置利用浮體與海浪的相對運動,將海浪能轉(zhuǎn)換為電能,極大限度的減少了中間傳動環(huán)節(jié),提高能量的轉(zhuǎn)換效率;矩陣中的發(fā)電單元浮于海面,只需要將矩陣周邊的發(fā)電單元的拉繩固定于錨點上即可,可以廣泛適用于各用海域環(huán)境,安裝方便。
文檔編號F03B13/16GK102140995SQ20101010290
公開日2011年8月3日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者文輝安 申請人:文輝安
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