專利名稱：用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元的制作方法
用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電單元，具體是涉及用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元。
背景技術(shù)：
由于波浪發(fā)電具有無污染以及不必耗費(fèi)燃料之優(yōu)點(diǎn)，如何利用海水波浪所攜帶的 能量來發(fā)電成為世界各國(guó)海洋工程研究人員研究的目的。我國(guó)大陸海岸線長(zhǎng)達(dá)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(chuàng)新海洋發(fā)電 技術(shù)是一件意義深遠(yuǎn)的工作。 對(duì)于國(guó)內(nèi)外波浪發(fā)電的研究十幾年來，至今仍停留在探索階段。先進(jìn)國(guó)家著手研 究較早，發(fā)電裝置也各不相同，但是都很難進(jìn)入推廣應(yīng)用階段，因?yàn)槎加龅焦餐膯栴}，即 投資成本高而收回太慢甚至連管理費(fèi)用也無法收回。 比較成功的國(guó)外波浪發(fā)電裝置是"海鰻"，它在盡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(gè)裝置成功接 入電網(wǎng)，但是不意味著可以推廣應(yīng)用。另外，瑞典的哥本哈根成功解決了波浪發(fā)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(fā)電能力不強(qiáng)的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、吸收波浪能力強(qiáng)、費(fèi)
用低、可建成不同規(guī)模的發(fā)電單元。 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的； 用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元，其特征在于包括有發(fā)電單元外殼，在發(fā)電單元外 殼內(nèi)設(shè)有導(dǎo)桿和沿著導(dǎo)桿上、下滑動(dòng)的慣性質(zhì)量體，在發(fā)電單元外殼內(nèi)部的上、下兩端相應(yīng) 地設(shè)有可使慣性質(zhì)量體懸空的拉伸彈簧和壓縮彈簧，在慣性質(zhì)量體上設(shè)置有發(fā)電機(jī)，在發(fā) 電單元外殼內(nèi)設(shè)有齒桿，在慣性質(zhì)量體上設(shè)有傳動(dòng)齒輪箱，傳動(dòng)齒輪箱輸入端的齒輪與齒 桿嚙合，傳動(dòng)齒輪箱的輸出端與發(fā)電機(jī)軸連接。 如上所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元，其特征在于所述傳動(dòng)齒輪箱為加速齒 輪箱。 如上所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元，其特征在于在慣性質(zhì)量體內(nèi)部設(shè)有可 儲(chǔ)存水并使其重量變化的空腔容器，在發(fā)電單元外殼內(nèi)設(shè)有調(diào)節(jié)水泵，調(diào)節(jié)水泵連接有進(jìn) 水管和出水管，進(jìn)水管和出水管的出口置于空腔容器內(nèi)。 如上所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元，其特征在于在發(fā)電單元外殼內(nèi)還設(shè)有 變電控制箱，發(fā)電機(jī)的發(fā)電輸出端電連接到變電控制箱內(nèi)并由變電控制箱進(jìn)行電力輸出。
如上所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元，其特征在于所述拉伸彈簧、壓縮彈簧 與慣性質(zhì)量體的波動(dòng)頻率與海浪的波動(dòng)頻率相同。 如上所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元，其特征在于所述拉伸彈簧、壓縮彈簧與慣性質(zhì)量體的振動(dòng)頻率符合公式/=:r"rrr ，其中m為慣性質(zhì)量體的質(zhì)量，k為拉伸彈
簧和壓縮彈簧的彈簧系數(shù)，為圓周率。 如上所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元，其特征在于所述導(dǎo)桿有三根。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn) 1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易合理，吸收波浪的能力強(qiáng)； 2、本發(fā)明對(duì)海浪發(fā)電的選址要求不高，特別是可設(shè)在近岸； 3、本發(fā)明對(duì)建造工程費(fèi)用和管理維護(hù)成本低； 4、本發(fā)明可適合建立規(guī)模大小不同的實(shí)用波浪發(fā)電站；


圖1是本發(fā)明切去一部分外殼的立體圖； 圖2是本發(fā)明切去一部分外殼和切去一部分慣性質(zhì)量體的立體圖；
圖3是本發(fā)明的齒桿與傳動(dòng)齒輪箱連接關(guān)系的立體圖；
圖4是本發(fā)明的立體圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明 用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元，其設(shè)置在浮標(biāo)上，其包括有發(fā)電單元外殼l，在發(fā) 電單元外殼1內(nèi)設(shè)有導(dǎo)桿2和沿著導(dǎo)桿2上、下滑動(dòng)的慣性質(zhì)量體3，在本實(shí)施例中，導(dǎo)桿2 的數(shù)量可以有3-4根左右， 一般為3根。在慣性質(zhì)量體3內(nèi)部設(shè)有可儲(chǔ)存水并使其重量變 化的空腔容器31，將水注入空腔容器31中可以使慣性質(zhì)量體3的重量發(fā)生變化。
在所述發(fā)電單元外殼1內(nèi)部的上、下兩端相應(yīng)地設(shè)有可使慣性質(zhì)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(zhì)量體3的上表面，壓縮彈簧5的上 端連接到慣性質(zhì)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(zhì)量體3懸空并在導(dǎo)桿2的導(dǎo)引作用下使其上、下滑動(dòng)。 在發(fā)電單元外殼1內(nèi)設(shè)有齒桿71，在慣性質(zhì)量體3上設(shè)有傳動(dòng)齒輪箱72，傳動(dòng)齒 輪箱72輸入端的齒輪721與齒桿71嚙合，傳動(dòng)齒輪箱72的輸出端與發(fā)電機(jī)6軸連接。所 述傳動(dòng)齒輪箱72為加速齒輪箱，加速齒輪箱使波浪起伏的慢速變?yōu)榘l(fā)電機(jī)6需要的快速。
在慣性質(zhì)量體3內(nèi)部設(shè)有可儲(chǔ)存水并使其重量變化的空腔容器31，在發(fā)電單元外 殼1內(nèi)設(shè)有調(diào)節(jié)水泵101，調(diào)節(jié)水泵101連接有進(jìn)水管102和出水管103，進(jìn)水管102和出 水管103的出口置于空腔容器31內(nèi)。這樣調(diào)節(jié)水泵101可通過進(jìn)水管102和出水管103 將水注入空腔容器31內(nèi)或者將水抽出空腔容器31，從而使整個(gè)慣性質(zhì)量體3的質(zhì)量發(fā)生變 化。 在發(fā)電單元外殼1內(nèi)還設(shè)有變電控制箱8，發(fā)電機(jī)6的發(fā)電輸出端電連接到變電控
制箱8內(nèi)并由變電控制箱8進(jìn)行電力輸出。 本發(fā)明之所以能夠高效地進(jìn)行發(fā)電，其工作原理為 當(dāng)浮標(biāo)在波浪中起伏運(yùn)動(dòng)時(shí)，固定在浮標(biāo)中的發(fā)電單元也跟隨上下運(yùn)動(dòng)。由于發(fā) 電單元里的慣性質(zhì)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(zhì)量體3并沒有跟隨浮標(biāo)或發(fā)電單元外殼1運(yùn)動(dòng)而保持自己原有空間位置，結(jié)果發(fā)電 單元內(nèi)部的拉伸彈簧4和壓縮彈簧5被"拉伸"和"壓縮"變形，產(chǎn)生了彈簧的勢(shì)能?？梢?， 波浪起伏使彈簧吸收了波浪的"勢(shì)能"。 這時(shí)，吸收了波浪勢(shì)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(dòng)慣性質(zhì)量體運(yùn)動(dòng)，通過中間的齒桿71和加速齒輪箱72帶動(dòng)了發(fā)電機(jī)6發(fā)電。 在調(diào)節(jié)水泵幫助下，慣性質(zhì)量體的總重量跟隨波浪周期的改變而改變，使與兩個(gè)
彈簧構(gòu)成的彈性系統(tǒng)的固有振動(dòng)周期跟蹤并保持波浪周期，處于諧振狀態(tài)。 實(shí)際上波浪的起伏運(yùn)動(dòng)速度較慢，如果直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)6嫌轉(zhuǎn)速太慢，發(fā)電效率
很低；所以必須經(jīng)過一個(gè)加速齒輪箱72把轉(zhuǎn)速提高，就能獲得理想的發(fā)電效果。 可見，上述原理反映的能量轉(zhuǎn)換框圖如下圖所示
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能量轉(zhuǎn)換效率分析本發(fā)明的發(fā)電工作原理簡(jiǎn)單，能量轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)少，只要做好每 一個(gè)部件的設(shè)計(jì)，能量轉(zhuǎn)換的效率是高的。 上述框圖中的A、B、C各能量轉(zhuǎn)換條件，我們看到A點(diǎn)能量損耗甚小，它是拉伸彈簧 4和壓縮彈簧5變形時(shí)的"切變損耗"，因?yàn)閾p耗太小而暫時(shí)忽略。 B點(diǎn)的損耗出現(xiàn)在海浪周期起伏節(jié)奏與彈性系統(tǒng)固有周期節(jié)奏不相符的互相抵 消。這是本發(fā)明中最重要的部分。完成這個(gè)計(jì)算的方法是根據(jù)波浪發(fā)電的選址，了解當(dāng)?shù)?海域的"常遇波周期"，設(shè)計(jì)彈性系統(tǒng)的固有周期符合這個(gè)常遇波周期，因?yàn)橹芷谙嗤墚a(chǎn)
生"共振"，使發(fā)電單元獲得很大的能量，這保證常年的正常發(fā)電。根據(jù)/ = 1〃=, k振
動(dòng)頻率公式，m是慣性體質(zhì)量，k是彈簧系數(shù)(剛度)，Ji為圓周率，振動(dòng)周期t選擇為波浪 的波動(dòng)周期，就能使它產(chǎn)生共振，使重塊獲得很大的振動(dòng)幅度，極大地提升了吸收波浪能量 供給發(fā)電的效果，如果當(dāng)?shù)睾Ｓ虻?常遇波周期"發(fā)生變化時(shí)，這時(shí)可以改變m的質(zhì)量，即慣 性質(zhì)量體3的質(zhì)量，通過調(diào)節(jié)水泵101將水注入空腔容器31內(nèi)或者將水抽出空腔容器31 即可實(shí)現(xiàn)。還有所述拉伸彈簧4、壓縮彈簧5與慣性質(zhì)量體3的振動(dòng)頻率與海浪的波動(dòng)頻率 相同，使其產(chǎn)生共振效果。所述拉伸彈簧4、壓縮彈簧5與慣性質(zhì)量體3的振動(dòng)頻率符合工
式2Ww/A C點(diǎn)的損耗是一般的機(jī)電效率問題，一般理解為80%以上。 以上分析，本波浪發(fā)電單元的效率是很高的，與國(guó)際上的波浪發(fā)電原理比較，明顯 地省掉一個(gè)"水輪機(jī)組"或其它能量轉(zhuǎn)換的方法帶來的能量損耗。從經(jīng)濟(jì)意義上講，本發(fā)電 方案也是節(jié)省的。 本發(fā)電單元也可以水平放置使用，這在近岸的波浪發(fā)電是很有特色的。
首先是波浪從遠(yuǎn)岸傳遞到近岸時(shí)出現(xiàn)所謂"破碎"現(xiàn)象，原因是海底對(duì)浪的傳播有 阻力，波浪的波形就發(fā)生向前傾斜水面快，水下慢，直至波形發(fā)生很大變異而破碎。波浪破 碎的結(jié)果使近岸波浪的能量以浪流的形式向岸邊沖擊，特別在臺(tái)風(fēng)情況下對(duì)沿海近岸破壞 力很強(qiáng)。如果建立波浪發(fā)電站，經(jīng)過恰當(dāng)選址以及科學(xué)設(shè)計(jì)發(fā)電裝置，是有不錯(cuò)的效果的。
簡(jiǎn)單地把發(fā)電單元水平放置，使發(fā)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(zhǎng)期工作和發(fā)電效率高，要把本發(fā)電單元的外殼 改為方型或者三角形，并且導(dǎo)軌應(yīng)是滾珠軸承。這種改動(dòng)是容易的，其工作原理不變。
權(quán)利要求
用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元，其特征在于包括有發(fā)電單元外殼(1)，在發(fā)電單元外殼(1)內(nèi)設(shè)有導(dǎo)桿(2)和沿著導(dǎo)桿(2)上、下滑動(dòng)的慣性質(zhì)量體(3)，在發(fā)電單元外殼(1)內(nèi)部的上、下兩端相應(yīng)地設(shè)有可使慣性質(zhì)量體(3)懸空的拉伸彈簧(4)和壓縮彈簧(5)，在慣性質(zhì)量體(3)上設(shè)置有發(fā)電機(jī)(6)，在發(fā)電單元外殼(1)內(nèi)設(shè)有齒桿(71)，在慣性質(zhì)量體(3)上設(shè)有傳動(dòng)齒輪箱(72)，傳動(dòng)齒輪箱(72)輸入端的齒輪(721)與齒桿(71)嚙合，傳動(dòng)齒輪箱(72)的輸出端與發(fā)電機(jī)(6)軸連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元，其特征在于所述傳動(dòng)齒輪箱 (72)為加速齒輪箱。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元，其特征在于在慣性質(zhì)量 體(3)內(nèi)部設(shè)有可儲(chǔ)存水并使其重量變化的空腔容器(31)，在發(fā)電單元外殼(1)內(nèi)設(shè)有調(diào) 節(jié)水泵(101)，調(diào)節(jié)水泵(101)連接有進(jìn)水管(102)和出水管(103)，進(jìn)水管(102)和出水 管(103)的出口置于空腔容器(31)內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元，其特征在于在發(fā)電單元外殼 (1)內(nèi)還設(shè)有變電控制箱(8)，發(fā)電機(jī)(6)的發(fā)電輸出端電連接到變電控制箱(8)內(nèi)并由變 電控制箱(8)進(jìn)行電力輸出。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元，其特征在于所述拉伸彈簧(4) 、壓縮彈簧(5)與慣性質(zhì)量體(3)的波動(dòng)頻率與海浪的波動(dòng)頻率相同。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元，其特征在于所述拉伸彈簧(4)、壓縮彈簧(5)與慣性質(zhì)量體(3)的振動(dòng)頻率符合公式/ = ^^7f ，其中m為慣性質(zhì)量體的質(zhì)量，k為拉伸彈簧和壓縮彈簧的彈簧系數(shù)，Ji為圓周率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元，其特征在于所述導(dǎo)桿(2)有三根。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于海洋波浪發(fā)電的發(fā)電單元，包括發(fā)電單元外殼，在發(fā)電單元外殼內(nèi)設(shè)有導(dǎo)桿和沿著導(dǎo)桿上、下滑動(dòng)的慣性質(zhì)量體，在發(fā)電單元外殼內(nèi)部的上、下兩端相應(yīng)地設(shè)有可使慣性質(zhì)量體懸空的拉伸彈簧和壓縮彈簧，在慣性質(zhì)量體上設(shè)置有發(fā)電機(jī)，在發(fā)電單元外殼內(nèi)設(shè)有齒桿，在慣性質(zhì)量體上設(shè)有傳動(dòng)齒輪箱，傳動(dòng)齒輪箱輸入端的齒輪與齒桿嚙合，傳動(dòng)齒輪箱的輸出端與發(fā)電機(jī)軸連接。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、吸收波浪能力強(qiáng)、費(fèi)用低、可建成不同發(fā)電規(guī)模等特點(diǎn)，本發(fā)明應(yīng)用于海洋波浪發(fā)電裝置上。
文檔編號(hào)F03B13/14GK101782040SQ20101012235
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月4日
發(fā)明者陳國(guó)新 申請(qǐng)人:中山市探海儀器有限公司