本發(fā)明涉及波浪發(fā)電技術領域，尤其是涉及一種能量轉化效率高、安全性好的智能化波浪發(fā)電裝置及其控制方法。

背景技術：

海洋能源的開發(fā)利用是能源研究的方向，在地球礦物能源逐漸枯竭及環(huán)境狀況日益惡化的形勢下，如何有效利用資源豐富、可再生的海洋資源，顯得十分重要；

波浪能是最清潔的可再生資源，全世界沿海岸線連續(xù)耗散的波浪能功率達27×105MW，技術上可利用的波浪能潛力為10×105MW。

現(xiàn)有的波浪發(fā)電裝置存在價格昂貴，能量轉化效率低及安裝地域受限的不足。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術中的波浪發(fā)電裝置價格昂貴，能量轉化效率低的不足，提供了一種能量轉化效率高、安全性好的智能化波浪發(fā)電裝置及其控制方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種智能化波浪發(fā)電裝置，包括設于水上的支撐架、控制器、設于支撐架邊緣上的環(huán)形浮標、發(fā)電裝置、設于支撐架上的2個傾斜的導軌、用于分別支撐2條導軌上端的2個支撐柱、設于2條導軌上的箱體、設于支撐架上的若干條纜繩、設于箱體上的拉繩和位于支撐架上方的杠桿；杠桿一端與拉繩連接，杠桿另一端通過連接繩與發(fā)電裝置連接；每條纜繩下端均設有錨；

2條導軌下端均通過轉軸與支撐架轉動連接，2個支撐柱下端分別與2個豎向絲桿轉動連接，2個豎向絲桿下端分別與設于支撐架上的2個伺服電機的轉軸連接，還包括設于支撐架上的高度傳感器，控制器分別與2個伺服電機和高度傳感器電連接。

箱體將波浪的作用力轉化為對拉繩的拉伸力，通過杠桿將拉伸力放大，并通過發(fā)電裝置將機械能轉化為可以儲存的電能。

各個錨與水底土層或巖層固定，支撐架和2條支撐柱給2條導軌穩(wěn)定的支撐，環(huán)形浮標使支撐架懸浮于水面上，高度傳感器實時檢測支撐架的高度，控制器中設有幅度閾值W，控制器計算單位時間t內(nèi)的高度變化幅度B；

當B≥W時，控制器控制2個伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度降低至75％A至80％A；控制器中設有絲桿轉動圈數(shù)與支撐柱的高度的對應關系表，控制器可以通過控制伺服電機的轉軸的轉動方向、轉動速度、轉動時間而控制支撐柱的高度。

當B＜W時，控制器控制2個伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度升高至110％A至115％A；

當B≥1.5W時，控制器控制2個伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度降低至30％A至50％A；

當B≥2.5W時，控制器控制2個伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度降低至水面之下。

本發(fā)明既可以進行正常的發(fā)電工作，又不會被風浪破壞，安全性更好。

發(fā)電裝置可以設置在岸邊、防波堤上或者水上平臺上。

因此，本發(fā)明具有適用范圍廣、能量轉化效率高、安全性好的特點。

作為優(yōu)選，2條導軌兩端均設有擋板，2條導軌上端的擋板下側面上均設有彈簧，箱體通過2個滑塊分別與2條導軌相配合；杠桿包括支撐座和設有支撐座上的桿體，桿體包括第一桿體段和第二桿體段；第一桿體段的長度大于第二桿體段的長度，所述拉繩與第一桿體段端部連接。

當箱體被風浪推至2條導軌上端的擋板處時，彈簧給箱體提供了反推力，從而加快了箱體回落的速度，提高了發(fā)電效率。

作為優(yōu)選，所述發(fā)電裝置包括齒條、與齒條連接的復位彈簧、齒輪、與齒輪配合的兩個棘輪和兩個發(fā)電機；齒條和齒輪相嚙合，齒輪通過兩個棘爪分別與兩個棘輪相配合，兩個棘輪的轉軸分別與兩個發(fā)電機的轉子連接。

當連接繩的拉力大于復位彈簧的推力時，齒條向右移動，齒輪順時針轉動，齒輪通過棘爪帶動棘輪轉動。棘輪的轉軸帶動一個發(fā)電機的轉子轉動，發(fā)電機發(fā)電；

當連接繩的拉力小于復位彈簧的推力時，齒條向左移動，齒輪逆時針轉動，齒輪通過棘爪帶動另一個棘輪轉動。另一個棘輪的轉軸帶動另一個發(fā)電機的轉子轉動，發(fā)電機發(fā)電。

作為優(yōu)選，每條纜繩均包括下端封閉的彈性管、設于彈性管上的若干個依次插接的金屬套管；每條纜繩的彈性管上端均與氣泵的出氣管連接，每條彈性管內(nèi)均設有氣壓傳感器，各個氣壓傳感器和氣泵均與控制器電連接。

作為優(yōu)選，所述金屬套管包括位于金屬套管下部的錐形插入段、位于金屬套管上部的用于與相鄰的金屬套管的插入段相配合的向上張開的喇叭段和位于插入段和喇叭段之間的連接段。

一種智能化波浪發(fā)電裝置的控制方法，包括如下步驟：

(6-1)將支撐架放到水面上，使各條纜繩進入水下，各個錨固定在水底的固定物上；

(6-2)波浪帶動箱體沿2條導軌移動，拉繩帶動杠桿一端上下波動，杠桿將拉繩的力放大并通過連接繩傳遞給發(fā)電裝置；

(6-3)控制器控制2個伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度為A；

(6-4)高度傳感器實時檢測支撐架的高度，控制器中設有幅度閾值W，控制器計算單位時間t內(nèi)的高度變化幅度B；

當B≥W時，控制器控制2個伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度降低至75％A至80％A；

當B＜W時，控制器控制2個伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度升高至110％A至115％A；

當2.5W＞B≥1.5W時，控制器控制2個伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度降低至30％A至50％A；

當B≥2.5W時，控制器控制2個伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度降低至水面之下。

作為優(yōu)選，每條纜繩均包括下端封閉的彈性管、設于彈性管上的若干個依次插接的金屬套管；每條纜繩的彈性管上端均與氣泵的出氣管連接；每條彈性管內(nèi)均設有氣壓傳感器，各個氣壓傳感器和氣泵均與控制器電連接；步驟(6-1)中還包括對于每條纜繩的控制步驟：

(7-1)在控制器中設定彈性管的標準氣壓范圍，控制器控制氣泵給彈性管充氣，彈性管充氣后膨脹，彈性管內(nèi)的氣壓傳感器檢測彈性管內(nèi)的氣壓；

(7-2)當彈性管內(nèi)的氣壓達到標準氣壓范圍的上限值時，控制器控制氣泵停止充氣；彈性管的管壁與各個金屬套管擠緊，支撐架被穩(wěn)定固定；

(7-3)當彈性管內(nèi)的氣壓達到標準氣壓范圍的下限值時，控制器控制氣泵給彈性管充氣；

(7-4)重復步驟(7-2)至(7-3)。

作為優(yōu)選，支撐架上還設有進水泵、排水泵和若干個壓載箱，進水泵和排水泵均通過水管與各個壓載箱聯(lián)通，進水泵和排水泵均與控制器電連接；

(8-1)當B≥2.5W時，控制器控制2個伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度降低至水面之下；

并且控制器控制進水泵將水抽到各個壓載箱中，進水泵抽水時間達到T1后，控制器控制進水泵停止工作；

(8-2)當B＜2.5W時，控制器控制排水泵將水從各個壓載箱中抽出，排水泵排水時間達到T2后，控制器控制排水泵停止工作；

轉入步驟(6-3)。

因此，本發(fā)明具有如下有益效果：適用范圍廣、能量轉化效率高、安全性好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種結構示意圖；

圖2是本發(fā)明的一種原理框圖；

圖3是本發(fā)明的齒輪、棘輪和棘爪的一種結構示意圖；

圖4是本發(fā)明的金屬套管的一種結構示意圖；

圖5是本發(fā)明的纜繩的一種結構示意圖；

圖6是本發(fā)明的實施例1的一種流程圖。

圖中：支撐架1、控制器2、環(huán)形浮標3、導軌5、支撐柱6、箱體7、纜繩8、拉繩9、杠桿10、伺服電機11、高度傳感器12、擋板13、彈簧14、進水泵15、排水泵16、壓載箱17、支撐座101、桿體102、第一桿體段1021、第二桿體段1022、齒輪41、棘輪42、棘爪43、金屬套管81、氣泵82、錐形插入段83、喇叭段84、連接段85、氣壓傳感器86。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步的描述。

實施例1

如圖1、圖2所示的實施例是一種智能化波浪發(fā)電裝置，包括設于水上的支撐架1、控制器2、設于支撐架邊緣上的環(huán)形浮標3、發(fā)電裝置、設于支撐架上的2個傾斜的導軌5、用于分別支撐2條導軌上端的2個支撐柱6、設于2條導軌上的箱體7、設于支撐架上的若干條纜繩8、設于箱體上的拉繩9和位于支撐架上方的杠桿10；杠桿一端與拉繩連接，杠桿另一端通過連接繩與發(fā)電裝置連接；每條纜繩下端均設有錨；

2條導軌均包括內(nèi)套管和外套管，2條導軌的內(nèi)套管上端和外套管下端分別通過轉軸與支撐柱和支撐架轉動連接，2個支撐柱下端分別與2個豎向絲桿轉動連接，2個豎向絲桿下端分別與設于支撐架上的2個伺服電機11的轉軸連接，還包括設于支撐架上的高度傳感器12，控制器分別與2個伺服電機和高度傳感器電連接。

2條導軌兩端均設有擋板13，2條導軌上端的擋板下側面上均設有彈簧14，箱體通過2個滑塊分別與2條導軌相配合；杠桿包括支撐座101和設有支撐座上的桿體102，桿體包括第一桿體段1021和第二桿體段1022；第一桿體段的長度大于第二桿體段的長度，所述拉繩與第一桿體段端部連接。

如圖3所示，發(fā)電裝置包括齒條、與齒條連接的復位彈簧、齒輪41、與齒輪配合的兩個棘輪42和兩個發(fā)電機；齒條和齒輪相嚙合，齒輪通過兩個棘爪43分別與兩個棘輪相配合，兩個棘輪的轉軸分別與兩個發(fā)電機的轉子連接。

如圖6所示，一種智能化波浪發(fā)電裝置的控制方法，包括如下步驟：

步驟100，放置發(fā)電裝置

將支撐架放到水面上，使各條纜繩進入水下，各個錨固定在水底的固定物上；

步驟200，開始發(fā)電

波浪帶動箱體沿2條導軌移動，拉繩帶動杠桿一端上下波動，杠桿將拉繩的力放大并通過連接繩傳遞給發(fā)電裝置；

步驟300，設定支撐柱高度

控制器控制2個伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度為A；

步驟400，動態(tài)調(diào)整支撐柱高度

高度傳感器實時檢測支撐架的高度，控制器中設有幅度閾值W＝50厘米，控制器計算單位時間t內(nèi)的高度變化幅度B；

當B≥W時，控制器控制2個伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度降低至80％A；

當B＜W時，控制器控制2個伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度升高至110％A；

當1.5W＜B≤2.5W時，控制器控制2個伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度降低至50％A；

當B≥2.5W時，控制器控制2個伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度降低至水面之下。

實施例2

實施例2包括實施例1的所有結構和步驟部分，如圖4、圖5、圖2所示，實施例2的每條纜繩均包括下端封閉的彈性管、設于彈性管上的多個依次插接的金屬套管81；每條纜繩的彈性管上端均與氣泵82的出氣管連接，每條彈性管內(nèi)均設有氣壓傳感器86，各個氣壓傳感器和氣泵均與控制器電連接。

金屬套管包括位于金屬套管下部的錐形插入段83、位于金屬套管上部的用于與相鄰的金屬套管的插入段相配合的向上張開的喇叭段84和位于插入段和喇叭段之間的連接段85。

實施例1的步驟100中還包括對于每條纜繩的控制步驟：

(7-1)在控制器中設定彈性管的標準氣壓范圍，控制器控制氣泵給彈性管充氣，彈性管充氣后膨脹，彈性管內(nèi)的氣壓傳感器檢測彈性管內(nèi)的氣壓；

(7-2)當彈性管內(nèi)的氣壓達到標準氣壓范圍的上限值時，控制器控制氣泵停止充氣；彈性管的管壁與各個金屬套管擠緊，支撐架被穩(wěn)定固定；

(7-3)當彈性管內(nèi)的氣壓達到標準氣壓范圍的下限值時，控制器控制氣泵給彈性管充氣；

(7-4)重復步驟(7-2)至(7-3)。

實施例3

實施例3包括實施例1的所有結構和步驟部分，實施例3的支撐架上還設有如圖1、圖2所示的進水泵15、排水泵16和4個壓載箱17，進水泵和排水泵均通過水管與各個壓載箱聯(lián)通，進水泵和排水泵均與控制器電連接；

(8-1)當B≥2.5W時，控制器控制2個伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度降低至水面之下；

并且控制器控制進水泵將水抽到各個壓載箱中，進水泵抽水時間達到T1后，控制器控制進水泵停止工作；

(8-2)當B＜2.5W時，控制器控制排水泵將水從各個壓載箱中抽出，排水泵排水時間達到T2后，控制器控制排水泵停止工作；

轉入實施例1的步驟300。

應理解，本實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。