波浪發(fā)電裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種波浪發(fā)電裝置及方法，包括支架、發(fā)電裝置、主控芯片、浮標(biāo)、GPS定位儀、無線發(fā)射器和水上裝置；所述水上裝置包括滾筒，設(shè)于滾筒內(nèi)的轉(zhuǎn)軸，與轉(zhuǎn)軸兩端滑動連接的固定環(huán)和分別與每個固定環(huán)連接的兩條纜繩；每條纜繩下部均設(shè)有重錘，重錘中部設(shè)有壓力傳感器，重錘下部的空腔中設(shè)有氣囊、與氣囊連接的點火器、主錨釘和n條側(cè)錨釘；滾筒內(nèi)設(shè)有空腔，空腔內(nèi)充有氫氣；本發(fā)明具有適用范圍廣、能量轉(zhuǎn)化效率高、穩(wěn)定性好的特點。
【專利說明】
波浪發(fā)電裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及波浪發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種適用范圍廣、能量轉(zhuǎn)化效率高、穩(wěn) 定性好的波浪發(fā)電裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 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；
[0003] 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(dá)27 X 105MW，技術(shù)上可利用的波浪能潛力為10X105MW。
[0004] 現(xiàn)有的波浪發(fā)電裝置存在價格昂貴，能量轉(zhuǎn)化效率低及安裝地域受限的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的波浪發(fā)電裝置價格昂貴，能量轉(zhuǎn)化效 率低的不足，提供了一種適用范圍廣、能量轉(zhuǎn)化效率高、穩(wěn)定性好的波浪發(fā)電裝置及方法。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種波浪發(fā)電裝置，包括支架、發(fā)電裝置、主控芯片、浮標(biāo)、GPS定位儀、無線發(fā)射器 和水上裝置;所述水上裝置包括滾筒，設(shè)于滾筒內(nèi)的轉(zhuǎn)軸，與轉(zhuǎn)軸兩端滑動連接的固定環(huán)和 分別與每個固定環(huán)連接的兩條纜繩;每條纜繩下部均設(shè)有重錘，重錘中部設(shè)有壓力傳感器， 重錘下部的空腔中設(shè)有氣囊、與氣囊連接的點火器、主錨釘和η條側(cè)錨釘;滾筒內(nèi)設(shè)有空腔， 空腔內(nèi)充有氫氣;浮標(biāo)上設(shè)有不透水盒體，GPS定位儀、主控芯片和無線發(fā)射器均位于不透 水盒體內(nèi)，無線發(fā)射器的天線伸出不透水盒體外，浮標(biāo)與轉(zhuǎn)軸連接；
[0008] 滾筒一端設(shè)有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽中設(shè)有拉繩，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有與環(huán)形凹槽配合的蓋 板，蓋板上設(shè)有拉繩出孔，支架上設(shè)有動滑輪和定滑輪，拉繩與動滑輪連接，一端固定于支 架上、另一端繞過動滑輪、定滑輪的牽引繩與發(fā)電裝置連接;主控芯片與無線接收器連接， 主控芯片分別與GPS定位儀、無線發(fā)射器、2個壓力傳感器和2個點火器電連接。
[0009] 滾筒將波浪的作用力轉(zhuǎn)化為對拉繩的拉伸力，并通過動滑輪將拉伸的行程放大， 并通過發(fā)電裝置將機械能轉(zhuǎn)化為可以儲存的電能。
[0010] 在熟悉的水域，水底的深度是已知的，因此，本發(fā)明根據(jù)已知的水底深度，通過兩 個壓力傳感器的深度檢測，即可知道重錘是否已經(jīng)到達(dá)水域底部，從而控制錨固操作。 [0011]氣囊用于將主錨釘和各條側(cè)錨釘固定在水底土層或巖層上，氣囊彈開時具有足夠 的爆發(fā)力，使本發(fā)明的錨固結(jié)構(gòu)可以固定在任何質(zhì)地的水底固定物上，水上裝置被穩(wěn)定的 固定。
[0012] 支架和發(fā)電裝置可以設(shè)置在岸邊、防波堤上或者水上平臺上。
[0013] 因此，本發(fā)明具有適用范圍廣、能量轉(zhuǎn)化效率高、穩(wěn)定性好的特點。
[0014] 作為優(yōu)選，所述滾筒上設(shè)有若干個交錯排列的柱狀突起或錐狀突起，氣囊上設(shè)有 分別與主錨釘和各條側(cè)錨釘對應(yīng)的推板。各個突起的設(shè)置，增大了滾筒與水的接觸面積，滾 筒吸收了更多的波浪能，可以轉(zhuǎn)化出更多的機械能。
[0015] 作為優(yōu)選，所述發(fā)電裝置包括齒條、與齒條連接的復(fù)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(zhuǎn)軸分別與兩個發(fā)電機的轉(zhuǎn)子連接。
[0016] 當(dāng)牽引繩的拉力大于復(fù)位彈簧的推力時，齒條向右移動，齒輪順時針轉(zhuǎn)動，齒輪通 過棘爪帶動棘輪轉(zhuǎn)動。棘輪的轉(zhuǎn)軸帶動一個發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，發(fā)電機發(fā)電；
[0017] 當(dāng)牽引繩的拉力小于復(fù)位彈簧的推力時，齒條向左移動，齒輪逆時針轉(zhuǎn)動，齒輪通 過棘爪帶動另一個棘輪轉(zhuǎn)動。另一個棘輪的轉(zhuǎn)軸帶動另一個發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，發(fā)電機發(fā) 電；
[0018] 作為優(yōu)選，所述重錘上設(shè)有分別與主錨釘和各個側(cè)錨釘對應(yīng)的n+1個開口；所述主 錨釘和各個側(cè)錨釘均呈下端尖的圓錐形，主錨釘和各個側(cè)錨釘均通過金屬鏈與金屬管連 接，每個開口上均設(shè)有限位蓋板。
[0019] 氣囊起爆后推動主錨釘和各個側(cè)錨釘快速向外移動，主錨釘和各個側(cè)錨釘分別穿 破限位蓋板并進(jìn)入水底土層或巖層中。
[0020] 作為優(yōu)選，滾筒與轉(zhuǎn)軸間隙配合，滾筒內(nèi)壁上設(shè)有若干個交錯排列的凹槽，每個凹 槽中均設(shè)有鋼珠，每個鋼珠均與轉(zhuǎn)軸相接觸。
[0021] 作為優(yōu)選，所述浮標(biāo)呈環(huán)形，浮標(biāo)包括兩個半圓形板，兩個半圓形板兩端分別通過 連接環(huán)連接，兩個連接環(huán)分別與轉(zhuǎn)軸兩端連接。
[0022] -種波浪發(fā)電裝置的方法，包括如下步驟：
[0023] 主控芯片中設(shè)有水深閾值W，將水上裝置放到水面上，將兩條纜繩放到水中，使兩 個重錘分別帶動兩條纜繩下降，兩個壓力傳感器分別檢測壓力信號S(t)，主控芯片根據(jù)壓 力信號S (t)得到水深值A(chǔ)1和A2，主控芯片計算A1和A2的平均值A(chǔ);
[0024] 當(dāng)A多W，則主控芯片控制2個點火器點火，兩個氣囊展開，氣囊擠壓推動主錨釘和 各個側(cè)錨釘彈開限位蓋板并進(jìn)入水底土層或巖層中；
[0025] 波浪推動滾筒順時針或逆時針轉(zhuǎn)動，拉繩拉動動滑輪上下移動，牽引繩給發(fā)電裝 置提供發(fā)電的機械能，發(fā)電裝置將機械能轉(zhuǎn)化為電能；
[0026] 在波浪發(fā)電裝置工作的過程中，GPS定位儀檢測當(dāng)前經(jīng)煒度B，主控芯片中設(shè)有經(jīng) 煒度范圍，當(dāng)B不在經(jīng)煒度范圍內(nèi)，主控芯片控制無線發(fā)射器給遠(yuǎn)程控制中心發(fā)送報警信 號。
[0027]作為優(yōu)選，還包括對檢測信號S( t)的修正步驟：
[0028]第一主控芯片在S(t)中選取若干個時間間隔為Δ t的米樣值，各個米樣值按照時 間先后順序排列構(gòu)成檢測信號I(t);
[0029] 對于I(t)中第一個采樣值和最后一個采樣值之外的每個采樣值ES(td，利用公式
計算平穩(wěn)系數(shù)ratio;
[0030] 第一主控芯片預(yù)先設(shè)有依次增大的權(quán)重閾值0.5，1和1.5;
[0031] 對于ratio位于[1-A1，1+A1]范圍內(nèi)的采樣值，將采樣值修正為BlES(ti)，Bl為小 于0.4的實數(shù)；
[0032] 對于ratio位于(0.5，1-A1)或（1+A1，1.5)范圍內(nèi)的采樣值，將采樣值修正為B2ES (ti)，Bl<B2<0.6;
[0033] 用修正過的各個采樣值代替I(t)中的對應(yīng)采樣值，得到經(jīng)過修正的檢測信號I (t)，用檢測信號I(t)替換檢測信號S(t)。
[0034] 因此，本發(fā)明具有如下有益效果:適用范圍廣、能量轉(zhuǎn)化效率高、穩(wěn)定性好的特點。
【附圖說明】
[0035]圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖2是本發(fā)明的發(fā)電裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖3是本發(fā)明的實施例1的一種流程圖；
[0038]圖4是本發(fā)明的一種原理框圖；
[0039]圖5是本發(fā)明的重錘的一種剖視圖。
[0040] 圖中：支架1、重錘2、主控芯片3、水上裝置4、動滑輪5、定滑輪6、牽引繩7、GPS定位 儀8、無線發(fā)射器9、浮標(biāo)10、齒輪22、棘輪23、棘爪24、滾筒41、轉(zhuǎn)軸42、固定環(huán)43、纜繩44、壓 力傳感器45、氣囊46、點火器47、主錨釘48、側(cè)錨釘49、拉繩50、蓋板51、錐狀突起411。
【具體實施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0042] 如圖1、圖4、圖5所示的實施例是一種波浪發(fā)電裝置，包括支架1、發(fā)電裝置、主控芯 片3、浮標(biāo)10、GPS定位儀8、無線發(fā)射器9和水上裝置4;水上裝置包括滾筒41，設(shè)于滾筒內(nèi)的 轉(zhuǎn)軸42,與轉(zhuǎn)軸兩端滑動連接的固定環(huán)43和分別與每個固定環(huán)連接的兩條纜繩44;每條纜 繩下部均設(shè)有重錘2,重錘中部設(shè)有壓力傳感器45,重錘下部的空腔中設(shè)有氣囊46、與氣囊 連接的點火器47、主錨釘48和6條側(cè)錨釘49;滾筒內(nèi)設(shè)有空腔，空腔內(nèi)充有氫氣;浮標(biāo)上設(shè)有 不透水盒體，GPS定位儀、主控芯片和無線發(fā)射器均位于不透水盒體內(nèi)，無線發(fā)射器的天線 伸出不透水盒體外，浮標(biāo)與轉(zhuǎn)軸連接；
[0043]滾筒一端設(shè)有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽中設(shè)有拉繩50,轉(zhuǎn)軸上設(shè)有與環(huán)形凹槽配合的 蓋板51，蓋板上設(shè)有拉繩出孔，支架上設(shè)有動滑輪5和定滑輪6,拉繩與動滑輪連接，一端固 定于支架上、另一端繞過動滑輪、定滑輪的牽引繩7與發(fā)電裝置連接;如圖4所示，主控芯片 與無線接收器連接，如圖4所示，主控芯片分別與GPS定位儀、無線發(fā)射器、2個壓力傳感器和 2個點火器電連接。
[0044]如圖1所示，滾筒上設(shè)有6個交錯排列的柱狀突起或錐狀突起411，氣囊上設(shè)有分別 與主錨釘和各條側(cè)錨釘對應(yīng)的推板。
[0045] 如圖2所示，發(fā)電裝置包括齒條、與齒條連接的復(fù)位彈簧、齒輪22、與齒輪配合的兩 個棘輪23和兩個發(fā)電機;齒條和齒輪相嚙合，齒輪通過兩個棘爪24分別與兩個棘輪相配合， 兩個棘輪的轉(zhuǎn)軸分別與兩個發(fā)電機的轉(zhuǎn)子連接。
[0046] 如圖5所示，重錘上設(shè)有分別與主錨釘和各個側(cè)錨釘對應(yīng)的7個開口；主錨釘和各 個側(cè)錨釘均呈下端尖的圓錐形，主錨釘和各個側(cè)錨釘均通過金屬鏈與金屬管連接，每個開 口上均設(shè)有限位蓋板。
[0047]滾筒與轉(zhuǎn)軸間隙配合，滾筒內(nèi)壁上設(shè)有23個交錯排列的凹槽，每個凹槽中均設(shè)有 鋼珠，每個鋼珠均與轉(zhuǎn)軸相接觸。
[0048] 如圖1所示，浮標(biāo)呈環(huán)形，浮標(biāo)包括兩個半圓形板，兩個半圓形板兩端分別通過連 接環(huán)連接，兩個連接環(huán)分別與轉(zhuǎn)軸兩端連接。
[0049] 如圖3所示，一種波浪發(fā)電裝置的方法，包括如下步驟：
[0050] 步驟100,檢測水深
[0051] 主控芯片中設(shè)有水深閾值W，將水上裝置放到水面上，將兩條纜繩放到水中，使兩 個重錘分別帶動兩條纜繩下降，兩個壓力傳感器分別檢測壓力信號S(t)，主控芯片根據(jù)壓 力信號S (t)得到水深值A(chǔ)1和A2，主控芯片計算A1和A2的平均值A(chǔ);
[0052] 步驟200，固定主錨釘和各個側(cè)錨釘
[0053]當(dāng)A多W，則主控芯片控制2個點火器點火，兩個氣囊展開，氣囊擠壓推動主錨釘和 各個側(cè)錨釘彈開限位蓋板并進(jìn)入水底土層或巖層中；
[0054]波浪推動滾筒順時針或逆時針轉(zhuǎn)動，拉繩拉動動滑輪上下移動，牽引繩給發(fā)電裝 置提供發(fā)電的機械能，發(fā)電裝置將機械能轉(zhuǎn)化為電能；
[0055]步驟300,波浪發(fā)電及報警
[0056]在波浪發(fā)電裝置工作的過程中，GPS定位儀檢測當(dāng)前經(jīng)煒度B，主控芯片中設(shè)有經(jīng) 煒度范圍，當(dāng)B不在經(jīng)煒度范圍內(nèi)，主控芯片控制無線發(fā)射器給遠(yuǎn)程控制中心發(fā)送報警信 號。
[0057]其中檢測信號S(t)經(jīng)過如下的修正過程：
[0058] 第一主控芯片在S(t)中選取若干個時間間隔為At的采樣值，各個采樣值按照時 間先后順序排列構(gòu)成檢測信號I(t);
[0059] 對于I(t)中第一個采樣值和最后一個采樣值之外的每個采樣值ES(td，利用公式
-算平穩(wěn)系數(shù)ratio;
[0060] 第一主控芯片預(yù)先設(shè)有依次增大的權(quán)重閾值0.6，1和1.6;
[0061 ] 對于ratio位于[1-A1，1+A1]范圍內(nèi)的采樣值，將采樣值修正為BlES(ti)，Bl為小 于0.4的實數(shù)；
[0062] 對于ratio位于(0.6，1-A1)或（1+A1，1.6)范圍內(nèi)的采樣值，將采樣值修正為B2ES (ti)，Bl<B2<0.6;
[0063] 用修正過的各個采樣值代替I(t)中的對應(yīng)采樣值，得到經(jīng)過修正的檢測信號I (t)，用檢測信號I(t)替換檢測信號S(t)。
[0064] 應(yīng)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(yīng)理解，在 閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)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(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種波浪發(fā)電裝置，其特征是，包括支架（1)、發(fā)電裝置、主控芯片(3)、浮標(biāo)（10)、GPS 定位儀(8)、無線發(fā)射器(9)和水上裝置(4);所述水上裝置包括滾筒(41)，設(shè)于滾筒內(nèi)的轉(zhuǎn) 軸(42)，與轉(zhuǎn)軸兩端滑動連接的固定環(huán)(43)和分別與每個固定環(huán)連接的兩條纜繩(44);每 條纜繩下部均設(shè)有重錘（2)，重錘中部設(shè)有壓力傳感器(45)，重錘下部的空腔中設(shè)有氣囊 (46)、與氣囊連接的點火器(47)、主錨釘(48)和η條側(cè)錨釘(49);滾筒內(nèi)設(shè)有空腔，空腔內(nèi)充 有氫氣;浮標(biāo)上設(shè)有不透水盒體，GPS定位儀、主控芯片和無線發(fā)射器均位于不透水盒體內(nèi)， 無線發(fā)射器的天線伸出不透水盒體外，浮標(biāo)與轉(zhuǎn)軸連接； 滾筒一端設(shè)有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽中設(shè)有拉繩（50)，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有與環(huán)形凹槽配合的蓋 板(51)，蓋板上設(shè)有拉繩出孔，支架上設(shè)有動滑輪(5)和定滑輪(6)，拉繩與動滑輪連接，一 端固定于支架上、另一端繞過動滑輪、定滑輪的牽引繩(7)與發(fā)電裝置連接;主控芯片與無 線接收器連接，主控芯片分別與GPS定位儀、無線發(fā)射器、2個壓力傳感器和2個點火器電連 接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波浪發(fā)電裝置，其特征是，所述滾筒上設(shè)有若干個交錯排列的 柱狀突起或錐狀突起(411)，氣囊上設(shè)有分別與主錨釘和各條側(cè)錨釘對應(yīng)的推板。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波浪發(fā)電裝置，其特征是，所述發(fā)電裝置包括齒條、與齒條連 接的復(fù)位彈簧、齒輪(22)、與齒輪配合的兩個棘輪(23)和兩個發(fā)電機;齒條和齒輪相嚙合， 齒輪通過兩個棘爪(24)分別與兩個棘輪相配合，兩個棘輪的轉(zhuǎn)軸分別與兩個發(fā)電機的轉(zhuǎn)子 連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波浪發(fā)電裝置，其特征是，所述重錘上設(shè)有分別與主錨釘和各 個側(cè)錨釘對應(yīng)的η+1個開口；所述主錨釘和各個側(cè)錨釘均呈下端尖的圓錐形，主錨釘和各個 側(cè)錨釘均通過金屬鏈與金屬管連接，每個開口上均設(shè)有限位蓋板。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波浪發(fā)電裝置，其特征是，滾筒與轉(zhuǎn)軸間隙配合，滾筒內(nèi)壁上 設(shè)有若干個交錯排列的凹槽，每個凹槽中均設(shè)有鋼珠，每個鋼珠均與轉(zhuǎn)軸相接觸。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的波浪發(fā)電裝置，其特征是，所述浮標(biāo)呈環(huán)形，浮 標(biāo)包括兩個半圓形板，兩個半圓形板兩端分別通過連接環(huán)連接，兩個連接環(huán)分別與轉(zhuǎn)軸兩 端連接。7. -種基于權(quán)利要求1所述的波浪發(fā)電裝置的方法，其特征是，包括如下步驟： 主控芯片中設(shè)有水深閾值W，將水上裝置放到水面上，將兩條纜繩放到水中，使兩個重 錘分別帶動兩條纜繩下降，兩個壓力傳感器分別檢測壓力信號S(t)，主控芯片根據(jù)壓力信 號S (t)得到水深值A(chǔ)1和A2，主控芯片計算A1和A2的平均值A(chǔ); 當(dāng)A多W，則主控芯片控制2個點火器點火，兩個氣囊展開，氣囊擠壓推動主錨釘和各個 側(cè)錨釘彈開限位蓋板并進(jìn)入水底土層或巖層中； 波浪推動滾筒順時針或逆時針轉(zhuǎn)動，拉繩拉動動滑輪上下移動，牽引繩給發(fā)電裝置提 供發(fā)電的機械能，發(fā)電裝置將機械能轉(zhuǎn)化為電能； 在波浪發(fā)電裝置工作的過程中，GPS定位儀檢測當(dāng)前經(jīng)煒度B，主控芯片中設(shè)有經(jīng)煒度 范圍，當(dāng)B不在經(jīng)煒度范圍內(nèi)，主控芯片控制無線發(fā)射器給遠(yuǎn)程控制中心發(fā)送報警信號。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的波浪發(fā)電裝置的方法，其特征是，還包括對檢測信號S(t)的修 正步驟： 第一主控芯片在S(t)中選取若干個時間間隔為At的采樣值，各個采樣值按照時間先 后順序排列構(gòu)成檢測信號I(t); 對于I(t)中第一個采樣值和最后一個采樣值之外的每個采樣值ES(t〇,利用公式f算平穩(wěn)系數(shù)ratio; 第一主控芯片預(yù)先設(shè)有依次增大的權(quán)重閾值0.6,1和1.6; 對于ratio位于[1-A1，1+A1]范圍內(nèi)的采樣值，將采樣值修正為BlES(t〇，Bl為小于0.4 的實數(shù)； 對于ratio位于(0.6，1-A1)或（1+A1，1.6)范圍內(nèi)的采樣值，將采樣值修正為B2ES(t!)， B\<B2<0.b% 用修正過的各個采樣值代替I(t)中的對應(yīng)采樣值，得到經(jīng)過修正的檢測信號I(t)，用 檢測信號I(t)替換檢測信號S(t)。
【文檔編號】F03B11/00GK105952576SQ201610518747
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】張 林, 陶惠敏, 嵇偉明, 洪元儉, 周成雙
【申請人】浙江工業(yè)大學(xué)