CN104454322B - 套筒浮子式海浪发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种套筒浮子式海浪发电装置，该发电装置主要由浮子、套筒、设备仓、单向增速机、发电机、驱动链索、配重、牵引索和锚座组成，浮子与套筒上端的设备仓固定，下端装有滤网防止海洋生物侵入，牵引索一端挂在锚座的拉环上，另一端与驱动链索相连，驱动链索绕过单向增速机输入轴上的驱动轮，另一端联接在配重上。套筒下端与海水相通，内部充有防蚀气体以防止设备锈蚀，气体压力能阻止海水进入套筒和设备仓内，保证所有设备不与海水接触工作在非氧化气体环境中。运行时，该装置随波浪起伏，当其上升时，锚座拉住牵引索带着驱动链索驱动单向增速机再传动发电机旋转发电，当其下降时，配重快速下降拉着驱动链索反向驱动单向增速机，而单向增速机仍以不变的旋转方向驱动发电机发电。
Description
技术领域
本发明涉及海洋能利用的波浪发电技术。
背景技术
人类为利用海洋的波浪所蕴含的能量将其转换为电能，已经努力研究试验了许多年，各种方案技巧层出不穷，但是这些在试用的发电装置，不管是大型的还是小型的，直接转换还是液压、气压间接转换，都有一个共同的缺点，防水、防腐蚀成本高，同时制造和维护费用过高，发电成本远高于市场电价，故海浪发电到目前也只是人们的一种理想愿望，在用的也只是科研或试验，还没有能进入有利可图的商业应用。
迄今为止，人类还没有一种可以与离岸风电价格竞争的波浪发电设备，人类对波浪发电设备的研究，还基本停留在科研阶段。极少数设备，例如海蛇和opt产品，售价也是很高的，只有不计成本的地方在试用。
本专利为浮子式波浪发电提供一种全新的方案，该方案采用气柱防水，使得传动和发电设备不与海水接触，而且可工作在保护性气体中，防止腐蚀和锈蚀，其制造和维护成本低，发电效率高，使得波浪发电的成本十分低廉，竟可低于火力发电成本，可由成百上千套该装置组成发电阵列，进行规模发电，令波浪发电真正进入商业化。
发明内容
本发明提供一种套筒浮子式海浪发电装置，该发电装置主要由浮子、套筒、设备仓、单向增速机、发电机、驱动链索、配重、牵引索和锚座组成，浮子与套筒上端的设备仓固定，套筒长度以当地平均浪高为参考，下端装有滤网防止海洋生物进入套筒内堆积，牵引索一端挂在锚座的拉环上，另一端与驱动链索相连，驱动链索绕过单向增速机输入轴上的传动轮另一端联接在配重上，驱动链索可以是链条、钢丝绳、V形皮带等。
套筒上端与设备仓焊接牢固，除下端与海水相通外，其它全部密封，内部充有氮气或其它防蚀气体以防止设备锈蚀，套筒和设备仓内的气体压力能阻止海水进入套筒和设备仓内，保证设备和驱动链索不与海水接触并工作在非氧化气体环境中，因此发电设备不必再考虑防水动密封问题，在设备仓可装上视频头和其它传感器监控设备运行状况。套筒一般长6米以上，保证正常工作时设备和配重不会接触到海水。
运行时，浮子、设备仓和套筒随波浪起伏，当其上升时，锚座拉住牵引索带着驱动链索驱动单向增速机再传动发电机旋转发电，当其下降时，配重快速下降拉着驱动链索反向驱动单向增速机，而单向增速机仍以不变的旋转方向驱动发电机旋转发电。
根据一般海浪的波长和能量密度，该发电装置在浅海区单台功率以5千瓦至20千瓦为宜，在较深海区单台可做到100千瓦以上，多台并联运行可使电压更加平稳，以三相交流永磁发电经整流输出直流并联为好，这样就不会在电气上产生相互干扰，任何一套发电机在发电时如果电压偏低没做功，浮子的上升或下降阻力将减小，升降速度就会加快，发出的电压就自动上升，基本能发出较稳定的电压，保证升降行程能输出有效的功率，多套机组组网运行时，每套机组的间隔应大于套筒长度，各浮子之间用绳相连保持距离，防止发生缠绕。
安装时直接以牵引索联接好锚座将锚座沉入海底，按海水实际深度确定联接的牵引绳的长度，电缆的正级可采用单芯线可直接在海底各机并接汇总输出，也可到岸上后并接以防止漏电，利用海水与大地为负极，能节约大量线材，安装维护极方便。
本套筒浮子式海浪发电装置不惧大型风浪，在大型风浪的浪高超过浮子设备的额定上限时，浮子不能随浪涌超限升高而被埋入水中避免了巨浪的冲击，继续工作在额定高差之间，能继续以最大功率发电，能量转换率高。
附图说明
图1为本发明透视结构图。
图2为本发明3维总体透示图。
图3为本发明的设备仓3维透视图。
图4为本发明多台单列并网示意图。
具体实施方式
图1至图3为本发明套筒浮子式海浪发电装置，主要由浮子1、设备仓2、发电机3、传动轮4、单向增速机5、驱动链索6、套筒7、配重8、牵引索9、滤网10和锚座11构成，本浮子式海浪发电装置如图1、所示，浮子1为一环状或扁球状中空制件，浮子1与设备仓2固定，套筒7上端与设备仓2下端焊接，套筒7下端的口上装有滤网10，因牵引索9要接触海水，应采用防盐蚀的塑料护套钢丝绳，一端扣在锚座11的吊环上，牵引索9的另一端与驱动链索6联接，驱动链索6在单向增速机5的输入轴上的传动轮4上绕过后另一端联接在配重8上，配重8可在套筒7内上下活动。套筒浮子式海浪发电装置的主要特点就是：专门设置的套筒7，在设备仓2和套筒7内充入氮气或其它非氧化性气体，使设备仓2和套筒7内气体与外部海水压力平衡，下端不需密封，海水也不会进入设备仓2和套筒7内，使其内部的设备全部不与海水接触，而是工作在保护性气体中，解决了设备防水、防漏和防锈的难题，保证设备能长期工作而不被锈蚀，套筒7下端安装滤网10的作用是阻止海洋生物进入套筒7内部，防止影响套筒浮子式海浪发电装置的正常运行。
设备工作如图3所示，传动轮4根据驱动链索6的性质采用相应的配合结构，传动轮4套装在单向增速机5的输入轴上，单向增速机5的特点是输入轴旋转方向不受限制，输出轴只正向旋转且转速高于输入轴一个增速比。发电机3与单向增速机5同样安装在设备仓2内，发电机3可采用交流或直流多种类型发电机，本方案如图3采用永磁三相交流发电机，经三相整流桥整流成直流脉动电，发电机3由单向增速机5传动，传动方式不受限制，锚座11制成圆台或棱台形以防止倾倒。
应用时，选择全年浪多和海浪能高的海区，不要求海底面平整，先测量投放区海水深度(15～50米深较好)，调整好牵引索9的长度，将套筒浮子式海浪发电装置由牵引索9吊住锚座11沉入海中，让锚座11沉入海底，套筒7内的配重8在重力的作用下拉紧驱动链索6和牵引索9，套筒浮子式海浪发电装置将被牵引索9拉成垂直状，浮子1和设备仓2的上部半浮于海面，就完成了套筒浮子式海浪发电装置安装。
套筒浮子式海浪发电装置运行时(如图1和图4)，在波浪的作用下，浮子1带动设备仓2和套筒7被浪峰顶着上升时，锚座11通过牵引索9、驱动链索6拉动传动轮4经单向增速机5固定旋向驱动发电机3发电，配重8被向上拉起；浮子1带动设备仓2、套筒7随浪谷下降时，配重8在套筒7内向下运动，通过驱动链索6拉动传动轮4反向旋转，经单向增速机5的输出轴以固定不变的旋向驱动发电机3发电，由于单向增速机5能将低速双向旋转输入增速变换成高速单向旋转输出，发电机3便能一直以正向旋转发电。免除了发电机正反旋转要克服的惯性。
实例：本发明试验型套管浮子式海浪发电装置采用的浮子1的排水量约650公斤自重100公斤，配重8约250公斤，设备仓2加套筒7全长6.4米，设备仓2、套筒7和发电机3、单向增速机5等设备全重约200公斤排水量约450公斤，牵引索9采用10毫米耐盐蚀的塑料护套钢丝绳，发电机3的功率为3千瓦，混凝土锚座11为0.5立方，排水量500公斤，重约1350公斤，净重力850公斤。
套筒浮子式海浪发电装置总排水量1100公斤，设备总重550公斤，净浮力550公斤，锚座11净重力850公斤。当海区平均有2米的浪高时，套筒浮子式海浪发电装置随波浪升降，能发出2千瓦的平均功率电能，低于2米浪高时，所产生电能将小于2千瓦，如果海浪高于2米则能产生2千瓦以上的电能，注意：只是由于设备额定载荷限制，尽管有过负荷保护机制，也不要使用电负荷长期超过额定功率，以防烧坏发电机增加维护费用。
图4是采用阵列式多套并网运行的示意图，以方阵为好，如5×5、10×10或100×100等，间距应大于套筒7的长度，最外四角用绳拉出一定距离固定在海底，每个相邻的浮子1用绳联接以保持间距，每套的输出电源必须经三相整流桥变换为直流后，才能正极与正极、负极与负极相并联，这时各套独立发电机不会互相干扰，却能使汇合的电源波动减小，更加平稳。
Claims (3)
1.一种套筒浮子式海浪发电装置，主要由浮子(1)、设备仓(2)、发电机(3)、传动轮(4)、单向增速机(5)、驱动链索(6)、套筒(7)、配重(8)、牵引索(9)、滤网(10)和锚座(11)构成，其特征在于：所述浮子(1)为一环状或扁球状中空制件，所述浮子(1)与设备仓(2)固定，所述套筒(7)上端与设备仓(2)下端焊接，所述套筒(7)的下端口上装有滤网(10)，设备仓(2)内安装有发电机(3)、传动轮(4)、单向增速机(5)、驱动链索(6)，所述牵引索(9)两端与锚座(11)和驱动链索(6)联接，驱动链索(6)在单向增速机(5)的输入轴上的传动轮(4)上绕过后另一端联接在配重(8)上，所述配重(8)可在套筒(7)内上下活动；
所述单向增速机(5)的输入轴旋转方向不受限制，输出轴只正向旋转且转速高于输入轴一个额定增速比。
2.根据权利要求1所述的套筒浮子式海浪发电装置，其特征是：所述设备仓(2)和套筒(7)内充入氮气或其它非氧化性气体，使设备仓(2)和套筒(7)内气体压力与外部海水平衡，海水不会进入设备仓(2)和套筒(7)内，使其内部的设备全部不与海水接触，而是工作在保护性气体中。
3.据权利要求1或2所述的套筒浮子式海浪发电装置，其特征是：所述牵引索(9)一端联接在海底锚座(11)上，另一端穿过套筒(7)下端的滤网与套筒(7)内的驱动链索(6)联接，牵引索(9)会与海水接触，牵引索(9)采用耐盐蚀的塑料护套钢丝绳。
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