CN112963294A - 一种海上波浪能利用发电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海上波浪能利用发电设备，包括滑道构架、垂直水轮组件，其中，所述滑道构架为一条圆弧腰形槽滑道，所述滑道构架的下端面可沿其腰形槽移动地设置有多个垂直水轮组件，所述垂直水轮组件能够受水流冲击而旋转，并驱动其上连接的位于滑道构架上端面的发电线圈发电；所述滑道构架的上端面还固定链接有多条阻尼杆，所述阻尼杆远离滑道构架的一端固定连接在转盘中，所述转盘可转动地连接在转盘偏航座下，所述转盘偏航座与水面的设备固定连接。与现有技术相比，本发明运行稳定，寿命长，不容易产生疲劳损耗，滑道构架可以自动偏航，且能够调整旋转方向以防止线缆缠绕。

Description

一种海上波浪能利用发电设备
技术领域
本发明涉及一种发电设备技术领域，具体是一种海上波浪能利用发电设备。
背景技术
我国拥有广阔的海洋国土和众多海岛，并且还建设有许多海上设施平台，很多都远离大陆，电力供应紧张，因此研究高效率、低成本的海洋波能发电技术意义十分重大，有利于海上生产、生活，以及开发旅游资源。在大陆上我们很容易获得电力，电网也可以触及到大陆的很多地区，但是在海岛和海上设施离开大陆一定距离后，大陆电网是很难供给的，因此，岛屿和海上设施有迫切的用电需求。
海洋不但蕴藏了丰富的生物和矿产资源，也蕴藏着巨大的能量。随着世界各国对海洋资源的重视和科学技术的发展，人们探索着用不同方式将海洋能量提取出来并加以利用。
现有技术中，通过设置在水下的叶轮驱动发电设备进行发电，叶片的转轴平行于水流方向，由于海水流向不定，小微型发电设备常用尾舵，使叶轮对准流向，发电效率较低，中大型发电设备一般采用电动的偏航***来调整叶轮，设备结构复杂，成本高，且海洋洋流复杂，叶轮的自转容易造成线缆扭转破坏，另外，叶片由于受到较大的推力，其根部容易产生疲劳磨损；
而垂直方向设置的叶片能够由任何方向的水流推动，且结构简单，受力均匀，具有寿命长、成本低的优点，但其反向叶片和叶片间容易受到自身的阻力，发电效率较低。
因此，有必要提供一种海上波浪能利用发电设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种海上波浪能利用发电设备，包括滑道构架、垂直水轮组件，其中，所述滑道构架为一条圆弧腰形槽滑道，所述滑道构架的下端面可沿其腰形槽移动地设置有多个垂直水轮组件，所述垂直水轮组件能够受水流冲击而旋转，并驱动其上连接的位于滑道构架上端面的发电线圈发电；
所述滑道构架的上端面还固定链接有多条阻尼杆，所述阻尼杆远离滑道构架的一端固定连接在转盘中，所述转盘可转动地连接在转盘偏航座下，所述转盘偏航座与水面的设备固定连接。
进一步的，作为优选本实施例中，所述垂直水轮组件包括叶片、上连接环，所述上连接环的上方固定连接有转轴，所述转轴连接到发电线圈的转子中以驱动发电；
所述转轴通过轴承连接有滑块，所述滑块与滑道构架可移动地连接；
所述上连接环下方为与之匹配的下连接环，所述上连接环与下连接环间可拆卸地栓接有多片圆周分布的叶片，所述叶片与通过其中心的上连接环的直径呈一定角度。
进一步的，作为优选所述垂直水轮组件还包括排水桨，所述排水桨固定连接在上连接环下，叶片围成的圆筒内的中心处，所述排水桨为上大下小的锥形螺旋桨，且其表面螺纹的旋向与叶片的倾斜方向相同。
进一步的，作为优选每个所述垂直水轮组件的上连接环为上小下大的阶梯形，其上部分中可转动地套设有拨环，所述拨环沿直径方向对称固定有两根连杆，且相邻的两个垂直水轮组件的其中一侧的连杆呈“V”型铰接在一起。
进一步的，作为优选多个所述垂直水轮组件中，位于两侧的垂直水轮组件中的拨环上还通过伸缩杆与滑道构架的两侧连接，所述伸缩杆的活塞杆与对应的拨环铰接，所述伸缩杆的缸体与滑道构架的侧边铰接。
进一步的，作为优选所述垂直水轮组件中的轴承上还固定有滑块，所述滑块可转动地套设在转轴***，所述滑块上下贯穿滑道构架的腰形槽，并与之可滑动地连接，且所述滑块为与滑道构架的腰形槽匹配的腰形滑块；
所述滑块上端位于滑道构架上表面的上的位置中可拆卸地栓接有滑板，所述转轴贯穿滑板并连接到固定在滑板上的发电线圈的转子内。
进一步的，作为优选所述滑道构架的腰形槽内侧壁与滑块间的间隙中固定连接有侧滑动衬垫；
滑道构架腰形槽两侧的上端面分别开设有两道衬垫槽，所述衬垫槽上方设有一条上滑动衬垫，所述衬垫槽内设有与上滑动衬垫固定连接的压板，所述压板可上下移动地设在衬垫槽内；
所述滑道构架下端面对应衬垫槽底部的位置均匀分布地栓入有多根调整螺栓，所述调整螺栓贯穿入衬垫槽内，且所述调整螺栓与压板间设有定位销，所述定位销可上下移动的设在衬垫槽内，所述定位销嵌入压板内一定深度，且所述定位销***还套设有压在压板下的圆弹簧。
进一步的，作为优选转盘偏航座包括外壳、大齿轮，所述外壳为圆筒腔体，其上端可拆卸的栓接在水面设施下，其内可转动地设有一个大齿轮，所述大齿轮的下方与转盘固定连接；
所述大齿轮一侧设有与之啮合的小齿轮，所述小齿轮上设有角度传感器；
所述大齿轮的下端面开设有一圈棘齿凹槽，所述棘齿凹槽中的棘齿由两半相互对称的反向棘齿组成，所述棘齿凹槽内还设有锁止组件。
进一步的，作为优选所述锁止组件包括棘爪，两个相互对称的反向棘爪可转动的设在棘齿凹槽内，每个棘爪能够对应锁止一个方向的棘齿，所述棘齿凹槽内还固定有电磁铁座，所述电磁铁座上朝每个棘爪远离棘齿的方向固定有电磁铁，所述电磁铁通电能够吸附与之对应的棘爪使其旋转而远离棘齿。
进一步的，作为优选每个所述棘爪中还设有扭力弹簧，所述扭力弹簧提供使棘爪靠近棘齿的力，且所述扭力弹簧提供的扭力小于电磁铁通电时的磁力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中，垂直水轮组件的上连接环与下连接环间栓接有多片圆周分布的叶片，由于叶片是垂直布置的，能够由任何方向的水流推动，且叶片受到的剪力较小，运行稳定，寿命长，不容易产生疲劳损耗，且通过设置排水桨，能够引导进入叶片围成的圆筒内的水流形成涡流并向下排出，防止形成乱流对叶片增加阻力。
本发明中，垂直水轮组件与滑道构架的滑动连接中，通过上滑动衬垫粘合在压板上，调整调整螺栓的旋入深度可以调节上滑动衬垫与滑板间的紧密程度，从而得到最佳滑动阻尼。
本发明中，滑道构架可以根据波浪流动方向顺时针旋转或逆时针旋转进行自动偏航，当滑道构架达到+650度或-650度时角度传感器发出信号,控制***控制伸缩杆调节每个垂直水轮组件的整体左右偏移，使滑道构架收到的左右水流推力不一致而产生扭矩，从而使转盘反向旋转以解开线缆，当滑道构架向一个方向继续旋转达到700度时，锁止组件中相应方向的其中一个电磁铁被触发断电而使得滑道构架不能够再向该方向旋转，防止损坏线缆。
附图说明
图1为一种海上波浪能利用发电设备的结构示意图；
图2为一种海上波浪能利用发电设备的垂直水轮组件结构示意图；
图3为一种海上波浪能利用发电设备的垂直水轮组件剖面结构示意图；
图4为一种海上波浪能利用发电设备的滑道构架和连杆结构示意图；
图5为一种海上波浪能利用发电设备的滑块连接结构示意图；
图6为一种海上波浪能利用发电设备的A处结构示意图；
图7为一种海上波浪能利用发电设备的转盘偏航座结构示意图；
图8为一种海上波浪能利用发电设备的锁止组件结构示意图；
图中：1、滑道构架；2、阻尼杆；3、转盘；4、转盘偏航座；41、外壳；42、大齿轮；43、棘齿凹槽；44、锁止组件；45、小齿轮；441、棘爪；442、电磁铁座；443、电磁铁；5、伸缩杆；6、垂直水轮组件；7、发电线圈；8、连杆；9、角度传感器；10、滑板；11、上滑动衬垫；12、调整螺栓；13、侧滑动衬垫；14、衬垫槽；15、定位销；16、圆弹簧；17、压板；61、叶片；62、上连接环；63、下连接环；64、轴承；65、排水桨；66、滑块；67、转轴；68、排水口；69、拨环。
具体实施方式
请参阅图1，本发明实施例中，一种海上波浪能利用发电设备，包括滑道构架1、垂直水轮组件6，其中，所述滑道构架1为一条圆弧腰形槽滑道，所述滑道构架1的下端面可沿其腰形槽移动地设置有多个垂直水轮组件6，所述垂直水轮组件6能够受水流冲击而旋转，并驱动其上连接的位于滑道构架1上端面的发电线圈7发电；
所述滑道构架1的上端面还固定链接有多条阻尼杆2，所述阻尼杆2远离滑道构架1的一端固定连接在转盘3中，所述转盘3可转动地连接在转盘偏航座4下，所述转盘偏航座4与水面的设备固定连接。
请参阅图2和图3，本实施例中，所述垂直水轮组件6包括叶片61、上连接环62，所述上连接环62的上方固定连接有转轴67，所述转轴67连接到发电线圈7的转子中以驱动发电；
所述转轴67通过轴承64连接有滑块66，所述滑块66与滑道构架1可移动地连接；
所述上连接环62下方为与之匹配的下连接环63，所述上连接环62与下连接环63间可拆卸地栓接有多片圆周分布的叶片61，所述叶片61与通过其中心的上连接环62的直径呈一定角度。
请参阅图2和图3，本实施例中，所述垂直水轮组件6还包括排水桨65，所述排水桨65固定连接在上连接环62下，叶片61围成的圆筒内的中心处，所述排水桨65为上大下小的锥形螺旋桨，且其表面螺纹的旋向与叶片61的倾斜方向相同；
通过设置排水桨65，能够引导进入叶片61围成的圆筒内的水流形成涡流并向下排出，防止形成乱流对叶片61增加阻力。
请参阅图3和图4，本实施例中，每个所述垂直水轮组件6的上连接环62为上小下大的阶梯形，其上部分中可转动地套设有拨环69，所述拨环69沿直径方向对称固定有两根连杆8，且相邻的两个垂直水轮组件6的其中一侧的连杆8呈“V”型铰接在一起。
请参阅图4，本实施例中，多个所述垂直水轮组件6中，位于两侧的垂直水轮组件6中的拨环69上还通过伸缩杆5与滑道构架1的两侧连接，所述伸缩杆5的活塞杆与对应的拨环69铰接，所述伸缩杆5的缸体与滑道构架1的侧边铰接；
也就是说，通过滑道构架1两侧伸缩杆5的伸缩，能够调整两侧的垂直水轮组件6的位置，且由于每个垂直水轮组件6通过连杆8铰接在一起，使其间保持同样的间隔，从而能够达到调整每个垂直水轮组件6的间距和能够整体左右偏移。
请参阅图5，本实施例中，所述垂直水轮组件6中的轴承64上还固定有滑块66，所述滑块66可转动地套设在转轴67***，所述滑块66上下贯穿滑道构架1的腰形槽，并与之可滑动地连接，且所述滑块66为与滑道构架1的腰形槽匹配的腰形滑块；
所述滑块66上端位于滑道构架1上表面的上的位置中可拆卸地栓接有滑板10，所述转轴67贯穿滑板10并连接到固定在滑板10上的发电线圈7的转子内。
也就是说，所述滑板10与轴承64通过滑块66连接到一起并贯穿滑道构架1的腰形槽而夹在滑道构架1的上下面，从而达到可滑动且限制垂直方向地连接在一起的效果。
请参阅图6，本实施例中，所述滑道构架1的腰形槽内侧壁与滑块66间的间隙中固定连接有侧滑动衬垫13；
滑道构架1腰形槽两侧的上端面分别开设有两道衬垫槽14，所述衬垫槽14上方设有一条上滑动衬垫11，所述衬垫槽14内设有与上滑动衬垫11固定连接的压板17，所述压板17可上下移动地设在衬垫槽14内；
所述滑道构架1下端面对应衬垫槽14底部的位置均匀分布地栓入有多根调整螺栓12，所述调整螺栓12贯穿入衬垫槽14内，且所述调整螺栓12与压板17间设有定位销15，所述定位销15可上下移动的设在衬垫槽14内，所述定位销15嵌入压板17内一定深度，且所述定位销15***还套设有压在压板17下的圆弹簧16；
所述上滑动衬垫11是通过弹性环氧胶粘合在压板17上的，通过调整所述调整螺栓12的旋入深度可以调节上滑动衬垫11与滑板10间的紧密程度，从而得到最佳滑动阻尼；
本实施例中，所述上滑动衬垫11和侧滑动衬垫13选用PTFE织物材料，具有自润滑的功能，在滑动过程中能够自产生润滑材料。
请参阅图7，本实施例中，所述转盘偏航座4包括外壳41、大齿轮42，所述外壳41为圆筒腔体，其上端可拆卸的栓接在水面设施下，其内可转动地设有一个大齿轮42，所述大齿轮42的下方与转盘3固定连接；
所述大齿轮42一侧设有与之啮合的小齿轮45，所述小齿轮45上设有角度传感器9；
所述大齿轮42的下端面开设有一圈棘齿凹槽43，所述棘齿凹槽43中的棘齿由两半相互对称的反向棘齿组成，所述棘齿凹槽43内还设有锁止组件44。
请参阅图8，本实施例中，所述锁止组件44包括棘爪441，两个相互对称的反向棘爪441可转动的设在棘齿凹槽43内，每个棘爪441能够对应锁止一个方向的棘齿，所述棘齿凹槽43内还固定有电磁铁座442，所述电磁铁座442上朝每个棘爪441远离棘齿的方向固定有电磁铁443，所述电磁铁443通电能够吸附与之对应的棘爪441使其旋转而远离棘齿；
每个所述棘爪441还设有扭力弹簧，所述扭力弹簧提供使棘爪441靠近棘齿的力，且所述扭力弹簧提供的扭力小于电磁铁443通电时的磁力。
具体实施时，通过水流推动垂直水轮组件6的叶片61，使垂直水轮组件6旋转通过转轴67驱动发电线圈7的转子转动以发电，由于滑道构架1为弧形，其外弧面受到推力时产生两侧指向中心的平衡力，因此其总是正对波浪流动方向；
也就是说，滑道构架1是可以根据波浪流动方向顺时针旋转或逆时针旋转进行自动偏航的，但是，在偏航过程中，因为滑道构架1上的发电线圈7和转盘偏航座4间布置着多根电缆，滑道构架1旋转电缆也就跟着扭转，所以转盘3不能总是朝向一个方向旋转，为了防止电缆扭转破坏，本实施例中，滑道构架1同一方向旋转圈数不得超过650度(从0度开始,0度为滑道构架1安装时确定的位置)，这种控制方法就是靠角度传感器9和锁止组件44来实现的；
角度传感器9负责记录大齿轮42即滑道构架1的角度位置，当滑道构架1达到+650度或-650度时角度传感器9发出信号,控制***控制伸缩杆5调节每个垂直水轮组件6的整体左右偏移，使滑道构架1收到的左右水流推力不一致而产生扭矩，从而使转盘3反向旋转以解开线缆；
锁止组件44是作为极限位置开关使用的，锁止组件44中的电磁铁443在设备运行过程中保持通电，当滑道构架1向一个方向继续旋转达到700度时，锁止组件44中相应方向的其中一个电磁铁443被触发断电而使得滑道构架1不能够再向该方向旋转，待水流方向改变使滑道构架1旋转小于650后再通电保持正常运作，另外，在整个调整过程中，通过伸缩杆5调整每个垂直水轮组件6的间距以改变转盘3受到不对称水轮推力而改变其受到的扭矩。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海上波浪能利用发电设备，包括滑道构架(1)、垂直水轮组件(6)，其特征在于，所述滑道构架(1)为一条圆弧腰形槽滑道，所述滑道构架(1)的下端面可沿其腰形槽移动地设置有多个垂直水轮组件(6)，所述垂直水轮组件(6)能够受水流冲击而旋转，并驱动其上连接的位于滑道构架(1)上端面的发电线圈(7)发电；
所述滑道构架(1)的上端面还固定链接有多条阻尼杆(2)，所述阻尼杆(2)远离滑道构架(1)的一端固定连接在转盘(3)中，所述转盘(3)可转动地连接在转盘偏航座(4)下，所述转盘偏航座(4)与水面的设备固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种海上波浪能利用发电设备，其特征在于，所述垂直水轮组件(6)包括叶片(61)、上连接环(62)，所述上连接环(62)的上方固定连接有转轴(67)，所述转轴(67)连接到发电线圈(7)的转子中以驱动发电；
所述转轴(67)通过轴承(64)连接有滑块(66)，所述滑块(66)与滑道构架(1)可移动地连接；
所述上连接环(62)下方为与之匹配的下连接环(63)，所述上连接环(62)与下连接环(63)间可拆卸地栓接有多片圆周分布的叶片(61)，所述叶片(61)与通过其中心的上连接环(62)的直径呈一定角度。
3.根据权利要求2所述的一种海上波浪能利用发电设备，其特征在于，所述垂直水轮组件(6)还包括排水桨(65)，所述排水桨(65)固定连接在上连接环(62)下，叶片(61)围成的圆筒内的中心处，所述排水桨(65)为上大下小的锥形螺旋桨，且其表面螺纹的旋向与叶片(61)的倾斜方向相同。
4.根据权利要求3所述的一种海上波浪能利用发电设备，其特征在于，每个所述垂直水轮组件(6)的上连接环(62)为上小下大的阶梯形，其上部分中可转动地套设有拨环(69)，所述拨环(69)沿直径方向对称固定有两根连杆(8)，且相邻的两个垂直水轮组件(6)的其中一侧的连杆(8)呈“V”型铰接在一起。
5.根据权利要求4所述的一种海上波浪能利用发电设备，其特征在于，多个所述垂直水轮组件(6)中，位于两侧的垂直水轮组件(6)中的拨环(69)上还通过伸缩杆(5)与滑道构架(1)的两侧连接，所述伸缩杆(5)的活塞杆与对应的拨环(69)铰接，所述伸缩杆(5)的缸体与滑道构架(1)的侧边铰接。
6.根据权利要求5所述的一种海上波浪能利用发电设备，其特征在于，所述垂直水轮组件(6)中的轴承(64)上还固定有滑块(66)，所述滑块(66)可转动地套设在转轴(67)***，所述滑块(66)上下贯穿滑道构架(1)的腰形槽，并与之可滑动地连接，且所述滑块(66)为与滑道构架(1)的腰形槽匹配的腰形滑块；
所述滑块(66)上端位于滑道构架(1)上表面的上的位置中可拆卸地栓接有滑板(10)，所述转轴(67)贯穿滑板(10)并连接到固定在滑板(10)上的发电线圈(7)的转子内。
7.根据权利要求6所述的一种海上波浪能利用发电设备，其特征在于，所述滑道构架(1)的腰形槽内侧壁与滑块(66)间的间隙中固定连接有侧滑动衬垫(13)；
滑道构架(1)腰形槽两侧的上端面分别开设有两道衬垫槽(14)，所述衬垫槽(14)上方设有一条上滑动衬垫(11)，所述衬垫槽(14)内设有与上滑动衬垫(11)固定连接的压板(17)，所述压板(17)可上下移动地设在衬垫槽(14)内；
所述滑道构架(1)下端面对应衬垫槽(14)底部的位置均匀分布地栓入有多根调整螺栓(12)，所述调整螺栓(12)贯穿入衬垫槽(14)内，且所述调整螺栓(12)与压板(17)间设有定位销(15)，所述定位销(15)可上下移动的设在衬垫槽(14)内，所述定位销(15)嵌入压板(17)内一定深度，且所述定位销(15)***还套设有压在压板(17)下的圆弹簧(16)。
8.根据权利要求1所述的一种海上波浪能利用发电设备，其特征在于，转盘偏航座(4)包括外壳(41)、大齿轮(42)，所述外壳(41)为圆筒腔体，其上端可拆卸的栓接在水面设施下，其内可转动地设有一个大齿轮(42)，所述大齿轮(42)的下方与转盘(3)固定连接；
所述大齿轮(42)一侧设有与之啮合的小齿轮(45)，所述小齿轮(45)上设有角度传感器(9)；
所述大齿轮(42)的下端面开设有一圈棘齿凹槽(43)，所述棘齿凹槽(43)中的棘齿由两半相互对称的反向棘齿组成，所述棘齿凹槽(43)内还设有锁止组件(44)。
9.根据权利要求8所述的一种海上波浪能利用发电设备，其特征在于，所述锁止组件(44)包括棘爪(441)，两个相互对称的反向棘爪(441)可转动的设在棘齿凹槽(43)内，每个棘爪(441)能够对应锁止一个方向的棘齿，所述棘齿凹槽(43)内还固定有电磁铁座(442)，所述电磁铁座(442)上朝每个棘爪(441)远离棘齿的方向固定有电磁铁(443)，所述电磁铁(443)通电能够吸附与之对应的棘爪(441)使其旋转而远离棘齿。
10.根据权利要求9所述的一种海上波浪能利用发电设备，其特征在于，每个所述棘爪(441)中还设有扭力弹簧，所述扭力弹簧提供使棘爪(441)靠近棘齿的力，且所述扭力弹簧提供的扭力小于电磁铁(443)通电时的磁力。
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