水平豎直綜合利用浮體繩輪發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種水平豎直綜合利用浮體繩輪發(fā)電系統(tǒng)，包括中空的浮體，與浮體同一平面位于浮體中心的發(fā)電機(jī)艙，發(fā)電機(jī)艙通過(guò)連接于浮體內(nèi)側(cè)成對(duì)角線設(shè)置的多條繩索與浮體連接，所述發(fā)電機(jī)艙垂直下方的海底固定有錨基，發(fā)電機(jī)艙與錨基通過(guò)繩索連接，浮體四周設(shè)有多個(gè)固定的浮體錨基，浮體錨基通過(guò)鎖鏈連接浮體外側(cè)；能充分利用波浪水平及豎直方向上的能量發(fā)電，能量利用率高，且將發(fā)電機(jī)內(nèi)嵌入卷筒內(nèi)部，卷筒通過(guò)超越離合器驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)子機(jī)殼旋轉(zhuǎn)，可以最大程度的減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高設(shè)備整體的使用壽命，且核心部分均包含在卷筒內(nèi)部，具有結(jié)構(gòu)緊湊，易于模塊化制造，成本低，利于維護(hù)的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】水平豎直綜合利用浮體繩輪發(fā)電系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及波浪發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種水平豎直綜合利用浮體繩輪發(fā)電系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]現(xiàn)在隨著化石能源的減少及其帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，可再生能源的開發(fā)顯得越來(lái)越重要，波浪能每米可達(dá)幾Kw?幾十Kw，是可再生能源中能量密度很高的一種，因此，在海島以及沿海城市，波浪發(fā)電是一種非常不錯(cuò)的選擇。
[0003]現(xiàn)有的波浪發(fā)電機(jī)包括以下幾種:
[0004]“點(diǎn)頭鴨”式
[0005]“點(diǎn)頭鴨”式波浪能發(fā)電裝置的得名是由于該裝置的形狀和運(yùn)行特性酷似鴨的運(yùn)動(dòng)，波浪入射波的運(yùn)動(dòng)使得動(dòng)壓力推動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分繞軸線旋轉(zhuǎn)，流體靜壓力的改變使浮體部分做上升和下沉運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能和位能同時(shí)通過(guò)液壓裝置轉(zhuǎn)化，再通過(guò)液力或電力系統(tǒng)把動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，由于“點(diǎn)頭鴨”式裝置很多部件直接與海水接觸，極易損壞，因此各國(guó)已經(jīng)基本對(duì)其停止使用和研究。
[0006]振蕩水柱式
[0007]振蕩水注式波浪能發(fā)電裝置內(nèi)的水柱在波浪的作用下做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，水柱的作用類似于活塞，水柱的不停運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致水柱自由表面上部的空氣柱產(chǎn)生振蕩運(yùn)動(dòng)，空氣在氣室上方的出氣孔流經(jīng)一個(gè)往復(fù)透平，從而將高速空氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。振蕩水柱式波浪能裝置較其他波浪能裝置最大的區(qū)別就是具有氣室。所謂氣室就是指一個(gè)結(jié)構(gòu)，其下部有一個(gè)開口浸在海水里，使海水能夠自由地進(jìn)入氣室內(nèi)。
`[0008]推擺式
[0009]推擺式波浪能發(fā)電裝置是利用裝置的運(yùn)動(dòng)部件，在波浪的推動(dòng)下，通過(guò)擺體做前后或上下擺動(dòng)，將波浪能轉(zhuǎn)換成擺軸的動(dòng)能。與擺軸相連的是液壓裝置，它將擺軸的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成液力泵的壓能，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
[0010]聚波蓄能式
[0011]聚波蓄能式波浪能發(fā)電裝置是利用狹道把廣范圍的波能聚集在很小的范圍內(nèi)，這是一種提高能量密度的方式，波浪在逐漸變窄的波道中，波高不斷地被放大，直到波峰高過(guò)波道的邊墻，將波浪能轉(zhuǎn)換成勢(shì)能貯存在蓄水庫(kù)中，可利用水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。
[0012]振蕩浮子式
[0013]振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置是在振蕩水柱式裝置的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的波浪能發(fā)電裝置。裝置通過(guò)振蕩浮子將波浪能轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)液壓泵的往復(fù)機(jī)械能，再通過(guò)能量緩沖區(qū)將不穩(wěn)定的液壓能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，再通過(guò)發(fā)電機(jī)發(fā)出穩(wěn)定的電能。
[0014]閥式
[0015]閥式波浪能發(fā)電裝置是波面閥通過(guò)鉸鏈相互鉸接在一起，能量轉(zhuǎn)換裝置于每一個(gè)鉸接處，波浪的運(yùn)動(dòng)使波面閥沿著鉸接處彎曲，從而反復(fù)壓縮液力活塞并輸出機(jī)械能。當(dāng)裝置的固有頻率與波浪的頻率相一致或接近時(shí)，裝置的輸出效率最高。[0016]現(xiàn)有技術(shù)中沒(méi)有充分考慮轉(zhuǎn)動(dòng)慣量問(wèn)題，因?yàn)椴ɡ说闹芷谝话阍?s?IOs之間，常見(jiàn)的是4?5秒。浮體只有在波浪上升的半個(gè)周期內(nèi)發(fā)電，也就是說(shuō)在2s?2.5s內(nèi)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就要從O增加到最高速然后又降到0，從O到最高轉(zhuǎn)速可能只有l(wèi)s，而一般發(fā)電機(jī)需要在3s以上才能達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，并且每天幾萬(wàn)次的重復(fù)，這對(duì)幾Kw的電機(jī)來(lái)說(shuō)，是個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，發(fā)電機(jī)用于抵抗慣性而承受扭矩等于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量乘以發(fā)電機(jī)的角加速度，這個(gè)扭矩是脈動(dòng)的，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，扭矩發(fā)電機(jī)的扭矩越大，發(fā)電機(jī)很可能會(huì)因?yàn)轭l繁的啟停工況而導(dǎo)致?lián)p壞，所以為了延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)使用壽命，必須盡可能的減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
[0017]另外現(xiàn)有方案核心部件分散，安裝成本高，也不利于維護(hù)，現(xiàn)有技術(shù)的浮體繩輪發(fā)電系統(tǒng)只有豎直一根繩索，在水平方向上沒(méi)有約束，容易導(dǎo)致受到風(fēng)海流的作用偏離允許范圍，且現(xiàn)有技術(shù)只是利用波浪豎直起落做功發(fā)電，能量利用率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種水平豎直綜合利用浮體繩輪發(fā)電系統(tǒng)，能充分利用波浪水平及豎直方向上的能量發(fā)電，能量利用率高，且將發(fā)電機(jī)內(nèi)嵌入卷筒內(nèi)部，卷筒通過(guò)超越離合器驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)子機(jī)殼旋轉(zhuǎn)，可以最大程度的減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高設(shè)備整體的使用壽命，且核心部分均包含在卷筒內(nèi)部，具有結(jié)構(gòu)緊湊，易于模塊化制造，成本低，利于維護(hù)的特點(diǎn)。
[0019]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0020]一種水平豎直綜合利用浮體繩輪發(fā)電系統(tǒng)，包括中空的浮體，與浮體同一平面位于浮體中心的發(fā)電機(jī)艙，發(fā)電機(jī)艙通過(guò)連接于浮體內(nèi)側(cè)成對(duì)角線設(shè)置的多條繩索與浮體連接，所述發(fā)電機(jī)艙垂直下方的海底固定有錨基，發(fā)電機(jī)艙與錨基通過(guò)繩索連接，浮體四周設(shè)有多個(gè)固定的浮體錨基，浮體錨基通過(guò)鎖鏈連接浮體外側(cè)；
[0021]所述發(fā)電機(jī)艙包括在繩索對(duì)應(yīng)位置開孔的外殼及內(nèi)部纏繞各繩索的卷筒發(fā)電機(jī)，垂直于海底的錨基及各個(gè)方向與浮體連接的繩索皆纏繞于對(duì)應(yīng)方向的卷筒發(fā)電機(jī)上，卷筒發(fā)電機(jī)固定于發(fā)電機(jī)艙外殼上。
[0022]所述卷筒發(fā)電機(jī)包括卷筒，卷筒為一圓柱殼體結(jié)構(gòu)，貫穿于卷筒發(fā)電機(jī)芯部的主軸將卷筒發(fā)電機(jī)固定于發(fā)電機(jī)艙外殼上，主軸和電機(jī)及卷筒同心，電機(jī)包裹于主軸外周，卷筒包裹于電機(jī)外周；電機(jī)的電樞定子與主軸同心固定，帶有永磁鐵的動(dòng)子機(jī)殼可在主軸上自由旋轉(zhuǎn)；卷筒兩端部均設(shè)置有蝸簧，蝸簧的內(nèi)端固定在主軸上，外端固定在卷筒上；卷筒內(nèi)部通過(guò)超越離合器帶動(dòng)動(dòng)子機(jī)殼旋轉(zhuǎn)，主軸在插入卷筒兩側(cè)端面的孔處，套有密封圈。
[0023]所述發(fā)電機(jī)艙外殼外部繩索出口處還通過(guò)支架固定有導(dǎo)繩器，導(dǎo)繩器為一對(duì)緊挨的帶有凹槽的定滑輪，繩索從導(dǎo)繩器中間穿過(guò)。
[0024]所述中空的浮體為環(huán)形或具有偶數(shù)條邊的正多邊型。
[0025]所述發(fā)電機(jī)艙中卷筒發(fā)電機(jī)的設(shè)置為，中間一個(gè)為豎直繩輪單元，四周兩兩對(duì)應(yīng)設(shè)置2N個(gè)為水平繩輪單元，N為正整數(shù)。
[0026]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為:能充分利用波浪水平及豎直方向上的能量發(fā)電，能量利用率高，且將發(fā)電機(jī)內(nèi)嵌入卷筒內(nèi)部，卷筒通過(guò)超越離合器驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)子機(jī)殼旋轉(zhuǎn)，可以最大程度的減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高設(shè)備整體的使用壽命，且核心部分均包含在卷筒內(nèi)部，具有結(jié)構(gòu)緊湊，易于模塊化制造，成本低，利于維護(hù)的特點(diǎn)。【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)電機(jī)艙內(nèi)五發(fā)電機(jī)設(shè)置的發(fā)電機(jī)位置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的卷筒發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
[0031]如圖1所示為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，為了描述清楚，僅對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，一種水平豎直綜合利用浮體繩輪發(fā)電系統(tǒng)，包括中空的浮體1，與浮體I同一平面位于浮體中心的發(fā)電機(jī)艙2，發(fā)電機(jī)艙2通過(guò)連接于浮體I內(nèi)側(cè)成對(duì)角線設(shè)置的多條繩索3與浮體I連接，所述發(fā)電機(jī)艙2垂直下方的海底固定有錨基4，發(fā)電機(jī)艙2與錨基4通過(guò)繩索3連接，浮體I四周設(shè)有多個(gè)固定的浮體錨基5，浮體錨基5通過(guò)鎖鏈6連接浮體I外側(cè)；
[0032]所述發(fā)電機(jī)艙2包括在繩索3對(duì)應(yīng)位置開孔的外殼21及內(nèi)部纏繞各繩索3的卷筒發(fā)電機(jī)22，垂直于海底的錨基4及各個(gè)方向與浮體I連接的繩索3皆纏繞于對(duì)應(yīng)方向的卷筒發(fā)電機(jī)22上,卷筒發(fā)電機(jī)22固定于發(fā)電機(jī)艙外殼21上。
[0033]如圖3所示，所述卷筒發(fā)電機(jī)22包括卷筒221，卷筒221為一圓柱殼體結(jié)構(gòu)，貫穿于卷筒發(fā)電機(jī)22芯部的主軸222將卷筒發(fā)電機(jī)22固定于發(fā)電機(jī)艙外殼21上，主軸222和電機(jī)及卷筒221同心，電機(jī)包裹于主軸222外周，卷筒221包裹于電機(jī)外周；電機(jī)的電樞定子223與主軸222同心固定，帶有永磁鐵的動(dòng)子機(jī)殼224可在主軸222上自由旋轉(zhuǎn)；卷筒221兩端部均設(shè)置有蝸簧225，蝸簧225的內(nèi)端固定在主軸222上，外端固定在卷筒221上；卷筒221內(nèi)部通過(guò)超越離合器226帶動(dòng)動(dòng)子機(jī)殼224旋轉(zhuǎn)，主軸222在插入卷筒221兩側(cè)端面的孔處，套有密封圈227。
[0034]所述發(fā)電機(jī)艙外殼21外部繩索出口處還通過(guò)支架211固定有導(dǎo)繩器212，導(dǎo)繩器212為一對(duì)緊挨的帶有凹槽的定滑輪，繩索3從導(dǎo)繩器212中間穿過(guò)。
[0035]所述中空的浮體I為環(huán)形或具有偶數(shù)條邊的正多邊型。
[0036]如圖2所示，所述發(fā)電機(jī)艙2中卷筒發(fā)電機(jī)22的設(shè)置為，中間一個(gè)為豎直繩輪單元，四周兩兩對(duì)應(yīng)設(shè)置2N個(gè)為水平繩輪單元，N為正整數(shù)。
[0037]本發(fā)明的工作原理為:波浪的本質(zhì)是水質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，浮體I漂浮在海面上，隨波浪做圓周運(yùn)動(dòng)，錨基4固定在海底，靜止不動(dòng)。
[0038]在豎直方向上，當(dāng)波浪向上浮體I上升時(shí)，連接錨基4的卷筒發(fā)電機(jī)22與錨基4距離不斷增大，這時(shí)繩索3便產(chǎn)生拉力，拉動(dòng)卷筒221旋轉(zhuǎn)，卷筒221內(nèi)部通過(guò)超越離合器226帶動(dòng)動(dòng)子機(jī)殼224旋轉(zhuǎn)，由于發(fā)電機(jī)的電樞繞組與主軸222固定在一起不動(dòng)，所以動(dòng)子機(jī)殼224相對(duì)于電樞繞組旋轉(zhuǎn)，發(fā)電，這個(gè)階段，卷筒221相對(duì)于主軸222的旋轉(zhuǎn)也收緊了蝸簧225。當(dāng)波浪下降浮體I在重力隨著下落時(shí)，浮體I上的卷筒221與錨基4之間距離不斷縮小，這時(shí)，繩索3變松，卷筒221在蝸簧225的反向力矩作用下倒轉(zhuǎn)，將繩索3回收。同時(shí)為防止由于卷筒221動(dòng)蕩導(dǎo)致繩索3纏繞糾結(jié)，增加了在發(fā)電機(jī)艙的外殼21上通過(guò)支架211固定的導(dǎo)繩器212，使繩索3始終能從卷筒221中部纏繞，不至糾結(jié)卡死。[0039]在水平方向上，由于整個(gè)發(fā)電機(jī)艙2通過(guò)繩索3與浮體I內(nèi)側(cè)活動(dòng)連接，因此當(dāng)發(fā)電機(jī)艙2與浮體I在波浪中產(chǎn)生橫向位移時(shí)，相應(yīng)方向的繩索3拉動(dòng)卷筒發(fā)電機(jī)22發(fā)電，原理與豎直方向相同，提高了對(duì)波浪能的整體利用率。同時(shí)由于通過(guò)四周浮體錨基5及鎖鏈6將浮體I連接，增加了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【權(quán)利要求】
1.一種水平豎直綜合利用浮體繩輪發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括中空的浮體，與浮體同一平面位于浮體中心的發(fā)電機(jī)艙，發(fā)電機(jī)艙通過(guò)連接于浮體內(nèi)側(cè)成對(duì)角線設(shè)置的多條繩索與浮體連接，所述發(fā)電機(jī)艙垂直下方的海底固定有錨基，發(fā)電機(jī)艙與錨基通過(guò)繩索連接，浮體四周設(shè)有多個(gè)固定的浮體錨基，浮體錨基通過(guò)鎖鏈連接浮體外側(cè)； 所述發(fā)電機(jī)艙包括在繩索對(duì)應(yīng)位置開孔的外殼及內(nèi)部纏繞各繩索的卷筒發(fā)電機(jī)，垂直于海底的錨基及各個(gè)方向與浮體連接的繩索皆纏繞于對(duì)應(yīng)方向的卷筒發(fā)電機(jī)上，卷筒發(fā)電機(jī)固定于發(fā)電機(jī)艙外殼上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平豎直綜合利用浮體繩輪發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述卷筒發(fā)電機(jī)包括卷筒，卷筒為一圓柱殼體結(jié)構(gòu)，貫穿于卷筒發(fā)電機(jī)芯部的主軸將卷筒發(fā)電機(jī)固定于發(fā)電機(jī)艙外殼上，主軸和電機(jī)及卷筒同心，電機(jī)包裹于主軸外周，卷筒包裹于電機(jī)外周；電機(jī)的電樞定子與主軸同心固定，帶有永磁鐵的動(dòng)子機(jī)殼可在主軸上自由旋轉(zhuǎn)；卷筒兩端部均設(shè)置有蝸簧，蝸簧的內(nèi)端固定在主軸上，外端固定在卷筒上；卷筒內(nèi)部通過(guò)超越離合器帶動(dòng)動(dòng)子機(jī)殼旋轉(zhuǎn)，主軸在插入卷筒兩側(cè)端面的孔處，套有密封圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水平豎直綜合利用浮體繩輪發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)艙外殼外部繩索出口處還通過(guò)支架固定有導(dǎo)繩器，導(dǎo)繩器為一對(duì)緊挨的帶有凹槽的定滑輪，繩索從導(dǎo)繩器中間穿過(guò)。
4.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的水平豎直綜合利用浮體繩輪發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述中空的浮體為環(huán)形或具有偶數(shù)條邊的正多邊型。
5.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的水平豎直綜合利用浮體繩輪發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)艙中卷筒發(fā)電機(jī)的設(shè)置為，中間一個(gè)為豎直繩輪單元，四周兩兩對(duì)應(yīng)設(shè)置2N個(gè)為水平繩輪單元，N為正整數(shù)。
【文檔編號(hào)】F03B13/18GK103437944SQ201310363311
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
【發(fā)明者】朱林森, 李保國(guó), 曲言明, 王延剛, 楊澤, 劉彬, 蘇斌 申請(qǐng)人:山東大學(xué)（威海）