本發(fā)明涉及波浪發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種能量轉(zhuǎn)化效率高、安全性好的海上發(fā)電裝置及方法。

背景技術(shù)：

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(dá)27×105MW，技術(shù)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(jià)格昂貴，能量轉(zhuǎn)化效率低及安裝地域受限的不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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(jià)格昂貴，能量轉(zhuǎn)化效率低的不足，提供了一種能量轉(zhuǎn)化效率高、安全性好的海上發(fā)電裝置及方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種海上發(fā)電裝置，包括設(shè)于水上的上端開口的懸浮箱、設(shè)于懸浮箱上的控制器、設(shè)于懸浮箱邊緣上的環(huán)形浮標(biāo)、發(fā)電裝置、設(shè)于懸浮箱內(nèi)的平板、設(shè)于平板上的2個(gè)傾斜的導(dǎo)軌、用于分別支撐2條導(dǎo)軌上端的2個(gè)支撐柱、設(shè)于2條導(dǎo)軌上的中空的擺動(dòng)體、設(shè)于懸浮箱上的若干條纜繩、設(shè)于擺動(dòng)體上的拉繩和位于懸浮箱上方的杠桿；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(shè)有錨；

懸浮箱內(nèi)壁上設(shè)有m條導(dǎo)向豎槽，平板上設(shè)有分別與各條導(dǎo)向豎槽配合的m塊滑塊，平板與設(shè)于懸浮箱的底板上的豎向絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)連接，豎向絲桿下部通過軸承與懸浮箱的底板連接，豎向絲桿下端與設(shè)有懸浮箱的底板下表面上的伺服電機(jī)連接，還包括設(shè)于懸浮箱上的高度傳感器，控制器分別與伺服電機(jī)和高度傳感器電連接。

擺動(dòng)體將波浪的作用力轉(zhuǎn)化為對(duì)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(jī)械能轉(zhuǎn)化為可以儲(chǔ)存的電能。

各個(gè)錨與水底土層或巖層固定，平臺(tái)箱和2條支撐柱給2條導(dǎo)軌穩(wěn)定的支撐，懸浮箱確保了2條導(dǎo)軌的安全，環(huán)形浮標(biāo)使懸浮箱懸浮于水面上，高度傳感器實(shí)時(shí)檢測懸浮箱的高度，控制器中設(shè)有幅度閾值W，控制器計(jì)算單位時(shí)間t內(nèi)的高度變化幅度B；

當(dāng)B≥W時(shí)，控制器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐柱的高度降低至75％A至80％A；

當(dāng)B＜W時(shí)，控制器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐柱的高度升高至110％A至115％A；

當(dāng)1.5W＜B≤2.5W時(shí)，控制器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐柱的高度降低至30％A至50％A；

當(dāng)B≥2.5W時(shí)，控制器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐柱進(jìn)入懸浮箱內(nèi)。

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

發(fā)電裝置可以設(shè)置在岸邊、防波堤上或者水上平臺(tái)上。

因此，本發(fā)明具有適用范圍廣、能量轉(zhuǎn)化效率高、安全性好的特點(diǎn)。

作為優(yōu)選，2條導(dǎo)軌兩端均設(shè)有擋板，2條導(dǎo)軌上端的擋板下側(cè)面上均設(shè)有彈簧，擺動(dòng)體通過2個(gè)滑塊分別與2條導(dǎo)軌相配合；杠桿包括支撐座和設(shè)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(dāng)擺動(dòng)體被風(fēng)浪推至2條導(dǎo)軌上端的擋板處時(shí)，彈簧給擺動(dòng)體提供了反推力，從而加快了擺動(dòng)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(fù)位彈簧、齒輪、與齒輪配合的兩個(gè)棘輪和兩個(gè)發(fā)電機(jī)；齒條和齒輪相嚙合，齒輪通過兩個(gè)棘爪分別與兩個(gè)棘輪相配合，兩個(gè)棘輪的轉(zhuǎn)軸分別與兩個(gè)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接。

當(dāng)連接繩的拉力大于復(fù)位彈簧的推力時(shí)，齒條向右移動(dòng)，齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪通過棘爪帶動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)。棘輪的轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)一個(gè)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)發(fā)電；

當(dāng)連接繩的拉力小于復(fù)位彈簧的推力時(shí)，齒條向左移動(dòng)，齒輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪通過棘爪帶動(dòng)另一個(gè)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)。另一個(gè)棘輪的轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)另一個(gè)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)發(fā)電。

作為優(yōu)選，每條纜繩均包括下端封閉的彈性管、設(shè)于彈性管上的若干個(gè)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(shè)有氣壓傳感器，各個(gè)氣壓傳感器和氣泵均與控制器電連接；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。

作為優(yōu)選，還包括設(shè)于懸浮箱上的蓋板，蓋板與懸浮箱一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，2個(gè)支撐柱上端通過繩索與蓋板連接。

一種海上發(fā)電裝置的方法，包括如下步驟：

(6-1)使懸浮箱懸浮于水面上，使各條纜繩進(jìn)入水下，各個(gè)錨固定在水底的固定物上；

(6-2)波浪帶動(dòng)擺動(dòng)體沿2條導(dǎo)軌移動(dòng)，拉繩帶動(dòng)杠桿一端上下波動(dòng)，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)控制器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐柱的高度為A；控制器中設(shè)有絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)與支撐柱的高度的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，控制器可以通過控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、轉(zhuǎn)動(dòng)速度、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間而控制支撐柱的高度。

(6-4)高度傳感器實(shí)時(shí)檢測懸浮箱的高度，控制器中設(shè)有幅度閾值W，控制器計(jì)算單位時(shí)間t內(nèi)的高度變化幅度B；

當(dāng)B≥W時(shí)，控制器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐柱的高度降低至75％A至80％A；

當(dāng)B＜W時(shí)，控制器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐柱的高度升高至110％A至115％A；

當(dāng)1.5W＜B≤2.5W時(shí)，控制器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐柱的高度降低至30％A至50％A；

當(dāng)B≥2.5W時(shí)，控制器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐柱進(jìn)入懸浮箱內(nèi)。

作為優(yōu)選，每條纜繩均包括下端封閉的彈性管、設(shè)于彈性管上的若干個(gè)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(shè)有氣壓傳感器，各個(gè)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(duì)于每條纜繩的控制步驟：

(7-1)在控制器中設(shè)定彈性管的標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)彈性管內(nèi)的氣壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)氣壓范圍的上限值時(shí)，控制器控制氣泵停止充氣；彈性管的管壁與各個(gè)金屬套管擠緊，懸浮箱被穩(wěn)定固定；

(7-3)當(dāng)彈性管內(nèi)的氣壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)氣壓范圍的下限值時(shí)，控制器控制氣泵給彈性管充氣；

(7-4)重復(fù)步驟(7-2)至(7-3)。

作為優(yōu)選，懸浮箱上還設(shè)有進(jìn)水泵、排水泵和2個(gè)對(duì)稱設(shè)置的壓載箱，進(jìn)水泵和排水泵均通過水管與2個(gè)壓載箱聯(lián)通，進(jìn)水泵和排水泵均與控制器電連接；

(8-1)當(dāng)B≥2.5W時(shí)，控制器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐柱進(jìn)入懸浮箱內(nèi)；

并且控制器控制進(jìn)水泵將水抽到2個(gè)壓載箱中，進(jìn)水泵抽水時(shí)間達(dá)到T1后，控制器控制進(jìn)水泵停止工作；

(8-2)當(dāng)B＜2.5W時(shí)，控制器控制排水泵將水從2個(gè)壓載箱中抽出，排水泵排水時(shí)間達(dá)到T2后，控制器控制排水泵停止工作；

轉(zhuǎn)入步驟(6-3)。

作為優(yōu)選，還包括設(shè)于懸浮箱上的蓋板，蓋板與懸浮箱一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，2個(gè)支撐柱上端通過繩索與蓋板連接；當(dāng)B≥2.5W時(shí)，控制器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐柱逐漸下降并進(jìn)入懸浮箱內(nèi)；

當(dāng)蓋板閉合后，控制器控制伺服電機(jī)停止工作。

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、安全性好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的懸浮箱的一種剖視圖；

圖3是本發(fā)明的齒輪、棘輪和棘爪的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的金屬套管的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的纜繩的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明的實(shí)施例1的一種流程圖圖；

圖7是本發(fā)明的一種原理框圖。

圖中：懸浮箱1、控制器2、平板3、蓋板4、導(dǎo)軌5、支撐柱6、擺動(dòng)體7、纜繩8、拉繩9、杠桿10、伺服電機(jī)11、高度傳感器12、擋板13、彈簧14、進(jìn)水泵15、排水泵16、壓載箱17、豎向絲桿18、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、支撐座101、桿體102、第一桿體段1021、第二桿體段1022。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例1

如圖1、圖2、圖7所示的實(shí)施例是一種海上發(fā)電裝置，包括設(shè)于水上的上端開口的懸浮箱1、設(shè)于懸浮箱上的控制器2、設(shè)于懸浮箱邊緣上的環(huán)形浮標(biāo)、發(fā)電裝置、設(shè)于懸浮箱內(nèi)的平板3、設(shè)于平板上的2個(gè)傾斜的導(dǎo)軌5、用于分別支撐2條導(dǎo)軌上端的2個(gè)支撐柱6、設(shè)于2條導(dǎo)軌上的中空的擺動(dòng)體7、設(shè)于懸浮箱上的4條纜繩8、設(shè)于擺動(dòng)體上的拉繩9和位于懸浮箱上方的杠桿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(shè)有錨；

懸浮箱內(nèi)壁上設(shè)有4條導(dǎo)向豎槽，平板上設(shè)有分別與各條導(dǎo)向豎槽配合的4塊滑塊，平板與設(shè)于懸浮箱的底板上的豎向絲桿18轉(zhuǎn)動(dòng)連接，豎向絲桿下部通過軸承與懸浮箱的底板連接，豎向絲桿下端與設(shè)有懸浮箱的底板下表面上的伺服電機(jī)11連接，還包括設(shè)于懸浮箱上的高度傳感器12，控制器分別與伺服電機(jī)和高度傳感器電連接。

2條導(dǎo)軌兩端均設(shè)有擋板13，2條導(dǎo)軌上端的擋板下側(cè)面上均設(shè)有彈簧14，擺動(dòng)體通過2個(gè)滑塊分別與2條導(dǎo)軌相配合；杠桿包括支撐座101和設(shè)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(fù)位彈簧、齒輪41、與齒輪配合的兩個(gè)棘輪42和兩個(gè)發(fā)電機(jī)；齒條和齒輪相嚙合，齒輪通過兩個(gè)棘爪43分別與兩個(gè)棘輪相配合，兩個(gè)棘輪的轉(zhuǎn)軸分別與兩個(gè)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接。

如圖6所示，一種海上發(fā)電裝置的方法，包括如下步驟：

步驟100，放置發(fā)電裝置

使懸浮箱懸浮于水面上，使各條纜繩進(jìn)入水下，各個(gè)錨固定在水底的固定物上；

步驟200，開始發(fā)電

波浪帶動(dòng)擺動(dòng)體沿2條導(dǎo)軌移動(dòng)，拉繩帶動(dòng)杠桿一端上下波動(dòng)，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(shè)定支撐柱高度

控制器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐柱的高度為A＝1.2米；

步驟400，動(dòng)態(tài)調(diào)整支撐柱高度

高度傳感器實(shí)時(shí)檢測懸浮箱的高度，控制器中設(shè)有幅度閾值W＝50厘米，控制器計(jì)算單位時(shí)間t內(nèi)的高度變化幅度B；

當(dāng)B≥W時(shí)，控制器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐柱的高度降低至75％A；

當(dāng)B＜W時(shí)，控制器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐柱的高度升高至110％A；

當(dāng)1.5W＜B≤2.5W時(shí)，控制器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐柱的高度降低至30％A；

當(dāng)B≥2.5W時(shí)，控制器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐柱進(jìn)入懸浮箱內(nèi)。

實(shí)施例2

實(shí)施例2包括實(shí)施例1的所有結(jié)構(gòu)和步驟部分，如圖4、圖5、圖7所示，實(shí)施例2的每條纜繩均包括下端封閉的彈性管、設(shè)于彈性管上的多個(gè)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(shè)有氣壓傳感器86，各個(gè)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(shí)施例1的步驟100中還包括對(duì)于每條纜繩的控制步驟：

(7-1)在控制器中設(shè)定彈性管的標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)彈性管內(nèi)的氣壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)氣壓范圍的上限值時(shí)，控制器控制氣泵停止充氣；彈性管的管壁與各個(gè)金屬套管擠緊，懸浮箱被穩(wěn)定固定；

(7-3)當(dāng)彈性管內(nèi)的氣壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)氣壓范圍的下限值時(shí)，控制器控制氣泵給彈性管充氣；

(7-4)重復(fù)步驟(7-2)至(7-3)。

實(shí)施例3

實(shí)施例3包括實(shí)施例1的所有結(jié)構(gòu)和步驟部分，實(shí)施例3的懸浮箱上還設(shè)有如圖2、圖7所示的進(jìn)水泵15、排水泵16和2個(gè)對(duì)稱設(shè)置的壓載箱17，進(jìn)水泵和排水泵均通過水管與2個(gè)壓載箱聯(lián)通，進(jìn)水泵和排水泵均與控制器電連接；

(8-1)當(dāng)B≥2.5W時(shí)，控制器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐柱進(jìn)入懸浮箱內(nèi)；

并且控制器控制進(jìn)水泵將水抽到2個(gè)壓載箱中，進(jìn)水泵抽水時(shí)間達(dá)到T1＝2分鐘后，控制器控制進(jìn)水泵停止工作；

(8-2)當(dāng)B＜2.5W時(shí)，控制器控制排水泵將水從2個(gè)壓載箱中抽出，排水泵排水時(shí)間達(dá)到T2＝2分鐘后，控制器控制排水泵停止工作；

轉(zhuǎn)入步驟(6-3)。

實(shí)施例4

實(shí)施例4包括實(shí)施例1的所有結(jié)構(gòu)和步驟部分，實(shí)施例4還包括如圖1所示的設(shè)于懸浮箱上的蓋板4，蓋板與懸浮箱一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，2個(gè)支撐柱上端通過繩索與蓋板連接；當(dāng)B≥2.5W時(shí)，控制器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使支撐柱逐漸下降并進(jìn)入懸浮箱內(nèi)；

當(dāng)蓋板閉合后，控制器控制伺服電機(jī)停止工作。

應(yīng)理解，本實(shí)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(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。