一种基于平台立柱的可伸缩波浪能发电装置

技术领域：

本发明涉及一种基于平台立柱的可伸缩波浪能发电装置。

背景技术：

随着世界经济的快速发展，全球能源需求显著增加，然而石油、煤炭等有限的传统能源在不久的将来将很难满足需求，并且还会导致一系列的环境问题，可再生能源的开发和利用变得更加迫切和紧急，占地球面积71％的海洋是绿色能源的宝库，而波浪能在广袤的海洋中无处不在，被认为是最具前途的海洋能源之一。

波浪能具有储能大、能量密度高、对环境影响小等优点，可以很好地解决当今世界传统能源紧缺和环境污染的问题，越来越受到人们的重视；波浪能量较高区域主要集中在深海，在多种波浪能装置中，浮式波浪能装置由于良好的转换效率具有广阔的应用前景。然而波浪能技术的实际应用仍处于初级阶段，存在装机成本高、维护困难、难以收回投资成本等问题；目前解决成本问题的主要方法是发展波浪能装置阵列或将波浪能装置与其它海洋工程设备相结合，波浪能阵列的发展基于单体波浪能装置的发展，在单体装置研究并不成熟的前提下，阵列发展受到一定限制，因此现有的波浪能发电装置不能长期稳定可持续进行供电，供电安全性和可靠性得不到保障，导致平台作业用电和工作人员生活用电存在极大的不便。

发明内容：

本发明实施例提供了一种基于平台立柱的可伸缩波浪能发电装置，结构设计合理，基于多个功能组件和装置设备的相互配合作用，能够长期稳定可持续进行供电，保障供电的安全性和可靠性，将波浪能发电装置与半潜式钻井平台相结合，有效利用了半潜式平台立柱结构，为平台作业用电和工作人员生活用电提供极大的便利，便于安装更新和维护，具有集成化、小型化和设计模块化的特征和良好的工程实用性，可广泛应用于海洋观测仪器、深海网箱、海洋牧场和海洋平台等不同种类的应用场景，适合进行推广使用，解决了现有技术中存在的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于平台立柱的可伸缩波浪能发电装置，所述发电装置包括四个平台立柱，每个平台立柱的舱室内部分别通过立柱开孔设置有伸缩箱体，每个伸缩箱体内分别设有箱体驱动电机，所述箱体驱动电机用于带动伸缩箱体推出或回收；每个伸缩箱体的外侧分别设有波浪能浮筒发电组件，所述波浪能浮筒发电组件用于使浮筒受到波浪作用进行上下运动时，浮筒驱动上方连接的齿条带动发电机传动轴旋转进行发电。

所述伸缩箱体包括相配合设置的第一丝杠、四个箱体、箱体伸缩滑轨、齿轮组件、齿条板和联排滚轮，所述箱体包括相拼接的第一箱体、第二箱体、第三箱体和第四箱体，所述箱体驱动电机固定安装于平台立柱内部舱室，用于为第一丝杠提供动力源，以使第一丝杠转动带动内螺纹结构第一箱体运动，所述第一箱体下方平行安装有两条联排滚轮，配合平台立柱舱室内部安装的滑轨使联排滚轮沿直线运动；所述第一箱体两侧的齿轮分别与平台立柱舱室内的固定齿条板和第二箱体的齿条板啮合，在第一箱体两侧内侧分别安装两排齿条板，用于与第二箱体两侧的齿轮啮合；在第二箱体下方平行安装有两条联排滚轮，所述第一箱体底板上方安装导轨使第二箱体的滚轮做直线运动，以在箱体驱动电机驱动第一箱体做往复运动时，第二箱体由两套齿轮齿条作用带动同时做往复运动。

所述第二箱体的齿轮与第三箱体两侧外侧齿条相啮合，所述第三箱体的齿轮与第二箱体两侧内侧齿条相啮合；在第三箱体底部安装有滚轮架与联排滚轮，第二箱体底部安装有导轨使滚轮沿直线运动，以在第二箱体被第一箱体带动做往复运动时，第三箱体同样受第二箱体上的齿轮与齿条结构带动做往复运动，同时第四箱体以同样的方式由第三箱体的齿轮和齿条板组合进行驱动，所述波浪能浮筒发电组件安装在第四箱体内部。

所述波浪能浮筒发电组件包括发电机和浮筒收放组件，在第四箱体的上部安装有第二驱动电机，所述第二驱动电机用于为浮筒收放组件提供动力，在第二驱动电机外接第二丝杠垂向连接至第四箱体底部，以起到传动作用和支撑作用，所述第二驱动电机舱室下连接柱吊装固定有发电机支架，所述发电机支架用于搭载三个发电机和浮筒外架，所述发电机和浮筒外架相固连，在发电机支架上设有发电机导轨，以使发电机和浮筒外架可沿发电机导轨纵向移动。

在发电机支架下方的第二丝杠上安装有套筒，所述套筒的三边分别以两个连接杆连接到浮筒外架上，以使套筒下移或上移带动连接杆将浮筒外架与发电机进行推出或回收；在第二驱动电机和发电机支架之间的第二丝杠和连接柱上安装有三套齿轮减速器，所述齿轮减速器用于带动拉线线圈旋转，以使拉线线圈上的拉绳可以拉紧或释放倒刺杆。

所述浮筒收放组件包括套筒上方安装的钢缆线圈，所述钢缆线圈的三套钢缆分别导向浮筒所在的三个方向，经由发电机外架上部的滑轮引导垂直向下，所述钢缆端部系于浮筒连接架的导缆孔上，用于吊装浮筒，使浮筒随着钢缆线圈的转动和钢缆滑轮来进行升降。

所述浮筒包括浮筒连接架和下浮筒，所述浮筒连接架固连于下浮筒的上表面，所述浮筒连接架的两侧外板与浮筒外架导轨相配合，以将浮筒的运动方向限制在垂向上；在浮筒连接架上设有凸台，所述凸台用于抵住刺杆上的倒刺杆，以使刺杆跟随浮筒连接架上下移动，所述刺杆的顶部与齿条相连接，所述齿条驱动正齿轮转动，所述正齿轮用于带动传动杆转动使得锥齿轮随之转动，从而使发电机传动轴转动进行发电。

所述第二驱动电机与第二丝杠配合驱动以进行浮筒的释放与回收、发电机与浮筒外架的推出与收回、刺杆的释放与拉紧。

所述波浪能浮筒发电组件采用耐海水腐蚀的材料进行制造。

本发明采用上述结构，通过箱体驱动电机来进行箱体的推出或者回收，通过波浪能浮筒发电组件使浮筒受到波浪作用进行上下运动时，浮筒驱动上方连接的齿条带动发电机传动轴旋转进行发电；通过第二驱动电机为浮筒收放组件提供动力，在第二驱动电机外接第二丝杠垂向连接至第四箱体底部，以起到传动作用和支撑作用；通过齿轮减速器带动拉线线圈旋转，以使拉线线圈上的拉绳可以拉紧或释放倒刺杆；通过钢缆线圈的三套钢缆分别导向浮筒所在的三个方案，经由发电机外架上部的滑轮引导垂直向下，具有简便实用、安全可靠的优点。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的伸缩箱体的结构示意图。

图3为本发明的波浪能浮筒发电组件和伸缩箱体的结构示意图。

图4为本发明的波浪能浮筒发电组件的三维示意图。

图5为图3的正视图。

图6为本发明的波浪能浮筒发电组件的浮筒收放组件的结构示意图。

图7为本发明的图6的侧视图

其中，1-平台立柱；2-立柱开孔；3-第一箱体；4-第二箱体；5-第三箱体；6-第四箱体；7-箱体驱动电机；8-第一丝杠；9-箱体伸缩滑轨；10-齿条板；11-齿轮组件；12-联排滚轮；13-波浪能浮筒发电组件；14-第二驱动电机；15-发电机支架；16-发电机导轨；17-发电机；18-第二丝杠；19-浮筒外架；20-连接杆；21-浮筒连接架；22-下浮筒；23-套筒；24-齿轮减速器；25-连接柱；26-齿条；27-拉线；28-钢缆；29-钢缆线圈；30-剌杆；31-倒刺杆；32-外架导轨；33-凸台；34-连接架外轨；35-拉线线圈；36-正齿轮；37-锥齿轮；38-导缆孔；39-发电机传动轴；40-钢缆滑轮。

具体实施方式：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

如图1-7中所示，一种基于平台立柱的可伸缩波浪能发电装置，所述发电装置包括四个平台立柱1，每个平台立柱1的舱室内部分别通过立柱开孔2设置有伸缩箱体，每个伸缩箱体内分别设有箱体驱动电机7，所述箱体驱动电机7用于带动伸缩箱体推出或回收；每个伸缩箱体的外侧分别设有波浪能浮筒发电组件，所述波浪能浮筒发电组件用于使浮筒受到波浪作用进行上下运动时，浮筒驱动上方连接的齿条带动发电机传动轴39旋转进行稳定发电。

所述伸缩箱体包括相配合设置的第一丝杠8、四个箱体、箱体伸缩滑轨9、齿轮组件11、齿条板10和联排滚轮12，所述箱体包括相拼接的第一箱体3、第二箱体4、第三箱体5和第四箱体6，所述箱体驱动电机7固定安装于平台立柱1内部舱室，用于为第一丝杠8提供动力源，以使第一丝杠8转动带动内螺纹结构第一箱体3运动，所述第一箱体3下方平行安装有两条联排滚轮12，配合平台立柱1舱室内部安装的滑轨使联排滚轮12沿直线运动；所述第一箱体3两侧的齿轮分别与平台立柱1舱室内的固定齿条板和第二箱体4的齿条板啮合，在第一箱体3两侧内侧分别安装两排齿条板，用于与第二箱体4两侧的齿轮啮合；在第二箱体4下方平行安装有两条联排滚轮，所述第一箱体3底板上方安装导轨使第二箱体4的滚轮做直线运动，以在箱体驱动电机7驱动第一箱体3做往复运动时，第二箱体4由两套齿轮齿条作用带动同时做往复运动。

所述第二箱体4的齿轮与第三箱体5两侧外侧齿条相啮合，所述第三箱体5的齿轮与第二箱体4两侧内侧齿条相啮合；在第三箱体5底部安装有滚轮架与联排滚轮，第二箱体4底部安装有导轨使滚轮沿直线运动，以在第二箱体4被第一箱体3带动做往复运动时，第三箱体5同样受第二箱体4上的齿轮与齿条结构带动做往复运动，同时第四箱体6以同样的方式由第三箱体5的齿轮和齿条板组合进行驱动，所述波浪能浮筒发电组件安装在第四箱体6内部。

所述波浪能浮筒发电组件包括发电机17和浮筒收放组件，在第四箱体6的上部安装有第二驱动电机14，所述第二驱动电机14用于为浮筒收放组件提供动力，在第二驱动电机14外接第二丝杠18垂向连接至第四箱体6底部，以起到传动作用和支撑作用，所述第二驱动电机14舱室下连接柱吊装固定有发电机支架15，所述发电机支架15用于搭载三个发电机17和浮筒外架19，所述发电机17和浮筒外架19相固连，在发电机支架15上设有发电机导轨16，以使发电机17和浮筒外架19可沿发电机导轨16纵向移动。

在发电机支架15下方的第二丝杠18上安装有套筒23，所述套筒23的三边分别以两个连接杆连接到浮筒外架19上，以使套筒23下移或上移带动连接杆20将浮筒外架19与发电机17进行推出或回收；在第二驱动电机14和发电机支架15之间的第二丝杠18和连接柱上安装有三套齿轮减速器24，所述齿轮减速器24用于带动拉线线圈35旋转，以使拉线线圈35上的拉绳可以拉紧或释放倒刺杆31。

浮筒收放组件包括套筒23上方安装的钢缆线圈29，所述钢缆线圈29的三套钢缆分别导向浮筒23所在的三个方向，经由发电机外架上部的滑轮引导垂直向下，所述钢缆28端部系于浮筒连接架21的导缆孔38上，用于吊装浮筒，使浮筒随着钢缆线圈29的转动和钢缆滑轮40来进行升降。

所述浮筒包括浮筒连接架21和下浮筒22，所述浮筒连接架21固连于下浮筒22的上表面，所述浮筒连接架21的两侧外板与浮筒外架导轨32相配合，以将浮筒的运动方向限制在垂向上；在浮筒连接架上设有凸台33，所述凸台33用于抵住刺杆30上的倒刺杆31，以使刺杆30跟随浮筒连接架21上下移动，所述刺杆30的顶部与齿条相连接，所述齿条驱动正齿轮36转动，所述正齿轮36用于带动传动杆转动使得锥齿轮37随之转动，从而使发电机传动轴39转动进行发电。

所述第二驱动电机14与第二丝杠18配合驱动以进行浮筒的释放与回收、发电机17与浮筒外架19的推出与收回、刺杆30的释放与拉紧。

所述波浪能浮筒发电组件采用耐海水腐蚀的材料进行制造。

本发明实施例中的一种基于平台立柱的可伸缩波浪能发电装置的工作原理为：基于多个功能组件和装置设备的相互配合作用，能够长期稳定可持续进行供电，保障供电的安全性和可靠性，将波浪能发电装置与半潜式钻井平台相结合，有效利用了半潜式平台立柱结构，为平台作业用电和工作人员生活用电提供极大的便利，便于安装更新和维护，具有集成化、小型化和设计模块化的特征和良好的工程实用性，可广泛应用于海洋观测仪器、深海网箱、海洋牧场和海洋平台等不同种类的应用场景，适合进行推广使用，装置主要包括四节伸缩箱体，箱体驱动电机，浮筒收放装置，浮筒以及发电机；当需要装置进行工作发电时，箱体驱动电机与齿轮齿条装置配合将四个箱体逐级推出，随后置于第四箱体中的第二驱动电机与套筒连杆以及齿轮减速器配合将三个浮筒伸展到指定位置，浮筒受到波浪作用进行上下运动时，浮筒驱动上方连接的齿条带动发电机传动轴旋转进行发电；恶劣海况下装置回收放置于立柱中，在装置收回时，第二驱动电机进行反转，将浮筒、发电机、浮筒外架等装置回收至第四箱体内部，随后箱体第一驱动电机反转，将所有箱体回收至平台立柱内。

在整体方案中，主要包括四个平台立柱1，每个平台立柱1的舱室内部分别通过立柱开孔2设置有伸缩箱体，每个伸缩箱体内分别设有箱体驱动电机7，所述箱体驱动电机7用于带动伸缩箱体推出或回收；每个伸缩箱体的外侧分别设有波浪能浮筒发电组件，所述波浪能浮筒发电组件用于使浮筒受到波浪作用进行上下运动时，浮筒驱动上方连接的齿条带动发电机传动轴39旋转进行稳定发电。

优选的，伸缩箱体包括相配合设置的第一丝杠8、四个箱体、箱体伸缩滑轨9、齿轮组件11、齿条板10和联排滚轮12，所述箱体包括相拼接的第一箱体3、第二箱体4、第三箱体5和第四箱体6，所述箱体驱动电机7固定安装于平台立柱1内部舱室，用于为第一丝杠8提供动力源，以使第一丝杠8转动带动内螺纹结构第一箱体3运动，所述第一箱体3下方平行安装有两条联排滚轮12，配合平台立柱1舱室内部安装的滑轨使联排滚轮12沿直线运动；所述第一箱体3两侧的齿轮分别与平台立柱1舱室内的固定齿条板和第二箱体4的齿条板啮合，在第一箱体3两侧内侧分别安装两排齿条板，用于与第二箱体4两侧的齿轮啮合；在第二箱体4下方平行安装有两条联排滚轮，所述第一箱体3底板上方安装导轨使第二箱体4的滚轮做直线运动，以在箱体驱动电机7驱动第一箱体3做往复运动时，第二箱体4由两套齿轮齿条作用带动同时做往复运动。

进一步的，第二箱体4的齿轮与第三箱体5两侧外侧齿条相啮合，所述第三箱体5的齿轮与第二箱体4两侧内侧齿条相啮合；在第三箱体5底部安装有滚轮架与联排滚轮，第二箱体4底部安装有导轨使滚轮沿直线运动，以在第二箱体4被第一箱体3带动做往复运动时，第三箱体5同样受第二箱体4上的齿轮与齿条结构带动做往复运动，同时第四箱体6以同样的方式由第三箱体5的齿轮和齿条板组合进行驱动，所述波浪能浮筒发电组件安装在第四箱体6内部，由箱体驱动电机7控制箱体的伸缩，在工作时将装置推出利用波浪能进行发电，且伸缩箱体以及浮筒增加了平台的垂荡与横摇阻尼，提高了平台的稳定性。

在恶劣海况下可以将装置收回以保护装置免遭破坏，并且多个所述装置对称布置于平台四个立柱内，如此使得半潜式平台受力均匀，维持了恶劣海况下钻井平台的稳定性，该装置能够很好地适应海上复杂多变的环境，并且适用于其他多立柱对称结构的半潜式平台。

本申请中的两个驱动电机仅在装置释放和收回过程中消耗电能，在装置进行工作时，该装置无需提供额外能源，其中箱体驱动电机7同时驱动四个箱体进行释放和收缩，第二驱动电机14可同时驱动浮筒的释放与回收，发电机17与浮筒外架19的推出与收回，剌杆30倒刺杆31释放与拉紧，节省了装置本身的用电消耗与生产成本。

优选的，波浪能浮筒发电组件包括发电机17和浮筒收放组件，在第四箱体6的上部安装有第二驱动电机14，所述第二驱动电机14用于为浮筒收放组件提供动力，在第二驱动电机14外接第二丝杠18垂向连接至第四箱体6底部，以起到传动作用和支撑作用，所述第二驱动电机14舱室下连接柱吊装固定有发电机支架15，所述发电机支架15用于搭载三个发电机17和浮筒外架19，所述发电机17和浮筒外架19相固连，在发电机支架15上设有发电机导轨16，以使发电机17和浮筒外架19可沿发电机导轨16纵向移动，保证动作精准到位。

优选的，在发电机支架15下方的第二丝杠18上安装有套筒23，所述套筒23的三边分别以两个连接杆连接到浮筒外架19上，以使套筒23下移或上移带动连接杆将浮筒外架19与发电机17进行推出或回收；在第二驱动电机14和发电机支架15之间的第二丝杠18和连接柱上安装有三套齿轮减速器24，所述齿轮减速器24用于带动拉线线圈35旋转，以使拉线线圈35上的拉绳可以拉紧或释放倒刺杆31。

浮筒23在收放过程中，会受到倒刺杆31的阻碍，因此还需安装倒刺杆收缩装置，所述装置包括齿轮减速器24、拉线27和拉线线圈35，拉线线圈35安装于连接柱25上，第二丝杠18正转时，整体波浪能发电装置释放，齿轮减速器24随之转动，拉线线圈35受齿轮减速器24驱动而正转释放拉线27，拉线27放松将倒刺杆31释放；第二丝杠18反转时，整体波浪能发电装置回收，拉线线圈35随齿轮减速器24驱动反转收回拉线27，拉线27将倒刺杆31逐渐收紧至紧贴于剌杆处。

优选的，浮筒收放组件包括套筒23上方安装的钢缆线圈29，所述钢缆线圈29的三套钢缆分别导向浮筒23所在的三个方向，经由发电机外架上部的滑轮引导垂直向下，所述钢缆28端部系于浮筒连接架21的导缆孔38上，用于吊装浮筒，使浮筒随着钢缆线圈29的转动和钢缆滑轮40来进行升降；浮筒包括浮筒连接架21和下浮筒22，所述浮筒连接架21固连于下浮筒22的上表面，所述浮筒连接架21的两侧外板与浮筒外架导轨32相配合，以将浮筒的运动方向限制在垂向上；在浮筒连接架上设有凸台33，所述凸台33用于抵住刺杆30上的倒刺杆31，以使刺杆30跟随浮筒连接架21上下移动，所述刺杆30的顶部与齿条相连接，所述齿条驱动正齿轮36转动，所述正齿轮36用于带动传动杆转动使得锥齿轮37随之转动，从而使发电机传动轴39转动进行发电。

经钢缆滑轮40导引向下，系装在浮筒连接架21上方的导缆孔38处，线圈与钢缆起到吊装浮筒连接架21和下浮筒22的作用，浮筒连接架21与下浮筒22固定连接；当第二驱动电机14驱动第二丝杠18正转时，钢缆线圈29同时转动将钢缆28放出，浮筒连接架21与下浮筒22下放至指定工作位置；而当第二驱动电机14反转时，钢缆线圈29将钢缆收回，浮筒连接架21与下浮筒22上移回收至第四箱体6内部。

当波浪水位增加时，下浮筒22受浮力的作用向上移动，与下浮筒22固接的浮筒连接架21同时向上移动，连接架21内侧安装的连接架凸台33抵住方向向下的倒刺杆31，倒刺杆31对称布置于剌杆30之上，从而带动剌杆30上移，剌杆30另一端与齿条26固定连接，剌杆30上移使得齿条26向上移动，齿条26与正齿轮36啮合，从而带动正齿轮36转动，正齿轮36转动带动传动轴转动，传动轴一侧上安装的锥齿轮37根随传动轴转动，最终带动发电机传动轴39进行转动使发电机发电。当波浪水位下降时，下浮筒22受自身重力作用下移，连接架21内侧安装的连接架凸台33抵住方向向上的倒刺杆31，拉动剌杆30及齿条26向下移动，如此循环往复作业，驱动发电机17进行发电。

综上所述，本发明实施例中的一种基于平台立柱的可伸缩波浪能发电装置基于多个功能组件和装置设备的相互配合作用，能够长期稳定可持续进行供电，保障供电的安全性和可靠性，将波浪能发电装置与半潜式钻井平台相结合，有效利用了半潜式平台立柱结构，为平台作业用电和工作人员生活用电提供极大的便利，便于安装更新和维护，具有集成化、小型化和设计模块化的特征和良好的工程实用性，可广泛应用于海洋观测仪器、深海网箱、海洋牧场和海洋平台等不同种类的应用场景，适合进行推广使用，装置主要包括四节伸缩箱体，箱体驱动电机，浮筒收放装置，浮筒以及发电机；当需要装置进行工作发电时，箱体驱动电机与齿轮齿条装置配合将四个箱体逐级推出，随后置于第四箱体中的第二驱动电机与套筒连杆以及齿轮减速器配合将三个浮筒伸展到指定位置，浮筒受到波浪作用进行上下运动时，浮筒驱动上方连接的齿条带动发电机传动轴旋转进行发电；恶劣海况下装置回收放置于立柱中，在装置收回时，第二驱动电机进行反转，将浮筒、发电机、浮筒外架等装置回收至第四箱体内部，随后箱体第一驱动电机反转，将所有箱体回收至平台立柱内。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。