一种并联往复式海岸波浪发电装置

技术领域

本发明涉及可再生能源发电设备技术领域，尤其是一种利用海岸波浪进行持续发电的装置。

背景技术

随着世界经济的高速发展，全球对电力的需求也在快速增长，传统能源的发电量与全球电力消费需求之间存在着巨大的缺口。如何克服传统能源发电的环境污染与发电量不足问题，高效利用可再生能源如太阳能、风能、波浪能等进行发电，已经成为发电技术领域研究的热点问题。相对于太阳能、风能等其他可再生能源易受气候、天气等因素影响且往往不可预知，波浪能受气候、天气的影响更小且分布广阔，储量巨大，可全天候持续利用。

海浪是海洋中海水波动的一种现象。海岸波浪经常被描绘成“无风三尺浪”，其形成原因通常包括潮汐引力、风力、地壳运动产生的力以及温差导致的海水密度变化产生的压力差等。各种外力将海水推动涌向岸边，重力又将海水拉回海洋。海岸波浪如此循环往复运动，日夜不息，蕴藏了储量丰富的可供人类源源不断进行开发利用的可再生能源。世界上许多国家如中国、英国、法国、美国等都在不断研发海浪发电装置，但受制于传统海浪发电装置成本较高，发电效率较低，可靠性与稳定性亟待改进等不利因素，传统海浪发电设计方案一直没有获得根本性的突破。

现有技术公开了专利申请号为2020115750059的海岸波浪发电装置，其技术方案包括：海岸波浪发电装置，包括基座、支撑架、支撑板、凹槽、水平挡板波浪能收集装置、水平挡板、连接杆、滑杆、齿条滑杆、弹簧、第一齿轮、第一棘轮、第二棘轮、发电机、双浮子波浪能收集装置、双浮子、绳索、滑轮、第二齿轮、第三棘轮和锚链固定装置，所述基座上安装有支撑架，支撑架上安装有支撑板，支撑板右侧设有凹槽，凹槽内安装有水平挡板波浪能收集装置，水平挡板波浪能收集装置上安装有水平挡板，水平挡板上连接安装有连接杆，连接杆上安装有滑杆，连接杆顶部安装有齿条滑杆，齿条滑杆左端安装有弹簧，弹簧左端安装在支撑板上，齿条滑杆齿条连接第一齿轮，第一齿轮右侧齿轮连接第一棘轮，第一棘轮连接轴连接安装有第二棘轮，第二棘轮连接轴连接发电机，发电机左侧连接轴连接双浮子波浪能收集装置，双浮子波浪能收集装置上前后对称安装有双浮子，双浮子上连接安装有绳索，绳索上安装有滑轮，顶部滑轮通过转轴连接安装有第二齿轮，第二齿轮连接第三棘轮，第三棘轮连接轴连接安装有发电机，支撑板四角安装有锚链固定装置。本发明的优点是：本装置针对海岸波浪的往复水平运动和竖直运动的特点，将其转换成相对应的两种不同形式的能量，结合棘轮机构的单向转动特性，从而实现发电机发电；水平挡板波浪能收集装置用于收集海岸波浪的水平动能，将波浪的往复运动能量通过棘轮的单向转动和弹簧的回弹力，使发电机持续发电；双浮子波浪能收集装置利用双浮子的上下振荡来收集海岸波浪的竖直动能；水平挡板波浪能收集装置和双浮子波浪能收集装置，使海岸波浪的水平运动能量和竖直运动能量相互叠加，加快发电机运转速率，从而提高波浪能的利用率。

上述现有海岸波浪发电装置存在的主要问题包括：该装置整体被投放入海岸边并通过锚链固定装置固定住，正常工作时，要求双浮子漂浮在水面上，水平挡板部分插入水中。但是，当海岸边涨潮水位较高时，该海岸波浪发电装置可能被整体淹没于水下，此时完全被淹没于水下的水平挡板和双浮子将无法高效地将海岸波浪的往复水平运动和竖直运动的波浪能转化为电能。当该海岸波浪发电装置整体被淹没于水下时，其所有金属机械部分以及发电机与其他电路接口都将被淹没于海水中，也将加剧该海岸波浪发电装置被海水腐蚀与老化的速度，发电机与其他电路接口的水下绝缘问题也将面临巨大考验。另一方面，当海岸边落潮水位较低时，该海岸波浪发电装置可能整体脱离海水而裸露于岸边，此时水平挡板和双浮子都将无法接触到海水，发电机将彻底停止发电。因此，上述现有海岸波浪发电装置发电时对其应用海域环境的海岸潮汐水位高低有严苛的要求，落潮水位较低时可能无法不间断持续高效发电，其环境适应性较差。此外，上述现有海岸波浪发电装置中设置的1部水平挡板波浪能收集装置和1部双浮子波浪能收集装置只配套1部发电机，海岸波浪感知响应装置数量较少，整体发电效率较低。

发明内容

本发明的目的在于针对上述海岸波浪发电装置设计方案的缺点与不足，提出一种改进型的并联往复式海岸波浪发电装置技术方案，以解决上述现有海岸波浪发电装置对不同海岸潮汐水位适应性较差，波浪能收集发电效率较低，易被海水腐蚀老化，无法持续高效发电等问题。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：本发明所述的一种并联往复式海岸波浪发电装置，它主要包括海上结构部分和陆上结构部分，海上结构部分主要包括多套并联的单线往复式海岸波浪能收集装置，陆上结构部分包括多套装配好的绕线器与卷簧回力器及配套的1个发电机。

进一步地，所述的并联往复式海岸波浪发电装置的单线往复式海岸波浪能收集装置主要由主滑杆、副滑杆、限位浮漂、球形浮漂、柔性导向绳、牵引绳、牵引绳导向装置组成。由多套单线往复式海岸波浪能收集装置并联组成所述的并联往复式海岸波浪发电装置的海上结构部分，海上结构部分技术方案设计简单实用，并联式结构使得波浪能收集范围更为广泛，发电效率更高且可以持续发电。

进一步地，所述的并联往复式海岸波浪发电装置直接利用球形浮漂感知响应海岸波浪的往复运动，其波浪能感知收集装置简单实用，无需将海岸波浪的往复运动转换成蜗轮的旋转，尽可能地避免了传统波浪发电设备对海洋生物生活习性和海洋鱼类安全造成的影响。

进一步地，所述的并联往复式海岸波浪发电装置的牵引绳一端连接到海上结构部分的球形浮漂，另外一端经由牵引绳导向装置卷绕到陆上结构部分的绕线器的绕线轮上，发电机等发电设备被设置于陆上结构部分，大大减弱了上述传统海岸波浪发电装置将发电设备整体投放入海中导致的海水腐蚀老化问题。

进一步地，所述的并联往复式海岸波浪发电装置的每个单线往复式海岸波浪能收集装置都通过1条牵引绳与1套装配在一起的绕线器与卷簧回力器配合进行收放动作，多套装配好的绕线器与卷簧回力器通过发电机转轴与1个发电机共轴配合实现持续发电。

进一步地，所述的并联往复式海岸波浪发电装置的绕线器内腔内装配有棘轮、棘爪和限位杠杆，棘轮轮轴与发电机转轴装配在一起，可以保证发电机转轴只能单向转动。

进一步地，所述的并联往复式海岸波浪发电装置的卷簧回力器通过轴承和轴套与绕线器装配在一起，卷簧回力器通过卷簧回力器支架被稳固安装在靠近海岸边的陆地上。

与现有的几种海岸波浪发电装置相比，本发明优点在于改进型的并联往复式海岸波浪发电装置技术方案设计巧妙合理，波浪收集发电效率较高，抗海水腐蚀能力好，对海洋生物的影响较小。所述的并联往复式海岸波浪发电装置由海上结构部分的球形浮漂感知响应海岸波浪的往复运动，多组单线往复式海岸波浪能收集装置并联后，可大大提高海岸波浪能的收集效率，且并联的多套球形浮漂中只要有1个球形浮漂随着海岸波浪漂离海岸被拉向海洋，该装置即可以持续发电，保证了该发明全天候持续发电的能力。此外，所述的并联往复式海岸波浪发电装置通过牵引绳将海上结构部分收集到的海岸波浪往复运动传递给陆上结构部分，并通过安装于靠近海岸边陆地上的发电机将其转化为电能，有效解决了上述传统海岸波浪发电装置整体易被海水腐蚀老化的问题，延长了所述的并联往复式海岸波浪发电装置的使用年限，降低了发电成本。

附图说明

图1是一种并联往复式海岸波浪发电装置主体结构示意图；

图2是牵引绳导向装置俯视图；

图3是绕线器结构示意图；

图4是卷簧回力器结构示意图；

图5是绕线器与卷簧回力器装配结构俯视剖面示意图；

图6是一种并联往复式海岸波浪发电装置陆上结构示意图；

图1、图2、图3、图4、图5、图6中的数字序号分别代表：主滑杆1、副滑杆2、限位球头3、限位浮漂4、滑槽5、导向轮6、辅助导向轮7、导向轮支架8、导向轮轮轴9、球形浮漂10、导向管11、防缠绕轴承12、牵引绳固定环13、配重块14、限位块15、柔性导向绳16、柔性导向绳固定环17、牵引绳18、发电机转轴19、绕线器20、绕线轮21、绕线器内腔22、棘轮23、棘爪24、限位杠杆25、限位杠杆转轴26、拉力弹簧27、卷簧回力器28、卷簧回力器支架29、卷簧回力器外壳30、卡槽31、卷簧32、滑头33、卷簧夹头34、轴套35、发电机36、发电机支架37、发电机转轴支架38、棘轮轮轴39、轴承40、花键41。

实施方式

下面结合附图，对本发明技术方案的具体实施方式作进一步的说明。

本发明所述的并联往复式海岸波浪发电装置技术方案主要适用于海岸波浪能发电技术领域，特别是可利用海岸波浪进行全天候持续发电，具有较强的适应性。

从图1、图2、图3、图4、图5、图6可以清楚地看到，所述的并联往复式海岸波浪发电装置主要包括海上结构部分和陆上结构部分，海上结构部分主要包括多套并联的单线往复式海岸波浪能收集装置，陆上结构部分包括多套装配好的绕线器20与卷簧回力器28及配套的发电机36。

从图1、图2可以清楚地看到，所述的并联往复式海岸波浪发电装置的单线往复式海岸波浪能收集装置分别设置有1根主滑杆1和1根副滑杆2，主滑杆1和副滑杆2分别设置于海岸边波浪较大的水域，其中主滑杆1设置于更加靠近海岸的海水中，副滑杆2设置于离海岸更远的海水中。主滑杆1和副滑杆2顶部分别设置有限位球头3，主滑杆1和副滑杆2分别设置有可以随着海水水面上下浮动的限位浮漂4，柔性导向绳16通过设置于限位浮漂4侧方的柔性导向绳固定环17将上述2块限位浮漂4连接到一起。球形浮漂10中心设置有导向管11，柔性导向绳16穿过导向管11，球形浮漂10可沿柔性导向绳16随着海岸波浪来回往复运动，柔性导向绳16两端设置有限位块15。导向管11靠近海岸的一侧设置有防缠绕轴承12，防缠绕轴承12上侧设置有牵引绳固定环13，防缠绕轴承12下侧设置有配重块14。

从图1、图2可以清楚地看到，所述的并联往复式海岸波浪发电装置的主滑杆1的限位浮漂4上部设置有牵引绳导向装置。牵引绳导向装置上侧下侧分别设置有可供牵引绳18改变牵拉方向的导向轮6和辅助导向轮7，牵引绳导向装置通过导向轮支架8固定安装于主滑杆1的限位浮漂4上部。为了便于牵引绳导向装置随着限位浮漂4上下浮动，主滑杆1管壁内设置有滑槽5，导向轮6和辅助导向轮7的导向轮轮轴9可沿着滑槽5上下滑动。

从图1、图3、图5可以清楚地看到，所述的并联往复式海岸波浪发电装置的牵引绳18一端连接到海上结构部分的球形浮漂10，另外一端经由牵引绳导向装置卷绕到陆上结构部分的绕线器20的绕线轮21上。绕线器20的绕线器内腔22中分别设置有棘轮23、棘爪24、限位杠杆25、限位杠杆转轴26、拉力弹簧27和棘轮轮轴39，棘轮轮轴39通过花键41与发电机转轴19共轴装配在一起。限位杠杆25上侧布置有棘爪24，限位杠杆25下侧通过拉力弹簧27连接至绕线器内腔22腔壁上。

从图3、图4、图5可以清楚地看到，所述的并联往复式海岸波浪发电装置的卷簧回力器28的卷簧回力器外壳30内壁上均匀分布有多个卡槽31，卷簧32的滑头33恰好陷于卡槽31内。卷簧回力器28的轴向中心位置安装有轴承40，绕线器20的轴向中心位置安装有轴套35，轴承40与轴套35配合装配在一起。卷簧回力器28的卷簧夹头34被固定安装于轴套35上。卷簧回力器28通过卷簧回力器支架29被稳固安装在靠近海岸边的陆地上。

从图1、图3、图4、图5、图6可以清楚地看到，所述的并联往复式海岸波浪发电装置的每个单线往复式海岸波浪能收集装置都通过1条牵引绳18卷绕到1套与卷簧回力器28配合装配在一起的绕线器20的绕线轮21上，多套装配好的绕线器20与卷簧回力器28通过发电机转轴19共轴连接到发电机36。发电机36通过发电机支架37被稳固安装在靠近海岸边的陆地上。发电机转轴19两端配合安装有发电机转轴支架38，发电机转轴支架38被稳固安装在靠近海岸边的陆地上。

下面结合附图，对所述的并联往复式海岸波浪发电装置的实施例子作进一步的说明。

从图1、图2、图3、图4、图5、图6可以清楚地看到，以所述的并联往复式海岸波浪发电装置的单线往复式海岸波浪能收集装置为例，当海岸波浪恰好涌向岸边时，球形浮漂10将沿着柔性导向绳16被这个波浪推向岸边，以图3所示的方向为例，在卷簧32储存的弹性势能的作用下，卷簧32带动轴套35开始顺时针旋转，与轴套35固定在一起的绕线器20的绕线轮21也将顺时针旋转。此时，卷绕在绕线轮21上的牵引绳18将随着绕线轮21的顺时针旋转而被收紧，牵引绳18将一直处在绷紧状态。同时，由于绕线器内腔22腔壁上的拉力弹簧27对限位杠杆25下侧有向右的拉力作用，在限位杠杆25上侧布置的棘爪24与棘轮23的配合作用下，共轴装配在一起的棘轮23、棘轮轮轴39和发电机转轴19保持不转动，此时发电机36不发电。

从图1、图2、图3、图4、图5、图6可以清楚地看到，当球形浮漂10所处的海岸波浪开始离岸落回海洋时，球形浮漂10将随着这个波浪沿着柔性导向绳16开始漂离岸边，以图3所示的方向为例，球形浮漂10连接的处于绷紧状态的牵引绳18将带动绕线轮21开始逆时针旋转，在棘轮23与棘爪24的配合作用下，绕线轮21将带动棘轮23、棘轮轮轴39和发电机转轴19开始逆时针旋转，此时发电机36将开始发电。同时，以图3、图4所示的方向为例，此时的绕线器20的绕线轮21也将带动轴套35开始逆时针旋转，轴套35将通过卷簧夹头34带动卷簧回力器28中的卷簧32开始卷紧，重新开始储存更多的弹性势能。在此过程中，如果卷簧32被卷得过紧，超过一定限度后，卷簧32的滑头33将脱出原来所处的卡槽31，逆时针滑至卷簧回力器外壳30内壁上的下一个卡槽31，可有效避免卷簧回力器28出现结构损坏。

在球形浮漂10随着海岸波浪来回往复运动的同时，球形浮漂10偶尔也将沿着柔性导向绳16出现滚转现象，很可能导致连接于牵引绳固定环13上的牵引绳18与柔性导向绳16缠绕在一起。为此，球形浮漂10的导向管11靠近海岸的一侧设置有防缠绕轴承12，且防缠绕轴承12上侧设置有牵引绳固定环13，防缠绕轴承12下侧设置有配重块14，下侧设置的配重块14将使防缠绕轴承12形成的“不倒翁效应”，即无论球形浮漂10如何滚转，防缠绕轴承12的配重块14将因重力作用持续稳定保持在防缠绕轴承12最下侧，而牵引绳固定环13将稳定保持在防缠绕轴承12的最上侧，以此保证球形浮漂10随着海岸波浪来回往复运动的过程中，牵引绳18与柔性导向绳16始终不会缠绕在一起。

由于海岸波浪时而涌向岸边，时而落回海洋，海岸波浪如此循环往复运动，为了能够全天候持续发电，所述的并联往复式海岸波浪发电装置结构设计巧妙合理，采用多套并联的单线往复式海岸波浪能收集装置及配套的装配好的绕线器20与卷簧回力器28，只要并联分布的多套单线往复式海岸波浪能收集装置其中有1个球形浮漂10随着海岸波浪漂离海岸被拉向海洋，该球形浮漂10都将通过牵引绳18带动配套的绕线轮21旋转，进而通过发电机转轴19带动发电机36发电。海岸波浪来回往复，多套并联的单线往复式海岸波浪能收集装置源源不断地收集海岸波浪能，经配套的多套绕线器20与卷簧回力器28带动发电机36持续发电。此外，相对于传统的海岸波浪发电装置，所述的并联往复式海岸波浪发电装置其结构主要包括海上结构部分和陆上结构部分，海上结构部分采用多套并联的单线往复式海岸波浪能收集装置，增加了海岸波浪能的收集效率，陆上结构部分包括多套装配好的绕线器与卷簧回力器及配套的发电机，有效解决了传统海岸波浪发电装置整体易被海水腐蚀老化的问题，延长了所述的并联往复式海岸波浪发电装置的使用年限，降低了发电成本。该发明方案结构设计简单可靠，可有效利用海岸波浪持续发电，具有较强的适应性。