Lu-1排浪發電機的制作方法

所屬
技術領域：
：開發新能源
背景技術：
：：目前，轉換海能的方式基本有：根據海洋潮汐特性，采用筑壩蓄水的方式，漲潮時蓄水儲能，落潮后放水驅動水輪機發電。這種方式的不足之處是，發電間歇時間長，不能連續發電；根據海洋中有海流的特點，在海流強的區域安裝水輪機發電的方式。這種方式的不足之處是，在水下安裝使用，管理和維護難度都很大；根據海浪起伏運動的特點，利用浮子隨浪起落得到機械能發電的方式。這種方式的不足之處是，只利用了海浪的勢能，海能轉換率低；還有利用海浪的沖力，推動一端固定的阻浪器，利用阻浪器來回擺動得到機械能發電的方式。這種方式的不足之處是，阻浪器在水中擺動阻力大，擺幅小，海能轉換率也低。盡管已產生了各式各樣的海能轉換設備，也取得了相應的成果，但還沒有一種是能普遍推廣的實用機型。海電事業仍處在研發階段。本發明目的：現已研制出來的機型還不能使海電事業成為產業，必須研制新的機型。開發利用海能是遲早的事，因海能是自然產物，不會枯竭，能量大，發展海電事業前景無限。在這種思潮的驅動下，我根據排浪的運動狀態，經多年的努力，研發出了lu---1排浪發電機。它能夠克服現有機型的不足，是新型實用的海能轉換設備。本發明的特點：它與其它海能轉換設備相比有以下特點：1、它能同時以海浪的勢能和動能為動力，主機基本在空間運轉，能源大，阻力小，海能利用率高。2、它能單機自主運轉，多機聯動，動力大，發電量就大，并能連續運轉發電，適于建造大型海電廠選用。3、運轉可靠，它能隨浪而動，以水平線為零度，它能在零度到180度區間無運轉死點運行，運轉幅度大前所未有。4、可固定式，也可移動式，根據海域特點采用相應的方式，可提高設備抵抗風浪災害的能力，保障設備安全。lu---1排浪發電機被應用后，必將拉開海電事業大發展的序幕，使海電事業成為新興的能源產業，促進社會進步。一、結構lu---1排浪發電機由機架、能量轉換器、動力傳動系統、液壓系統、變速箱、發電機、輸電線路組成。其中液壓系統、變速箱、發電機、輸電線路都采用通用設備，其結構略。1、機架的結構：機架是該設備的支撐系統，每個機架由四根矩形分布的圓形立柱和一個框架結構的直角四棱體的橫梁及兩個液壓機組成。固定式設備四根圓形立柱固定在海床上，移動式設備四根圓形立柱固定在運行底盤上，起支撐橫梁的作用。每個立柱上都安裝一個圓形套管，套管內壁上、下各開一個環形凹槽，槽內裝滿滾珠后套裝在立柱上。兩個套管間焊接一根圓形橫軸，兩個立柱頂部安裝一個t形頂梁，在頂梁和橫軸間安裝一個液壓機，操縱液壓機升降橫軸，使設備與漲潮落潮水位變化相適應。橫梁是該設備的承重梁，各配件都安裝在橫梁上，橫梁的兩端分別安裝在套管的橫軸上，組成一個機架，機架按照排浪走向分布，使設備與排浪運動狀態相適應。2、能量轉換器的結構：(見附圖2)能量轉換器是該設備產生動力部分，其結構是核心技術，為了使能量轉換器的結構與性能相適應，它的外形呈l形，由水平漂浮的船體、上翹的船尾和直角三角形支撐板三部分組成。船體是一個多邊五棱體，剖面上部是弓形，中間是矩形，下部是等腰三角形。船體的前面是一個下部向后傾斜10度的平面。上翹的船尾是一個橢圓四棱體，剖面上下都是弓形，中間是矩形，用一個平面封頂。船體和船尾按照需要的角度焊為一體，是一個封閉的空心體。為使能量轉換器內外壓相等，與環境變化相適應，在船體上部安裝進氣口和排氣口各一個，由自動閥門控制，為防止船體倒置時進氣口進水，進氣閥安有倒置閉鎖裝置。在船體與船尾連接處開始把直角三角形支撐板的斜邊焊接在船尾下部，在直角三角形支撐板上，以船底的延長線與吃水深度等長的垂線相交點為圓心鉆一個動力軸孔。這就是一個能量轉換器的結構。在船體前面用一塊矩形鋼板，后下部用一根動力軸穿入軸孔并固定，上翹的船尾間用小橫梁把兩個以上的能量轉換器連為一體，這個組合體稱為機組。船體前面的連接鋼板稱迎浪板。(見附圖3)把機組的動力軸兩端分別安裝到機架橫梁上的支架上和變向箱內，機組就能以軸為支點上擺或回落。升降橫梁把機組調整到水平漂浮狀態后，海浪經過機組時，浪峰使機組的浮力增加，增加的浮力抬升機組使它做上擺運動產生機械能，這樣就把海浪的勢能轉化為機械能了。在機組被抬升的瞬間，迎浪板由斜面變為垂面，海浪沖擊迎浪板時，機組在沖力作用下，也要做上擺運動產生機械能，這樣又把海浪的動能轉為機械能了。機組擺幅越大，轉化的海能越多。浪峰過后就是波谷，海浪對機組作用力減少，在運轉阻力作用下，機組停止上擺，在重力矩和船尾浮力矩的共同作用或單獨作用下回落到水平漂浮狀態，完成一次能量轉換過程。機組上擺是把海能轉為機械能的過程，回落就是把機組儲存的海能轉為機械能的過程，機組一起一落產生的機械能之和就是機組一次轉化的海能。能量轉換器采用以吃水深為高的直角三角形支撐板對機組運轉產生的效應是：使機組在水中運轉的部件橫截面最小，不但能減少阻力，提高海能轉化率，還能增加重力臂長。能量轉換器采用上翹的船尾對機組運轉產生的效應有兩個：1)能保障浪小時機組運轉。浪小時海能少，機組上擺的幅度小，重力矩大，停擺后在重力矩作用下能自行回落到水平漂浮狀態。無論上擺還是回落，上翹的船尾都完全在空間運行，只受氣動阻力作用，運轉阻力小，在船尾的重心超過支點后，其重力矩還有助于機組上擺，這樣的結構能使機組在浪小時盡量提高上擺的幅度，提高海能轉化率。2)上翹的船尾能消除機組的運轉死點，保障運轉可靠性。現以由船體船尾夾角為140度的能量轉換器組成的機組為例來說明這樣結構的機組沒有運轉死點的原因。機組在40度內運轉時，上擺的動力來自海能，海能有多大，機組就能上擺多大幅度。回落的動力只來自機組重力矩，只要重力矩大于運轉負載阻力矩，機組就沒有運轉死點，能起就能運轉到水平漂浮狀態。機組上擺超過40度后，部分船尾開始浸于水中，產生浮力矩，浮力矩一旦產生就是機組上擺的阻力矩，回落的動力矩，而且擺角越大，產生的浮力矩也越大，使機組回落的重力矩和船尾產生的浮力矩是一對互補動力矩，重力矩減少，浮力矩增加；浮力矩減少，重力矩增加。無論單獨作用還是共同作用，機組都能運轉到水平漂浮狀態。就是在強大的海浪作用下，機組上擺180度后，完全浸于水中，這時機組的浮力已是漂浮時的二倍以上，海浪過后，強大的浮力矩不但能把機組托出水面，還能在船尾的浮力矩作用下繼續運轉，再在重力矩作用下運轉到水平漂浮狀態，也沒有運轉死點。綜上所述，這樣結構的機組，不但能隨浪而動，還沒有運轉死點。3、動力傳動系統的結構：(見附圖4)動力傳動系統是把各機組產生的動力傳送到變速箱的通道，由變向箱、總傳動軸和防水套管組成，安裝在機架的橫梁上。1)變向箱的結構：變向箱是把機組動力軸往復轉動的動力轉為定向轉動的動力設施，安裝在一個機組一側的機架橫梁上。它的外表是一個防水罩的箱體。變向箱的內部結構是：機組的動力軸與變向箱內的定向轉動軸以軸心線互相垂直地方式安裝在變向箱內。機組動力軸上安裝一個與軸固定的大直齒傘狀齒輪，定向轉動軸上安裝兩個隨大齒輪運轉的小直齒傘狀齒輪左右嚙合在大齒輪上。每個小齒輪的大徑面都與一個正轉驅動的內齒棘輪連體，每個棘輪內都安裝一個固定在定向轉動軸上的正轉驅動的棘爪輪，(見附圖5)。機組上擺時，機組動力軸上的大齒輪反轉，嚙合在大齒輪上的兩個小齒輪，一個正轉一個反轉，正轉的棘輪棘齒與棘爪嚙合，驅動定向轉動軸正轉。反轉的棘輪棘齒沿棘爪斜面滑動，不產生作用力。機組回落時，機組動力軸上的大齒輪正轉，嚙合在大齒輪上的兩個小齒輪，原來正轉的改為反轉，原來反轉的改為正轉。反轉棘輪的棘齒沿棘爪斜面滑動，不產生作用力。正轉棘輪的棘齒與棘爪嚙合，驅動定向轉動軸正轉。這樣就把機組動力軸的往復轉動動力，轉為定向轉動的動力，在變向箱內定向轉動軸一端安裝一個齒輪嚙合在總傳動軸的齒輪上，通過傳動齒輪把動力傳送到總傳動軸上。2)總傳動軸的結構與聯接：總傳動軸就是一根與機架橫梁長度相當的圓形長軸，在防水套管內運轉，防水套管安裝在橫梁上。總傳動軸的功能就是收集各變向箱輸出的動力，把總動力輸送到變速箱。橫梁間的總傳動軸用伸縮短軸和十字聯節把它們聯接成一根聯動軸。橫梁間的防水套管用伸縮短管和球裙鑲嵌節聯接起來，這樣就實現了多機聯動，還與機架交錯，橫梁升降差異相適應，保障了總傳動軸運轉，把動力順利地輸送到變速箱驅動變速箱運轉。4變速箱、發電機、輸電線路的安裝變速箱安裝在一個機架橫梁的一端，發電機安裝在變速箱上部。從發電機引出的輸電線以絕緣螺旋線懸垂方式與頂梁上的瓷瓶連接，再與電塔上輸電線路相接，這樣就使發電機升降與輸電線路固定相適應。二、實驗與測試為檢驗這樣結構機組的性能，我自制了一個由兩個能量轉換器組成的機組模型，進行運轉實驗和回落動力矩測試。每個能量轉換器的尺寸是：船體長28cm，寬11cm，船頭下部向后傾斜10度，吃水深7.8cm，總排水量船尾長邊17.5cm，短邊12cm，寬11cm，用平面封頂。船體和船尾以140度角焊為一體。直角三角形的支撐板兩個直角邊都是9.0cm，斜邊從船體船尾連接處開始焊接在船尾底下部，在距連接點8.5cm，距船尾底垂直高7.8cm處鉆一個動力軸孔。能量轉換器重心距軸心，水平距19cm，垂直距2.5cm。在兩個能量轉換器前面，用一塊長43cm、寬18cm的矩形鐵板，后下部用一根直徑0.5cm的動力軸，船尾間用一個小橫梁，把它們連接成一個機組，重3千克。把機組模型安裝在機架橫梁上，放置在波浪水域后，它能隨浪而動，小浪小擺，大浪大擺，較大擺幅達90度以上。能起就能自行回落到水平漂浮狀態，并能連續運轉。在相同水域，增大迎浪板浸水面積，機組增大擺幅。增大船體與上翹船尾的夾角，上擺幅度變小，回落動力增加。縮小它們的夾角，擺幅增加，回落動力減少，夾角小到一定程度產生運轉死點現象。船體重心前移，上擺幅度變小，回落動力增大。船體重心后移，上擺幅度增加，回落動力變小后移到一定程度，出現船體不能回落到水平漂浮狀態現象。增大船體兩側邊的角度，上擺幅度增加，入水速度變緩，減小船體兩側邊的角度，上擺幅度變小，入水速度變快，角度小到一定程度后，船頭入水后出現低于水平面負角運轉現象。把機組模型放置在靜水里，在零度到180度區間，任意擺放，它都能回落到水平漂浮狀態，并測得機組空載回落動力矩為：單位：牛頓·米上擺角度20406080100120140160180回落動力矩5.03.92.42.02.23.64.57.514.6測試說明，零度到180度區間都有回落動力，沒有運轉死點。實驗證明了結構決定性能，該海能轉換設備的能量轉換器的結構就是經過反復試驗而確定的。測試為應用該海能轉換設備提供了信心，這樣結構的海能轉換設備，不但具有運轉可靠性，還具有實用性，能為海電事業大發展做貢獻。本發明產生的積極效果：該設備被應用后，能建造大型海電廠，實現利用海能的理想，使海電事業從研發階段走向產業化時代，促進人類進步。附圖說明圖1是lu-1排浪發電機示意圖，圖中①是機架立柱，②是發電機，③是液壓機，④是螺旋絕緣線，⑤是立柱頂梁，⑥是動力機組。圖2是能量轉換器三視圖，由主視圖、俯視圖、左視圖三部分組成。圖3是動力機組直觀圖，圖中①是迎浪板，②是船體，③是進氣口，④是排氣口，⑤是上翹船尾，⑥是直角三角形支撐板，⑦是機組動力軸。圖4是動力傳動系統機械圖，圖中①是機架橫梁，②是變速箱，③是發電機，④是變向箱，⑤是動力機組，⑥是機組動力軸，⑦是總傳動軸，⑧是防水管，⑨是十字聯節，⑩是棘輪，是棘爪輪。圖5是棘輪、棘爪輪結構剖視圖，圖中①是棘輪，②是棘齒，③是棘爪輪，④是棘爪，⑤是棘爪彈簧。當前第1頁12