海上發電裝置及方法與流程

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本發明涉及波浪發電技術領域，尤其是涉及一種能量轉化效率高、安全性好的海上發電裝置及方法。

背景技術：

海洋能源的開發利用是能源研究的方向，在地球礦物能源逐漸枯竭及環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耗散的波浪能功率達27×105MW，技術上可利用的波浪能潛力為10×105MW。

現有的波浪發電裝置存在價格昂貴，能量轉化效率低及安裝地域受限的不足。

技術實現要素：

本發明的發明目的是為了克服現有技術中的波浪發電裝置價格昂貴，能量轉化效率低的不足，提供了一種能量轉化效率高、安全性好的海上發電裝置及方法。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種海上發電裝置，包括設于水上的上端開口的懸浮箱、設于懸浮箱上的控制器、設于懸浮箱邊緣上的環形浮標、發電裝置、設于懸浮箱內的平板、設于平板上的2個傾斜的導軌、用于分別支撐2條導軌上端的2個支撐柱、設于2條導軌上的中空的擺動體、設于懸浮箱上的若干條纜繩、設于擺動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電裝置連接；每條纜繩下端均設有錨；

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

擺動體將波浪的作用力轉化為對拉繩的拉伸力，通過杠桿將拉伸力放大，并通過發電裝置將機械能轉化為可以儲存的電能。

各個錨與水底土層或巖層固定，平臺箱和2條支撐柱給2條導軌穩定的支撐，懸浮箱確保了2條導軌的安全，環形浮標使懸浮箱懸浮于水面上，高度傳感器實時檢測懸浮箱的高度，控制器中設有幅度閾值W，控制器計算單位時間t內的高度變化幅度B；

當B≥W時，控制器控制伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度降低至75％A至80％A；

當B＜W時，控制器控制伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度升高至110％A至115％A；

當1.5W＜B≤2.5W時，控制器控制伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度降低至30％A至50％A；

當B≥2.5W時，控制器控制伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱進入懸浮箱內。

本發明既可以進行正常的發電工作，又不會被風浪破壞，安全性更好。

發電裝置可以設置在岸邊、防波堤上或者水上平臺上。

因此，本發明具有適用范圍廣、能量轉化效率高、安全性好的特點。

作為優選，2條導軌兩端均設有擋板，2條導軌上端的擋板下側面上均設有彈簧，擺動體通過2個滑塊分別與2條導軌相配合；杠桿包括支撐座和設有支撐座上的桿體，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。

當擺動體被風浪推至2條導軌上端的擋板處時，彈簧給擺動體提供了反推力，從而加快了擺動體回落的速度，提高了發電效率。

作為優選，所述發電裝置包括齒條、與齒條連接的復位彈簧、齒輪、與齒輪配合的兩個棘輪和兩個發電機；齒條和齒輪相嚙合，齒輪通過兩個棘爪分別與兩個棘輪相配合，兩個棘輪的轉軸分別與兩個發電機的轉子連接。

當連接繩的拉力大于復位彈簧的推力時，齒條向右移動，齒輪順時針轉動，齒輪通過棘爪帶動棘輪轉動。棘輪的轉軸帶動一個發電機的轉子轉動，發電機發電；

當連接繩的拉力小于復位彈簧的推力時，齒條向左移動，齒輪逆時針轉動，齒輪通過棘爪帶動另一個棘輪轉動。另一個棘輪的轉軸帶動另一個發電機的轉子轉動，發電機發電。

作為優選，每條纜繩均包括下端封閉的彈性管、設于彈性管上的若干個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，每條彈性管內均設有氣壓傳感器，各個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。

作為優選，還包括設于懸浮箱上的蓋板，蓋板與懸浮箱一側轉動連接，2個支撐柱上端通過繩索與蓋板連接。

一種海上發電裝置的方法，包括如下步驟：

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

(6-2)波浪帶動擺動體沿2條導軌移動，拉繩帶動杠桿一端上下波動，杠桿將拉繩的力放大并通過連接繩傳遞給發電裝置；

(6-3)控制器控制伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度為A；控制器中設有絲桿轉動圈數與支撐柱的高度的對應關系表，控制器可以通過控制伺服電機的轉軸的轉動方向、轉動速度、轉動時間而控制支撐柱的高度。

(6-4)高度傳感器實時檢測懸浮箱的高度，控制器中設有幅度閾值W，控制器計算單位時間t內的高度變化幅度B；

當B≥W時，控制器控制伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度降低至75％A至80％A；

當B＜W時，控制器控制伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度升高至110％A至115％A；

當1.5W＜B≤2.5W時，控制器控制伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度降低至30％A至50％A；

當B≥2.5W時，控制器控制伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱進入懸浮箱內。

作為優選，每條纜繩均包括下端封閉的彈性管、設于彈性管上的若干個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；每條彈性管內均設有氣壓傳感器，各個氣壓傳感器和氣泵均與控制器電連接；步驟(6-1)中還包括對于每條纜繩的控制步驟：

(7-1)在控制器中設定彈性管的標準氣壓范圍，控制器控制氣泵給彈性管充氣，彈性管充氣后膨脹，彈性管內的氣壓傳感器檢測彈性管內的氣壓；

(7-2)當彈性管內的氣壓達到標準氣壓范圍的上限值時，控制器控制氣泵停止充氣；彈性管的管壁與各個金屬套管擠緊，懸浮箱被穩定固定；

(7-3)當彈性管內的氣壓達到標準氣壓范圍的下限值時，控制器控制氣泵給彈性管充氣；

(7-4)重復步驟(7-2)至(7-3)。

作為優選，懸浮箱上還設有進水泵、排水泵和2個對稱設置的壓載箱，進水泵和排水泵均通過水管與2個壓載箱聯通，進水泵和排水泵均與控制器電連接；

(8-1)當B≥2.5W時，控制器控制伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱進入懸浮箱內；

并且控制器控制進水泵將水抽到2個壓載箱中，進水泵抽水時間達到T1后，控制器控制進水泵停止工作；

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

轉入步驟(6-3)。

作為優選，還包括設于懸浮箱上的蓋板，蓋板與懸浮箱一側轉動連接，2個支撐柱上端通過繩索與蓋板連接；當B≥2.5W時，控制器控制伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱逐漸下降并進入懸浮箱內；

當蓋板閉合后，控制器控制伺服電機停止工作。

因此，本發明具有如下有益效果：適用范圍廣、能量轉化效率高、安全性好。

附圖說明

圖1是本發明的一種結構示意圖；

圖2是本發明的懸浮箱的一種剖視圖；

圖3是本發明的齒輪、棘輪和棘爪的一種結構示意圖；

圖4是本發明的金屬套管的一種結構示意圖；

圖5是本發明的纜繩的一種結構示意圖；

圖6是本發明的實施例1的一種流程圖圖；

圖7是本發明的一種原理框圖。

圖中：懸浮箱1、控制器2、平板3、蓋板4、導軌5、支撐柱6、擺動體7、纜繩8、拉繩9、杠桿10、伺服電機11、高度傳感器12、擋板13、彈簧14、進水泵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。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步的描述。

實施例1

如圖1、圖2、圖7所示的實施例是一種海上發電裝置，包括設于水上的上端開口的懸浮箱1、設于懸浮箱上的控制器2、設于懸浮箱邊緣上的環形浮標、發電裝置、設于懸浮箱內的平板3、設于平板上的2個傾斜的導軌5、用于分別支撐2條導軌上端的2個支撐柱6、設于2條導軌上的中空的擺動體7、設于懸浮箱上的4條纜繩8、設于擺動體上的拉繩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電裝置連接；每條纜繩下端均設有錨；

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

2條導軌兩端均設有擋板13，2條導軌上端的擋板下側面上均設有彈簧14，擺動體通過2個滑塊分別與2條導軌相配合；杠桿包括支撐座101和設有支撐座上的桿體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，發電裝置包括齒條、與齒條連接的復位彈簧、齒輪41、與齒輪配合的兩個棘輪42和兩個發電機；齒條和齒輪相嚙合，齒輪通過兩個棘爪43分別與兩個棘輪相配合，兩個棘輪的轉軸分別與兩個發電機的轉子連接。

如圖6所示，一種海上發電裝置的方法，包括如下步驟：

步驟100，放置發電裝置

使懸浮箱懸浮于水面上，使各條纜繩進入水下，各個錨固定在水底的固定物上；

步驟200，開始發電

波浪帶動擺動體沿2條導軌移動，拉繩帶動杠桿一端上下波動，杠桿將拉繩的力放大并通過連接繩傳遞給發電裝置；

步驟300，設定支撐柱高度

控制器控制伺服電機帶動絲桿轉動，使支撐柱的高度為A＝1.2米；

步驟400，動態調整支撐柱高度

高度傳感器實時檢測懸浮箱的高度，控制器中設有幅度閾值W＝50厘米，控制器計算單位時間t內的高度變化幅度B；