一种浮子势能动能之间相互转换获取海浪能的方法和装置

摘要

本发明的名称是一种浮子势能动能之间相互转换获取海浪能的方法和装置，涉及一种震荡浮子式海浪能获取方法及装置。它主要是解决现有震荡浮子式海浪发电多以随波方式运行，获取能量和效率都不高的问题。本发明获取海浪能的方法是，包括导轨浮子自由震荡浮子装置，其特征是：在导轨浮子自由震荡浮子装置的浮子上加装制动机构，输出轴上加卸载离合器，通过制动机构和加卸载离合器控制浮子在海浪低点和高点之间的动、势能相互转换，完成浮子的空载下冲‑‑制动‑‑释放‑‑空载上冲‑‑做功‑‑空载下冲的循环来获取能量。本发明通过制动机构和加卸载离合器控制浮子在海浪低点和高点之间的动、势能相互转换的方法获取海浪能，获取的能量和效率高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种获取海浪能的方法及装置，具体的是涉及一种浮子势能动能之间相互转换获取海浪能的方法和装置。

背景技术

海浪能是绿色可再生能源的重要部分，现有震荡浮子式海浪发电多以随波方式运行，获取能量和效率都不高，虽然可以达到发电的目的，但获取能量与成本之比太低，难以投入实际使用。

发明内容

本发明的目的是针对上述的不足，而提出的一种使浮子以间歇脉冲的方式运行，获取能量和效率高的浮子势能动转换海浪能获取方法和装置。

本发明获取海浪能的方法的技术解决方案是：包括导轨浮子自由震荡浮子装置，其特征是：在导轨浮子自由震荡浮子装置的浮子上加装制动机构，输出轴上加卸载离合器，通过制动机构和加卸载离合器控制浮子在海浪低点和高点之间的动、势能相互转换，完成浮子的空载下冲--制动--释放--空载上冲--做功--空载下冲的循环来获取能量。

本发明获取海浪能的装置的技术解决方案是：固定在岸基或浅海桩基或大型海上漂浮平台上的导向框架内侧安装有导向轮组，浮子置于导向轮组内侧，浮子的制动机构固定在导向框架上，导向框架的上部固定有支撑架，浮子通过浮子控制杆和连接卡与支撑架上的传动装置连接，传动装置通过加卸载离合器与输出轴连接。

本发明获取海浪能的装置的技术解决方案中所述的制动机构是摩擦制动机构或机械锁死机构。

本发明获取海浪能的装置的技术解决方案中所述的加卸载离合器是一种通用离合器。

本发明获取海浪能的装置的技术解决方案中所述的支撑架上的传动装置是固定在支撑架上下的一对轴承座上安装有滑轮轴，滑轮轴与滑轮组固定连接，在滑轮组上绕有钢索，滑轮轴通过加卸载离合器与动力输出轴连接，浮子控制杆的上端通过连接卡连接在钢索上。

本发明获取海浪能的装置的技术解决方案中所述的浮子是一个圆柱体或椭圆体，圆柱体或椭圆体的下端设有纺锤体或圆锥体。

本发明获取海浪能的装置的技术解决方案中所述的钢索的外侧设有张紧轮，张紧轮固定在支撑架上。

本发明获取海浪能的装置的技术解决方案中所述的浮子内设有调节水泵。

本发明是利用制动机构和加卸载离合器控制浮子的运行方式，使得浮子在特定运动区被制动或空载运行，改变浮子原有的随波运行方式，使得浮子以间歇脉冲的方式运行，将全部（或部分）浮子的浮力位能或部分浮子的重力位能转换成浮子动能。当海浪运行到最低位或最高位时利用浮子的动能使浮子的自然沉浮点冲入水中或冲出水面，完成浮子的空载下冲--制动--释放--空载上冲--做功--空载下冲的循环。浮子在上、下行状态下相互反馈致使浮子的下冲深度和上冲高度越来越大直至平衡，浮子行程的加大可以大幅提高海浪能的获取能力。

本发明的优点如下：

1、由于有冲入、冲出作用浮子潜入水中更深，因为海浪能与深度成二次方关系，所以获取的海浪能更大；

2、因为浮子开始做功时由于浮子下降速度与海浪下降速度同步，浮子做功重力不变，所以浮子单位面积所做的功=S*H，其他剩余能量几乎可以全部转化为下冲动能，转化效率很高；

3、本发明由于能量获取大幅提高，而且增加设备不多，所以经济成本也大幅降低；

4、本发明除导向轮组与海水接触外，其他运动部件均在海面以上。防腐蚀问题比较好处理。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中滑轮轴与输出轴的连接关系俯视图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明的导向框架１固定在岸基或浅海桩基或大型海上漂浮平台上，构成整个装置的基础；导向轮组2安装在导向框架１内，构成浮子４的导轨；浮子４的制动机构３安装在导向框架1上，制动机构3可以采用摩擦制动机构或机械锁紧机构，通过制动机构3可以控制浮子4的锁定与释放；浮子4安装在导向轮组2内，浮子4可以在导向轮组2内作上、下移动；浮子4是一个在圆柱体或椭圆体，为保证浮子4在工作中不被海浪淹没，浮子4必须有一定高度，浮子4下部设为纺锤形或锥形，用以提高下冲深度，浮子4上部安装有浮子连接杆5，浮子连接杆5通过连接卡6与一套传动装置连接，浮子连接杆5的上端通过连接卡6连接在传动装置中钢索11的中部；该传动装置包括固定在导向框架1上部的支撑架8，在导支撑架8上下各固定一对轴承座12，滑轮轴13安装在轴承座12上，滑轮组9与滑轮轴13固定连接，在滑轮组9上绕有钢索11，在钢索11外侧设有张紧轮10，张紧轮10固定在支撑架8上，起到对钢索11的张紧作用，使得钢索11与滑轮组9之间不会打滑；滑轮轴13通过加卸载离合器14与动力输出轴15连接，加卸载离合器14为一般通用离合器，起到浮子4加、卸载的作用，动力输出轴15与发电机连接；在浮子4内安装调节水泵7，调节水泵7上连接有抽、排水管16，通过调节水泵7抽、排浮子4内的配重水调节浮子4的重量，以确保浮子4重量与上冲高度大致匹配；检测控制装置为通用的检测控制装置，检测控制装置包括计算机和浪高检测、浪速检测、控制元件，对浪高、浪型、浪速进行测量，分析得出最佳制动、卸载、加载、调速时间，并通过控制元件控制整个系统运行；检测控制装置通过控制制动机构3、加卸载离合器14、调节水泵7和发电机励磁实现浮子4的锁闭--解锁--上冲--加载--卸载--下冲-锁闭过程的控制。

本发明的工作流程：

①开始工作时制动机构3和加卸载离合器14全部释放，浮子4自由浮动，当海浪达到低点浮子4下冲深度为L(初始时L=0）时，制动机构3将浮子4锁定不能移动；

②海浪再次上升时浮子4不动，浮子4不随海浪上升，当海浪上升H达到最高点或近高点时，浮子4与海浪平面有一个浮子浮力位能差等于H+L的深度；此时释放制动机构3，加卸载离合器14处于打开状态，滑轮轴13与输出轴15脱离，浮子4空载，浮力使得浮子4不断加速上行；

③浮子4自然沉浮点达到水平面时加速度为零，但速度V最大，所以浮子4会继续向水面上运动，减速上行直到速度V为零，此时浮子4跃出水面以上S高度，S为上冲高度, 由于空气阻力较小，S≈H+L。这时加卸载离合器14闭合，滑轮轴13与输出轴15同步转动，海浪开始下降时浮子4跟随海浪一同下降，浮子4依靠自身重力(此时浮子单位面积重力=S)带动钢索6，驱使滑轮9--滑轮轴13--动力输出轴15带动发电机做功。此时浮子4下降速度不能过快，通过调整发电机励磁控制载荷大小使浮子4下降速度与海浪下降速度基本保持一致；

④当海浪下降到最低位（近低位）时，浮子4单位重量所做功为海浪高点时浮子4在上冲高度S时的单位重力与浮子4随海浪下降距离H乘积，功=S*H。此时由于浮子4和海浪同步下降，所以浮子4仍高出水面S（或接近S）的距离，立刻打开加卸载离合器14卸载，滑轮轴13与输出轴15脱离浮子4空载，浮子4空载后由于重力作用浮子4的重力位能转换成动能冲入水面以下L深度，L=mS, m为下冲系数，由于水阻力较大，ｍ与下冲深度和浮子4直径有关，当下冲速度为零时制动锁闭，系统又回到状态②，进入下一循环。

由于下冲深度L越深产生点上冲高度S≈Ｈ＋Ｌ就越高，而上冲高度S越高下一个下冲深度Ｌ也更低，形成一个正反馈，由于下冲越深阻力较大，所以达到某一深度后浮子4下冲深度基本稳定。下冲点越低上冲点就越高，由于浮子4单位面积所做的功=S*H, L越大S就越大，整个系统做的功越大,所以尽可能提高下冲深度L以求获取更大的海浪能。本发明的操作方案还可以是：1、在浪高H较大时可以延迟卸载时间以获取更多的能量并减少下冲阻力损失；2、在上冲高度S可能超出设计高度时可以在浮子4上跳段部分加载获取部分能量并限制上冲高度S。灵活控制制动机构3与加卸载离合器14的锁定和释放以获取最大能量。