[發明專利]一種基于差式杠桿原理捕獲波浪能發電的裝置及方法

有效

• 申請號: 202010085525.5
• 申請日: 2020-02-08
• 公開（公告）號: CN111255618B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 朱紅鈞;唐濤;李國民;胡潔;張春;譚小年;唐堂;褚鑫;劉紅葉
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: F03B13/20
• 分類號: F03B13/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于差式杠桿原理捕獲波浪能發電的裝置，由四個浮力-發電系統及兩個電力存儲控制系統構成；四個浮力-發電系統呈正方形布置，每個浮力-發電系統由浮球(2)、上部發電模塊和下部發電模塊構成；每個浮球(2)被相鄰的兩個浮力-發電系統所共用，浮球(2)下部開有供兩個動力輸入桿(11)插入的盲孔，相鄰兩個浮球(2)之間由上部發電模塊連接，在浮球(2)上與上部發電模塊連接的部位開槽，槽內安裝有與上部發電模塊軸線垂直的旋轉接頭固定桿(6)；上部發電模塊由一個保護套(3)、兩個伸縮節(4)、兩個旋轉接頭連接桿(7)、兩個旋轉接頭(5)和滑動式發電組件構成；保護套(3)為一長方體箱體結構，兩個伸縮節(4)為圓筒形結構，分別固定于保護套(3)的兩端，伸縮節(4)的軸線與保護套(3)長邊平行；兩個旋轉接頭連接桿(7)軸線與伸縮節(4)軸線重合，一端固定于伸縮節(4)外端面，一端連接有旋轉接頭(5)；旋轉接頭(5)套裝在旋轉接頭固定桿(6)上，可繞旋轉接頭固定桿(6)軸線自由旋轉；下部發電模塊由位移放大組件、固定支撐組件和轉動式發電組件構成；位移放大組件由一根位移放大接收桿(18)、兩根動力輸入桿(11)、兩根杠桿(12)、兩個支座(15)、兩根動力輸出桿(13)及柔性短接(14)組成；位移放大接收桿(18)為一長方體，其軸線與保護套(3)長邊平行；兩根對稱分布的圓柱體動力輸出桿(13)垂直放置，其下端通過柔性短接(14)與位移放大接收桿(18)端部相連，而上端通過柔性短接(14)與杠桿(12)端部相連；兩根杠桿(12)對稱布置，杠桿(12)為長方柱體，杠桿(12)軸線與位移放大接收桿(18)軸線平行，杠桿(12)一端通過柔性短接(14)與動力輸出桿(13)相連，杠桿(12)另一端通過柔性短接(14)與動力輸入桿(11)連接，杠桿(12)中部靠近動力輸出桿(13)的一側開有水平通孔，通孔軸線與杠桿(12)軸線垂直；支座(15)的轉軸穿過杠桿(12)上的通孔后固定在支撐板(16)上端，使杠桿(12)可繞支座(15)在垂直平面內自由旋轉；兩根對稱分布的圓柱體動力輸入桿(11)垂直布置，其下端連接杠桿(12)，而上端通過柔性短接(14)插入到浮球(2)下部的盲孔中固定；動力輸入桿(11)、杠桿(12)、動力輸出桿(13)、位移放大接收桿(18)均位于同一鉛直平面；固定支撐組件包括兩塊支撐板(16)和兩根固定橫桿(17)；支撐板(16)上端與支座(15)通過焊接固定，支撐板(16)下端固定于外殼(1)內底面，支撐板(16)下部開有供固定橫桿(17)穿過的水平通孔；電力存儲控制系統由外殼(1)、蓄電器(21)和水位控制組件構成；外殼(1)為中空正方體，由對稱的兩半殼體通過螺栓對接而成，外殼(1)上表面開有供動力輸入桿(11)穿過的通孔，通孔與動力輸入桿(11)之間采用密封軸承密封，以保證防水和動力輸入桿(11)可以上下自由滑動，外殼(1)內底面設有固定支撐板(16)的凹槽；蓄電器(21)固定于外殼(1)內底面，一方面存儲來自上部發電模塊和下部發電模塊產生的電能，另一方面向水位控制組件供電；水位控制組件包括遠程信號控制箱(24)、水位控制箱(22)、抽水泵(23)、進水管(26)、出水管(27)和單向閥(25)；遠程信號控制箱(24)由蓄電器(21)供電，遠程信號控制箱(24)通過電線(20)連接抽水泵(23)、出水管(27)上的單向閥(25)和進水管(26)上的單向閥(25)；水位控制箱(22)為一密閉的箱式容器；進水管(26)一端連接水位控制箱(22)，另一端穿過外殼(1)上的通孔伸至海水中，在外殼(1)內部的進水管(26)上安裝有一個單向閥(25)；出水管(27)一端連接水位控制箱(22)，另一端經過抽水泵(23)后穿過外殼(1)上的通孔伸至海水中，在抽水泵(23)出口與外殼(1)間的出水管(27)上安裝有一個單向閥(25)；其特征在于：所述的滑動式發電組件位于保護套(3)內部，由磁鐵(8)、U型滑軌線圈(9)、導體滑棒(10)組成，兩塊磁鐵(8)分別處于保護套(3)內部的上下兩側，相向布置且相對的兩塊磁鐵(8)磁性相反；U型滑軌線圈(9)位于兩塊磁鐵(8)正中間，U型滑軌線圈(9)中部開有供導體滑棒(10)自由滑動的滑軌，滑軌其中一端為盲端；所述的固定橫桿(17)一端穿過支撐板(16)上的通孔后通過螺釘與支撐板(16)連接，另一端連接一塊磁鐵(8)；轉動式發電組件包括兩個框式線圈(19)和兩塊磁鐵(8)，水平布置的框式線圈(19)固定在位移放大接收桿(18)的兩端；磁鐵(8)與固定橫桿(17)相連，相對的兩塊磁鐵(8)磁極布置相反。

2.一種基于差式杠桿原理捕獲波浪能發電的方法，采用如權利要求1所述的基于差式杠桿原理捕獲波浪能發電的裝置，其特征在于：整個裝置呈正方形分布布置于海面上，浮球(2)因浮力作用漂浮于水面，四個浮球(2)位于正方形的四個頂點；由于外殼(1)上表面開有供動力輸入桿(11)穿過的通孔，通孔與動力輸入桿(11)之間采用密封軸承密封，當波浪引起海面起伏時，浮球(2)帶動動力輸入桿(11)上下自由運動，而外殼(1)及其內部構件在重力作用與水位控制箱(22)的調控下位于水面下方，處于相對靜止狀態，因此浮球(2)與外殼(1)之間存在相對位移；上部發電模塊發電的方法：海面出現波浪時，浮球(2)隨波浪上下運動，因波浪存在一定的波長，相鄰兩個浮球(2)間的起伏運動不一致，導致浮球(2)之間存在高差，與旋轉接頭(5)相連的旋轉接頭連接桿(7)帶動伸縮節(4)和保護套(3)向其中一個浮球(2)傾斜，保護套(3)內部的導體滑棒(10)在傾斜狀態下受重力作用沿U型滑軌線圈(9)滑動，在磁場中切割磁感線產生電能；當浮球(2)上下運動時，伸縮節(4)補償吸收保護套(3)軸向的伸縮變形，防止設備損壞；下部發電模塊位移放大及發電的方法：波浪引起浮球(2)上下運動，當浮球(2)垂直向上運動h₁，帶動動力輸入桿(11)向上運動h₁，在杠桿(12)作用下動力輸出桿(13)向下運動h₁·x₁/x₂，其中x₁是動力輸入端的力臂長度，x₂是動力輸出端的力臂長度，動力輸出桿(13)帶動位移放大接收桿(18)一端向下運動h₁·x₁/x₂；同理，浮球(2)垂直向下運動h₂導致位移放大接收桿(18)另一端向上運動h₂·x₁/x₂；相鄰兩個浮球(2)發生反向運動時，在位移放大接收桿(18)兩端產生相反方向的旋轉運動，其疊加后的位移為h₁·x₁/x₂+h₂·x₁/x₂，實現了單側位移的疊加放大；由于框式線圈(19)與位移放大接收桿(18)屬于剛性連接，所以框式線圈(19)運動位移同樣為h₁·x₁/x₂+h₂·x₁/x₂，因此框式線圈(19)內的磁通量在一次波浪升沉運動中變化更多，產生更多的電能；上部發電模塊與下部發電模塊產生的電能通過電線(20)傳輸至蓄電器(21)，蓄電器(21)向遠程信號控制箱(24)提供電能以控制單向閥(25)的開合狀態；當海面出現大風浪時，遠程信號控制箱(24)接收信號，打開進水管(26)上的單向閥(25)，關閉抽水泵(23)和出水管(27)上的單向閥(25)，通過壓差作用向水位控制箱(22)內部注入海水，增加整個裝置的配重，使裝置沉入水面以下免受海面大風浪的影響；大風浪過去后，遠程信號控制箱(24)接收信號，關閉進水管(26)上的單向閥(25)，打開抽水泵(23)和出水管(27)上的單向閥(25)，排出水位控制箱(22)內的部分海水，減小裝置的配重，當裝置達到正常吃水深度時，關閉抽水泵(23)和出水管(27)上的單向閥(25)，開始正常工作。