多向联轴式波浪能发电装置的设计与研究
一种小型海浪发电装置的研究实践
文章编号：2095-6835（2022）18-0009-04一种小型海浪发电装置的研究实践＊詹映柔1，2，潘永馨1，王英如1，刘朕廷1，马颖1（1.广州大学物理与材料科学学院，广东广州510006；2.中国科学院大学国家天文台，北京100101）摘要：在对国内外现有的海浪发电装置进行分析研究基础上，结合海浪特点提出了一种新型的海浪发电装置设计方案。
论证了工作原理，完成了装置制作。
该海浪发电装置体积小巧，能量转换环节少，发电效率高，通过试验，在模拟浪高6.5cm的情况下，可达到119mA的电流峰值。
这种小型海浪发电装置可满足日常照明等生活用电需求，具有较好应用前景。
关键词：小型海浪发电装置；直驱式；海浪能；能源转化中图分类号：TM612；P743文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2022.18.003海浪是一种凌乱的波动现象，浪高和波形都会发生变化且同调性很差[1]。
因为海浪具有凌乱、反复无常的特性，将其转化为机械能再用于发电具有较大困难，所以至今为止，仍然没有任何一项海浪发电装置能够实现真正的商业运转。
1现有海浪发电装置分析目前国内外已有的海浪发电装置主要可分为衰减式、点吸收式、摆荡式、越顶式、水柱振荡式、沉潜压差式六大类型，外加不易归纳的其他类型。
1.1衰减式“海蛇号”为此类装置的代表。
工作时装置沿海浪传播方向漂浮于水面上。
取能浮体在海浪作用下做上下起伏运动带动各节铰接处相对转动，从而推动内部的液压缸往复运动将流体压入储能器中，液压马达在高压流体作用下旋转带动电机以输出电能。
但是该类装置取能浮体质量较大难以适应海浪的快速变化。
装置较为精密难以维修且只能拦截有限范围内的海浪[2]。
1.2点吸收式该类装置的取能浮体漂浮海面，在海浪作用下带动水下管内部的活塞上下运动，一般也取用活塞推动液压缸压缩流体使液压马达旋转的方式带动电机工作。
但此类装置只能利用海水上下运动的动能，且装置的成本较高。
波浪能发电装置综述
长期以来袁世界各地出现了形形色色的海洋波能转换装置袁其种 类是各种海洋开发装置中最多的袁 因此对它们进行分类的标准也很 多遥 按照工作的场所袁可以分为海岸式波浪能转换装置和海洋式波浪 能装换装置曰按照波浪能转换装置吸收波浪能的方式来分的话袁大略 可以分为垂直摆荡式尧空腔共振式尧压力式等遥
渊员冤浮体 用于安装发电设备袁使装置能浮于海面袁为漂浮式的波浪能发电 装置所必须遥 浮体必须具有一定的容积与浮力袁结构要坚固袁能耐海水 腐蚀袁外形能适应波浪环境曰还要能承载全部发电设备袁使整个装置浮 动于海面之上遥 渊圆冤波浪能接收器 用于接收或吸收波浪的能量遥 由于波浪能是一种散布在海面的低 密度能量袁故该部件尺寸要足够大袁或组成阵列袁以吸收较多的波浪 能遥 波浪能接收器吸收波浪能力的效率低是衡量整个装置性能优劣的 主要指标遥 渊猿冤波力放大器 这是由波浪能接收器所吸收的分散波浪能变成集中能量的设备袁 其作用是把波浪能接收器接收的分散的波浪能变成集中地能量遥 通常 用气筒尧油压泵尧水压泵等来完成遥 例如在气柱振荡式波浪能发电装置 中袁 需要把流经空气涡轮的气流速度加大袁 最多从 lm/s 左右提高到 lOOm/s袁才能驱动空气涡轮高速旋转袁带动发电机发电遥 渊源冤原动机一发电机 它们的作用是完成波浪能向电能的装换遥 原动机可用空气涡轮尧 液压马达尧水轮机等遥 发电机可用交流发电机袁也可用直流发电机遥 渊缘冤电器控制与自动控制设备
波浪能的研究现状与开发利用
波浪能的研究现状与开发利用随着世界经济的发展，人口的激增，社会的进步,人们对能源的需求日益增长。
占地球表面70％的广阔海洋，集中了97％的水量,蕴藏着大量的能源，即海洋能。
近20多年来，受化石燃料能源危机和环境变化压力的驱动，作为主要可再生能源之一的海洋能事业取得了很大发展,在相关高技术后援的支持下,海洋能应用技术日趋成熟，为人类在下个世纪充分利用海洋能展示了美好的前景。
海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，主要为潮汐能、波浪能、海流能(潮流能）、海水温差能和海水盐差能。
更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。
究其成因，潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化，其他基本上源于太阳辐射.海洋能源按储存形式又可分为机械能、热能和化学能.其中，潮汐能、海流能和波浪能为机械能，海水温差能为热能，海水盐差能为化学能。
其中波浪由于开发过程中对环境影响最小且以机械能的形式存在，是品位最高的海洋能.据估算，全世界波浪能的理论值约为109Kw量级。
是现在世界发电量的数百倍，有着广阔的商用前景，因而也是各国海洋研究的重点。
自20世纪70年代世界石油危机以来，各国不断投入大量资金人力开展波浪能开发利用的研究，并取得较大的成果。
日，英，美，澳的国家都研制出应用波浪发电的装置，并应用于波浪发电中。
我国对波浪能的研究，利用起步较晚，目前我国东南沿海福建。
广东等地区已在试验一些波浪发电装置波浪能简介：波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。
波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比.波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。
波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的，它实质上是吸收了风能而形成的。
能量传递速率和风速有关，也和风与水相互作用的距离有关。
波浪可以用波高、波长和波周期等特征来描述目前波浪能的主要的主要利用方式是波浪能发电，此外，波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及制氢等.利用波浪能发电就是利用能量守恒定理，水的动能和势能转换为机械能，带动发电机发电。
基于波浪能发电装置的技术性研究
基于波浪能发电装置的技术性研究作者：邵斌等来源：《价值工程》2012年第27期摘要：波浪能是海洋能中蕴藏最为丰富的能源之一，也是近期研究最多的海洋能源之一。
本文通过系统分析，设计出了一种新型的波浪能发电装置，该装置能连续不间断地供应波浪能并将其转化为电能。
其主要工作原理是利用不同浮子在波的作用下的延时性和与浮动平台的高度差来不间断供能。
该装置能有效的增强工作范围内对波浪能的吸收率和吸收量，具有较高的经济价值和实用价值。
Abstract： The wave energy is one of the most abundant energy in the ocean energy latent recent study one of the largest ocean energy. Though the Systems analysis， we design a new kind of wave power generation device， the device uninterrupted supply of wave energy and convert it to electricity. Its main principle is to use the height difference between different float delay in the effect of wave and floating platforms to uninterrupted energy supply. The device can effectively enhance the absorption rate and absorption of wave energy within the scope of work， has a high economic value and practical value.关键词：波浪能；波能转换；发电装置Key words： wave energy；wave energy conversion；generating device中图分类号：TV139.2 文献标识码：A 文章编号：1006—4311（2012）27—0030—020 引言随着人类对能源需求的与日俱增，单一利用传统化石类燃料已远远不能满足人类现阶段的日常所需，因此积极开发新型可再生无污染的新能源已是迫在眉睫。
波浪能发电技术研究及其应用
波浪能发电技术研究及其应用第一章：引言波浪能是一种廉价、环保的可再生能源，一直以来都备受关注。
随着科技的进步，波浪能发电技术获得了巨大的发展，已经逐渐成为可再生能源领域的重要研究方向。
本文对波浪能发电技术的研究及应用进行了详细的探讨。
第二章：波浪能资源概况波浪能是一种取之不竭的可再生能源，根据不同的测算方法，全球海洋波浪能资源总量为2000~10000GW，这是非常可观的能源储备。
目前，全球仅有少数国家开发了波浪能，其中最具代表性的是英国、葡萄牙、西班牙、爱尔兰等国家。
第三章：波浪能发电原理波浪能主要利用水面上涨落的波浪动能来发电，其主要的发电原理为机械能转换为电能。
通常，波浪能发电系统包括波浪能捕捉装置、能量转换机构、发电设备、电力传输和控制系统五个部分。
波浪能捕捉装置是通过波浪的起伏来产生机械运动，进而驱动液压泵或机械传动机构，使得机械能被转化为电能输出，并通过电力传输和控制系统向外输出电力。
第四章：波浪能发电技术的类型波浪能发电技术的研发主要包括以下几种类型：浮体式波浪能发电技术、压电效应波浪能发电技术、直接发电波浪能发电技术等。
其中，浮体式波浪能发电技术是较为成熟的技术之一，它通过球形、圆柱、鼓形等形状的浮子、浮板根据波浪涨落产生的水流动力旋转涡轮机驱动发电机发电。
压电效应波浪能发电技术则是应用于海洋波浪中的电压产生和电荷累积特性，将其转换为电能。
直接发电波浪能发电技术则是使用波浪能直接恒定的运动方式产生电能。
第五章：波浪能发电技术的应用前景波浪能发电技术是非常有前景的发展方向，主要得益于以下几点：波浪能资源丰富、成本较低、环保节能、可再生等特点。
目前，世界上已经有不少国家开始积极地开展波浪能发电项目的建设，其中英国是最为活跃的国家之一，波浪能占其可再生能源中的比例已经达到22%。
随着波浪能发电技术的不断发展，相信我们将会看到更多的国家参与到这个领域的建设中来。
第六章：结论波浪能发电技术的研究及应用正迎来发展的重要时期，其具有广阔的应用前景和不可替代的环保经济利益。
船舶上可装载的波浪能发电装置设计
船舶上可装载的波浪能发电装置设计随着能源危机，环境污染等问题日益突出，寻找可再生能源成为了当今世界所面临的重大挑战。
波浪能作为一种新兴的清洁能源逐渐成为了重要的发电途径之一。
船舶在海洋中行驶时便可能通过波浪能发电装置来利用波浪产生的能量，为船舶提供稳定的能源，同时还可以为船员提供电力支持。
因此，本文将着重介绍一种可装载在船舶上的波浪能发电装置的设计。
首先，波浪发电装置主要由以下几部分组成：电机组、传动系统、波浪能装置、并联逆变器等。
电机组对于波浪能的承载和转化起着重要作用。
传动系统主要是将波浪能通过电机组转化成电能。
波浪能装置是指将波浪能转化成机械能的装置，其中有许多不同的装置可以用于不同的波浪条件。
并联逆变器则是用于将产生的电能转换为可直接供电的电能，还可以在不同的装置之间进行能量的转换。
其次，我们需要对波浪能发电装置的一些关键技术进行研究。
例如，传动系统应该采用可靠的实时控制以保证能量转换的有效性。
波浪能装置应该采用高效的机械传动以最大程度地利用波浪能。
再比如，由于船舶行驶的波浪条件较为复杂，所以波浪发电设备需要遵循一套严格的设计和制造标准，以保证性能和耐久性。
最后，我们需要考虑波浪能发电装置在实际应用中所面临的一些挑战。
其中包括船舶的稳定性和波浪能的可靠性等。
在高海浪中，如果波浪能装置的安全性能不足，可能会导致海难事故的发生。
因此，在设计过程中，我们应该对波浪能发电装置进行充分的测试和安全评估。
总结一下，船舶上可装载的波浪能发电装置是一种创新性的清洁能源发电途径。
设计时需要遵循严格的标准和规范，同时需考虑实际应用中可能遇到的安全和可靠性问题，以保证理论和实际的有效性。
未来，随着技术的不断提升和创新，波浪能发电装置有望成为一种更加可靠和高效的清洁能源发电方式。
数据是现代社会中不可或缺的重要资源，通过对数据的收集、整理和分析，可以发掘出许多有价值的信息和见解。
下面将列出某城市本年度的人口、经济增长率、失业率等相关数据，并进行分析。
波浪能发电装置
课程设计说明书题目名称波浪能发电装置的设计课程名称机械产品技术创新学生姓名郭钊群学号**********专业制冷与空调指导教师姜宏阳机械与能源工程系2015年12 月17 日波浪能发电装置的设计班级：制冷与空调姓名：郭钊群学号：1341102053摘要：海洋波浪能作为一种清洁环保并且可再生的新型能源已经吸引了世界各国科学人员的目光，并已取得一定的研究成果。
介绍了海洋波浪能发电装置的原理，对海洋波浪能发电装置进行了分类，总结了几种典型海洋波浪能发电装置的优缺点，并针对现阶段国内外研究现状指出目前存在的问题和今后海洋波浪能发电装置的发展前景。
关键字：新型能源；海洋波浪能；发电装置；发展前景前言：随着世界经济不断地高速发展，世界各国对能源的需求量急剧增长。
当前出现的全球石油危机，使人们更加清醒地认识到能源在国民经济和社会发展中所起到的重要作用。
为了解决能源供应在社会发展中所遇到的瓶颈问题，寻找可替代、可再生、清洁的新型能源已经成为全球各个国家的共识。
海洋作为占地球面积70％的主体，不仅拥有丰富的水产、石油等资源，更蕴藏着巨大的能源，海洋能源主要是以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在［1］。
其中海洋波浪能在海洋中无处不在，而且受时间限制相对较小，同时波浪能的能流密度最大，可通过较小的装置提供可观的廉价能源（主要以电能为主），并且也可以为边远海域的国防、海洋开发、农业用电等活动提供帮助。
因此，世界上各个国家都十分重视并且花大力气开发与研究海洋波浪能，尤其是研究和开发波浪能发电装置正文：1.波浪能发电装置的发展历史海洋波浪能开发利用的设想可以追溯到一个世纪以前，早在1911年，世界上第一台海洋波浪能发电装置就研制成功，之后许多国家都致力于研究波浪能发电。
20世纪80年代波浪能开发转向以为边远沿海和海岛供电为目的的实用性、商业化的中小型装置为目标，各国相继建成了20多个波浪能发电装置或电站。
如今，世界上主要发展和研制的波浪能发电装置有“点头鸭”式、振荡水柱式、推摆式、聚波蓄能式、振荡浮子式、阀式等装置：1.1世界波浪能发电装置的发展历程；1799年，法国的吉拉德父子，获得了利用波浪能的首项专利。
波浪能发电技术的研究与应用
波浪能发电技术的研究与应用随着人们对环境问题日益重视，各种可再生能源的研究与应用越来越受到关注。
其中波浪能发电技术在可再生能源领域中占据着重要的地位。
本文将着重探讨波浪能发电技术的研究现状、应用前景以及面临的挑战。
一、波浪能发电技术的研究现状波浪能发电技术是一种将波浪能转化为可用电力的技术。
发电设备通常安装在海洋中，通过浪涌和涨潮的能量来转换机械能为电能。
随着技术的进步，波浪能发电技术的研究成果得到了不断的提升和发展。
截至目前，波浪能发电技术主要有以下几种：1. 波浮式发电设备波浮式发电设备是一种外形类似于浮标的设备，其基本原理是通过浮标随波浪浮动来传递运动能，最终通过发电机将其转化为电能。
这种技术具有稳定性好、使用寿命长等优点，且适用范围广泛。
2. 波能吸收式发电设备波能吸收式发电设备是通过一系列的浮动器、液压缸和发电机组等组件，实现波浪能量的吸收和转化。
其优点是既能转化涌浪能量，也能转换横波浪能量，适用性强，但需解决部件的维护等问题。
3. 海底波浪发电设备海底波浪发电设备是将发电设备安装在海底，通过压缩波浪传递机械能，再将其转化为电能。
其优点是对海洋生态影响小，但需要解决海洋环境对设备的侵蚀、维护难度等问题。
二、波浪能发电技术的应用前景波浪能发电技术有着广泛的应用前景。
目前，波浪能发电技术已经在欧洲等多个国家得到应用。
法国的La Rance水库、加拿大的East Coast等地均有大规模的波浪能发电设施建设。
未来，波浪能发电技术将成为世界各国发展可再生能源的重要手段。
根据预测，到2030年，世界上可再生能源的总体供应将占到能源生产的22%左右。
波浪能发电技术作为其中的重要组成部分，将得到广泛应用。
三、波浪能发电技术面临的挑战尽管波浪能发电技术的发展前景广阔，但其中也存在一些挑战和难点：1. 技术难题波浪能发电技术因其研究难度大、技术复杂度高等原因，目前还存在一些技术难题。
例如，如何提高发电转化效率、如何降低发电成本等问题，都需要关注和研究。
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２０１８年第７期２０１８Ｎｕｍｂｅｒ７水电与新能源ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲＡＮＤＮＥＷＥＮＥＲＧＹ第３２卷Ｖｏｌ.３２ＤＯＩ:１０.１３６２２/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ４２－１８００/ｔｖ.１６７１－３３５４.２０１８.０７.０１７收稿日期:２０１８－０５－２８作者简介:屈书恒ꎬ男ꎬ本科生ꎬ专业研究方向:水利水电工程ꎮ多向联轴式波浪能发电装置的设计与研究屈书恒ꎬ黄佳晟ꎬ李家誉ꎬ徐㊀欢ꎬ周子嫣(武汉大学水利水电学院ꎬ湖北武汉㊀４３００７２)摘要:波浪能是一种开发前景巨大的清洁能源ꎬ其发电装置已成为研究热点ꎮ在探索的基础上提出了一种多向联轴式的波浪能发电装置ꎬ它包括俘能系统㊁机械转化系统和发电系统三大部分ꎮ结合海浪理论和计算原理ꎬ预估该装置的整机理论效率可达３８.０％ꎬ是一种高效率的发电装置ꎮ关键词:波浪能ꎻ发电装置ꎻ效率ꎻ前景中图分类号:ＴＭ６１㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１６７１－３３５４(２０１８)０７－００７６－０３ＤｅｓｉｇｎｏｆａＭｕｌｔｉ￣ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＣｏｕｐｌｉｎｇＷａｖｅＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＵｎｉｔＱＵＳｈｕｈｅｎｇꎬＨＵＡＮＧＪｉａｓｈｅｎｇꎬＬＩＪｉａｙｕꎬＸＵＨｕａｎꎬＺＨＯＵＺｉｙａｎ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＷｕｈａｎ４３００７２ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｗａｖｅｅｎｅｒｇｙｉｓａｋｉｎｄｏｆｃｌｅａｎｅｎｅｒｇｙｔｈａｔｈａｓｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｏｒｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｗａｖｅｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｕ￣ｎｉｔｈａｓｂｅｃｏｍｅａｒｅｓｅａｒｃｈｈｏｔｓｐｏｔ.Ａｍｕｌｔｉ￣ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃｏｕｐｌｉｎｇｗａｖｅｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｕｎｉｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ.Ｔｈｅｄｅｖｉｃｅｃｏｎ￣ｓｉｓｔｓｏｆｔｈｒｅｅｐａｒｔｓ:ｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃａｐｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍꎬｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｓｅａｗａｖｅꎬｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｕｎｉｔｉｓｅｓｔｉｍａｔｅｄｔｏｂｅ３８.０％.Ｉｔｉｓａｎｅｆｆｉ￣ｃｉｅｎｔｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅａｎｄｈａｓｂｒｏａｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｗａｖｅｅｎｅｒｇｙꎻｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｕｎｉｔꎻｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙꎻｐｒｏｓｐｅｃｔ㊀㊀随着全世界人口的快速增长ꎬ整个社会对能源的需求量显著增加ꎮ长期以来ꎬ整个社会的能源消费结构以化石能源为主ꎬ随着人们环保意识的提高ꎬ人们开始减少对化石能源的依赖ꎬ并开始使用各种清洁可再生能源ꎮ有关文献预测在２０５０年可再生能源的供应比重将会达到３５％[１]ꎮ广阔海洋中蕴藏着包括波浪能㊁潮汐能㊁海流能㊁温差能㊁盐差能等在内的巨大的能源[２]ꎮ其中ꎬ波浪能储量巨大且分布广泛ꎬ是最值得开发利用的海洋能ꎮ据估算ꎬ全世界可利用的波浪能达到１０８ｋＷ量级[３]ꎬ有着广阔的发展前景ꎬ因此成为全世界海洋能研究开发的重点ꎮ波浪能发电发展至今ꎬ出现了各式各样的波浪能发电装置ꎬ其中具有代表性的装置有:振荡浮子式㊁振荡水柱式㊁ 点头鸭 式㊁聚波蓄能式㊁阀式等[４]ꎮ目前投入使用的大多数都是大型的㊁大功率的设备ꎬ并且装置建造费用昂贵ꎬ施工困难ꎮ除此之外ꎬ大多数的发电装置都是利用波浪能的半波转化ꎬ效率普遍比较低ꎬ得到的电流不稳定ꎬ电能质量不高ꎬ这些因素极大地制约了波浪能发电装置的发展ꎮ本文提出了一种新型的小型化波浪能发电装置ꎬ突破了传统半波转化的限制ꎬ实现了全波转化并输出稳定的电流ꎬ提高能量的利用效率和电能质量ꎬ有效地解决了目前波浪能发电装置的不足ꎬ并且装置的可靠性也能得到保证ꎬ为波浪能发电的发展提供新的思路和方向ꎮ１㊀系统与装置特色传统的波浪能发电装置可分为俘能㊁机械转化和发电三大部分ꎬ本文设计的波浪能装置在沿用传统发电装置设计理念的基础上加以改进ꎬ将整个装置进行６７屈书恒ꎬ等:多向联轴式波浪能发电装置的设计与研究２０１８年７月模块化的设计ꎬ最后组合成整体见图１ꎮ图１㊀波浪能发电装置水平方向俘能部分ꎬ我们创新的提出利用椭球外壳来捕捉来波方向ꎬ这样能够最大程度利用波浪能ꎻ外壳捕获的能量将由重锤来进行转化ꎬ变成旋转的机械能ꎮ竖直方向俘能部分采用漂浮式波浪能发电装置的俘能方式ꎬ但在此基础上结合弹簧的弹性势能的吸收与释放ꎬ实现波浪能的俘获ꎬ然后通过纺锤体将波浪能转化为旋转的机械能ꎮ机械转化部分ꎬ通过引入棘轮机构ꎬ实现了半波转化向全波转化的转变ꎬ大大地提高能量利用效率ꎮ同时ꎬ将水平和竖直方向的转动统一到同１根轴上ꎬ实现了联轴转动ꎬ使得装置更简便可靠ꎮ发电系统在传统的发电机的基础上ꎬ加入了发条稳速机构ꎬ目的是使得输出稳定的电流ꎬ提高电能的质量ꎮ本设计的能量转换过程分为三个部分:一次转换(波浪能转换为机械能)㊁二次转换(机械能的传递)和三次转换(机械能转换为电能)ꎮ整个装置总的发电效率取决于这三级分别的转换效率ꎬ设发电装置的整体效率为βꎬβ＝β１ β２ β３式中:β１为一次转换效率ꎬ％ꎻβ２为二次转换效率ꎬ％ꎻβ３为三次转换效率ꎬ％ꎮ根据海浪的实际情况并参考相关数据资料[５－９]可以计算得到β１＝４９.５％ꎬβ２＝８０.８％ꎬβ３＝９５％ꎮ整机效率为装置三次转换效率的乘积ꎬ得到β＝３８.０％ꎮ整个装置由于充分利用了两个方向的能量ꎬ因此能量的转换效率比较高ꎬ得到的发电机效率也比同类型的发电机效率(一般２５％左右)高ꎮ２㊀装置的实现２.１㊀基本组成该装置主要由俘能系统㊁机械转化系统和发电系统三大部分组成ꎬ装置的基本结构如图２所示ꎮ俘能系统主要由重锤㊁齿轮㊁弹簧组㊁纺锤体㊁细绳和齿轮组成ꎬ用于吸收波浪能ꎻ机械转化系统主要包括棘轮机构ꎬ它把水平方向和竖直方向的机械运动整合到同一方向并经由同一传动轴输出给发电系统ꎻ发电系统由发条盒㊁增速齿轮和发电机组成ꎬ把机械能转换成电能ꎮ图２㊀波浪能发电装置结构图２.１.１㊀俘能系统在水平方向上ꎬ该发电装置创新地利用椭球型外壳ꎬ使装置能够依靠外壳本身的特性(即以最小受力面面对来波方向)找到来波方向ꎮ波浪使装置左右摆动ꎬ而重锤因为重力的作用ꎬ始终保持竖直方向ꎬ和与之相连的齿轮间产生相对转动ꎬ从而使得输入齿轮旋转起来ꎮ在竖直方向上ꎬ该发电装置采用的是振荡浮子式的获能方式ꎮ绳子的一端固定在海底ꎬ另一端绕过纺锤体后与装置上的弹簧相连ꎮ当装置主体随着波浪上下运动时ꎬ绳子会带着纺锤体转动ꎬ弹簧也会随之拉长与恢复ꎬ波浪能会转化成纺锤体的机械能和弹簧的弹性势能ꎬ并传递到与纺锤体同轴转动的输入齿轮上ꎮ２.１.２㊀机械转化系统水平方向俘能系统的和竖直方向俘能系统的输入齿轮的转动分别通过２个棘轮装置整合到同１根轴上ꎬ其中棘轮机构如图３所示ꎬ包括转向齿轮㊁棘轮和棘爪ꎮ其中转向齿轮与输入齿轮啮合ꎬ并可与输出轴发生相对转动ꎻ棘轮与输出轴相对固定ꎻ棘爪固定在转向齿轮上ꎬ当棘爪逆时针转动时ꎬ可以推棘轮转动并带７７水电与新能源２０１８年第７期动输出轴转动ꎻ当棘爪顺时针转动时ꎬ棘爪只能在棘轮上滑动ꎬ棘轮不会转动ꎮ以水平方向为例ꎬ输入齿轮顺时针转动时ꎬ与之垂直啮合的２个转向齿轮中必然只有１个逆时针转动并带动输出轴转动ꎻ逆时针转动时ꎬ由另１个转向齿轮逆时针转动并带动输出轴转动ꎮ即不论输入齿轮顺时针还是逆时针转动ꎬ均能转化为输出轴的逆时针转动ꎬ从而实现了全波输出ꎬ提高了能量利用效率ꎮ竖直方向与水平方向的转化原理相同ꎮ图３㊀棘轮机构结构示意图２.１.３㊀发电系统该装置的发电部分主要由发条盒㊁增速齿轮和发电机组成ꎮ发条的主要作用是尽可能地稳定输出力矩ꎬ使齿轮的旋转接近匀速ꎬ得到稳定的电流ꎮ增速齿轮的作用是起到放大角速度的作用ꎬ使最终输入到发电机轴的转速达到额定转速ꎮ２.２㊀工作原理整个装置漂浮在海面上ꎬ通过细绳固定在海底ꎮ当随波浪上升时ꎬ细绳拉长弹簧ꎬ同带着纺锤体转动ꎻ当随波浪下降时ꎬ弹簧回到初始状态ꎬ此时细绳反向带动纺锤体转动ꎮ随着波浪的上下运动ꎬ纺锤体会正反旋转ꎬ从而带动与之同轴的输入齿轮转动ꎮ而水平方向的来波会使装置左右摆动ꎬ从而造成重锤和与之相连的齿轮间产生相对转动ꎬ从而使得输入齿轮旋转起来ꎮ两个方向的输入齿轮通过４个转向齿轮合并到同１根轴上ꎬ并经由棘轮机构的作用ꎬ单方向的输出机械能ꎬ这样可以避免因为转动方向的交替而导致发电机烧坏ꎬ并且从理论上将装置的发电效率提高了５０％ꎮ２.３㊀应用前景目前的波浪能发电装置大多存在以下问题:发电成本过高㊁发电效率低㊁电能质量差㊁可行性不高等ꎬ而本文介绍的波浪能发电装置相比较而言具有很明显的优势ꎮ但是由于实验设备的落后ꎬ目前还无法进行真正的海上实验ꎬ所估算的效率仅为理论值ꎬ但是相信在下水实验后进行改进ꎬ可以达到很好的效果ꎮ本设计可以离岸布置在海面上ꎬ为海洋浮标等离岸海洋观测设备供电ꎻ在较大面积的湖泊中ꎬ本文设计的波浪能发电装置可以安装在近岸ꎬ为航标灯供电ꎮ此外ꎬ还可以考虑海水淡化㊁供暖㊁制冷ꎬ解决电网未覆盖的海岛的供电问题ꎮ因此ꎬ本设计经过进一步的调试和改进ꎬ将具有巨大的经济效益和社会效益ꎬ并具有很好的应用前景ꎮ３㊀结㊀语１)本文设计的波浪能发电装置的整机理论效率高于常见的波浪能发电装置ꎬ因此是一种高效的发电装置ꎮ２)整个发电装置进行模块化设计ꎬ每个模块之间独立工作ꎬ互不干扰ꎬ能够顺利地完成发电任务ꎮ同时ꎬ创新地组合各种机械ꎬ将机械理论运用于发电过程ꎬ实现了波浪的全波转化ꎬ大大提高了能量转化效率和电能的质量ꎮ装置的内部结构包裹在椭圆外壳内ꎬ主要部件不与海水直接接触ꎬ装置的可靠性能得到保证ꎮ３)由于实验设备的限制ꎬ目前暂无法进行水下实验ꎬ但经过可行性分析和效率估算ꎬ本文设计的波浪能发电装置效率比较高ꎬ可以应用于离岸海洋观测设备的供电㊁海水淡化㊁供暖㊁制冷㊁电网供电等ꎬ具有广阔的应用前景ꎮ参考文献:[１]肖惠民ꎬ于波ꎬ蔡维由.世界海洋波浪能发电技术的发展现状与前景[Ｊ].水电与新能源ꎬ２０１１(１):６７－６９[２]张雅洁ꎬ赵强ꎬ褚温家.海洋能发电技术发展现状及发展路线图[Ｊ].中国电力ꎬ２０１８ꎬ５１(３):９４－９９[３]郑崇伟ꎬ贾本凯ꎬ郭随平ꎬ等.全球海域波浪能资源储量分析[Ｊ].资源科学ꎬ２０１３.３５(８):１６１１－１６１６[４]李允武.海洋能源开发[Ｍ].北京:海洋出版社ꎬ２００８[５]陈红霞ꎬ华锋ꎬ袁业立.中国近海及临近海域海浪的季节特征及其时间变化[Ｊ].海洋科学进展ꎬ２００６ꎬ２４(４):４０７－４１５[６]吴宗泽.机械设计实用手册[Ｍ].３版.北京:化学工业出版社ꎬ２０１０[７]羊晓晟ꎬ曹守启ꎬ侯淑荣ꎬ等.一种新型振荡浮子式海洋波浪能发电装置的设计[Ｊ].上海海洋大学学报ꎬ２０１０ꎬ１９(５):６９８－７０２[８]邱大洪.波浪理论及其在工程中的应用[Ｍ].北京:高等教育出版社ꎬ１９８５[９]文圣常.海浪理论与计算原理[Ｍ].北京:科学出版社ꎬ１９８４８７。