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关于漂浮串连式波浪发电机原理分析 关于漂浮串连式波浪发电装置原理分析 李岑 关键词: 海洋可再生能源 波浪发电装置 平行四边形机构 漂浮串 连式 双棘轮调向机构 万向铰接 一． 研究背景 二． 功能原理分析 三． 总体设计方案 四． 总结 一． 研究背景 众所周知，浩瀚的海洋中蕴藏着巨大的能量，主要包括潮汐能，波浪能，温差能等等。其中波浪能由于海洋面积大且受地域限制少，具有巨大的开发潜力，更加受到重视。目前，世界各国对波浪能的开发还处于初级阶段，波浪能量获取方式多种多样，但都没有投入商业运行。如何研制效率高，成本低，具有商业价值的波浪发电装置成为各国科学家的共同目标。 我国政府也对海洋可再生资源的利用高度重视，国家海洋局和财政部推出“海洋可再生能源专项资金项目”，用来支持我国的海洋可再生能源的研究。 二． 功能原理分析 波浪发电装置都必须包括能量获取系统、能量传导转换系统、发电系统三套系统。能量获取系统是将波浪能转换为机械动能。能量传导转换系统是将机械动能经齿轮传动（或液压传动）最终转换成匀速的单向旋转的机械能。发电系统是将单向旋转的机械能转换为用户可直接使用的电力。 本文介绍的漂浮串连式波浪发电装置是根据波浪的同向连续位移、曲线波形、随机变化三个重要特点设计的。 本文介绍的漂浮串连式波浪发电装置的能量获取系统是多个密封的浮体串连在一起，相邻的两个浮体由两套结合型平行四边形机构铰接。根据平行四边形不稳定的特点和平行四边形机构是等力同向传导的特点，能够获取波浪中两个浮体相对的高度变化、角度变化和不规则摆动的全部能量（忽略平行四边形机构的铰接处的摩擦力）。获取的能量表现为两套平行四边形机构的四个铰接轴往复的旋转力。获取能量的大小由波浪的大小和浮体长度决定（浮体的宽度是年平均浪距的１／３为最佳）。此种能量获取系统结构简单，效率高。 本文介绍的漂浮串连式波浪发电装置的能量传导转换系统优先采用机械齿轮传动，机械齿轮传导转换系统在稳定性能上不如液压传导系统，但是机械齿轮传导系统成本较低，且效率更高。本文介绍的漂浮串连式波浪发电装置的能量传导转换系统分别由四套结构相同的双棘轮单向调节机构和一套提速齿轮机构组成。四套双棘轮单向调节机构将能量获取系统获取的往复的旋转力调节为单向的旋转力，并共同驱动提速齿轮机构的输入轴，经提速齿轮机构提高旋转速度，输出较高速的匀速的旋转力。 本文介绍的漂浮串连式波浪发电装置的发电系统由发电机、蓄电池、逆变器组成，将发电机发出的电逆变成用户需要的电，并存储多余的电能。 三． 总体设计方案 本文介绍的漂浮串连式波浪发电装置的能量获取系统是多个密封的浮体串连在一起，相邻的两个浮体由两套结合型平行四边形机构铰接。包括前浮箱、主浮箱、两个一端设有连轴的竖连杆、一端与竖连杆的另一端万向铰接的两个横连杆、一端设有两个支杆的摆杆，每个支杆与一个摆轴的中部固定连接。所述的两个竖连杆分别位于主箱体的相对两侧外，摆杆的另一端和两个横连杆的另一端分别与前浮箱的后端万向铰接；所述的两个摆轴位 于两个连轴之间，两个连轴和两个摆轴分别与主箱体的前端铰接；所述的两个连轴的一端分别与两套传动装置的输入端固定连接，两个摆轴的一端分别与另两套传动装置的输入端固定连接。所述的主浮箱还可以有若干个，后一个主浮箱的摆杆的另一端和两个横连杆的另一端分别与前一个主浮箱的后端万向铰接，实现了持续利用海浪的能量。 当一个海浪的能量从前浮箱的前端到达主浮箱的后端时，前浮箱和主浮箱产生四种作功状态：前浮箱和主浮箱先是水平角度变化而摆动时，横连杆推动竖连杆使连轴转动；再是当前浮箱和主浮箱在海浪中的相对高度变化而使摆杆带动摆轴转动；再接着是前浮箱和主浮箱水平角度反向变化时，横连杆拉动竖连杆使连轴反向转动，然后是当前浮箱和主浮箱在海浪中的相对高度反向变化摆杆使摆轴反向转动；当后面每一个海浪到达时同样产生这四种作功状态，周而复始。两个摆轴因摆杆上下摆动而往复转 动且同步转动，前浮箱和主浮箱或前后两个主浮箱之间不能横向转动，只能在前浮箱与摆杆的万向铰接点作角度变化，以适应波浪的不规律特性；当前浮箱因波浪的不规律性对两个横连杆的作用力不同时，两个连轴作功时转动不同步。因为发电机作功产生的反作用力对于转动不同步的两个连轴是不同的,那么两个横连杆经竖连杆不同的反作用力会减缓两个浮箱不规则变化的幅度。 本文介绍的漂浮串连式波浪发电装置的能量传导转换系统分别由四套结构相同的双棘轮单向调节机构和一套提速齿轮机构组成。四套结构相同的双棘轮单向调节机构包括：正转齿轮、反向轴、与正转齿轮啮合并与反向轴一端固定连