Lu-1排浪发电机的制作方法

所属
技术领域：
：开发新能源
背景技术：
：：目前，转换海能的方式基本有：根据海洋潮汐特性，采用筑坝蓄水的方式，涨潮时蓄水储能，落潮后放水驱动水轮机发电。这种方式的不足之处是，发电间歇时间长，不能连续发电；根据海洋中有海流的特点，在海流强的区域安装水轮机发电的方式。这种方式的不足之处是，在水下安装使用，管理和维护难度都很大；根据海浪起伏运动的特点，利用浮子随浪起落得到机械能发电的方式。这种方式的不足之处是，只利用了海浪的势能，海能转换率低；还有利用海浪的冲力，推动一端固定的阻浪器，利用阻浪器来回摆动得到机械能发电的方式。这种方式的不足之处是，阻浪器在水中摆动阻力大，摆幅小，海能转换率也低。尽管已产生了各式各样的海能转换设备，也取得了相应的成果，但还没有一种是能普遍推广的实用机型。海电事业仍处在研发阶段。本发明目的：现已研制出来的机型还不能使海电事业成为产业，必须研制新的机型。开发利用海能是迟早的事，因海能是自然产物，不会枯竭，能量大，发展海电事业前景无限。在这种思潮的驱动下，我根据排浪的运动状态，经多年的努力，研发出了lu---1排浪发电机。它能够克服现有机型的不足，是新型实用的海能转换设备。本发明的特点：它与其它海能转换设备相比有以下特点：1、它能同时以海浪的势能和动能为动力，主机基本在空间运转，能源大，阻力小，海能利用率高。2、它能单机自主运转，多机联动，动力大，发电量就大，并能连续运转发电，适于建造大型海电厂选用。3、运转可靠，它能随浪而动，以水平线为零度，它能在零度到180度区间无运转死点运行，运转幅度大前所未有。4、可固定式，也可移动式，根据海域特点采用相应的方式，可提高设备抵抗风浪灾害的能力，保障设备安全。lu---1排浪发电机被应用后，必将拉开海电事业大发展的序幕，使海电事业成为新兴的能源产业，促进社会进步。一、结构lu---1排浪发电机由机架、能量转换器、动力传动系统、液压系统、变速箱、发电机、输电线路组成。其中液压系统、变速箱、发电机、输电线路都采用通用设备，其结构略。1、机架的结构：机架是该设备的支撑系统，每个机架由四根矩形分布的圆形立柱和一个框架结构的直角四棱体的横梁及两个液压机组成。固定式设备四根圆形立柱固定在海床上，移动式设备四根圆形立柱固定在运行底盘上，起支撑横梁的作用。每个立柱上都安装一个圆形套管，套管内壁上、下各开一个环形凹槽，槽内装满滚珠后套装在立柱上。两个套管间焊接一根圆形横轴，两个立柱顶部安装一个t形顶梁，在顶梁和横轴间安装一个液压机，操纵液压机升降横轴，使设备与涨潮落潮水位变化相适应。横梁是该设备的承重梁，各配件都安装在横梁上，横梁的两端分别安装在套管的横轴上，组成一个机架，机架按照排浪走向分布，使设备与排浪运动状态相适应。2、能量转换器的结构：(见附图2)能量转换器是该设备产生动力部分，其结构是核心技术，为了使能量转换器的结构与性能相适应，它的外形呈l形，由水平漂浮的船体、上翘的船尾和直角三角形支撑板三部分组成。船体是一个多边五棱体，剖面上部是弓形，中间是矩形，下部是等腰三角形。船体的前面是一个下部向后倾斜10度的平面。上翘的船尾是一个椭圆四棱体，剖面上下都是弓形，中间是矩形，用一个平面封顶。船体和船尾按照需要的角度焊为一体，是一个封闭的空心体。为使能量转换器内外压相等，与环境变化相适应，在船体上部安装进气口和排气口各一个，由自动阀门控制，为防止船体倒置时进气口进水，进气阀安有倒置闭锁装置。在船体与船尾连接处开始把直角三角形支撑板的斜边焊接在船尾下部，在直角三角形支撑板上，以船底的延长线与吃水深度等长的垂线相交点为圆心钻一个动力轴孔。这就是一个能量转换器的结构。在船体前面用一块矩形钢板，后下部用一根动力轴穿入轴孔并固定，上翘的船尾间用小横梁把两个以上的能量转换器连为一体，这个组合体称为机组。船体前面的连接钢板称迎浪板。(见附图3)把机组的动力轴两端分别安装到机架横梁上的支架上和变向箱内，机组就能以轴为支点上摆或回落。升降横梁把机组调整到水平漂浮状态后，海浪经过机组时，浪峰使机组的浮力增加，增加的浮力抬升机组使它做上摆运动产生机械能，这样就把海浪的势能转化为机械能了。在机组被抬升的瞬间，迎浪板由斜面变为垂面，海浪冲击迎浪板时，机组在冲力作用下，也要做上摆运动产生机械能，这样又把海浪的动能转为机械能了。机组摆幅越大，转化的海能越多。浪峰过后就是波谷，海浪对机组作用力减少，在运转阻力作用下，机组停止上摆，在重力矩和船尾浮力矩的共同作用或单独作用下回落到水平漂浮状态，完成一次能量转换过程。机组上摆是把海能转为机械能的过程，回落就是把机组储存的海能转为机械能的过程，机组一起一落产生的机械能之和就是机组一次转化的海能。能量转换器采用以吃水深为高的直角三角形支撑板对机组运转产生的效应是：使机组在水中运转的部件横截面最小，不但能减少阻力，提高海能转化率，还能增加重力臂长。能量转换器采用上翘的船尾对机组运转产生的效应有两个：1)能保障浪小时机组运转。浪小时海能少，机组上摆的幅度小，重力矩大，停摆后在重力矩作用下能自行回落到水平漂浮状态。无论上摆还是回落，上翘的船尾都完全在空间运行，只受气动阻力作用，运转阻力小，在船尾的重心超过支点后，其重力矩还有助于机组上摆，这样的结构能使机组在浪小时尽量提高上摆的幅度，提高海能转化率。2)上翘的船尾能消除机组的运转死点，保障运转可靠性。现以由船体船尾夹角为140度的能量转换器组成的机组为例来说明这样结构的机组没有运转死点的原因。机组在40度内运转时，上摆的动力来自海能，海能有多大，机组就能上摆多大幅度。回落的动力只来自机组重力矩，只要重力矩大于运转负载阻力矩，机组就没有运转死点，能起就能运转到水平漂浮状态。机组上摆超过40度后，部分船尾开始浸于水中，产生浮力矩，浮力矩一旦产生就是机组上摆的阻力矩，回落的动力矩，而且摆角越大，产生的浮力矩也越大，使机组回落的重力矩和船尾产生的浮力矩是一对互补动力矩，重力矩减少，浮力矩增加；浮力矩减少，重力矩增加。无论单独作用还是共同作用，机组都能运转到水平漂浮状态。就是在强大的海浪作用下，机组上摆180度后，完全浸于水中，这时机组的浮力已是漂浮时的二倍以上，海浪过后，强大的浮力矩不但能把机组托出水面，还能在船尾的浮力矩作用下继续运转，再在重力矩作用下运转到水平漂浮状态，也没有运转死点。综上所述，这样结构的机组，不但能随浪而动，还没有运转死点。3、动力传动系统的结构：(见附图4)动力传动系统是把各机组产生的动力传送到变速箱的通道，由变向箱、总传动轴和防水套管组成，安装在机架的横梁上。1)变向箱的结构：变向箱是把机组动力轴往复转动的动力转为定向转动的动力设施，安装在一个机组一侧的机架横梁上。它的外表是一个防水罩的箱体。变向箱的内部结构是：机组的动力轴与变向箱内的定向转动轴以轴心线互相垂直地方式安装在变向箱内。机组动力轴上安装一个与轴固定的大直齿伞状齿轮，定向转动轴上安装两个随大齿轮运转的小直齿伞状齿轮左右啮合在大齿轮上。每个小齿轮的大径面都与一个正转驱动的内齿棘轮连体，每个棘轮内都安装一个固定在定向转动轴上的正转驱动的棘爪轮，(见附图5)。机组上摆时，机组动力轴上的大齿轮反转，啮合在大齿轮上的两个小齿轮，一个正转一个反转，正转的棘轮棘齿与棘爪啮合，驱动定向转动轴正转。反转的棘轮棘齿沿棘爪斜面滑动，不产生作用力。机组回落时，机组动力轴上的大齿轮正转，啮合在大齿轮上的两个小齿轮，原来正转的改为反转，原来反转的改为正转。反转棘轮的棘齿沿棘爪斜面滑动，不产生作用力。正转棘轮的棘齿与棘爪啮合，驱动定向转动轴正转。这样就把机组动力轴的往复转动动力，转为定向转动的动力，在变向箱内定向转动轴一端安装一个齿轮啮合在总传动轴的齿轮上，通过传动齿轮把动力传送到总传动轴上。2)总传动轴的结构与联接：总传动轴就是一根与机架横梁长度相当的圆形长轴，在防水套管内运转，防水套管安装在横梁上。总传动轴的功能就是收集各变向箱输出的动力，把总动力输送到变速箱。横梁间的总传动轴用伸缩短轴和十字联节把它们联接成一根联动轴。横梁间的防水套管用伸缩短管和球裙镶嵌节联接起来，这样就实现了多机联动，还与机架交错，横梁升降差异相适应，保障了总传动轴运转，把动力顺利地输送到变速箱驱动变速箱运转。4变速箱、发电机、输电线路的安装变速箱安装在一个机架横梁的一端，发电机安装在变速箱上部。从发电机引出的输电线以绝缘螺旋线悬垂方式与顶梁上的瓷瓶连接，再与电塔上输电线路相接，这样就使发电机升降与输电线路固定相适应。二、实验与测试为检验这样结构机组的性能，我自制了一个由两个能量转换器组成的机组模型，进行运转实验和回落动力矩测试。每个能量转换器的尺寸是：船体长28cm，宽11cm，船头下部向后倾斜10度，吃水深7.8cm，总排水量船尾长边17.5cm，短边12cm，宽11cm，用平面封顶。船体和船尾以140度角焊为一体。直角三角形的支撑板两个直角边都是9.0cm，斜边从船体船尾连接处开始焊接在船尾底下部，在距连接点8.5cm，距船尾底垂直高7.8cm处钻一个动力轴孔。能量转换器重心距轴心，水平距19cm，垂直距2.5cm。在两个能量转换器前面，用一块长43cm、宽18cm的矩形铁板，后下部用一根直径0.5cm的动力轴，船尾间用一个小横梁，把它们连接成一个机组，重3千克。把机组模型安装在机架横梁上，放置在波浪水域后，它能随浪而动，小浪小摆，大浪大摆，较大摆幅达90度以上。能起就能自行回落到水平漂浮状态，并能连续运转。在相同水域，增大迎浪板浸水面积，机组增大摆幅。增大船体与上翘船尾的夹角，上摆幅度变小，回落动力增加。缩小它们的夹角，摆幅增加，回落动力减少，夹角小到一定程度产生运转死点现象。船体重心前移，上摆幅度变小，回落动力增大。船体重心后移，上摆幅度增加，回落动力变小后移到一定程度，出现船体不能回落到水平漂浮状态现象。增大船体两侧边的角度，上摆幅度增加，入水速度变缓，减小船体两侧边的角度，上摆幅度变小，入水速度变快，角度小到一定程度后，船头入水后出现低于水平面负角运转现象。把机组模型放置在静水里，在零度到180度区间，任意摆放，它都能回落到水平漂浮状态，并测得机组空载回落动力矩为：单位：牛顿·米上摆角度20406080100120140160180回落动力矩5.03.92.42.02.23.64.57.514.6测试说明，零度到180度区间都有回落动力，没有运转死点。实验证明了结构决定性能，该海能转换设备的能量转换器的结构就是经过反复试验而确定的。测试为应用该海能转换设备提供了信心，这样结构的海能转换设备，不但具有运转可靠性，还具有实用性，能为海电事业大发展做贡献。本发明产生的积极效果：该设备被应用后，能建造大型海电厂，实现利用海能的理想，使海电事业从研发阶段走向产业化时代，促进人类进步。附图说明图1是lu-1排浪发电机示意图，图中①是机架立柱，②是发电机，③是液压机，④是螺旋绝缘线，⑤是立柱顶梁，⑥是动力机组。图2是能量转换器三视图，由主视图、俯视图、左视图三部分组成。图3是动力机组直观图，图中①是迎浪板，②是船体，③是进气口，④是排气口，⑤是上翘船尾，⑥是直角三角形支撑板，⑦是机组动力轴。图4是动力传动系统机械图，图中①是机架横梁，②是变速箱，③是发电机，④是变向箱，⑤是动力机组，⑥是机组动力轴，⑦是总传动轴，⑧是防水管，⑨是十字联节，⑩是棘轮，是棘爪轮。图5是棘轮、棘爪轮结构剖视图，图中①是棘轮，②是棘齿，③是棘爪轮，④是棘爪，⑤是棘爪弹簧。当前第1页12