波浪能与风能联合发电装置的制作方法

本实用新型涉及可再生能源利用技术领域，具体的说，是涉及海洋波浪能与风能发电装置的联合开发应用。

背景技术：

伴随着经济的高速增长和人口的不断增加，能源危机和环境污染问题的日益加剧，能源的需求量不断上升，越来越多的国家开始加强对可再生能源的开发和利用。海洋中蕴藏着丰富的可再生能源，其中海洋波浪能在海洋中无处不在，它具有能量密度高，分布广等优点，是一种取之不竭的可再生清洁能源。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kw，其中海上可开发利用的风能储量约7.5亿kw。因此，开发一种能综合利用波浪能及风能的发电装置，是提高能量利用率的重要研究内容。

现有的利用海洋能源发电的形式较为单一，多为利用波浪能发电或海洋风能发电其中一种方式进行发电，而利用海洋波浪能及风能的综合发电装置多为分别驱动波浪能发电系统和风能发电系统进行发电，且发电装置大多为固定式，不能随着周围海洋环境的变化而进行调整，限制了有效空间范围的能量吸收，受地形及海况条件限制较强。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中的不足，本实用新型提供了一种集高效率、高适用性为一体，结构简单，建造成本低的波浪能与风能联合发电装置，能够充分利用海洋能源，获得高效的能量传递和转化，利用波浪能及风能互补并驱动同一发电系统，使得低成本开发和高效利用海洋能源成为可能，同时发电装置又可以根据不同的海况进行调整，增加了有效空间范围的能量吸收。

本实用新型通过以下的技术方案予以实现：

一种波浪能与风能联合发电装置，包括波浪收集系统、波能及风能转换系统、齿轮传动系统和发电机组；

所述波浪收集系统包括集水坡道、集水廊道和排水廊道，所述集水坡道末端与所述集水廊道连接，所述集水廊道的出口和所述排水廊道的入口连接；

所述波能及风能转换系统包括波浪发电叶轮、波浪力驱动轴、风力发电叶轮、风力驱动轴；所述波浪发电叶轮与所述波浪力驱动轴设置于所述集水廊道内，所述波浪发电叶轮固定安装在所述波浪力驱动轴上，所述波浪力驱动轴以安装在所述集水廊道上壁的滚动轴承和安装在所述集水廊道下壁的止推轴承支撑；所述风力发电叶轮和所述风力驱动轴设置于所述集水廊道上方的机房顶部，所述机房焊接在所述集水廊道上壁外部，所述风力发电叶轮固定安装在所述风力驱动轴顶部，所述风力驱动轴通过安装在所述机房顶板的滚动轴承支撑；

所述齿轮传动系统包括设置于所述机房内的波浪轴锥棘轮、风轴锥棘轮、输出锥齿轮、传动轴、传动轴主动轮、发电机被动轮；所述波浪轴锥棘轮安装于所述波浪力驱动轴顶端，所述风轴锥棘轮安装于所述风力驱动轴底端，所述风轴锥棘轮和所述波浪轴锥棘轮上下对称设置且同时与所述输出锥齿轮相啮合，所述输出锥齿轮通过所述传动轴连接所述传动轴主动轮，所述传动轴主动轮与所述发电机被动轮相啮合，所述发电机被动轮安装在所述发电机组的发电机转轴上；

所述发电机组包括设置于所述机房内的发电机转轴、发电机；所述发电机转轴连接于所述发电机。

该波浪能与风能联合发电装置还包括旋转升降系统，所述旋转升降系统上部安装所述波浪收集系统的所述集水廊道和所述排水廊道；

所述旋转升降系统包括固定安装于基础的支撑桩柱，所述支撑桩柱上部固定安装有旋转升降桩柱，所述支撑桩柱顶面安装有两个布置在所述旋转升降桩柱两侧的液压千斤顶，所述液压千斤顶支撑同轴设置于所述旋转升降桩柱外部的旋转升降箱体，所述旋转升降箱体外部套设有底部锚固于所述支撑桩柱的旋转套筒，所述旋转套筒和所述旋转升降箱体之间设置有防水橡胶套环；

所述旋转升降桩柱底部穿过所述旋转升降箱体的底板，并固定安装在支撑桩柱上；所述旋转升降箱体的底板上表面固定安装有由旋转平台电机控制的旋转电机主动轮，所述旋转电机主动轮与设置于所述旋转升降箱体底板上表面的旋转平台被动轮相啮合，所述旋转平台被动轮套装于所述旋转升降桩柱外部，所述旋转升降桩柱侧壁设置有轴向的键槽滑道，所述旋转平台被动轮通过安装在所述键槽滑道中的键与所述旋转升降桩柱固定连接。

所述旋转升降系统中，所述液压千斤顶顶部设置有滚珠，所述旋转升降箱体底板下表面对应于所述滚珠设置有环形滑道。

所述旋转升降系统中，所述旋转平台被动轮底面安装有滚珠，所述旋转升降箱体底板上表面对应于所述滚珠设置有环形滑道。

所述齿轮传动系统中，所述波浪轴锥棘轮和所述风轴锥棘轮的结构相同，均为由圆锥齿轮与内齿式棘轮嵌套而成的组合式机构，其外缘设置为锥齿轮、内缘设置为内棘轮、中心嵌装有拨盘，所述拨盘上铰接有径向均布的主动棘爪，所述主动棘爪插入所述内棘轮的齿槽内；所述主动棘爪内侧通过弹簧保持与所述内棘轮的良好接触；所述拨盘中心固定连接于风力驱动轴或波浪力驱动轴；

并且，所述波浪轴锥棘轮和所述风轴锥棘轮上下对称设置，以使所述波浪轴锥棘轮和所述风轴锥棘轮在同视角下以相同的方向旋转。

所述波能及风能转换系统中，多个所述波浪发电叶轮等间距的固定安装于波浪力驱动轴上。

本实用新型的有益效果是：

(一)本实用新型的波能和风能转换系统中，波浪轴锥棘轮采用锥齿轮与棘轮嵌套结构，在有风无浪的条件下风力发电叶轮的旋转不会引起波浪发电叶轮的旋转；风轴锥棘轮采用锥齿轮与棘轮嵌套结构，保证风力发电叶轮驱动风轴锥棘轮只沿一个方向转动，且有浪无风的条件下波浪发电叶轮的旋转不会引起风力发电叶轮的旋转；波浪轴锥棘轮与风轴锥棘轮均与输出锥齿轮相啮合，使发电装置连续高效地产生电能。

(二)本实用新型的旋转升降系统可使波浪能与风能联合发电装置对于不同水深，不同波浪来向的情况下均适用，提高了该发电装置的发电效率，扩大了适用范围。

(三)本实用新型的波浪收集系统，其集水坡道能够提高波浪能的吸收率，防止波浪向两侧滑落并提高波浪的重力势能，有利于波浪的越浪，收集更多的波能；其排水廊道能够保证波浪迅速排出发电装置，保证了整个发电装置工作的连续性及安全性；集水廊道和排水廊道能够保证波浪单向流过发电装置，使波浪发电叶轮单向旋转。

(四)本实用新型中采用轴流式波浪发电，且布置多个波浪发电叶轮，提高了波浪发电的效率。

(五)本实用新型的机房固定在集水廊道上部，有效利用自身结构支撑齿轮传动系统以及发电机组，对装置起到保护作用，延长装置的使用寿命。

(六)本实用新型采用齿轮传动系统实现机械能向电能的转换，齿轮传动平稳、传动比精确、工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度及尺度范围大。

(七)本实用新型结构简单，适用范围较广，成本较低，发电效率较高，能够充分利用海洋资源。

附图说明

图1是本实用新型的波浪能与风能联合发电装置的结构给定视角立体局部剖分图；

其中：1.集水坡道，2.集水廊道，3.波浪发电叶轮，4.波浪力驱动轴，5.风力发电叶轮，6.风力驱动轴，7.波浪轴锥棘轮，8.风轴锥棘轮，9，输出锥齿轮，10.传动轴，11.传动轴主动轮，12.发电机转轴，13.发电机，14.发电机支座，15.机房，16.旋转升降箱体，161.旋转升降桩柱，162.旋转平台被动轮，163.旋转电机主动轮，164.旋转平台电机，17.支撑桩柱，18.液压千斤顶，19.排水廊道，23.基础24.发电机被动轮，25.旋转套筒，26.防水橡胶套环；

图2是本实用新型的波浪能与风能联合发电装置的俯视图；

图3是本实用新型的风力发电叶轮的结构示意图；

图4是本实用新型的风轴锥棘轮的结构示意图；

其中：81.弹簧，82.拨盘，83.主动棘爪，84.内棘轮，85.锥齿轮；

图5是本实用新型的旋转升降系统的局部剖视图；

其中：20.键，21.第一滚珠，22.键槽滑道，181.第二滚珠，182.环形滑道。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1和图2所示，本实施例提供了一种波浪能与风能联合发电装置，同时利用波浪能和风能，该装置主要包括：波浪收集系统、波能及风能转换系统、齿轮传动系统、发电机组、旋转升降系统。

波浪收集系统包括集水坡道1、集水廊道2和排水廊道19。用于收集波浪的集水坡道1采用楔形收缩坡道，防止波浪向两侧滑落并提高波浪的重力势能，有利于波浪的越浪，收集更多的波能，提高波浪能的吸收率。集水坡道1与集水廊道2焊接相连，集水廊道2包括与集水坡道1连接的水平管道和与水平管道通过弯头连接的竖直管道，集水廊道2的竖直管道通过弯头连接排水廊道19的入口。集水廊道2将集水坡道1收集的波浪通过水平管道导入波能及风能转换系统，并流过设置于竖直管道内的波浪发电叶轮3，排水廊道能够保证波浪迅速排出发电装置，以保证整个发电装置工作的连续性及安全性。集水廊道2和排水廊道19共同焊接在旋转升降系统的旋转升降箱体16上部。

波能及风能转换系统包括波浪发电叶轮3、波浪力驱动轴4、风力发电叶轮5、风力驱动轴6。三组波浪发电叶轮3等间距的通过螺纹安装在波浪力驱动轴4上，波浪发电叶轮3与波浪力驱动轴4设置于集水廊道2的竖直管道内，波浪力驱动轴4以安装在集水廊道2上壁的滚动轴承以及安装在集水廊道2下壁的止推轴承支撑。集水廊道2和排水廊道19的设计能够保证波浪单向流过波能及风能转换系统，使波浪发电叶轮3单向旋转。风力发电叶轮5和风力驱动轴6设置于集水廊道2上方的机房15顶部，机房15焊接在集水廊道2上壁外部。如图3所示，风力发电叶轮5以螺纹连接的方式安装在风力驱动轴6顶部，风力驱动轴6通过安装在机房15顶板上的滚动轴承支撑。

齿轮传动系统包括设置于机房15内的波浪轴锥棘轮7、风轴锥棘轮8、输出锥齿轮9、传动轴10、传动轴主动轮11、发电机被动轮24。波浪力驱动轴4顶部向上穿过集水廊道2上壁延伸至机房15内，波浪轴锥棘轮7以键连接的方式安装于波浪力驱动轴4顶端。风力驱动轴6底部向下穿过机房15顶板延伸至机房15内，风轴锥棘轮8以键连接的方式安装于风力驱动轴6底端。风轴锥棘轮8和波浪轴锥棘轮7上下对称设置且同时与输出锥齿轮9相啮合，输出锥齿轮9以键连接的方式安装于传动轴10的一端，传动轴10的另一端以键连接的方式安装有传动轴主动轮11，传动轴主动轮11与发电机被动轮24相啮合，发电机被动轮24以键连接的方式安装在发电机组的发电机转轴12上。

波浪轴锥棘轮7、风轴锥棘轮8的具体结构相同，都是由圆锥齿轮与内齿式棘轮嵌套而成的组合式机构。本实施例中仅以风轴锥棘轮8为例做详细说明，波浪轴锥棘轮7不再另行赘述。如图4所示，风轴锥棘轮8由弹簧81、拨盘82、主动棘爪83、内棘轮84、锥齿轮85构成。风轴锥棘轮8的外缘设置为锥齿轮85，内缘设置为内棘轮84，中心嵌套有拨盘82；拨盘82上铰接有两个对称设置的主动棘爪83，主动棘爪83插入内棘轮85的齿槽内；主动棘爪83内侧设置有弹簧81，弹簧81一端固定在拨盘82上，另一端抵顶于主动棘爪83上，使主动棘爪83与内棘轮84保持良好接触。拨盘82中心以键连接的方式与风力驱动轴6相连，当风力驱动轴6带动拨盘82顺时针旋转时，由于主动棘爪83插入内棘轮85的齿槽内，锥齿轮85随之顺时针转动(图3中方向)；当风力驱动轴6带动拨盘82逆时针旋转时，主动棘爪83滑过内棘轮84的齿背，锥齿轮85不转动。需要注意的是，波浪轴锥棘轮7和风轴锥棘轮8上下对称设置，这样波浪轴锥棘轮7的内棘轮和风轴锥棘轮8的内棘轮84也对称，以保证在工作时波浪轴锥棘轮和风轴锥棘轮能够在同视角(均由上向下观察或者均右下向上观察)下以相同的方向旋转。

发电机组包括设置于机房15内的发电机转轴12、发电机13、发电机支座14。发电机转轴12连接于发电机13，发电机13固定在发电机支座14上，发电机支座14固定安装于机房15下底板。

结合图5所示，旋转升降系统主要包括旋转升降箱体16、支撑桩柱17、液压千斤顶18、旋转套筒25、防水橡胶套环26，旋转升降箱体16内设置有旋转升降桩柱161、旋转平台被动轮162、旋转电机主动轮163、旋转平台电机164。旋转升降箱体16同轴地设置于旋转升降桩柱161外部，能够相对于旋转升降桩柱161产生上下滑动和旋转。旋转升降桩柱161底部穿过旋转升降箱体16的底板，并固定安装在支撑桩柱17上。旋转升降箱体16的底板上表面固定安装有旋转电机主动轮163，使旋转电机主动轮163能够与旋转升降箱体16共同运动。旋转电机主动轮163与设置在其上方的旋转平台电机164相连接，旋转平台电机164通过螺栓固定在旋转升降箱体16侧壁。旋转电机主动轮163与设置于旋转升降箱体16底板上表面的旋转平台被动轮162相啮合，旋转平台被动轮162套装于旋转升降桩柱161外部，旋转升降桩柱161侧壁设置有轴向的键槽滑道22，旋转平台被动轮162通过安装在键槽滑道22中的键20与旋转升降桩柱161固定连接，以使旋转平台被动轮162可以随着旋转升降箱体16相对于旋转升降桩柱161的升降而升降。旋转平台被动轮162底面安装有第一滚珠21，旋转升降箱体16底板上表面对应于第一滚珠21设置有环形滑道182，这样旋转升降箱体16可以在旋转运动时相对于旋转平台被动轮162产生相对滑动。支撑桩柱17固定安装于基础23上，顶面安装有两个液压千斤顶18；两个液压千斤顶18对称布置在旋转升降桩柱161的两侧，并支撑于旋转升降箱体16底部，以带动旋转升降箱体16上升或下降。液压千斤顶18顶部安装第二滚珠181，旋转升降箱体16底板下表面对应于第二滚珠181设置有环形滑道182，以使旋转升降箱体16可以在旋转运动时相对于液压千斤顶18产生相对滑动。旋转升降箱体16外部套设有旋转套筒25，旋转套筒25底部锚固于支撑桩柱17上部。旋转套筒25与旋转升降箱体16之间设置有防水橡胶套环26，防水橡胶套环26与旋转套筒25紧密贴合并涂有润滑油，使旋转升降箱体16能够相对旋转套筒25在密封环境下自由旋转和升降。

本实用新型的波浪能与风能联合发电装置的工作原理是：

波浪从集水坡道1上升进入集水廊道2中，利用越浪水体产生的冲击力和重力势能驱动波浪发电叶轮3旋转，带动波浪力驱动轴4旋转，进而带动与之相连的波浪轴锥棘轮7的旋转。在风的驱动下，风力发电叶轮5旋转，带动风力驱动轴6旋转，进而带动与之相连的风轴锥棘轮8的旋转。风轴锥棘轮8内嵌有主动棘爪83，使风力发电叶轮5在不同风向的驱动下，风轴锥棘轮8只能朝一个方向旋转或者不旋转。当有浪无风时，波浪发电叶轮3的旋转驱动波浪力驱动轴4旋转，进而驱动波浪轴锥棘轮7旋转，带动与之相啮合的输出锥齿轮9旋转，此时，与输出锥齿轮9相啮合的风轴锥棘轮8旋转，由于风轴锥棘轮8的作用，风力驱动轴6与风力发电叶轮5均不转动；有风无浪时，风驱动风力发电叶轮5转动，带动风力驱动轴6旋转，进而带动与风力驱动轴6相连的风轴锥棘轮8旋转，由于风轴锥棘轮8中内棘轮84的作用，使其只能朝一个方向旋转，并带动与之啮合的输出锥齿轮9旋转，输出锥齿轮9带动与之啮合的波浪轴锥棘轮7旋转，由于波浪轴锥棘轮7内嵌主动棘爪83的作用，波浪轴锥棘轮7的旋转不能带动波浪力驱动轴4的旋转；当风与浪同时作用时，转速较慢的叶轮不起作用，输出锥齿轮9与与之啮合的风轴锥棘轮8和波浪轴锥齿轮7中转速较快的一个转速相同。输出锥齿轮9的转动带动传动轴10的转动，进而带动传动轴主动轮11的旋转。传动轴主动轮11带动与之啮合的发电机被动轮24旋转，进而带动发电机转轴12旋转，进行发电。齿轮传动系统能够保证发电装置在大部分时候(除风力发电叶轮逆时针旋转时之外)连续高效的进行发电，提高了发电效率以及海洋能源利用率。齿轮传动系统、发电机组置于机房15内，减少海水对各部件的侵蚀。

旋转升降系统可根据不同水位及波浪来向使波浪能与风能联合发电装置进行旋转与升降，调整集水坡道位置使其尽可能多的收集波浪，以保障发电装置有较高的发电效率以及较广的应用范围。在旋转升降箱体16底板下部布置两个液压千斤顶18，能够控制旋转升降箱体16自由升降。液压千斤顶18上安装有第二滚珠181，使其在旋转升降箱体16下部的环形滑道182上滑动，减小了构件之间的摩擦。旋转升降箱体16底板上表面安装有旋转平台被动轮162，旋转电机主动轮163固定安装在旋转升降箱体16底板上表面并与旋转箱体被动轮162相啮合。旋转升降桩柱161一侧设有键槽滑道22，当旋转升降箱体16在液压千斤顶18的作用下升降时，旋转箱体被动轮162随着键20在键槽滑道22内上下滑动而随旋转升降箱体16一同升降。旋转升降桩柱161固定在支撑桩柱17上，旋转平台被动轮162通过键20固定在旋转升降桩柱161上，旋转电机主动轮163固定在旋转升降箱体16上，在旋转平台电机164的带动下，旋转电机主动轮163带动旋转升降箱体16共同旋转。在旋转升降箱体16与支撑桩柱17之间用旋转套筒25与防水橡胶套环26进行密封，既确保装置在水下的部分不透水，又保证了旋转升降箱体16的自由旋转与升降。波浪能与风能联合发电装置的自由旋转与升降可使其对于不同水深，不同波浪来向的情况下均适用，提高了发电效率，扩大了适用范围。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围之内。