一种波浪发电系统及其工作方法与流程

本发明涉及水力发电领域，特别地，是一种波浪发电系统及其工作方法。

背景技术：

由于波浪能源是一种用之不尽的天然能源，因此受到人们的广泛关注，并且已建成了较多种类的成熟发电系统；然而，目前的波浪发电系统主要包括两大类，第一类采用面向波浪的水轮机系统，对波浪能量进行正面收集；第二类采用水面浮台系统，获取波浪的上升动能；该两类发电系统存在的不足之处在于：对于第一类水轮机系统，要获得大面积的波浪动能，必须大面积制造水轮机，其工程规模和成本十分巨大，并且，对于单部水轮机，其叶片的实际面积亦十分有限，能量利用率并不高；对于第二类浮台系统，仅仅利用了波浪的上升动能，对于波浪的横向推进动能，几乎利用不到，这导致能量利用率亦十分低下；因此，尽可能地提高波浪发电的能量利用率，是该领域内需要不懈努力的方向。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种波浪发电系统，该波浪发电系统可以高效地将连续波浪的动能转换为电能，并且建造成本较低。

本发明实现技术目的所采用的技术方案是：该波浪发电系统包括构建于水底的龙门基坝，所述龙门基坝中部为可让水体顺利流过的通水龙门，所述通水龙门上方为横梁；所述通水龙门内设有上下两根相互平行的基础转轴，且该两根转轴水平设置，并正交于通水龙门的法向；所述的两根基础转轴通过双向传动机构耦合至弹性蓄能机构，所述弹性蓄能机构再通过单向传动机构输出至发电机驱动轴；各所述基础转轴上分别绕卷有缆绳，各所述缆绳共同横向牵引一个没入水中的竖直框架；所述竖直框架的上方具有一个漂浮于水面的浮筏，所述浮筏与竖直框架形成t形结构；所述竖直框架内具有可在框架平面内上下升降的升降帆板，所述升降帆板受帆板驱动机构驱动，使所述升降帆板可下降到完全覆盖所述框架所在平面，或完全上升到所述框架上方，使框架正面完全敞通。

作为优选，所述基础转轴或双向传动机构上具有刹车机构；所述刹车机构在所述升降帆板连续上升的过程中，锁定所述基础转轴；并在其余时间保持松开。

作为优选，所述龙门基坝构建于近滩水域内，所述浮筏和框架处于龙门基坝和岸滩之间；以利于降低龙门基坝的构建难度，并节约建造成本。

作为优选，所述的两根基础转轴上分别设有一个基础齿轮，所述的两根基础转轴上的基础齿轮完全相同，并相互啮合；所述两根基础转轴上的缆绳的绕卷时针方向相反；其中一根基础转轴通过所述双向传动机构耦合至所述弹性蓄能机构；这不仅使所述双向传动机构与所述的两根基础转轴之间只需要一个耦合部分，使结构精简；更使得所述的两根基础转轴可以完全同步旋转，从而使牵引所述竖直框架的各缆绳的受力和位移状况完全一致，使整体结构稳定可靠。

作为优选，所述缆绳共有4根，各所述基础转轴上各绕置有两根；该4根缆绳连接在所述竖直框架上的4个固定点上，该4个固定点的连线形成一个与所述竖直框架具有相同中心的矩形；从而使波浪在冲击竖直框架的过程中，缆绳可以对框架形成稳定地牵拉，使竖直框架总是保持稳定的竖直状态。

作为优选，所述双向传动机构为齿轮传动机构、链传动机构、带传动机构中的一种或多种的组合；所述单向传动机构具有如下特点：所述弹性蓄能机构带动该单向传动机构正转时，该单向传动机构驱动所述发电机驱动轴转动，而所述弹性蓄能机构带动该单向传动机构反转时，该单向传动机构与所述发电机驱动轴之间无力矩传递；该单向传动机构可由棘轮棘爪机构或自行车飞轮机构形成。

作为优选，所述弹性蓄能机构为发条蓄能机构。

作为优选，所述升降帆板由阻水帆布构成，所述帆板驱动机构包括：设于所述浮筏上的驱动卷轴，以及设于所述竖直框架下侧的从动卷轴；所述驱动卷轴和从动卷轴相互平行，且所述驱动卷轴受驱动电机驱动；所述阻水帆布的形状、面积与所述竖直框架一致；所述阻水帆布的上边沿连接于所述驱动卷轴的母线上；且所述阻水帆布的下边沿受到牵拉绳牵拉，所述牵拉绳绕过所述从动卷轴后向上延伸，并绕置在所述驱动卷轴上未被阻水帆布覆盖的部分；且所述牵拉绳在驱动卷轴上的绕置时针方向与所述阻水帆布在驱动卷轴上的绕置时针方向相反。

本发明的有益效果在于：该波浪发电系统在发电过程中，穿过所述龙门基坝的波浪将所述升降帆板和竖直框架向远处推离，此过程中，所述竖直框架通过缆绳牵拉所述基础转轴，使基础转轴驱动发电机发电，同时使所述弹性蓄能机构蓄能；当所述升降帆板和竖直框架被推离到远处极限位置时，将所述升降帆板完全收起，从而使所述竖直框架不再对波浪形成阻拦，则在所述弹性蓄能机构的复位作用下，竖直框架又迅速回到龙门基坝附近，所述升降帆板再次放下后，进行下一周期的发电作业；该系统在发电过程中，一方面，升降帆板对水体形成的阻拦面巨大，在同等分布面域下，远超水轮机，因此，对波浪能量的采集率极高，且成本远低于水轮机；另一方面，在每一个发电周期中，由于需要驱动发电机系统，竖直框架总是缓慢地向远处推离，而在回归时，由于竖直框架几乎不受阻力，因此在弹性蓄能机构的作用下，总是迅速地回到龙门基坝附近；因此，所述升降帆板在绝大部分时间内，均在大面积地采集波浪能量；综合可见，该系统对于波浪能量具有极高的利用率。

附图说明

图1是本波浪发电系统的示意图；

图2是本波浪发电系统中，竖直框架的一个实施例示意图；

图3是本波浪发电系统中，所述升降帆板和帆板驱动机构的一个实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

如图1所示，该波浪发电系统包括构建于水底的龙门基坝1，所述龙门基坝1中部为可让水体顺利流过的通水龙门10，所述通水龙门10上方为横梁11；所述通水龙门10内设有上下两根相互平行的基础转轴21、22，且该两根转轴21、22水平设置，并正交于通水龙门10的法向。

所述的两根基础转轴21、22上分别设有一个基础齿轮211、221，所述的两根基础转轴上的基础齿轮211、221完全相同，并相互啮合；而上方的基础转轴21通过双向传动机构3耦合至弹性蓄能机构4，所述弹性蓄能机构4再通过单向传动机构5输出至发电机驱动轴（未图示）。其中，所述双向传动机构3为齿轮传动机构、链传动机构、带传动机构中的一种或多种的组合。所述单向传动机构5具有如下特点：所述弹性蓄能机构4带动该单向传动机构5正转时，该单向传动机构5驱动所述发电机驱动轴转动，而所述弹性蓄能机构4带动该单向传动机构5反转时，该单向传动机构5与所述发电机驱动轴之间无力矩传递；为实现该功能，所述单向传动机构5可由棘轮棘爪机构或自行车飞轮机构形成；当然，这里所述的自行车飞轮机构指结构形式与自行车飞轮机构相同，但尺寸和强度显然需要放大。所述弹性蓄能机构4可以采用发条蓄能机构。由于所述双向传动机构3、弹性蓄能机构4、单向传动机构5均为常规机构，因此均不再作图赘述，仅仅在图1中示意。

两根所述基础转轴21、22上分别以相反的时针方向绕卷有缆绳61、62，各所述缆绳61、62共同横向牵引一个没入水中的竖直框架7；所述竖直框架7的上方具有一个漂浮于水面的浮筏8，所述浮筏8与竖直框架7形成t形结构；所述竖直框架7内具有可在框架平面内上下升降的升降帆板9，所述升降帆板9受帆板驱动机构91驱动，使所述升降帆板9可下降到完全覆盖所述框架7所在平面，或完全上升到所述框架上方，使框架7正面完全敞通。

由于所述两根基础转轴21、22上的缆绳61、62的绕卷时针方向相反，且该两根基础转轴21、22通过基础齿轮211、221相互啮合，从而可使所述的两根基础转轴21、22可以完全同步旋转，以使牵引所述竖直框架7的各缆绳61、62的受力和位移状况完全一致；这样，在升降帆板9被波浪推移过程中，所述竖直框架7可保持稳定的竖直状态。

对于所述的竖直框架7，其一个实施例如图2所示，其上具有4个缆绳固定点71a、71b、71c、71d；该4个固定点的连线形成一个与所述竖直框架7具有相同中心的矩形；该4个固定点上分别连结一根缆绳，上方的两根缆绳绕卷在上方的所述基础转轴21上，下方的两根缆绳绕卷在下方的基础转轴22上。从而得到稳定的牵拉结构。

对于所述的升降帆板9和帆板驱动机构91，其一个实施例如图3所示，所述升降帆板9由阻水帆布9’构成，所述帆板驱动机构91包括：设于所述浮筏8上的驱动卷轴910，以及设于所述竖直框架7下侧的从动卷轴920；所述驱动卷轴910和从动卷轴920相互平行，且所述驱动卷轴910受驱动电机（未图示）驱动；所述阻水帆布9’的形状、面积与所述竖直框架7一致；所述阻水帆布9’的上边沿连接于所述驱动卷轴910的母线上；且所述阻水帆布9’的下边沿受到牵拉绳9”牵拉，所述牵拉绳9”绕过所述从动卷轴920后向上延伸，并绕置在所述驱动卷轴910上未被阻水帆布9’覆盖的部分；且所述牵拉绳9”在驱动卷轴910上的绕置时针方向与所述阻水帆布9’在驱动卷轴910上的绕置时针方向相反。按照该种结构，只要使用一部可正反转的驱动电机，即可通过正转或反转，使所述阻水帆布9’被所述驱动卷轴910完全收卷，或被所述从动卷轴920下拉，以铺满整个所述竖直框架7所在的平面；在阻水帆布9’收拢或张开的过程中，无需采用精度和润滑十分讲究的滑槽滑轮机构，也无需为阻水帆布9’位置状态的改变而留出让位空间，相比于硬质帆板，不仅大幅节约成本，且在竖直框架7的复位过程中避免了风阻。

另外，所述基础转轴21、22或双向传动机构3上具有刹车机构；所述刹车机构在所述升降帆板9连续上升的过程中，锁定所述基础转轴21、22；并在其余时间保持松开；从而使竖直框架7在复位过程中，其正面保持完全敞通，以便于竖直框架7可以迅速复位，并进入下一周期的能量采集。

上述的波浪发电系统，为了降低龙门基坝1的构建难度，并节约建造成本。可如图1所示，将龙门基坝1构建于近滩水域内，所述浮筏8和框架7处于龙门基坝1和岸滩111之间。

上述波浪发电系统在发电过程中，穿过所述龙门基坝1的波浪将所述升降帆板9和竖直框架7向远处推离，此过程中，所述竖直框架7通过缆绳61、62牵拉所述基础转轴21、22，使基础转轴驱动发电机发电，同时使所述弹性蓄能机构蓄能；当所述升降帆板9和竖直框架7被推离到远处极限位置时，将所述升降帆板9完全收起，从而使所述竖直框架7不再对波浪形成阻拦，则在所述弹性蓄能机构的复位作用下，竖直框架7又迅速回到龙门基坝1附近，所述升降帆板9再次放下后，进行下一周期的发电作业；该系统在发电过程中，一方面，升降帆板9对水体形成的阻拦面巨大，在同等分布面域下，远超水轮机，因此，对波浪能量的采集率极高，且成本远低于水轮机；另一方面，在每一个发电周期中，由于需要驱动发电机系统，竖直框架7总是缓慢地向远处推离，而在回归时，由于竖直框架7几乎不受阻力，因此在弹性蓄能机构的作用下，总是迅速地回到龙门基坝1附近；因此，所述升降帆板9在绝大部分时间内，均在大面积地采集波浪能量；综合可见，该系统对于波浪能量具有极高的利用率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。