本發(fā)明涉及一種用于海上發(fā)電裝置的機(jī)械能聚集機(jī)構(gòu)，屬于海洋資源開發(fā)利用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

風(fēng)能和海洋能作為儲量大、分布廣的可再生清潔能源，其開發(fā)和利用已得到各國政府和研究機(jī)構(gòu)的高度重視。為充分利用海上能源以及減少海上發(fā)電成本，海上多能聯(lián)合發(fā)電成為當(dāng)前新能源領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)之一。發(fā)電過程中，風(fēng)能和海洋能首先借助葉輪和浮子等能量捕獲裝置轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后由機(jī)械能驅(qū)動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)化為電能。

目前國內(nèi)外主要是利用一種或兩種海上能源進(jìn)行發(fā)電，而有關(guān)利用三種及以上能源聯(lián)合發(fā)電方面的研究較少。華北電力大學(xué)和浙江理工大學(xué)分別設(shè)計(jì)了一種海上風(fēng)能-波浪能-海流能綜合發(fā)電系統(tǒng)模型，前者利用浮子的擺動將波浪能轉(zhuǎn)化為液壓能，通過儲能器實(shí)現(xiàn)液壓能向電能的穩(wěn)定轉(zhuǎn)換，并借助控制器控制液壓馬達(dá)的輸出功率；后者將風(fēng)能、波浪能和海流能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能后分別驅(qū)動各自的發(fā)電機(jī)發(fā)電，這三路電能經(jīng)變壓器整流后輸出。中匯明電力設(shè)備有限公司給出了一種“海風(fēng)海浪海流能量同步偶合的海上發(fā)電平臺”模型，該模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

以上關(guān)于多能發(fā)電的研究中，風(fēng)能和海流能經(jīng)過葉輪，波浪能經(jīng)過浮子轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能再經(jīng)各自的減速器轉(zhuǎn)化為電能，電能合并后輸出。這樣，由每種能源轉(zhuǎn)化成的機(jī)械能分別驅(qū)動相應(yīng)的發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)的數(shù)量增多，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。因此，如何將每種能源轉(zhuǎn)化成的機(jī)械能進(jìn)行匯集并驅(qū)動單一發(fā)電機(jī)發(fā)電對簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)可靠性具有重要意義。此外，風(fēng)能、波浪能和海流能具有波動性，使得電能不能穩(wěn)定輸出，對如何將不穩(wěn)定的風(fēng)能、波浪能和海流能轉(zhuǎn)化為可控的機(jī)械能方面的研究國內(nèi)外亦少有涉及，海上多能的穩(wěn)定轉(zhuǎn)換對簡化控制系統(tǒng)并得到平穩(wěn)的電能輸出十分必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于，提供一種海洋平臺發(fā)電裝置的機(jī)械能聚能機(jī)構(gòu)，并將風(fēng)能、波浪能和海流能轉(zhuǎn)化成的機(jī)械能定值輸出，實(shí)現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的簡化。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：用于海上多能發(fā)電裝置的機(jī)械能聚能機(jī)構(gòu)，該聚能機(jī)構(gòu)由三部分組成：一級能量匯集機(jī)構(gòu)、二級能量匯集機(jī)構(gòu)和儲能機(jī)構(gòu)；一級能量匯集機(jī)構(gòu)和二級能量匯集機(jī)構(gòu)具有相同的結(jié)構(gòu)；一級能量匯集機(jī)構(gòu)和二級能量匯集機(jī)構(gòu)之間，以及二級能量匯集機(jī)構(gòu)和儲能機(jī)構(gòu)之間均通過聯(lián)軸器連接。

所述的一級或二級能量匯集機(jī)構(gòu)包括兩組直齒輪組、一組周轉(zhuǎn)輪系、輸入端和輸出端；所述的兩組直齒輪組包括輸入大齒輪、輸入小齒輪、傳動小齒輪、傳動大齒輪、單向軸承、傳動軸、介輪；周轉(zhuǎn)輪系包括小太陽輪、大太陽輪、行星輪；傳動小齒輪的軸孔與第一單向軸承的外圈固連，傳動大齒輪的軸孔與第二單向軸承的外圈固連；第一單向軸承和第二單向軸承的內(nèi)圈與傳動軸的輸入端連接；輸入大齒輪與傳動大齒輪嚙合，輸入小齒輪與介輪嚙合，介輪與傳動小齒輪嚙合；行星輪同時(shí)與大太陽輪和小太陽輪嚙合，小太陽輪與傳動軸的輸出端固連。

所述的輸出端為行星輪支架，行星輪支架中間為連接桿，連接桿兩端固連有轉(zhuǎn)軸，一端的轉(zhuǎn)軸與行星輪固連，另一端的轉(zhuǎn)軸與聯(lián)軸器連接。

所述的一級能量匯集機(jī)構(gòu)的輸入端包括風(fēng)能輸入軸和波浪能輸入軸；波浪能輸入軸與輸入大齒輪和輸入小齒輪固連；風(fēng)能輸入軸與風(fēng)能輸入小齒輪固連，風(fēng)能輸入小齒輪與風(fēng)能傳動大齒輪嚙合；大太陽輪的一端為圓形套筒，另一端為法蘭盤，法蘭盤上加工有大太陽輪的內(nèi)齒，大太陽輪套筒的內(nèi)孔空套在傳動軸的中間位置，外壁與風(fēng)能傳動大齒輪的軸孔固連。

所述的二級能量匯集機(jī)構(gòu)的輸入端包括海流能輸入軸和合能輸入軸；海流能輸入軸與輸入大齒輪和輸入小齒輪固連；合能輸入軸一端與一級能量匯集機(jī)構(gòu)的輸出端通過聯(lián)軸器連接；合能輸入軸另一端與合能輸入小齒輪固連，合能輸入小齒輪與合能傳動大齒輪嚙合；大太陽輪的一端為圓形套筒，另一端為法蘭盤，法蘭盤上加工有大太陽輪的內(nèi)齒，大太陽輪套筒的內(nèi)孔空套在傳動軸的中間位置，外壁與合能傳動大齒輪的軸孔固連。

所述的儲能機(jī)構(gòu)由儲能輸入軸、非完全齒輪、棘輪、棘爪、棘爪轉(zhuǎn)軸、輸出端齒輪、單向軸承、齒條、固定支座、儲能彈簧、擋塊、導(dǎo)桿和輸出軸組成；二級能量匯集機(jī)構(gòu)的行星輪支架通過聯(lián)軸器與儲能輸入軸連接；儲能輸入軸上固連有非完全齒輪和棘輪，非完全齒輪與齒條嚙合；齒條和導(dǎo)桿通過擋塊固連在一起；儲能彈簧的兩端分別與擋塊和固定支座連接并空套在導(dǎo)桿上；齒條與輸出端齒輪嚙合，輸出端齒的軸孔與單向軸承外圈固連，單向軸承內(nèi)圈與輸出軸連接。

所述的齒條兩端面中心的連線、導(dǎo)桿的軸線以及擋塊的軸線，三者共線。

所述的一級或二級能量匯集機(jī)構(gòu)中，輸入大齒輪和傳動大齒輪的齒數(shù)相同；輸入小齒輪和傳動小齒輪的齒數(shù)相同。

本發(fā)明的用于海上多能發(fā)電裝置的機(jī)械能聚能機(jī)構(gòu)具有的有益效果是：該聚能機(jī)構(gòu)由三個(gè)模塊化、結(jié)構(gòu)緊湊的子機(jī)構(gòu)組成，不僅能夠同時(shí)將風(fēng)能、波浪能和海流能轉(zhuǎn)換成的機(jī)械能聚集，而且還能夠?qū)⒛芰看鎯Σ⒍ㄖ递敵?，用以?qū)動海上發(fā)電機(jī)發(fā)電。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的用于海上多能發(fā)電裝置的機(jī)械能聚能機(jī)構(gòu)儲能時(shí)的示意圖；

圖2為一級能量匯集機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為二級能量匯集機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為儲能機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為能量匯集機(jī)構(gòu)中大太陽輪示意圖；

圖6為風(fēng)能、波浪能以及海流能轉(zhuǎn)化成的機(jī)械能在本發(fā)明的聚能機(jī)構(gòu)中的傳遞示意圖。

圖中：1、一級輸入大齒輪；2、一級輸入小齒輪；3、波浪能輸入軸；4、一級介輪；5、一級傳動小齒輪；6、一級傳動大齒輪；7、風(fēng)能輸入軸；8、一級大太陽輪；9、一級行星輪支架；10、一級聯(lián)軸器；11、導(dǎo)桿；12、固定支座；13、儲能彈簧；14、擋塊；15、齒條；16、缺齒齒輪；17、棘輪；18、儲能輸入軸；19、固定支座；20、輸出端齒輪；21、輸出軸；22、二級聯(lián)軸器；23、二級輸入大齒輪；24、二級輸入小齒輪；25、海流能輸入軸；26、一級小太陽輪；27、一級行星輪；28、風(fēng)能輸入小齒輪；29、第一單向軸承；30、第二單向軸承；31、一級傳動軸；32、風(fēng)能傳動大齒輪；33、二級小太陽輪；34、二級大太陽輪；35、合能傳動大齒輪；36、二級介輪；37、二級傳動小齒輪；38、二級傳動軸；39、第三單向軸承；40、第四單向軸承；41、二級傳動大齒輪；42、合能輸入軸；43、合能輸入小齒輪；44、二級行星輪； 45、二級行星輪支架； 46、第五單向軸承； 47、棘爪；48、棘爪轉(zhuǎn)軸。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的用于多能發(fā)電裝置的機(jī)械能聚能機(jī)構(gòu)做進(jìn)一步說明。

本實(shí)施例是一種風(fēng)能、波浪能和海流能聚能機(jī)構(gòu)，包括一級能量匯集機(jī)構(gòu)、二級能量匯集機(jī)構(gòu)和儲能機(jī)構(gòu)三部分。由風(fēng)能、波浪能以及海流能轉(zhuǎn)化成的機(jī)械能在該聚能機(jī)構(gòu)中的傳遞如圖6所示。

如圖1、圖2和圖5所示，一級能量匯集機(jī)構(gòu)包括一級輸入大齒輪1、一級輸入小齒輪2、波浪能輸入軸3、一級介輪4、一級傳動軸31、第一單向軸承29、第二單向軸承30、一級傳動小齒輪5、一級傳動大齒輪6、風(fēng)能輸入軸7、風(fēng)能輸入小齒輪28、風(fēng)能傳動大齒輪32、一級大太陽輪8、一級小太陽輪26、一級行星輪27和一級行星輪支架9。

如圖1和圖2所示，一級輸入大齒輪1和一級輸入小齒輪2與波浪能輸入軸3固連。一級傳動小齒輪5的軸孔與第二單向軸承30的外圈固連，一級傳動大齒輪6的軸孔與第一單向軸承29的外圈固連。第一單向軸承29和第二單向軸承30的內(nèi)圈與一級傳動軸31的輸入端固連。一級輸入大齒輪1與一級傳動大齒輪6嚙合，一級輸入小齒輪2與一級介輪4嚙合，一級介輪4與一級傳動小齒輪5嚙合。當(dāng)波浪能輸入軸3順時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)，一級傳動小齒輪5和一級傳動大齒輪6分別順時(shí)針和逆時(shí)針轉(zhuǎn)動。由于第一單向軸承29和第二單向軸承30傳動的單向性，只有一級傳動小齒輪5的轉(zhuǎn)動傳遞至一級傳動軸31并驅(qū)動一級傳動軸31順時(shí)針轉(zhuǎn)動，而一級傳動大齒輪6相對一級傳動軸31空轉(zhuǎn)。同理，當(dāng)波浪能輸入軸3逆時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)，只有一級傳動大齒輪6順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)動傳遞至一級傳動軸31并帶動一級傳動軸31順時(shí)針轉(zhuǎn)動。這樣，當(dāng)波浪能輸入軸3順時(shí)針和逆時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)，一級傳動軸31均順時(shí)針轉(zhuǎn)動。

如圖1、圖2和圖5所示，風(fēng)能輸入軸7與風(fēng)能輸入小齒輪28固連，風(fēng)能輸入小齒輪28與風(fēng)能傳動大齒輪32嚙合。一級大太陽輪8的一端為圓形套筒，另一端為法蘭盤，法蘭盤上加工有一級大太陽輪8的內(nèi)齒，大太陽輪套筒的內(nèi)孔空套在一級傳動軸31的中間位置，外壁與風(fēng)能傳動大齒輪32的軸孔固連。風(fēng)能輸入軸7的轉(zhuǎn)動經(jīng)風(fēng)能輸入小齒輪28和風(fēng)能傳動大齒輪32的傳動傳遞至一級大太陽輪8。

如圖1、圖2和圖5所示，一級行星輪支架9中間為連接桿，連接桿兩端固連有轉(zhuǎn)軸，一端的轉(zhuǎn)軸上固連有一級行星輪27，另一端的轉(zhuǎn)軸與一級聯(lián)軸器10連接。一級行星輪27同時(shí)與一級大太陽輪8和一級小太陽輪26嚙合，一級小太陽輪26與一級傳動軸31的輸出端固連。由單向軸承傳動的單向性可知，當(dāng)安裝在一級傳動軸31上的第二單向軸承30和第一單向軸承29各自兩端對調(diào)后，一級傳動軸31的轉(zhuǎn)向亦隨之改變。因此，一級能量匯集機(jī)構(gòu)在安裝過程中，通過調(diào)整第二單向軸承30和第一單向軸承29的安裝方向可使一級傳動軸31的轉(zhuǎn)動方向與風(fēng)能輸入軸7的轉(zhuǎn)向相反，從而使一級大太陽輪8和一級小太陽輪26的轉(zhuǎn)向一致，以確保一級行星輪27轉(zhuǎn)向的單一性。

如圖1和圖3所示，二級能量匯集機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與一級能量匯集機(jī)構(gòu)相同。合能輸入軸42通過一級聯(lián)軸器10與一級行星輪支架9連接。波浪能和風(fēng)能經(jīng)合能輸入軸42輸入，經(jīng)合能輸入小齒輪43和合能傳動大齒輪35傳遞至二級大太陽輪34。海流能經(jīng)海流能輸入軸25、二級輸入大齒輪23、二級輸入小齒輪24、二級介輪36、二級傳動小齒輪37、二級傳動大齒輪41、第三單向軸承39、第四單向軸承40、二級傳動軸38傳遞至二級小太陽輪33。二級大太陽輪34和二級小太陽輪33的轉(zhuǎn)動經(jīng)二級行星輪44匯集后由二級行星輪支架45輸出。二級行星輪支架45通過二級聯(lián)軸器22與儲能機(jī)構(gòu)的輸入端連接并且轉(zhuǎn)向唯一。

如圖1和圖4所示，儲能機(jī)構(gòu)包括儲能輸入軸18、非完全齒輪16、棘輪17、棘爪47、棘爪轉(zhuǎn)軸48、輸出端齒輪20、第五單向軸承46、齒條15、固定支座12、儲能彈簧13、擋塊14、導(dǎo)桿11、固定支座19和輸出軸21組成。儲能輸入軸18作為儲能機(jī)構(gòu)的輸入端，通過二級聯(lián)軸器22與二級能量匯集機(jī)構(gòu)的二級行星輪支架45連接。

如圖1和圖4所示，風(fēng)能、波浪能和海流能經(jīng)一級能量匯集機(jī)構(gòu)和二級能量匯集機(jī)構(gòu)匯集后由儲能輸入軸18輸入至儲能機(jī)構(gòu)。儲能輸入軸18的一端與二級聯(lián)軸器22固連，中部固連有非完全齒輪16，另一端固連有棘輪17。非完全齒輪16和齒條15嚙合，齒條15的一端與柱形擋塊14的底面固連。齒條15的另一端由固定支座19支撐，固定支座19的截面為“凹”字形。擋塊14的另一底面與柱形導(dǎo)桿11固連，導(dǎo)桿11由固定支座12支撐，固定支座12為圓環(huán)形。導(dǎo)桿11和齒條15可分別沿固定支座12和19滑動。齒條15兩個(gè)端面中心的連線、擋塊14的軸線以及導(dǎo)桿11的軸線三線共線。儲能彈簧13空套在導(dǎo)桿11上，儲能彈簧13的兩端分別固連在擋塊14和固定支座12上。齒條15除與非完全齒輪16嚙合外，還與輸出端齒輪20嚙合。輸出端齒輪20的軸孔與第五單向軸承46的外圈固連，第五單向軸承46的內(nèi)圈與輸出軸21連接。

如圖1和圖4所示，儲能時(shí)，儲能輸入軸18驅(qū)動非完全齒輪16轉(zhuǎn)動，經(jīng)非完全齒輪16和齒條15嚙合傳動，推動擋塊14緩慢向固定支座12移動進(jìn)而壓縮儲能彈簧13實(shí)現(xiàn)逐步儲能。棘爪47可繞棘爪轉(zhuǎn)軸48轉(zhuǎn)動并始終與棘輪17接觸，以保證非完全齒輪16單一方向的轉(zhuǎn)動。儲能過程中，由于第三單向軸承46的單向轉(zhuǎn)動作用，與齒條15嚙合的輸出端齒輪20的轉(zhuǎn)動不能傳動至輸出軸21。當(dāng)非完全齒輪16的缺齒部位轉(zhuǎn)動至于齒條15的嚙合區(qū)間時(shí)，儲能彈簧13中儲存的能量瞬間釋放，推動齒條沿固定支座19快速移動并驅(qū)動輸出端齒輪20轉(zhuǎn)動。能量釋放時(shí)，輸出端齒輪20的轉(zhuǎn)動經(jīng)第五單向軸承46的傳動帶動輸出軸21轉(zhuǎn)動。風(fēng)能、波浪能和海流能最終由輸出軸21單向輸出至發(fā)電機(jī)輸入端。