本發(fā)明涉及波浪發(fā)電技術領域，尤其是涉及一種能量轉化效率高、安全性好的海浪發(fā)電裝置及方法。

背景技術：

海洋能源的開發(fā)利用是能源研究的方向，在地球礦物能源逐漸枯竭及環(huán)境狀況日益惡化的形勢下，如何有效利用資源豐富、可再生的海洋資源，顯得十分重要；

波浪能是最清潔的可再生資源，全世界沿海岸線連續(xù)耗散的波浪能功率達27×105MW，技術上可利用的波浪能潛力為10×105MW。

現有的波浪發(fā)電裝置存在價格昂貴，能量轉化效率低及安裝地域受限的不足。

技術實現要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服現有技術中的波浪發(fā)電裝置價格昂貴，能量轉化效率低的不足，提供了一種能量轉化效率高、安全性好的海浪發(fā)電裝置及方法。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種海浪發(fā)電裝置，包括設于水上的支撐臺、設于支撐臺上的控制器、設于支撐臺邊緣上的環(huán)形浮標、發(fā)電裝置、設于支撐臺上的下底小的梯形導軌、用于支撐梯形導軌上端的2個支撐架、設于梯形導軌上的箱體、設于支撐臺上的若干條纜繩、設于箱體上的拉繩和位于支撐臺上方的杠桿；杠桿一端與拉繩連接，杠桿另一端通過連接繩與發(fā)電裝置連接；每條纜繩下端均設有錨；

支撐臺下部設有螺旋槳和用于帶動螺旋槳轉動的轉動電機，還包括設于支撐臺上的高度傳感器和風向傳感器，2個支撐架下部分別與設于支撐臺上的兩個氣缸的伸縮桿連接，梯形導軌中部與支撐臺固定連接，控制器分別與轉動電機、高度傳感器、風向傳感器和2個氣缸電連接。

箱體將波浪的作用力轉化為對拉繩的拉伸力，并通過杠桿將拉伸力放大，并通過發(fā)電裝置將機械能轉化為可以儲存的電能。

各個錨與水底土層或巖層固定，支撐臺和2條支撐架給梯形導軌提供穩(wěn)定地支撐，環(huán)形浮標使支撐臺懸浮于水面上，高度傳感器實時檢測支撐臺的高度，風向傳感器用于檢測風向，控制器中設有幅度閾值W，控制器計算單位時間t內支撐臺的高度變化幅度B；

當B≥W時，控制器控制2個氣缸的伸縮桿伸縮，使2個支撐架上端的高度降低至72％A至79％A；

當B＜W時，控制器控制2個氣缸的伸縮桿伸縮，使2個支撐架上端的高度升高至105％A至110％A；

當1.5W＜B≤2.5W時，控制器控制2個氣缸的伸縮桿伸縮，使2個支撐架上端的高度降低至40％A至50％A；

當B≥2.5W時，控制器控制2個氣缸的伸縮桿伸縮，使2個支撐架上端的高度降低至水面之下；

在發(fā)電過程中，風向傳感器檢測風向，控制器根據當前的風向，控制轉動電機帶動螺旋槳旋轉，從而使箱體在梯形導軌上移動方向始終與風向一致。

本發(fā)明既可以進行正常發(fā)電，又不易被風浪破壞，安全性更好。

發(fā)電裝置可以設置在岸邊、防波堤上或者水上平臺上。

因此，本發(fā)明具有適用范圍廣、能量轉化效率高、安全性好的特點。

作為優(yōu)選，梯形導軌兩端均設有擋板，兩個擋板下側面上均設有彈簧，箱體通過2個滑塊與導軌相配合；杠桿包括支撐座和設有支撐座上的桿體，桿體包括第一桿體段和第二桿體段；第一桿體段的長度大于第二桿體段的長度，所述拉繩與第一桿體段端部連接。

當箱體被風浪推至2條導軌上端的擋板處時，彈簧給箱體提供了反推力，從而加快了箱體回落的速度，提高了發(fā)電效率。

作為優(yōu)選，所述發(fā)電裝置包括齒條、與齒條連接的復位彈簧、齒輪、與齒輪配合的兩個棘輪和兩個發(fā)電機；齒條和齒輪相嚙合，齒輪通過兩個棘爪分別與兩個棘輪相配合，兩個棘輪的轉軸分別與兩個發(fā)電機的轉子連接。

當連接繩的拉力大于復位彈簧的推力時，齒條向右移動，齒輪順時針轉動，齒輪通過棘爪帶動棘輪轉動。棘輪的轉軸帶動一個發(fā)電機的轉子轉動，發(fā)電機發(fā)電；

當連接繩的拉力小于復位彈簧的推力時，齒條向左移動，齒輪逆時針轉動，齒輪通過棘爪帶動另一個棘輪轉動。另一個棘輪的轉軸帶動另一個發(fā)電機的轉子轉動，發(fā)電機發(fā)電。

作為優(yōu)選，每條纜繩均包括下端封閉的彈性管、設于彈性管上的若干個依次插接的金屬套管；每條纜繩的彈性管上端均與氣泵的出氣管連接，每條彈性管內均設有氣壓傳感器，氣泵和各個氣壓傳感器均與控制器電連接；

所述金屬套管包括位于金屬套管下部的錐形插入段、位于金屬套管上部的用于與相鄰的金屬套管的插入段相配合的向上張開的喇叭段和位于插入段和喇叭段之間的連接段。

作為優(yōu)選，支撐架上還設有進水泵、排水泵和壓載箱，進水泵和排水泵均通過水管與壓載箱聯通，進水泵和排水泵均與控制器電連接。

一種海浪發(fā)電裝置的方法，包括如下步驟：

(6-1)將支撐臺放到水面上，使各條纜繩進入水下，各個錨固定在水底的固定物上；

(6-2)波浪帶動箱體沿2條導軌移動，拉繩帶動杠桿一端上下波動，杠桿將拉繩的力放大并通過連接繩傳遞給發(fā)電裝置；

(6-3)控制器控制2個氣缸的伸縮桿伸縮，使2個支撐架上端的高度為A；

(6-4)高度傳感器實時檢測支撐臺的高度，控制器中設有幅度閾值W，控制器計算單位時間t內支撐臺的高度變化幅度B；

當B≥W時，控制器控制2個氣缸的伸縮桿伸縮，使2個支撐架上端的高度降低至72％A至79％A；

當B＜W時，控制器控制2個氣缸的伸縮桿伸縮，使2個支撐架上端的高度升高至105％A至110％A；

當1.5W＜B≤2.5W時，控制器控制2個氣缸的伸縮桿伸縮，使2個支撐架上端的高度降低至40％A至50％A；

當B≥2.5W時，控制器控制2個氣缸的伸縮桿伸縮，使2個支撐架上端的高度降低至水面之下；

在發(fā)電過程中，風向傳感器檢測風向，控制器根據當前的風向，控制轉動電機帶動螺旋槳旋轉，從而使箱體在梯形導軌上移動方向始終與風向一致。

作為優(yōu)選，每條纜繩均包括下端封閉的彈性管、設于彈性管上的若干個依次插接的金屬套管；每條纜繩的彈性管上端均與氣泵的出氣管連接，每條彈性管內均設有氣壓傳感器，氣泵和各個氣壓傳感器均與控制器電連接；其特征是，步驟(6-1)中還包括對于每條纜繩的控制步驟：

(7-1)在控制器中設定彈性管的標準氣壓范圍，控制器控制氣泵給彈性管充氣，彈性管充氣后膨脹，彈性管內的氣壓傳感器檢測彈性管內的氣壓；

(7-2)當彈性管內的氣壓達到標準氣壓范圍的上限值時，控制器控制氣泵停止充氣；彈性管的管壁與各個金屬套管擠緊，支撐臺被穩(wěn)定固定；

(7-3)當彈性管內的氣壓達到標準氣壓范圍的下限值時，控制器控制氣泵給彈性管充氣；

(7-4)重復步驟(7-2)至(7-3)。

作為優(yōu)選，支撐架上還設有進水泵、排水泵和壓載箱，進水泵和排水泵均通過水管與壓載箱聯通，進水泵和排水泵均與控制器電連接，其特征是，

(8-1)當B≥2.5W時，控制器控制2個氣缸的伸縮桿伸縮，使2個支撐架上端的高度降低至水面之下；

并且控制器控制進水泵將水抽到壓載箱中，進水泵抽水時間達到T1后，控制器控制進水泵停止工作；

(8-2)當B＜2.5W時，控制器控制排水泵將水從壓載箱中抽出，排水泵排水時間達到T2后，控制器控制排水泵停止工作；

轉入步驟(6-3)。

因此，本發(fā)明具有如下有益效果：適用范圍廣、能量轉化效率高、安全性好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種結構示意圖；

圖2是本發(fā)明的支撐臺的一種結構示意圖；

圖3是本發(fā)明的齒輪、棘輪和棘爪的一種結構示意圖；

圖4是本發(fā)明的金屬套管的一種結構示意圖；

圖5是本發(fā)明的纜繩的一種結構示意圖；

圖6是本發(fā)明的實施例1的一種流程圖；

圖7是本發(fā)明的一種原理框圖。

圖中：支撐臺1、控制器2、環(huán)形浮標3、梯形導軌4、支撐架5、纜繩6、杠桿7、箱體8、轉動電機9、高度傳感器10、風向傳感器11、氣缸12、擋板13、彈簧14、進水泵15、排水泵16、壓載箱17、拉繩18、齒輪41、棘輪42、棘爪43、支撐座71、桿體72、金屬套管81、氣泵82、錐形插入段83、喇叭段84、連接段85、氣壓傳感器86、第一桿體段721、第二桿體段722。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步的描述。

實施例1

如圖1、圖2、圖7所示的實施例是一種海浪發(fā)電裝置包括設于水上的支撐臺1、設于支撐臺上的控制器2、設于支撐臺邊緣上的環(huán)形浮標3、發(fā)電裝置、設于支撐臺上的下底小的梯形導軌4、用于支撐梯形導軌上端的2個支撐架5、設于梯形導軌上的箱體8、設于支撐臺上的4條纜繩6、設于箱體上的拉繩和位于支撐臺上方的杠桿7；杠桿一端與拉繩18連接，杠桿另一端通過連接繩與發(fā)電裝置連接；每條纜繩下端均設有錨；

支撐臺下部設有螺旋槳和用于帶動螺旋槳轉動的轉動電機9，還包括設于支撐臺上的高度傳感器10和風向傳感器11，2個支撐架下部分別與設于支撐臺上的兩個氣缸12的伸縮桿連接，梯形導軌中部與支撐臺固定連接，梯形導軌左部和右部均呈套管結構，梯形導軌左部和右部的外套管與梯形導軌中部連接，梯形導軌左部和右部的內套管分別與2個支撐柱上端連接，控制器分別與轉動電機、高度傳感器、風向傳感器和2個氣缸電連接。

梯形導軌兩端均設有擋板13，兩個擋板下側面上均設有彈簧14，箱體通過2個滑塊與導軌相配合；杠桿包括支撐座71和設有支撐座上的桿體72，桿體包括第一桿體段721和第二桿體段722；第一桿體段的長度大于第二桿體段的長度，拉繩與第一桿體段端部連接。

如圖3所示，發(fā)電裝置包括齒條、與齒條連接的復位彈簧、齒輪41、與齒輪配合的兩個棘輪42和兩個發(fā)電機；齒條和齒輪相嚙合，齒輪通過兩個棘爪43分別與兩個棘輪相配合，兩個棘輪的轉軸分別與兩個發(fā)電機的轉子連接。

如圖6所示，一種海浪發(fā)電裝置的方法，包括如下步驟：

步驟100，放置發(fā)電裝置

將支撐臺放到水面上，使各條纜繩進入水下，各個錨固定在水底的固定物上；

步驟200，開始發(fā)電

波浪帶動箱體沿2條導軌移動，拉繩帶動杠桿一端上下波動，杠桿將拉繩的力放大并通過連接繩傳遞給發(fā)電裝置；

步驟300，設定支撐架高度

控制器控制2個氣缸的伸縮桿伸縮，使2個支撐架上端的高度為A＝1米；

步驟400，動態(tài)調整支撐架高度

高度傳感器實時檢測支撐臺的高度，控制器中設有幅度閾值W＝80厘米，控制器計算單位時間t＝1分鐘內支撐臺的高度變化幅度B；

當B≥W時，控制器控制2個氣缸的伸縮桿伸縮，使2個支撐架上端的高度降低至73％A；

當B＜W時，控制器控制2個氣缸的伸縮桿伸縮，使2個支撐架上端的高度升高至105％A；

當1.5W＜B≤2.5W時，控制器控制2個氣缸的伸縮桿伸縮，使2個支撐架上端的高度降低至40％A；

當B≥2.5W時，控制器控制2個氣缸的伸縮桿伸縮，使2個支撐架上端的高度降低至水面之下；

在發(fā)電過程中，風向傳感器檢測風向，控制器根據當前的風向，控制轉動電機帶動螺旋槳旋轉，從而使箱體在梯形導軌上移動方向始終與風向一致。

實施例2

實施例2包括實施例1的所有結構和步驟部分，如圖4、圖5、圖7所示，實施例2的每條纜繩均包括下端封閉的彈性管、設于彈性管上的多個依次插接的金屬套管81；每條纜繩的彈性管上端均與氣泵82的出氣管連接，每條彈性管內均設有氣壓傳感器86，氣泵和各個氣壓傳感器均與控制器電連接。

金屬套管包括位于金屬套管下部的錐形插入段83、位于金屬套管上部的用于與相鄰的金屬套管的插入段相配合的向上張開的喇叭段84和位于插入段和喇叭段之間的連接段85。

實施例1的步驟100中還包括對于每條纜繩的控制步驟：

(7-1)在控制器中設定彈性管的標準氣壓范圍，控制器控制氣泵給彈性管充氣，彈性管充氣后膨脹，彈性管內的氣壓傳感器檢測彈性管內的氣壓；

(7-2)當彈性管內的氣壓達到標準氣壓范圍的上限值時，控制器控制氣泵停止充氣；彈性管的管壁與各個金屬套管擠緊，支撐臺被穩(wěn)定固定；

(7-3)當彈性管內的氣壓達到標準氣壓范圍的下限值時，控制器控制氣泵給彈性管充氣；

(7-4)重復步驟(7-2)至(7-3)。

實施例3

實施例3包括實施例1的所有結構和步驟部分，實施例3的支撐臺上還設有如圖2、圖7所示的支撐架上還設有進水泵15、排水泵16和壓載箱17，進水泵和排水泵均通過水管與壓載箱聯通，進水泵和排水泵均與控制器電連接。；

(8-1)當B≥2.5W時，控制器控制2個氣缸的伸縮桿伸縮，使2個支撐架上端的高度降低至水面之下；

并且控制器控制進水泵將水抽到壓載箱中，進水泵抽水時間達到T1＝3分鐘后，控制器控制進水泵停止工作；

(8-2)當B＜2.5W時，控制器控制排水泵將水從壓載箱中抽出，排水泵排水時間達到T2＝4分鐘后，控制器控制排水泵停止工作；

轉入步驟300。

應理解，本實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。