專利名稱：海上發(fā)電站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬利用海洋波力進(jìn)行發(fā)電的裝置。
當(dāng)今世界能源緊張，能源枯竭嚴(yán)重地威脅著人類。利用自然、開發(fā)能源，是現(xiàn)今吸引科學(xué)家的重要課題。海水蘊(yùn)藏著巨大能量，人們也開始向海洋進(jìn)軍，讓海洋的巨大能量為人類服務(wù)。利用海洋發(fā)電，已有潮汐發(fā)電站、海水溫差發(fā)電裝置、波力發(fā)電裝置等。本發(fā)明是利用波力發(fā)電的裝置。
海浪拍擊巖岸，發(fā)出巨大的轟鳴聲，海浪沖擊輪船，使巨輪搖蕩顛簸不能自控。據(jù)測試，海浪對(duì)巖岸的沖擊力每平方米竟達(dá)20-30噸，大者可達(dá)60噸。巨大的海浪能把1700噸的巖石翻轉(zhuǎn)，能把萬噸輪推到岸上去。利用波力的能量發(fā)電的裝置，已有設(shè)想或已經(jīng)制出許多種，主要的有固定式波力發(fā)電裝置和浮標(biāo)式波力發(fā)電裝置。他們都是利用海浪的力量，讓空氣活塞室的空氣受到壓縮或擴(kuò)張，使波力轉(zhuǎn)化為空氣的流動(dòng)，再由氣流推動(dòng)空氣透平機(jī)的葉片，使渦輪機(jī)產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。這種發(fā)電裝置功率只有5KW左右，只能作為船舶航線上的航標(biāo)燈和燈塔的電源，最大的裝置也只有20KW功率。這種波力發(fā)電裝置只利用了波浪的豎直運(yùn)動(dòng)的能量，即只利用了波力的一部分。人們也設(shè)想過，要提高發(fā)電功率，就要把浮標(biāo)造得很大，一個(gè)功率3000KW的發(fā)電裝置，浮標(biāo)的外徑要120m，重量達(dá)200噸，在這樣大的浮標(biāo)內(nèi)密封空氣是很困難的，可以想象這種裝置既笨重又不便于制造。
人們也設(shè)想了可以利用波浪的水平運(yùn)動(dòng)的能量來發(fā)電的裝置，即利用搖蕩波發(fā)電。這樣的裝置叫搖蕩波力發(fā)電裝置。比如在一個(gè)浮桶內(nèi)裝有可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸，軸上裝有偏心輪，當(dāng)搖蕩波左右搖晃浮桶時(shí)，偏心輪可以帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)電機(jī)發(fā)電。這種仍為設(shè)想的裝置發(fā)電效率有所提高，但功率仍然很小。
本發(fā)明的目的就在于設(shè)計(jì)一種高效率的海上發(fā)電站，既利用海浪的縱向波力，又利用其搖蕩波力，具有發(fā)電功率高、建造容易、成本低廉等特點(diǎn)，可不受地勢限制，在廣闊海域使用，可多個(gè)船體組合成大電站。
本發(fā)明的一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)包括一只海船和一套發(fā)電設(shè)備。發(fā)電設(shè)備建造在海船的船體之內(nèi)。海船跟一般海輪外形相似，但其底部是平面的，即整個(gè)船體為平底楔形。這種形狀便于在波浪沖擊下發(fā)生搖蕩而又不被顛翻，也便于將發(fā)電設(shè)備安裝在船底上。船體對(duì)水是封閉的，即海船的上面是有封蓋的，安裝其內(nèi)的發(fā)電設(shè)備不會(huì)受海水浸蝕，也便于保養(yǎng)和維修。
發(fā)電設(shè)備主要包括動(dòng)力體、大軸、曲臂、重體、單向輪、電機(jī)等。動(dòng)力體懸掛在大軸上，并與大軸連為一個(gè)整體，大軸水平安裝在固定于船底的支架上，并可繞支架上的支點(diǎn)扭動(dòng)。曲臂的安裝應(yīng)在大軸扭動(dòng)時(shí)，曲臂也隨之扭動(dòng)，曲臂的臂端隨之上下運(yùn)動(dòng)。重體通過連桿與單向輪連接，連桿擔(dān)在曲臂的臂端上。單向輪是只允許單方向轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪，它能繞船體內(nèi)一個(gè)固定位置轉(zhuǎn)動(dòng)，比如安裝在一個(gè)齒輪架上，當(dāng)重體向某一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，單向輪為實(shí)輪可以轉(zhuǎn)動(dòng)，而當(dāng)重體向相反方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，單向輪為空輪不轉(zhuǎn)動(dòng)，由于重體和單向輪的作用可以將兩個(gè)方向的往返運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為單方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。
上述的發(fā)電設(shè)備組裝后，可以在海浪沖擊船體時(shí)，在動(dòng)力體作用下使大軸扭動(dòng)，通過曲臂使連桿一端的重體往返運(yùn)動(dòng)，再轉(zhuǎn)為單向輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，最后帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)電。
本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例可參見

圖1。圖1是海上發(fā)電站的一只海船剖面示意圖。圖1中，1為船體，2為船體側(cè)舷，3為海平面，4為海浪，5為曲臂，6為大軸，7為單向輪，8為重體，9為動(dòng)力體，10為支架，11為變速裝置，12為調(diào)速裝置，13為電機(jī)，14為錨環(huán)。
圖1中，支架10固定于船底上，兩端各設(shè)一個(gè)。大軸6下懸掛動(dòng)力體9，二者連為一體。大軸6的兩端支撐在兩個(gè)支架10上，可繞支點(diǎn)扭動(dòng)。動(dòng)力體9是一個(gè)大的重物，由密度較大的材料構(gòu)成，其質(zhì)量大小按發(fā)電功率和海船排水量設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)大于1000噸;其體積大小可按照動(dòng)力體9的側(cè)面到兩個(gè)船體側(cè)舷2內(nèi)側(cè)的距離能夠使船體左右搖擺時(shí)角度不大于30°為宜，可參見圖2。圖2中，2為船體側(cè)舷，6為大軸，9為動(dòng)力體，15為船體軸線，即兩端錨環(huán)14的連線，船體1搖蕩時(shí)的平衡軸。圖2中，虛線所畫的動(dòng)力體9為左右擺動(dòng)的最大幅度，受船體側(cè)舷2所限不能再大，對(duì)船體1來說，動(dòng)力體9成為防止其再傾斜、使其回復(fù)平衡的動(dòng)力，也就是起到了防止船體1顛翻的作用。
大軸6的軸端水平安裝有
形的曲臂5，曲臂5的柄與大軸6的軸端固定，使曲臂5能隨大軸6一起扭動(dòng)，從而使曲臂5的兩個(gè)臂端隨大軸6的扭動(dòng)而一上一下地運(yùn)動(dòng)。
重體8在船體1內(nèi)左右兩邊各安裝一個(gè)，兩重體8的重量大體相同，大小視發(fā)電功率而定。重體8通過連桿與單向輪7的單向控制機(jī)構(gòu)相接。兩個(gè)單向輪7是只允許單方向轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪，單向輪軸固定在齒輪架上(圖1中未畫出齒輪架)，單向輪7可繞單向輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。單向輪7的單向控制機(jī)構(gòu)可以如同自行車的千斤，千斤的功能是向前蹬，鏈條正轉(zhuǎn)時(shí)，飛輪為實(shí)檔，鏈條帶動(dòng)飛輪使自行車后輪旋轉(zhuǎn);鏈條反轉(zhuǎn)時(shí)，千斤不起作用，飛輪為空檔，不驅(qū)動(dòng)自行車的后輪。連結(jié)單向輪7和重體8的連桿擎放在曲臂5的臂端上。當(dāng)兩個(gè)臂端一上一下運(yùn)動(dòng)時(shí)，能交替地擎起連桿，使兩個(gè)重體8交替一上一下地運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)重體8向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，單向輪7為空輪不旋轉(zhuǎn)，當(dāng)重體8向下運(yùn)動(dòng)時(shí)(設(shè)計(jì)時(shí)讓重體8向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，是靠自身重力向下運(yùn)動(dòng)的)，單向輪7為實(shí)輪發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這樣就把重體8的上下運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為單向輪7的同一個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。
兩個(gè)單向輪7中的一個(gè)與變速裝置11的第一傳動(dòng)齒輪相嚙合，另一個(gè)通過一個(gè)幫輪(也稱換向輪)與第一傳動(dòng)齒輪相嚙合。這樣，兩個(gè)重體8交替上下運(yùn)動(dòng)，則第一傳動(dòng)齒輪都按同一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)動(dòng)基本上是連續(xù)(勻速轉(zhuǎn)動(dòng))的，即在任一時(shí)刻都有重體8為動(dòng)力使第一傳動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)然，單向輪7也可以設(shè)計(jì)成重體8向上被擎起時(shí)為實(shí)輪，重體8下落時(shí)為空輪。
考慮不同時(shí)間海浪的波力強(qiáng)弱不同，讓電機(jī)13按預(yù)定的轉(zhuǎn)速正常運(yùn)轉(zhuǎn)，用變速裝置11(可以是齒輪減速器，也可以是針齒減速器，以第一傳動(dòng)齒輪為動(dòng)力，使轉(zhuǎn)速增加)、調(diào)速裝置12(如離心調(diào)速器)來控制電機(jī)13的轉(zhuǎn)速合于發(fā)電要求，并避免電壓和周波的波動(dòng)。
海上發(fā)電站的海船下水后，船體1用兩只錨定位定向，即選擇合適的位置和船體1擺放的方向，讓海浪沖擊船體側(cè)舷2。兩條錨繩分別安裝在海船兩端，用裝在船體2兩端外側(cè)的錨環(huán)14來確定船體1的位置和方向。同時(shí)，在海船搖蕩中，兩錨環(huán)14的連線成為搖蕩的軸線，即海浪沖擊船體側(cè)舷2的上部，而下部以兩錨環(huán)14的連線為軸向海浪沖擊的反方向擺動(dòng)。為了增大波力的力臂，錨環(huán)14可以開在大軸6和海平面3之間，距二者的豎直距離之比為1∶2-1∶4?？紤]到船體1不致因海浪過大而顛翻，在設(shè)計(jì)和定位時(shí)，應(yīng)使船體1封蓋高出海平面4-5.5米為宜。在海船建造時(shí)還應(yīng)考慮排水、通氣、出入口、錨繩卷揚(yáng)等設(shè)備和設(shè)施。
本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例是，將船體1內(nèi)設(shè)計(jì)成兩層船倉，平底一層安裝動(dòng)力體9、支架10、重體8、曲臂5、大軸6、單向輪7等。上層倉倉底設(shè)計(jì)在兩錨環(huán)14所在的平面，安裝有變速裝置11、調(diào)速裝置12、電機(jī)13等。曲臂5安裝在大軸6的中間，其余設(shè)備按前一實(shí)施例相接安裝。這種實(shí)施例的海船穩(wěn)定效果好，電機(jī)13也只受相當(dāng)小的搖蕩。
本發(fā)明的海上發(fā)電站具有功率大、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)波力發(fā)電不需要造壩、燒煤，因而節(jié)省很大的投資和開支，在相同造價(jià)條件下(多個(gè)船體組合)，發(fā)電功率可為水電站的50-100倍，每一海船的發(fā)電功率可在2000KW-20000KW，海上發(fā)電站的船體不需要特優(yōu)鋼材，動(dòng)力體也只需重量大，而不要高造價(jià)材料，建造時(shí)不用水下作業(yè)，因此整個(gè)造價(jià)就很低廉，與三峽水電站比較，發(fā)電功率相同時(shí)，只有三峽水電站投資的大約1/100。本發(fā)明的海船體積小，與3000KW功率浮標(biāo)式波力發(fā)電裝置相比，只為浮標(biāo)的1/2-1/4，而且浮標(biāo)要對(duì)空氣密封，而海船只對(duì)水封閉，作為船體可在陸地建造，容易被拖下水和定位定向安置，因此建造容易。本發(fā)明還可以隨意造，因?yàn)楹Ｓ驈V闊，可以隨意安置本發(fā)明的海船，可以多船組合，可以不受海底條件限制，只要海底深度比船體的主體稍高即可，還可方便地為海島和遠(yuǎn)航的輪船供電。本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理可靠、結(jié)構(gòu)合理，只要求船體外側(cè)用防海水腐蝕的鋼，而其內(nèi)的發(fā)電設(shè)備不受海水浸蝕，這些都給保養(yǎng)、維修提供了方便，也可以長時(shí)間地使用。本發(fā)明克服了風(fēng)力發(fā)電的時(shí)斷時(shí)續(xù)、功率小的缺點(diǎn)，克服了水力發(fā)電投資高、破壞生態(tài)平衡、占用土地的缺點(diǎn)，克服火力發(fā)電消耗煤炭、污染環(huán)境的缺點(diǎn)，是一種理想的發(fā)電裝置。本發(fā)明可以批量生產(chǎn)，創(chuàng)重大經(jīng)濟(jì)效益。江河之水總會(huì)枯竭，地下煤炭總會(huì)挖干，而海洋波力是取之不盡、用之不竭的能源，所以本發(fā)明的海上發(fā)電站將是大有前途的。
權(quán)利要求
1.一種利用海洋波力發(fā)電的海上發(fā)電站，其特征在于它由船體1及動(dòng)力體9、大軸6、曲臂5、重體8、單向輪7、電機(jī)13等發(fā)電設(shè)備所構(gòu)成，(1)所說的船體1外形為平底楔形，對(duì)水是封閉的，發(fā)電設(shè)備安裝在船體1之內(nèi)；(2)在發(fā)電設(shè)備中，動(dòng)力體9懸掛在大軸6上，二者連為一個(gè)整體，大軸6水平安裝在固定于船底的支架10上，可繞支架10上的支點(diǎn)扭動(dòng)；曲臂5的安裝應(yīng)在大軸6扭動(dòng)時(shí)，曲臂5的臂端也隨之上下運(yùn)動(dòng)；重體8通過連桿與單向輪7連接，連桿擔(dān)在曲臂5的臂端上，單向輪7可繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)曲臂5擎舉重體8上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，可使單向輪7單方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)電機(jī)13單方向運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電。
2.按照權(quán)利要求1所述的海上發(fā)電站，其特征在于說的曲臂5是
形狀的，具有一個(gè)柄和兩個(gè)臂端，重體8和單向輪7按船體1兩側(cè)左右各裝一個(gè)，重體8和單向輪7用連桿連結(jié)，連桿擔(dān)在曲臂5的臂端上;所說的單向輪7帶有單向控制機(jī)構(gòu)，當(dāng)重體8上下交替運(yùn)動(dòng)時(shí)，單向輪7相應(yīng)為實(shí)輪、空輪交替起作用，使單向輪7單方向轉(zhuǎn)動(dòng);單向輪7中的一個(gè)與變速裝置11的第一傳動(dòng)齒輪嚙合，另一個(gè)通過一個(gè)幫輪與第一傳動(dòng)齒輪嚙合。
3.按照權(quán)利要求1、2所述的海上發(fā)電站，其特征在于所說的船體1在海洋中放置時(shí)，通過裝在船體1外面兩個(gè)端頭的錨環(huán)14及錨、錨繩定位定向的;錨環(huán)14的高度在大軸6與海平面3之間，距二者的距離之比為1/2-1/4;在海洋中，船體1的封蓋高出海平面4-5.5米。
4.按照權(quán)利要求1、2所述的海上發(fā)電站，其特征在于所說的動(dòng)力體9質(zhì)量大于1000噸，動(dòng)力體9側(cè)面到兩船體側(cè)舷2內(nèi)側(cè)的距離能使船體1左右搖擺時(shí)角度不大于30°。
5.按照權(quán)利要求1、2所述的海上發(fā)電站，其特征在于所說的船體1內(nèi)有兩層船倉，平底的一層安裝動(dòng)力體9、支架10、重體8、曲臂5、大軸6、單向輪7等，上層倉安裝有變速裝置11、調(diào)速裝置12和電機(jī)13;上層倉倉底設(shè)計(jì)在兩錨環(huán)14所在的平面;曲臂5安裝在大軸6的中間。
全文摘要
本發(fā)明屬利用海洋波力進(jìn)行發(fā)電的裝置。它由船體及安裝在船體內(nèi)船底上的一套發(fā)電設(shè)置組成。發(fā)電設(shè)置主要有動(dòng)力體、大軸、重體、單向輪、變速裝置及電機(jī)等。當(dāng)海浪搖蕩船體時(shí)使動(dòng)力體產(chǎn)生擺動(dòng)，大軸扭動(dòng)，繼而擎動(dòng)重體，重體的上下運(yùn)動(dòng)通過單向輪變?yōu)橥环较虻霓D(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)電。本發(fā)明具有功率大、造價(jià)低、建造容易、安置方便、結(jié)構(gòu)合理、不受海水浸蝕等優(yōu)點(diǎn)，并且可以多個(gè)船體并用發(fā)電，對(duì)開發(fā)海洋能源具有重要作用。
文檔編號(hào)F03B13/18GK1055580SQ90101868
公開日1991年10月23日 申請(qǐng)日期1990年4月1日 優(yōu)先權(quán)日1990年4月1日
發(fā)明者張廷余 申請(qǐng)人:張廷余