雙棘輪結(jié)構(gòu)在推擺式波浪能發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用

【文章摘要】

波浪能作為環(huán)保的發(fā)電能源之一，一直被廣泛關(guān)注并得到開發(fā)和利用。目前普遍使用的推擺式波浪能發(fā)電機(jī)大多采用液壓裝置作為能量轉(zhuǎn)換，這樣的發(fā)電裝置存在成本高，安全性差，不能抵抗強(qiáng)風(fēng)暴的缺點(diǎn)，一旦遭到破壞會污染海洋環(huán)境。為改變這樣的現(xiàn)狀，利用機(jī)械原理比液壓轉(zhuǎn)換效率高，成本低，無污染的特點(diǎn)，利用兩個棘輪結(jié)構(gòu)的飛輪和一個齒輪組合，讓反向的兩個力轉(zhuǎn)換成一個方向的力，對推擺式波浪能發(fā)電機(jī)進(jìn)行改造，并設(shè)計(jì)將此發(fā)電機(jī)放置于近海海底，增加其抗風(fēng)暴能力。通過對其他海浪發(fā)電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)、造價(jià)、使用壽命、環(huán)保等各方面的分析，這樣的改進(jìn)使得推擺式波浪能發(fā)電機(jī)克服了現(xiàn)有的一些缺點(diǎn)和局限，具有良好的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】

波浪能；推擺式；雙棘輪結(jié)構(gòu)

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人類對于用電的需求越來越大，對電的依賴性也越來越強(qiáng)，但自然資源是有限的，不會隨著人類的需求而增加，因此了解如何解決自然資源與人類需求的矛盾至關(guān)重要。作為世界主要能源來源的煤炭、石油、天然氣等非可再生資源日漸枯竭，碳排放量過高所帶來的溫室效應(yīng)以及生態(tài)環(huán)境遭到破壞所產(chǎn)生的負(fù)面影響日漸嚴(yán)重，迫切需要找到一種能源來解決這個問題。海洋能是海洋中蘊(yùn)藏的可再生自然能源的總稱，它包括潮汐能、波浪能、海流能、溫差能和鹽差能等。波浪能作為海洋能的一種，是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能。它是海洋中蘊(yùn)藏最為豐富的能源之一，也是海洋能利用研究中近期研究得較多的能源之一。

1 雙棘輪結(jié)構(gòu)在推擺式波浪能發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用

現(xiàn)在大多數(shù)的海浪發(fā)電機(jī)能量轉(zhuǎn)換都是用的液壓裝置，液壓裝置如果發(fā)生泄漏會污染環(huán)境。有的地方用到液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)扭矩脈動較大、效率較低、起動扭矩較小（僅為額定扭矩的60%—70%）和低速穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。推擺式波浪能發(fā)電是以波浪的來回?cái)[動為動力，主體是隨著波浪擺動的擺體，通過在波浪的推動下，將波浪能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

1.1棘輪結(jié)構(gòu)的飛輪轉(zhuǎn)向器工作原理

為了可以將擺板的兩個方向的運(yùn)動力轉(zhuǎn)化成同一個方向，從自行車的飛輪部件找到靈感，利用飛輪的棘輪結(jié)構(gòu)單向受力反向失力的原理，設(shè)計(jì)采用棘輪結(jié)構(gòu)的飛輪轉(zhuǎn)向器來代替液壓裝置，用兩個飛輪與一個齒輪來實(shí)現(xiàn)，具體模型圖如圖1、圖2、圖3所示。

當(dāng)軸如圖3作順時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)，飛輪1得力，飛輪2處于失力狀態(tài)，飛輪1帶動齒輪轉(zhuǎn)動，飛輪2是被齒輪帶動而轉(zhuǎn)動的。這時(shí)的飛輪1受力正向轉(zhuǎn)動，飛輪內(nèi)齒和千斤相含，飛輪的轉(zhuǎn)動力通過芯子傳到千斤，千斤帶動外齒轉(zhuǎn)動。外齒帶動相鄰的齒輪3轉(zhuǎn)動，齒輪3帶動飛輪2。飛輪2中芯子和千斤向前轉(zhuǎn)動，這時(shí)飛輪內(nèi)齒產(chǎn)生相對滑動，由此將芯子壓縮到芯子的槽口內(nèi)，千斤又壓縮了千斤簧。當(dāng)千斤齒頂滑到飛輪內(nèi)齒頂端時(shí)，千斤簧被壓縮得最多，再稍微向前滑一點(diǎn)，千斤被千斤簧彈到齒根上，此時(shí)的內(nèi)芯和外齒是在做兩個相反的方向轉(zhuǎn)動。

同樣，當(dāng)軸作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)，相反的飛輪2得力，飛輪1失力。飛輪2帶動齒輪轉(zhuǎn)動，飛輪1被齒輪帶動著轉(zhuǎn)動。

1.2雙棘輪結(jié)構(gòu)推擺式波浪發(fā)電工作過程

受WaveRoller發(fā)電機(jī)不妨礙海面狀態(tài)，無噪聲污染，不受暴風(fēng)雨的影響，且不影響漁船的正常通行的優(yōu)點(diǎn)啟發(fā)，設(shè)計(jì)發(fā)電裝置置于近海海底的河床上圖4、圖5所示。

當(dāng)發(fā)電裝置的擺板受波浪作用擺動時(shí)，帶動圖3軸1作順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而帶動兩個飛輪與齒輪動作，齒輪通過鏈條與超越離合器連接的是速度放大器，因?yàn)椴ɡ说牡皖l性，速度放大器將波浪的低頻通過速度放大器放大，再經(jīng)過放大頻率的動力輸入發(fā)電機(jī)發(fā)電，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并首先對蓄電池蓄滿電。最后當(dāng)蓄電池蓄滿電以后再對用戶供電，對蓄電池蓄電是以備不時(shí)之需，比如因?yàn)檠b置的日常檢查與臨時(shí)故障檢修或者遭遇強(qiáng)風(fēng)暴時(shí)，機(jī)暫停發(fā)電時(shí)，可以不間斷的供電。

2 效果

通過比較用飛輪轉(zhuǎn)換裝置替代液壓裝置，在擺板軸上收集的能量，比在擺板上用液壓裝置收集的能量更多；而且結(jié)構(gòu)簡單，降低了成本；飛輪轉(zhuǎn)換裝置不會像液壓裝置產(chǎn)生漏油等對環(huán)境產(chǎn)生污染，減少了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)；這種設(shè)備處于海平面以下，不妨礙海面狀態(tài)，無噪聲污染，不受暴風(fēng)雨的影響，且不影響漁船的正常通行，改進(jìn)裝置可以為推擺式波浪發(fā)電機(jī)改進(jìn)提供參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張文喜，葉家瑋.擺式波浪能發(fā)電技術(shù)研究[J].廣東造船，2011年1期.

[2]英國首臺海浪發(fā)電機(jī)開始供電[N].廣西電力建設(shè)科技信息-2004年3期.

[3]英國研制出“巨蟒”海浪發(fā)電機(jī)[J]. 前沿科學(xué)（季刊）， 2009， 第3卷， 總第10期：91.

[4]石世寧.擺式海洋波浪能量轉(zhuǎn)換原理與應(yīng)用[J]. 液壓氣動與密封， 2013， 第01期：3-4.

[5]AW-Energy Ltd. [R/OL]. http：//www.aw-energy.com/concept.html.

[6]余志.海洋波浪能發(fā)電技術(shù)進(jìn)展[J].海洋工程，1993，11（1）：86-93.

[7]王彥龍.波浪發(fā)電裝置波能轉(zhuǎn)換效率數(shù)值模擬研究[D].天津大學(xué)學(xué)位論文， 2007.

[8]于敏之.雙棘爪棘輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究， 2003年19卷2期：23-24.