雙棘輪結構在推擺式波浪能發電機中的應用

【文章摘要】

波浪能作為環保的發電能源之一，一直被廣泛關注并得到開發和利用。目前普遍使用的推擺式波浪能發電機大多采用液壓裝置作為能量轉換，這樣的發電裝置存在成本高，安全性差，不能抵抗強風暴的缺點，一旦遭到破壞會污染海洋環境。為改變這樣的現狀，利用機械原理比液壓轉換效率高，成本低，無污染的特點，利用兩個棘輪結構的飛輪和一個齒輪組合，讓反向的兩個力轉換成一個方向的力，對推擺式波浪能發電機進行改造，并設計將此發電機放置于近海海底，增加其抗風暴能力。通過對其他海浪發電機的整體結構、造價、使用壽命、環保等各方面的分析，這樣的改進使得推擺式波浪能發電機克服了現有的一些缺點和局限，具有良好的發展前景。

【關鍵詞】

波浪能；推擺式；雙棘輪結構

隨著經濟的迅速發展，人類對于用電的需求越來越大，對電的依賴性也越來越強，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以及生態環境遭到破壞所產生的負面影響日漸嚴重，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 雙棘輪結構在推擺式波浪能發電機中的應用

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

1.1棘輪結構的飛輪轉向器工作原理

為了可以將擺板的兩個方向的運動力轉化成同一個方向，從自行車的飛輪部件找到靈感，利用飛輪的棘輪結構單向受力反向失力的原理，設計采用棘輪結構的飛輪轉向器來代替液壓裝置，用兩個飛輪與一個齒輪來實現，具體模型圖如圖1、圖2、圖3所示。

當軸如圖3作順時針轉動時，飛輪1得力，飛輪2處于失力狀態，飛輪1帶動齒輪轉動，飛輪2是被齒輪帶動而轉動的。這時的飛輪1受力正向轉動，飛輪內齒和千斤相含，飛輪的轉動力通過芯子傳到千斤，千斤帶動外齒轉動。外齒帶動相鄰的齒輪3轉動，齒輪3帶動飛輪2。飛輪2中芯子和千斤向前轉動，這時飛輪內齒產生相對滑動，由此將芯子壓縮到芯子的槽口內，千斤又壓縮了千斤簧。當千斤齒頂滑到飛輪內齒頂端時，千斤簧被壓縮得最多，再稍微向前滑一點，千斤被千斤簧彈到齒根上，此時的內芯和外齒是在做兩個相反的方向轉動。

同樣，當軸作逆時針轉動時，相反的飛輪2得力，飛輪1失力。飛輪2帶動齒輪轉動，飛輪1被齒輪帶動著轉動。

1.2雙棘輪結構推擺式波浪發電工作過程

受WaveRoller發電機不妨礙海面狀態，無噪聲污染，不受暴風雨的影響，且不影響漁船的正常通行的優點啟發，設計發電裝置置于近海海底的河床上圖4、圖5所示。

當發電裝置的擺板受波浪作用擺動時，帶動圖3軸1作順時針或逆時針旋轉，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，因為波浪的低頻性，速度放大器將波浪的低頻通過速度放大器放大，再經過放大頻率的動力輸入發電機發電，將機械能轉化為電能，并首先對蓄電池蓄滿電。最后當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之需，比如因為裝置的日常檢查與臨時故障檢修或者遭遇強風暴時，機暫停發電時，可以不間斷的供電。

2 效果

通過比較用飛輪轉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；而且結構簡單，降低了成本；飛輪轉換裝置不會像液壓裝置產生漏油等對環境產生污染，減少了環境污染的風險；這種設備處于海平面以下，不妨礙海面狀態，無噪聲污染，不受暴風雨的影響，且不影響漁船的正常通行，改進裝置可以為推擺式波浪發電機改進提供參考。

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