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【文章摘要】
波浪能作为环保的发电能源之一，一直被广泛关注并得到开发和利用。目前普遍使用的推摆式波浪能发电机大多采用液压装置作为能量转换，这样的发电装置存在成本高，安全性差，不能抵抗强风暴的缺点，一旦遭到破坏会污染海洋环境。为改变这样的现状，利用机械原理比液压转换效率高，成本低，无污染的特点，利用两个棘轮结构的飞轮和一个齿轮组合，让反向的两个力转换成一个方向的力，对推摆式波浪能发电机进行改造，并设计将此发电机放置于近海海底，增加其抗风暴能力。通过对其他海浪发电机的整体结构、造价、使用寿命、环保等各方面的分析，这样的改进使得推摆式波浪能发电机克服了现有的一些缺点和局限，具有良好的发展前景。
【关键词】
波浪能；推摆式；双棘轮结构
随着经济的迅速发展，人类对于用电的需求越来越大，对电的依赖性也越来越强，但自然资源是有限的，不会随着人类的需求而增加，因此了解如何解决自然资源与人类需求的矛盾至关重要。作为世界主要能源来源的煤炭、石油、天然气等非可再生资源日渐枯竭，碳排放量过高所带来的温室效应以及生态环境遭到破坏所产生的负面影响日渐严重，迫切需要找到一种能源来解决这个问题。海洋能是海洋中蕴藏的可再生自然能源的总称，它包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能和盐差能等。波浪能作为海洋能的一种，是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。它是海洋中蕴藏最为丰富的能源之一，也是海洋能利用研究中近期研究得较多的能源之一。
1 双棘轮结构在推摆式波浪能发电机中的应用
现在大多数的海浪发电机能量转换都是用的液压装置，液压装置如果发生泄漏会污染环境。有的地方用到液压马达，液压马达扭矩脉动较大、效率较低、起动扭矩较小（仅为额定扭矩的60%—70%）和低速稳定性差等缺点。推摆式波浪能发电是以波浪的来回摆动为动力，主体是随着波浪摆动的摆体，通过在波浪的推动下，将波浪能转化为机械能。
1.1棘轮结构的飞轮转向器工作原理
为了可以将摆板的两个方向的运动力转化成同一个方向，从自行车的飞轮部件找到灵感，利用飞轮的棘轮结构单向受力反向失力的原理，设计采用棘轮结构的飞轮转向器来代替液压装置，用两个飞轮与一个齿轮来实现，具体模型图如图1、图2、图3所示。
当轴如图3作顺时针转动时，飞轮1得力，飞轮2处于失力状态，飞轮1带动齿轮转动，飞轮2是被齿轮带动而转动的。这时的飞轮1受力正向转动，飞轮内齿和千斤相含，飞轮的转动力通过芯子传到千斤，千斤带动外齿转动。外齿带动相邻的齿轮3转动，齿轮3带动飞轮2。飞轮2中芯子和千斤向前转动，这时飞轮内齿产生相对滑动，由此将芯子压缩到芯子的槽口内，千斤又压缩了千斤簧。当千斤齿顶滑到飞轮内齿顶端时，千斤簧被压缩得最多，再稍微向前滑一点，千斤被千斤簧弹到齿根上，此时的内芯和外齿是在做两个相反的方向转动。
同样，当轴作逆时针转动时，相反的飞轮2得力，飞轮1失力。飞轮2带动齿轮转动，飞轮1被齿轮带动着转动。
1.2双棘轮结构推摆式波浪发电工作过程
受WaveRoller发电机不妨碍海面状态，无噪声污染，不受暴风雨的影响，且不影响渔船的正常通行的优点启发，设计发电装置置于近海海底的河床上图4、图5所示。
当发电装置的摆板受波浪作用摆动时，带动图3轴1作顺时针或逆时针旋转，从而带动两个飞轮与齿轮动作，齿轮通过链条与超越离合器连接的是速度放大器，因为波浪的低频性，速度放大器将波浪的低频通过速度放大器放大，再经过放大频率的动力输入发电机发电，将机械能转化为电能，并首先对蓄电池蓄满电。最后当蓄电池蓄满电以后再对用户供电，对蓄电池蓄电是以备不时之需，比如因为装置的日常检查与临时故障检修或者遭遇强风暴时，机暂停发电时，可以不间断的供电。
2 效果
通过比较用飞轮转换装置替代液压装置，在摆板轴上收集的能量，比在摆板上用液压装置收集的能量更多；而且结构简单，降低了成本；飞轮转换装置不会像液压装置产生漏油等对环境产生污染，减少了环境污染的风险；这种设备处于海平面以下，不妨碍海面状态，无噪声污染，不受暴风雨的影响，且不影响渔船的正常通行，改进装置可以为推摆式波浪发电机改进提供参考。
【参考文献】
[1]张文喜，叶家玮.摆式波浪能发电技术研究[J].广东造船，2011年1期.
[2]英国首台海浪发电机开始供电[N].广西电力建设科技信息-2004年3期.
[3]英国研制出“巨蟒”海浪发电机[J]. 前沿科学（季刊）， 2009， 第3卷， 总第10期：91.
[4]石世宁.摆式海洋波浪能量转换原理与应用[J]. 液压气动与密封， 2013， 第01期：3-4.
[5]AW-Energy Ltd. [R/OL]. http：//www.aw-energy.com/concept.html.
[6]余志.海洋波浪能发电技术进展[J].海洋工程，1993，11（1）：86-93.
[7]王彦龙.波浪发电装置波能转换效率数值模拟研究[D].天津大学学位论文， 2007.
[8]于敏之.双棘爪棘轮机构的优化设计[J].机械设计与研究， 2003年19卷2期：23-24.
波浪能作为环保的发电能源之一，一直被广泛关注并得到开发和利用。目前普遍使用的推摆式波浪能发电机大多采用液压装置作为能量转换，这样的发电装置存在成本高，安全性差，不能抵抗强风暴的缺点，一旦遭到破坏会污染海洋环境。为改变这样的现状，利用机械原理比液压转换效率高，成本低，无污染的特点，利用两个棘轮结构的飞轮和一个齿轮组合，让反向的两个力转换成一个方向的力，对推摆式波浪能发电机进行改造，并设计将此发电机放置于近海海底，增加其抗风暴能力。通过对其他海浪发电机的整体结构、造价、使用寿命、环保等各方面的分析，这样的改进使得推摆式波浪能发电机克服了现有的一些缺点和局限，具有良好的发展前景。
【关键词】
波浪能；推摆式；双棘轮结构
随着经济的迅速发展，人类对于用电的需求越来越大，对电的依赖性也越来越强，但自然资源是有限的，不会随着人类的需求而增加，因此了解如何解决自然资源与人类需求的矛盾至关重要。作为世界主要能源来源的煤炭、石油、天然气等非可再生资源日渐枯竭，碳排放量过高所带来的温室效应以及生态环境遭到破坏所产生的负面影响日渐严重，迫切需要找到一种能源来解决这个问题。海洋能是海洋中蕴藏的可再生自然能源的总称，它包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能和盐差能等。波浪能作为海洋能的一种，是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。它是海洋中蕴藏最为丰富的能源之一，也是海洋能利用研究中近期研究得较多的能源之一。
1 双棘轮结构在推摆式波浪能发电机中的应用
现在大多数的海浪发电机能量转换都是用的液压装置，液压装置如果发生泄漏会污染环境。有的地方用到液压马达，液压马达扭矩脉动较大、效率较低、起动扭矩较小（仅为额定扭矩的60%—70%）和低速稳定性差等缺点。推摆式波浪能发电是以波浪的来回摆动为动力，主体是随着波浪摆动的摆体，通过在波浪的推动下，将波浪能转化为机械能。
1.1棘轮结构的飞轮转向器工作原理
为了可以将摆板的两个方向的运动力转化成同一个方向，从自行车的飞轮部件找到灵感，利用飞轮的棘轮结构单向受力反向失力的原理，设计采用棘轮结构的飞轮转向器来代替液压装置，用两个飞轮与一个齿轮来实现，具体模型图如图1、图2、图3所示。
当轴如图3作顺时针转动时，飞轮1得力，飞轮2处于失力状态，飞轮1带动齿轮转动，飞轮2是被齿轮带动而转动的。这时的飞轮1受力正向转动，飞轮内齿和千斤相含，飞轮的转动力通过芯子传到千斤，千斤带动外齿转动。外齿带动相邻的齿轮3转动，齿轮3带动飞轮2。飞轮2中芯子和千斤向前转动，这时飞轮内齿产生相对滑动，由此将芯子压缩到芯子的槽口内，千斤又压缩了千斤簧。当千斤齿顶滑到飞轮内齿顶端时，千斤簧被压缩得最多，再稍微向前滑一点，千斤被千斤簧弹到齿根上，此时的内芯和外齿是在做两个相反的方向转动。
同样，当轴作逆时针转动时，相反的飞轮2得力，飞轮1失力。飞轮2带动齿轮转动，飞轮1被齿轮带动着转动。
1.2双棘轮结构推摆式波浪发电工作过程
受WaveRoller发电机不妨碍海面状态，无噪声污染，不受暴风雨的影响，且不影响渔船的正常通行的优点启发，设计发电装置置于近海海底的河床上图4、图5所示。
当发电装置的摆板受波浪作用摆动时，带动图3轴1作顺时针或逆时针旋转，从而带动两个飞轮与齿轮动作，齿轮通过链条与超越离合器连接的是速度放大器，因为波浪的低频性，速度放大器将波浪的低频通过速度放大器放大，再经过放大频率的动力输入发电机发电，将机械能转化为电能，并首先对蓄电池蓄满电。最后当蓄电池蓄满电以后再对用户供电，对蓄电池蓄电是以备不时之需，比如因为装置的日常检查与临时故障检修或者遭遇强风暴时，机暂停发电时，可以不间断的供电。
2 效果
通过比较用飞轮转换装置替代液压装置，在摆板轴上收集的能量，比在摆板上用液压装置收集的能量更多；而且结构简单，降低了成本；飞轮转换装置不会像液压装置产生漏油等对环境产生污染，减少了环境污染的风险；这种设备处于海平面以下，不妨碍海面状态，无噪声污染，不受暴风雨的影响，且不影响渔船的正常通行，改进装置可以为推摆式波浪发电机改进提供参考。
【参考文献】
[1]张文喜，叶家玮.摆式波浪能发电技术研究[J].广东造船，2011年1期.
[2]英国首台海浪发电机开始供电[N].广西电力建设科技信息-2004年3期.
[3]英国研制出“巨蟒”海浪发电机[J]. 前沿科学（季刊）， 2009， 第3卷， 总第10期：91.
[4]石世宁.摆式海洋波浪能量转换原理与应用[J]. 液压气动与密封， 2013， 第01期：3-4.
[5]AW-Energy Ltd. [R/OL]. http：//www.aw-energy.com/concept.html.
[6]余志.海洋波浪能发电技术进展[J].海洋工程，1993，11（1）：86-93.
[7]王彦龙.波浪发电装置波能转换效率数值模拟研究[D].天津大学学位论文， 2007.
[8]于敏之.双棘爪棘轮机构的优化设计[J].机械设计与研究， 2003年19卷2期：23-24.