CN103452742A - 一种半潜式多浮子波浪能转换装置 - Google Patents

一种半潜式多浮子波浪能转换装置 Download PDF

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Abstract

一种半潜式多浮子波浪能转换装置，包括水上平台与水下浮台，其特征在于：所述水下浮台由若干个箱式浮舱组成，其中水下浮台上设置有竖直浮舱，以竖直浮舱上端为基础连接为水上平台，在竖直浮舱的上端沿周向均布若干个波浪能吸收浮体，每个波浪能吸收浮体与竖直浮舱活动连接使得波浪能吸收浮体通过支撑臂可绕竖直浮舱往复旋转运动，线运动能量转换元件一端铰接在波浪能吸收浮体上端，另一端铰接在竖直浮舱上。通过调节竖直浮舱和箱式浮舱的进、排水量可实现装置处于半潜浮的工作状态或上浮至甲板露出水面的非工作状态。该装置采用了多个浮子实现了提升装置的灵敏度和转换效率，实现了工作无对浪性，降低了装置的运输、投放和转移的成本和难度，减轻了装置的维护难度，同时可作为一个具有实用价值的工作、生活平台。

Description

一种半潜式多浮子波浪能转换装置
技术领域
本发明属于一种能量转换装置，具体涉及利用海洋波浪能的能量转换装置，尤其是一种半潜式多浮子的波浪能发电装置。
背景技术
在能源危机和生态环境恶化的环境下，海洋能等可再生清洁能源作为石油能源的补充品和替代品受到了全世界的关注。海洋天然存在而且占地广阔，但目前很多地方的岛屿和海上设施大部分都还是依靠柴油发电，岛上居民的生产、生活相对落后。因此，如何充分地利用海洋能源、开发廉价、高效的波浪能应用技术，是具有重大意义的课题。海洋能的开发将有利于推动海岛和海上生产活动的发展，以及有利于开发海岛和海上旅游资源。
近年来海洋波浪能的转换技术及能量转换装置在技术研究发展方面已经有较快的进步，多种类型利用波浪能发电的技术已由理论化阶段走向工业化和实用化阶段。但现在的波浪能转换装置在实际使用中存在一些问题：1、装置在小浪工况下的灵敏度差与转换效率低的问题：要实现大功率发电的转换装置，往往需要将波浪能吸收浮子的尺寸做大、质量做大，但大尺寸、大质量的波浪能吸收浮子在小浪工况下的反应灵敏度低、其转换效率低，并会造成输出连续性差的现象。2、装置的运输、投放和移动的成本高：传统的波浪能转换装置在运输、投放和移动的操作都比较困难，以往波浪能发电装置的投放主要靠吊船吊装，驳船运输，同时要有多条船配合；并且吊船工作时对海洋环境要求较高，因吊臂高耸，吊船船体稍有晃动，吊臂就会出现较大幅度的运动，因此在波浪能投放点使用传统的吊装方式投放和回收装置是非常困难的。3、维护困难：波浪能发电装置处于风浪较大的海域工作，环境恶劣且无人值守，如果装置出现故障，往往需要将装置拖行到岸上维修，或者工作人员登陆维修，但波浪能装置一般都不便于登陆，因此维护难度较大，装置如不能及时维护其使用寿命会大大降低。
发明内容
本发明的目的是，提供一种半潜式多浮子波浪能转换装置，旨在解决装置的维护、投放和移动问题，同时提高装置工作灵敏度、稳定性和转换效率。
本发明的技术方案如下：
包括水上平台与水下浮台，其特征在于：所述水下浮台由若干个箱式浮舱组成，其中至少部分箱式浮舱上设置有竖直浮舱，以竖直浮舱上端为基础将装置上端连接为水上平台，在竖直浮舱的上端沿周向均布若干个波浪能吸收浮体，每个波浪能吸收浮体与竖直浮舱活动连接使得波浪能吸收浮体通过支撑臂可绕竖直浮舱往复旋转运动，能量转换元件一端铰接在波浪能吸收浮体上端，另一端铰接在竖直浮舱上。
进一步的，本发明的优选技术方案如下：
所述箱式浮舱的内腔分成若干个舱体，每个舱体底部安装带水阀的排水管，舱体上表面安装带气阀的排气管。
所述竖直浮舱的内腔分成一个或若干个浮舱，所述竖直浮舱上端舱体设为永久浮舱，下端舱体设为可调舱体，可调舱体安装有排水管道和阀门以及排气管道和阀门。可调舱体可实现装置上浮下沉动作，并可调整装置浮态。
每个波浪能吸收浮体与两个支撑臂固定连接，支撑臂通过铰链与竖直浮舱连接，因此波浪能吸收浮体通过支撑臂和铰链可绕竖直浮舱往复旋转运动。
所述单个竖直浮舱的上部外周连接有3～6个波浪能吸收浮子，波浪能吸收浮体可为实心体也可为空心体。
所述波浪能吸收浮子是底部为倒圆角状的圆柱体。
所述能量转换元件可以为直线运动能量转换器或旋转运动发电机。能量转换元件在波浪能吸收浮体的推动下往复直线运动将波浪能转换为液压能或其他形式的能量，实现从海洋中提取能量并将其转换。能量转换元件设有极限缓冲功能，加载可消耗掉多余的能量，起到保护能量转换元件的功能，极限缓冲功能也可设在结构上，即在波浪能吸收浮体运动极限位安装缓冲液压缸或其他缓冲材料。
所述水上平台的为镂空的通道式平台。
所述竖直浮舱呈对称的点阵式分布。
本发明的有益效果是：1、该装置采用了多个圆柱体型波浪能吸收浮子来扩大发电功率，增强了工作单元的灵敏度，提升了能量转换率。2、整个装置的设计为轴对称体，竖直浮舱呈对称分布，竖直浮舱上的波浪能吸收浮子呈圆周对称分布，且装置整体通过四角十字抛锚固定，对称体设计大大降低了装置的不稳定情况，实现了无对浪性的无差别工作，也降低了锚泊难度。3、装置采用半潜浮舱设计，工作时通过调节竖直浮舱的水量使装置下半部分下沉，转移装置时也通过调节竖直浮舱的水量使整个装置上浮，可像船舶一样在水面拖航；当装置需要维护时，也通过调节竖直浮舱的水量使整个装置上浮，使所有设备均露出水面，便于维护。半潜浮舱设计工作简单，稳定性高，降低了装置的运输、投放和转移的成本和难度。4、装置还设有水上平台，在平台上可供设备和人员登陆，利于能量转换后的应用，可作为具有实用价值的生产和生活平台，同时也减轻了人员对装置的维护难度。
附图说明
图1为本发明的半潜式多浮子波浪能转换装置的侧面图；
图2为本发明的半潜式多浮子波浪能转换装置的俯视图；
图3为图1中单个竖直浮舱及与其连接的浮子的放大图；
图4为图2中单个竖直浮舱及与其连接的浮子的放大图；
图5为本发明的半潜式多浮子波浪能转换装置工作状态正视图；
图6为本发明的半潜式多浮子波浪能转换装置工作状态俯视图；
图7为本发明的半潜式多浮子波浪能转换装置处于运输状态的示意图；
附图标记：1-水下浮台；11-箱式浮舱；2-竖直浮舱；21-永久浮舱；22-可调浮舱；3-波浪能吸收浮子；4-第一支撑臂；5-第二支撑臂；6-能量转换元件；7-水上平台；8-工作机房。
具体实施方式
以下结合附图1至附图7，进一步地阐明本发明的具体实施例：
如图1至图4所示，一种半潜式多浮子波浪能转换装置，包括：一个船状的四方形水下浮台1，水下浮台1由箱式浮舱11组成；在箱式浮舱11上设置有多个呈对称的阵列式排布的竖直浮舱2，竖直浮舱2的内腔分成上下两个浮舱，上端的为永久浮舱21，下端的为可调浮舱22，竖直浮舱2坐落在水下浮台1上；在可调浮舱22的底部安装有延伸至侧边的进排水管，且进排水管的末端设有水阀，在可调浮舱22的上部安装有充排气管，且充排气管的末端设有气阀；在每个竖直浮舱2的上端部外周连接有4个波浪能吸收浮子3（可以为3-6个均可），4个波浪能吸收浮子3沿竖直浮舱2的中轴对称分布。波浪能吸收浮子3是底部为倒圆角的圆柱体。波浪能吸收浮子3的顶部连接有第一支撑臂4和第二支撑臂5，第一支撑臂4和第二支撑臂5通过铰链平行地铰接在竖直浮舱2的上端部外壁上。波浪能吸收浮子3的顶部铰接有能量转换元件6，能量转换元件6为液压缸，能量转换元件6的另一端也铰接在竖直浮舱2的上端部外壁上。
在多个竖直浮舱2的顶部还设有一个水上平台7，水上平台7为镂空的通道式设计，且始终漂浮在水面上，可供设备或人员登陆。在水上平台7上还设有工作机房8，可供设置该装置的其他必需机器设备使用。
如图5所示，半潜式多浮子波浪能转换装置在目的海域投放后，装置下潜到设计水位时，水下浮台1内的箱式浮舱11全部进水，以及竖直浮舱2的可调浮舱22也部分进水，然后在水下浮台1的四个角呈十字型抛锚，使半潜式多浮子波浪能转换装置半潜浮地锚泊在指定位置处。波浪能吸收浮子3在水线上漂浮，受到波浪推动，使得波浪能吸收浮子3绕第一支撑臂4和第二支撑臂5与竖直浮舱2的连接点往复旋转运动，液压缸的能量转换元件6在波浪能吸收浮子3的推动下往复直线运动将波浪能转换为液压能。
如图7所示，需要将半潜式多浮子波浪能转换装置运输到别处时，可通过可调浮舱22排水进气，箱式浮舱11部分或全部排水进气，调节实现装置上浮到水面，然后将装置与拖船连接，箱式浮舱11和竖直浮舱2均充气，装置在浮力作用下较易被拖行。
本发明装置运输和工作情况简述如下：装置下水后，类似一艘驳船漂浮于水面之上，拖轮拖带本发明装置到达投放目的地后四角向外抛锚，呈十字型（如图6所示）。然后有步骤的使箱式浮舱11和部分竖直浮舱2进水，装置下潜到设计水位即可满足做功发电需求。在波浪作用下，波浪能吸收浮体3通过支撑臂绕铰链往复旋转运动，推动能量转换元件6往复做功，将波浪能转换为其他形式的能量，并最终转换为电能。能量转换元件6可以根据需要采用不同形式的能量转换元件，如液压缸、直线发电机、磁流体发电机等。当需要迁移本发明装置到其他海域工作时，其回收过程与投放工作顺序相反，按照设定程序给竖直浮舱2和箱式浮舱11加气排水，本发明装置将逐步浮起直至箱式浮舱11甲板浮出水面。收起锚链和锚，则本发明装置与海底链接的锚泊力解除，可通过拖轮将本发明装置拖运到任何满足水深条件的工作海域，重复抛锚、松链、下潜等工作，本发明装置又可重新投入发电工作。如果装置运行时长达到需进行维护、保养的设计时间，则可浮起本发明装置，使箱式浮舱11甲板露出水面，维护、保养人员和设备可登上工作。若本发明装置遭遇海啸和台风等自然灾害的正面袭击，则可事先将本发明装置浮起、收锚后拖行到附近港口避灾，也可采用将装置整体下潜至水面以下一定深度来实现躲避台风袭击。

Claims (9)

1.一种半潜式多浮子波浪能转换装置，其特征在于，包括水上平台与水下浮台，其特征在于：所述水下浮台由若干个箱式浮舱组成，其中至少部分箱式浮舱上设置有竖直浮舱，以竖直浮舱上端为基础连接为水上平台，在竖直浮舱的上端沿周向均布若干个波浪能吸收浮体，每个波浪能吸收浮体与竖直浮舱活动连接使得波浪能吸收浮体通过支撑臂可绕竖直浮舱往复旋转运动，能量转换元件一端铰接在波浪能吸收浮体上端，另一端铰接在竖直浮舱上。 
2.根据权利要求1所述的半潜式多浮子波浪能转换装置，其特征在于，所述箱式浮舱的内腔分成若干个舱体，每个舱体底部安装带水阀的排水管，舱体上表面安装带气阀的排气管。 
3.根据权利要求1所述的半潜式多浮子波浪能转换装置，其特征在于，所述竖直浮舱的内腔分成一个或若干个浮舱，所述竖直浮舱上端舱体设为永久浮舱，下端舱体设为可调舱体，可调舱体安装有排水管道和阀门以及排气管道和阀门。 
4.根据权利要求1所述的半潜式多浮子波浪能转换装置，其特征在于，所述波浪能吸收浮体与两个支撑臂固定连接，支撑臂通过铰链与竖直浮舱连接。 
5.根据权利要求1所述的半潜式多浮子波浪能转换装置，其特征在于，所述单个竖直浮舱的上部外周连接有3～6个波浪能吸收浮子。 
6.根据权利要求1或5所述的半潜式多浮子波浪能转换装置，其特征在于，所述波浪能吸收浮子是底部为倒圆角状的圆柱体。 
7.根据权利要求1所述的半潜式多浮子波浪能转换装置，其特征在于，所述能量转换元件为直线运动能量转换器或旋转运动发电机。 
8.根据权利要求1所述的半潜式多浮子波浪能转换装置，其特征在于，所述水上平台为镂空的通道式平台。 
9.根据权利要求1所述的半潜式多浮子波浪能转换装置，其特征在于，所述竖直浮舱呈对称的点阵式分布。 
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