CN112065640A - 波浪能发电观测浮标 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波浪能发电观测浮标，包括半潜式主平台、盘状平台和平板状水下附体；半潜式主平台周边均布若干个吸波浮子，各吸波浮子与半潜式主平台间安装有波浪能直线运动转换机构，半潜式主平台中部均布若干个气室，各气室顶部安装有气动式波浪能发电单元，半潜式主平台下方通过光电吊缆连接有海洋观测设备；盘状平台通过竖直设置的筒状支柱固定在半潜式主平台的上方，其上设置有太阳能发电板和气象观测仪；平板状水下附体通过若干个竖直设置的直线柱状结构连接在半潜式主平台的下方。本发明可实现海上发电、导航、观测、通讯一体化，解决海上浮标无法有效获取能源，无法支撑导航、观测、通讯设备海上长效工作的难题。

Description

波浪能发电观测浮标
技术领域
本发明涉及一种集波浪能发电、太阳能发电、储能、浮标、导航、观测、通讯等多种技术为一体的波浪能发电观测浮标，可实现海上发电、导航、观测、通讯一体化，解决海上浮标无法有效获取能源，无法支撑导航、观测、通讯设备海上长效工作的难题，可支撑海上导航、观测、通讯大功率、批量化应用。
背景技术
随着海洋强国战略的逐步推进，全国各项海洋工作快速推进，在诸多工作中，认识海洋成为了开展各项海洋工作的前提条件，为准确及时的获得大量海洋观测数据，需要投放海洋观测浮标，测量海洋气象、动力环境、生物变化、污染物扩散情况等。目前海上投放观测浮标主要依靠蓄电池和少量太阳能板供电，因海上浮标电池更换需派船舶赴海上更换，近海成本已经高昂，远海更是难以实现，太阳能能量密度小、浮标可安装空间有限，受海上盐雾影响大，因此太阳能发电可获电量极其有限，如此困难的海上观测浮标供电方式，严重制约了海上导航、观测、通讯设备的大功率发展。因此开发供电能量强的综合浮标，对增强认识海洋的能力意义重大，具有良好的应用前景和市场。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波浪能发电观测浮标，解决海上浮标无法有效获取能源，无法支撑导航、观测、通讯设备海上长效工作的难题。
为实现上述目的，本发明专利采用的技术方案是：
一种波浪能发电观测浮标，包括半潜式主平台、盘状平台和平板状水下附体；
半潜式主平台周边均布若干个吸波浮子，各吸波浮子与半潜式主平台间安装有波浪能直线运动转换机构，半潜式主平台中部均布若干个气室，各气室顶部安装有气动式波浪能发电单元，半潜式主平台下方通过光电吊缆连接有海洋观测设备；
盘状平台通过竖直设置的筒状支柱固定在半潜式主平台的上方，其上设置有太阳能发电板和气象观测仪，筒状支柱内安装有电力变换单元和蓄电单元，波浪能直线运动转换机构、气动式波浪能发电单元、太阳能发电板均通过电力变换单元与蓄电单元相连接；
平板状水下附体通过若干个竖直设置的直线柱状结构连接在半潜式主平台的下方，半潜式主平台上设置有供直线柱状结构穿过的直线孔洞，正常工作时，平板状水下附体通过直线柱状结构沿直线孔洞下放至最低处，以稳定观测浮标，拖航时，平板状水下附体通过直线柱状结构沿直线孔洞向上收起，贴合半潜式主平台。
进一步地，所述的盘状平台上还安装有航标灯、天线和雷达。
进一步地，所述的海洋观测设备包括声纳仪、海流仪和海洋温盐仪。
作为本发明的一种改进，所述的筒状支柱包括依次相接的上筒状支柱、锥状支柱和下筒状支柱，锥状支柱外表面安装太阳能发电板。
进一步地，所述的上筒状支柱、锥状支柱和下筒状支柱内部中空连通，且内部安装有可上下直通的直梯，盘状平台与上筒状支柱连接处安装有舱口盖，下筒状支柱的下端安装有水密门。
作为本发明的一种改进，所述的半潜式主平台周边向内凹陷形成安装吸波浮子的空间，吸波浮子通过支撑结构和铰链与半潜式主平台相铰接，半潜式主平台对应吸波浮子向上运动极限位和向下运动极限位均安装有防撞机构。
进一步地，所述的吸波浮子顶部安装有太阳能发电板。
作为本发明的一种改进，所述的筒状支柱外表面均布有与直线柱状结构数量相同的支撑臂，支撑臂一端铰接在筒状支柱上，另一端分别安装有吊耳一和吊耳二，盘状平台的底部均布有与支撑臂数量相同的吊耳三，直线柱状结构的顶部安装有吊耳四，当支撑臂的吊耳一与盘状平台的吊耳三相连时，支撑臂被展开成水平状，以使支撑臂的吊耳二与直线柱状结构的吊耳四处于同一垂线，通过配套牵的引机构牵引各直线柱状结构同步升降。
作为本发明的一种改进，所述的半潜式主平台***四周均布若干个系泊吊耳，系泊缆一端连接系泊吊耳，另一端连接系泊锚。
作为本发明的一种改进，所述的蓄电单元还连接有海底电缆，其穿过半潜式主平台、平板状水下附体连接海底接线器，海底电缆悬空处设置有弹性节，分支海缆一端连接海底接线器，另一端连接海底观测仪器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明以波浪能浮标为基体，融合太阳能、储能等设备，形成海上小型可再生能源***，大幅提升海上浮标的供电能力，优化搭载导航、观测、通讯等设备，形成海上综合观测***，有效提升观测海洋的能力。
2、本发明实现了强大的供电能力与完善的观测能力的有机融合，可自成体系，也可多台波浪能观测浮标组网运行，形成强大的智慧海洋观测网络。
3、本发明还可通过电缆向海底辐射供电，供给更大范围的海底观测网络用电。
附图说明
图1为本实施例的波浪能发电观测浮标的俯视。
图2为A-A剖面示意图。
图3为图2上半部放大图。
图4为本实施例的波浪能发电观测浮标拖航状态示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图3所示，本实施例的波浪能发电观测浮标的组成如下：
波浪能发电观测浮标的顶部设置盘状平台1，盘状平台1上设置太阳能发电板1.1、航标灯1.2、顶部护栏1.3、天线1.4、旗杆1.5、气象观测仪1.8和雷达1.9，盘状平台1的底部外侧按圆周分布4个吊耳三1.6。
盘状平台1的中心位置安装由可内外旋转打开的舱口盖1.7，盘状平台1下端由上筒状支柱2支撑，上筒状支柱2下端连接锥状支柱3，锥状支柱3外表面安装太阳能发电板3.1，锥状支柱3下端连接下筒状支柱4，下筒状支柱4上端按圆周均布4个铰链4.1，可上下旋转活动的支撑臂5上端通过铰链4.1与下筒状支柱4连接，支撑臂5下端部分别安装有吊耳一5.1和吊耳二5.2，下筒状支柱4的下端安装有水密门6，上筒状支柱2、锥状支柱3和下筒状支柱4内部中空连通，内部安装有可上下直通的直梯6.1、电力变化单元6.2和蓄电单元6.3。
下筒状支柱4底部由半潜式主平台7支撑，半潜式主平台7四周均布4个可穿结构的直线孔洞7.1，在相互临近的两个直线孔洞7.1之间设置可安装吸波浮子8的空间7.2，半潜式主平台7中部及边缘均安装有护栏7.3，半潜式主平台7中部均布2个气室7.5，气室7.5顶部安装气动式波浪能发电单元7.4。
吸波浮子8顶部安装太阳能发电板8.1，吸波浮子8通过支撑结构8.3连接铰链8.4，在吸波浮子8背部和半潜式主平台7间安装波浪能直线运动转换机构8.1，半潜式主平台7对应吸波浮子8向上运动极限位和向下运动极限位安装防撞机构一8.5和防撞机构二8.6。
半潜式主平台7***四周均布四个系泊吊耳9.1，系泊缆9一端连接系泊吊耳9.1，另一端连接系泊锚9.2。半潜式主平台7中心位置设置上下贯通的通道7.7，通道7.7的顶部设置可开闭孔盖7.6。
四个直线柱状结构10穿过半潜式主平台7上的直线孔洞7.1，四个直线柱状结构10的顶端设有吊耳四10.1，直线柱状结构10的上端设置有大于直线孔洞7.1的凸台，防止其顺着孔洞滑出，直线柱状结构10的下端共同连接平板状水下附体11，平板状水下附体11中心设置有洞孔11.1。
直线柱状结构10的内部及平板状水下附体11与直线柱状结构10连接处的内部均是中空，可从半潜式主平台7吊装设备一路向下穿过直线柱状结构10、平板状水下附体11进入水下较深处，具体的，采用复合型光电吊缆12，从半潜式主平台7沿直线柱状结构10的内孔和平板状水下附体11的孔向下垂吊声纳仪12.1、海流仪12.2和海洋温盐仪12.3等海洋测量设备。
海底电缆13从半潜式主平台7中心位置的通道7.7穿过平板状水下附体11中心设置的洞孔11.1向下直至海底连接海底接线器13.2，海底电缆13悬空处设置有弹性节13.1，以适应运动产生的长度变化，分支海缆13.3一端连接海底接线器13.2，另一端连接海底观测仪器13.4，海底观测仪器13.4配套有通讯设备13.5。
本发明的工作原理如下：
波浪能发电观测浮标的半潜式主平台7漂浮于水面之上，按圆周均布于半潜式主平台7四周的吸波浮子8在波浪作用下往复运动，推动直线运动转换机构8.1往复运动，将波浪能转换为液压能或水力势能，进一步通过转换机构转换为电能，或通过直线运动转换机构8.1直接将波浪能转换为电能，安装在半潜式主平台7上的气动式波浪能发电单元7.4在半潜式主平台7内部气室7.5内振荡水柱的作用下发电，以上两种波浪能发电单元发出的电经过电力变换单元6.2，将电力储存于蓄电单元6.3，本发明用电设施可通过蓄电单元6.3或电力变换单元6.2取电使用。盘状平台1上设置的太阳能发电板1.1、锥状支柱3外表面安装的太阳能发电板3.1可以获得太阳能，供给本发明观测浮标用电设备使用，同时还可经过电力变换单元6.2将电力储存于蓄电单元6.3。
为保持本发明观测浮标的稳定性和波浪能发电效率，半潜式主平台7下端搭载了平板状水下附体11，平板状水下附体11通过直线柱状结构10与半潜式主平台7升降连接，在处于发电状态时，平板状水下附体11通过直线柱状结构10沿直线孔洞7.1向下放至最低处，处于较深位置且面积巨大的平板状水下附体11对保持主平台7在波浪作用下的稳定性起关键作用，为使本发明观测浮标便于拖航和转场，平板状水下附体11通过直线柱状结构10沿直线孔洞7.1可向上收起，与主平台7紧贴在一起，直线柱状结构10上升时，可上下旋转活动的支撑臂5水平张开，将吊耳一5.1和吊耳三1.6通过缆绳连接，此时，吊耳四10.1与吊耳二5.2处于同一垂线，将二者通过缆绳连接，并连接至配套的牵引机构，例如电动葫芦，同时牵引四个直线柱状结构10同步上升，直线柱状结构10沿直线孔洞7.1牵引平板状水下附体11上升，直至与半潜式主平台7贴合，如图4所示，这样整体结构吃水变浅、阻力变小，到达实施海域需要工作时，平板状水下附体11通过直线柱状结构10沿直线孔洞7.1向下放至最低处，起稳定主体的作用。
半潜式主平台7***四周均布四个系泊吊耳9.1，系泊缆9一端连接系泊吊耳9.1，另一端连接系泊锚9.2，可根据实施海域风浪条件和需要布置1条或2条或3条或4条锚泊缆链和锚。
本发明具有优异的搭载能力，装置顶部盘状平台1可搭载气象观测仪1.8、雷达1.9、天线1.4等，上筒状支柱2、锥状支柱3和下筒状支柱4上下连接互通，内部可安装直梯6.1、电力变化单元6.2和蓄电单元6.3等，巨大的舱室空间为安装设备提供了便利的条件，也便于在舱内维护和保养。半潜式主平台7的下部可搭载多种悬挂于海洋之中和坐落在海底的海洋观测设备，复合型光电吊缆12，从半潜式主平台7沿直线柱状结构10的内孔和平板状水下浮体11的孔向下垂吊声纳仪12.1、海流仪12.2和海洋温盐仪12.3等测量设备；海底电缆13从半潜式主平台7中心位置的通道7.7穿过平板状水下附体11中心设置的洞孔11.1向下直至海底连接海底接线器13.2，为海底观测仪器13.4供电。
本发明波浪能发电观测浮标较传统海洋观测浮标的优势有三项：
第一个优势是充足的绿色电力供应，本发明含两种波浪能发电技术外加太阳能发电，能源直接来自于大海，应用于海上，实现海上可再生能源就近获取，就地使用，绿色环保，可大幅提高海上设备供电的可靠度。
第二个优势是本发明可提供稳定的平台，本发明设置有可提高浮体稳定的水下附体，可大幅提高波浪能发电观测浮标的平稳性，利于仪器设备稳定运行，提高数据采集的准确度和精度，同时，水下附体可向上收起，便于拖航和转场。
第三个优势是本发明可实现天空、水面、水下、海底立体送电和观测，本发明设置了稳固的锚泊***和便于立体安装观测设备的结构和机构，可在方便地在浮标顶部、水下、海底安装观测仪器并送电。
本发明波浪能发电观测浮标为发电、观测、通讯一体化的综合浮标，目前尚未见到有类似的设计出现。本发明的成功开发和应用将强力推动海洋观测活动，意义深远。
本发明波浪能发电观测浮标将为海洋观测提供先进的发电和观测平台设备，本发明的成功应用将产生巨大的经济效益。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种波浪能发电观测浮标，其特征在于：包括半潜式主平台、盘状平台和平板状水下附体；
半潜式主平台周边均布若干个吸波浮子，各吸波浮子与半潜式主平台间安装有波浪能直线运动转换机构，半潜式主平台中部均布若干个气室，各气室顶部安装有气动式波浪能发电单元，半潜式主平台下方通过光电吊缆连接有海洋观测设备；
盘状平台通过竖直设置的筒状支柱固定在半潜式主平台的上方，其上设置有太阳能发电板和气象观测仪，筒状支柱内安装有电力变换单元和蓄电单元，波浪能直线运动转换机构、气动式波浪能发电单元、太阳能发电板均通过电力变换单元与蓄电单元相连接；
平板状水下附体通过若干个竖直设置的直线柱状结构连接在半潜式主平台的下方，半潜式主平台上设置有供直线柱状结构穿过的直线孔洞，正常工作时，平板状水下附体通过直线柱状结构沿直线孔洞下放至最低处，以稳定观测浮标，拖航时，平板状水下附体通过直线柱状结构沿直线孔洞向上收起，贴合半潜式主平台。
2.根据权利要求1所述的一种波浪能发电观测浮标，其特征在于：所述的盘状平台上还安装有航标灯、天线和雷达。
3.根据权利要求1所述的一种波浪能发电观测浮标，其特征在于：所述的海洋观测设备包括声纳仪、海流仪和海洋温盐仪。
4.根据权利要求1所述的一种波浪能发电观测浮标，其特征在于：所述的筒状支柱包括依次相接的上筒状支柱、锥状支柱和下筒状支柱，锥状支柱外表面安装太阳能发电板。
5.根据权利要求4所述的一种波浪能发电观测浮标，其特征在于：所述的上筒状支柱、锥状支柱和下筒状支柱内部中空连通，且内部安装有可上下直通的直梯，盘状平台与上筒状支柱连接处安装有舱口盖，下筒状支柱的下端安装有水密门。
6.根据权利要求1所述的一种波浪能发电观测浮标，其特征在于：所述的半潜式主平台周边向内凹陷形成安装吸波浮子的空间，吸波浮子通过支撑结构和铰链与半潜式主平台相铰接，半潜式主平台对应吸波浮子向上运动极限位和向下运动极限位均安装有防撞机构。
7.根据权利要求6所述的一种波浪能发电观测浮标，其特征在于：所述的吸波浮子顶部安装有太阳能发电板。
8.根据权利要求1所述的一种波浪能发电观测浮标，其特征在于：所述的筒状支柱外表面均布有与直线柱状结构数量相同的支撑臂，支撑臂一端铰接在筒状支柱上，另一端分别安装有吊耳一和吊耳二，盘状平台的底部均布有与支撑臂数量相同的吊耳三，直线柱状结构的顶部安装有吊耳四，当支撑臂的吊耳一与盘状平台的吊耳三相连时，支撑臂被展开成水平状，以使支撑臂的吊耳二与直线柱状结构的吊耳四处于同一垂线，通过配套牵的引机构牵引各直线柱状结构同步升降。
9.根据权利要求1所述的一种波浪能发电观测浮标，其特征在于：所述的半潜式主平台***四周均布若干个系泊吊耳，系泊缆一端连接系泊吊耳，另一端连接系泊锚。
10.根据权利要求1所述的一种波浪能发电观测浮标，其特征在于：所述的蓄电单元还连接有海底电缆，其穿过半潜式主平台、平板状水下附体连接海底接线器，海底电缆悬空处设置有弹性节，分支海缆一端连接海底接线器，另一端连接海底观测仪器。
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