CN103381881A - 钢筋水泥结构的漂浮式海上发电平台 - Google Patents

Abstract

本发明所述的钢筋水泥结构的漂浮式海上发电平台，包括平台主体、浮体式波浪能收集装置、海风能量收集装置、发电装置。所有能量收集装置收集的流体运动能量都能同步偶合、集中发电。可望实现安全、长寿命、规模化、维护方便、低成本的商业化应用。漂浮式的发电平台不仅使可利用的海域面积大大增加，还能获得更高海洋能密度的海域。

Description

钢筋水泥结构的漂浮式海上发电平台

技术领域

本发明属海上发电技术领域。具体涉及海上装置的安全柔性固定和抗台风海啸、海浪能量收集偶合、海浪海风能量偶合的发电技术。

技术背景

现有的海上发电技术，除仿水库式的潮汐电站、海上风电外，波浪能发电、海流发电等都只还是小规模的，其发电量无足轻重，面对当今的能源危机，只是“滴水车薪”而已。迄今为止，没有一种波浪发电装置能规模化、商业化推广。此前所设计的各种海洋能收集装置对于多种多样的海洋环保“能种”而言，都局限于只能少量的收集“单一能种”，而无法综合收集用于发电。海上装置的安全性、防腐、使用寿命、大规模波浪能收集后的低成本偶合等问题都没有得到解决，使得海上发电投资昂贵、造价甚高，发电成本毫无竞争力，这些都有待于进一步创新发明。本发明试图探索逐渐解决这些问题。

发明内容

1.本发明所述的钢筋水泥结构的漂浮式海上发电平台，包括平台主体、浮体式波浪能收集装置、海风能量收集装置、发电装置。所有能量收集装置收集的流体运动能量都通过传动装置传至发电装置。其特征是：

(1)所述的平台主体是由钢筋水泥浇注的整体结构，整体结构中有若干个钢筋水泥浮箱，浮箱与浮箱之间相隔有一定距离，浮箱与浮箱之间以钢筋水泥结构连接组成浮于海面的永不翻沉的人造海上大平台，可安装在10——300米深的海域，可大大增加利用海洋能的面积，水泥的耐腐蚀能力永比钢铁强。大平台用很长的加重链锚于海底，加重链在海底有水平的一段距离以缓冲巨浪对平台的冲击，加重链也可以用有机材料；人造海上大平台的平面上设有四根横轴，横轴用支撑体和轴承座固定于人造海上大平台的四周，四根横轴相交的四处以锥齿轮连接，让收集的海洋能都偶合于横轴上；浮箱内的发电机传动轴以锥齿轮连接横轴，可使每个浮箱内的发电机转速都一致以利于统一调速；人造海上大平台的上面设有钢梁构成的框架；钢梁框架竖向两对称面的中心线处各设置长竖轴，长竖轴与横轴之间通过锥齿轮连接；所有钢铁件都不在海水里以方便维护和防锈、密封。由于浮箱是密封的，完全可以做到加重链的拉力永大于平台的剩余浮力(浮箱露出水面部分的体积)，即使是100米高的海啸也只是把平台淹没而已，海啸过后平台依然屹立。其原理类似于一根大于篮球浮力的绳把篮球固定于海底，任何巨浪海啸也奈何(破坏)不了这个篮球。

(2)所述的浮体式波浪能收集装置是人造海上大平台四周所设的横轴上设有若干使横轴定向转动的超越离合器，超越离合器上设有传动索与海面浮体连接。传动索带动超越离合器转动的结构是：棘轮固定在横轴上，棘爪安装在可绕横轴转动的转轮上，转轮上设有两个凹槽，用绳子反向绕在转轮的一个凹槽上若干圈后经平台边上的定滑轮与配重体相连，用传动索正向绕在转轮的另一个凹槽上若干圈后与海面浮体相连，传动索经过与海底重物相连的定滑轮。横轴上设有若干个浮体式波浪能收集装置，把众多海面浮体收集的波浪能通过超越离合器偶合于横轴上，从而使横轴连续转动。平台四周收集波浪能的传动索也帮助相对固定平台(允许平台动但限制其动的范围)，就像根系非常发达的大树样。

(3)所述的海风能量收集装置是在长竖轴上设有若干叶片，叶片上设有若干个孔，孔上设有可转动的门屏，门屏框是刚性材料，门屏是可形成风帆样的柔性材料，门屏的轴上设有扭簧以释放过剩风能，避免台风对装置的破坏。长竖轴上设有锥齿轮C，锥齿轮C内设有超越离合器，锥齿轮C和横轴上的锥齿轮相连，锥齿轮C的齿数可比横轴上的锥齿轮齿数多以实现变速及充分使叶片收集的风能通过竖轴偶合于横轴上。

(4)所述的发电装置是人造海上大平台的四根横轴上设有锥齿轮连接浮箱内的发电机传动轴驱动发电机发电。

2.所述的钢筋水泥结构的漂浮式海上发电平台，其特征是：所述的浮箱其迎浪面可以是分散浪冲击力的“V”形面，以化解巨浪、海啸对平台的冲击力。

3.所述的钢筋水泥结构的漂浮式海上发电平台，其特征是：所述的传动索带动超越离合器转动的结构可以是：棘轮固定在横轴上，棘爪安装在可绕横轴转动的转轮上，转轮上设有两个凹槽，用绳子反向绕在转轮的一个凹槽上若干圈后与装有恒力弹簧的卷绳器相连，卷绳器固定在浮箱上，用传动索正向绕在转轮的另一个凹槽上若干圈后与海面浮体相连，传动索经过与海底重物相连的定滑轮。

附图说明

图1为钢筋水泥结构的漂浮式海上发电平台的原理结构示意图

图2、为加重链相对锚固钢筋水泥结构的漂浮式海上发电平台示意图

图3、为浮体式波浪能收集装置、传动索带动超越离合器转动的原理结构示意图

图4、为海风能量收集装置的原理结构示意图

图5、为浮箱迎浪面的“V”形面原理结构示意图。

图6、为传动索带动超越离合器转动的另一原理结构示意图

具体实施方式

本发明所述的钢筋水泥结构的漂浮式海上发电平台，如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示：

一、如图1、图2所示：

图1中，1传动索，2配重体，3绳子，4定滑轮，5钢筋水泥结构，6发电机，7代表平台主体，8浮箱，9发电机传动轴，10钢筋水泥结构，11浮箱，12支撑体，13轴承座，14锥齿轮连接，15发电机传动轴，16横轴，17钢梁框架，18钢梁，19长竖轴，20叶片，21锥齿轮连接，22锥齿轮连接，23超越离合器，24锥齿轮连接。

图2中，25钢筋水泥结构的漂浮式海上发电平台，26加重链，27、28加重物体、29锚。

所述的平台主体7是由钢筋水泥浇注的整体结构，整体结构中有若干个钢筋水泥浮箱(如8、11所示)，浮箱与浮箱之间相隔有一定距离，浮箱与浮箱之间以钢筋水泥结构(如5、10所示)连接组成浮于海面的永不翻沉的人造海上大平台7，可安装在10——300米深的海域，可大大增加利用海洋能的面积，水泥的耐腐蚀能力永比钢铁强，平台可经久耐用。大平台25用很长的加重链26和锚29相对锚固于海底，加重链上设有加重物体27、28，加重链在海底有水平的一段距离以缓冲巨浪对平台的冲击，加重链也可以用有机材料。当平台25相对移动时，加重物体27、28将被吊起同时也增加链对平台的拉力以保持使平台复位的力；人造海上大平台的平面上设有四根横轴(如16所示)，横轴用支撑体(如12所示)和轴承座(如13所示)固定于人造海上大平台的四周，四根横轴相交的四处以锥齿轮连接(如21所示)，让收集的海洋能都偶合于横轴上；发电装置是浮箱内的发电机(如6所示)传动轴(如9所示)以锥齿轮连接横轴(如24所示)，可使每个浮箱内的发电机转速都一致以利于统一调速；人造海上大平台的上面设有钢梁(如18所示)构成的框架(如17所示)，钢梁框架竖向两对称面的中心线处各设置长竖轴(如19所示)，长竖轴与横轴之间通过锥齿轮连接(如22所示)；所有钢铁件都不在海水里以方便维护和防锈、密封。由于浮箱是密封的，完全可以做到加重链的拉力永大于平台的剩余浮力(浮箱露出水面部分的体积)，即使是100米高的海啸也只是把平台淹没而已，海啸过后平台25依然屹立。其原理类似于一根大于篮球浮力的绳把篮球固定于海底，任何巨浪海啸也奈何(破坏)不了这个篮球。

二、如图1、图3所示：

图3中，30转轮(超越离合器)，31弹片，32棘爪转动轴，33平台四周所设的横轴，34棘爪，35棘轮，36传动索，37绳子，38凹槽，39凹槽，40绳子，41配重体，42海底重物，43定滑轮，44传动索，45海面浮体。

所述的浮体式波浪能收集装置是人造海上大平台7四周所设的横轴(16、33)上设有若干使横轴定向转动的超越离合器(23、30)，超越离合器上设有传动索(1、36、44)与海面浮体45连接。传动索带动超越离合器转动的结构是：棘轮35固定在横轴33上，棘爪34安装在可绕横轴转动的转轮30上，转轮上设有两个凹槽(38、39)，用绳子(3、37、40)反向绕在转轮的一个凹槽38上若干圈后经平台边上的定滑轮4与配重体(2、41)相连，用传动索(1、36、44)正向绕在转轮的另一个凹槽39上若干圈后与海面浮体45相连，传动索44经过与海底重物42相连的定滑轮43。横轴上设有若干个浮体式波浪能收集装置，把众多海面浮体收集的波浪能通过超越离合器偶合于横轴上，从而使横轴连续转动，可低成本收集大范围海域的波浪能。

工作原理：如图3所示，海面浮体45在浪上升阶段产生的浮力会通过传动索44转动转轮30进而通过棘爪34驱动棘轮35从而带动横轴33转动，同时也使连接配重体41的绳子40、37往凹槽38上卷起；当海面浮体45随着波浪下降时，传动索44此时处于非拉紧状态且对转轮30没有作用力，此时配重体41的重力会使转轮30反向转动，但不带动横轴33转动，传动索44重新卷在凹槽39上。收集波浪能的海面浮体既可设置在平台外围水域也可设置在平台的内部水域，众多海面浮体在不同的时间产生的浮力通过传动索、超越离合器作用在横轴时，可把能量偶合在横轴上使横轴连续转动，而且可以收集很大海域面积上的波浪能。平台四周收集波浪能的传动索也帮助相对固定平台(允许平台动但限制其动的范围)，就像根系非常发达的大树样，所以，这种原理可使平台抵御任何环境载荷。

三、如图1、图4所示：

图4中，46叶片上的孔，47叶片，48锥齿轮C，49超越离合器，50长竖轴，51门屏，52门屏框，53门屏轴，54扭簧，55闭合状态的门屏，56打开状态的门屏。

所述的海风能量收集装置是在长竖轴(19、50)上设有若干叶片(20、47)，叶片上设有若干个孔(如46所示)，孔上设有可转动的门屏(如51所示)，门屏框52是刚性材料，门屏51是可形成风帆样的柔性材料，门屏的轴53上设有扭簧54以释放过剩风能，避免台风对装置的破坏。长竖轴(19、50)上设有锥齿轮C48，锥齿轮C内设有超越离合器49，锥齿轮C和横轴上的锥齿轮相连(如22所示)，锥齿轮C的齿数可以比横轴上的锥齿轮齿数多以实现变速及充分使叶片收集的风能通过竖轴偶合于横轴上。

工作原理：由长竖轴叶片上的门屏转轴(如53所示)上的扭簧(如54所示)的安装方式的不同，可保证平台主体上对称的两长竖轴的叶片受流体作用时使长竖轴有相反的转动方向(因为两长竖轴若以相同的方向转动时会使平台主体产生转动的趋势)。当风的运动方向是进入纸面时，右边的门屏会自动闭着(如55所示)，左边的门屏会自动打开(如56所示)，右边的门屏全闭时组成的大叶片将受到风的作用力而转动长竖轴50做功。当流体的运动方向是从纸面出来时，则右边的门屏会自动打开，左边的门屏会自动闭着，左边的门屏组成的大叶片将受到风的作用力而以相同的方向转动长竖轴50做功。东南西北方向的风都能使长竖轴定向转动。作用在闭着的门屏上(如55所示)的风力太大时，门屏将转动扭簧使门屏(如55所示)推入纸面内从而释放过剩的力量以保护设备。超越离合器49的作用是：长竖轴的转动可驱动横轴转动，但横轴的转动不会驱动长竖轴转动。

四、图5所示：

图5中，1组成人造海上大平台的浮箱，2V字形面，3组成人造海上大平台转角处的浮箱，4、5、6V字形面。

所述的浮箱1、3其迎浪面2、4、5、6可以是分散浪冲击力的“V”形面(如2、4、5、6所示)以化解巨浪、海啸对平台的冲击力。

五、如图6所示：

图6中，1装有恒力弹簧的卷绳器，2转轮，3弹片，4棘爪，5棘爪转动轴，6人造海上大平台四周所设的横轴，7棘轮，8绳子，9凹槽，10传动索，11绳子，12凹槽，13海面浮体，14定滑轮，15海底重物。

所述的传动索带动超越离合器转动的结构可以是：棘轮7固定在横轴6上，棘爪4安装在可绕横轴6转动的转轮2上，棘爪4可绕固定在转轮2上的轴5转动，转轮上设有弹片3施力于棘爪4，使棘爪始终处于与棘轮的齿接触状态，转轮2上设有两个凹槽(如9、12所示)，用绳子11反向绕在转轮的一个凹槽12上若干圈后与装有恒力弹簧的卷绳器1相连，卷绳器固定在浮箱上，用传动索10正向绕在转轮的另一个凹槽9上若干圈后(如8所示)与海面浮体13相连，传动索10经过与海底重物15相连的定滑轮14。

Claims (3)

1.本发明所述的钢筋水泥结构的漂浮式海上发电平台，包括平台主体、浮体式波浪能收集装置、海风能量收集装置、发电装置。所有能量收集装置收集的流体运动能量都通过传动装置传至发电装置。其特征是：

(1)所述的平台主体是由钢筋水泥浇注的整体结构，整体结构中有若干个钢筋水泥浮箱，浮箱与浮箱之间相隔有一定距离，浮箱与浮箱之间以钢筋水泥结构连接组成浮于海面的人造海上大平台，大平台用长加重链相对锚固于海底；人造海上大平台的平面上设有四根横轴，横轴用支撑体和轴承座固定于人造海上大平台的四周，四根横轴相交的四处以锥齿轮连接；浮箱内的发电机传动轴以锥齿轮连接横轴；人造海上大平台的上面设有钢梁构成的框架；钢梁框架竖向两对称面的中心线处各设置长竖轴，长竖轴与横轴之间通过锥齿轮连接。

(2)所述的浮体式波浪能收集装置是人造海上大平台四周所设的横轴上设有若干使横轴定向转动的超越离合器，超越离合器上设有传动索与海面浮体连接。传动索带动超越离合器转动的结构是：棘轮固定在横轴上，棘爪安装在可绕横轴转动的转轮上，转轮上设有两个凹槽，用绳子反向绕在转轮的一个凹槽上若干圈后经平台边上的定滑轮与配重体相连，用传动索正向绕在转轮的另一个凹槽上若干圈后与海面浮体相连，传动索经过与海底重物相连的定滑轮。横轴上设有若干个浮体式波浪能收集装置。

(3)所述的海风能量收集装置是在长竖轴上设有若干叶片，叶片上设有若干个孔，孔上设有可转动的门屏，门屏的轴上设有扭簧。长竖轴上设有锥齿轮C，锥齿轮C内设有超越离合器，锥齿轮C和横轴上的锥齿轮相连。

(4)所述的发电装置是人造海上大平台的四根横轴上设有锥齿轮连接浮箱内的发电机传动轴驱动发电机发电。

2.根据权力要求1所述的钢筋水泥结构的漂浮式海上发电平台，其特征是：所述的浮箱其迎浪面可以是分散浪冲击力的“V’’形面。

3.根据权力要求1所述的钢筋水泥结构的漂浮式海上发电平台，其特征是：所述的传动索带动超越离合器转动的结构可以是：棘轮固定在横轴上，棘爪安装在可绕横轴转动的转轮上，转轮上设有两个凹槽，用绳子反向绕在转轮的一个凹槽上若干圈后与装有恒力弹簧的卷绳器相连，卷绳器固定在浮箱上，用传动索正向绕在转轮的另一个凹槽上若干圈后与海面浮体相连，传动索经过与海底重物相连的定滑轮。

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