CN103693169A - 组合气囊式风浪联合浮式发电平台 - Google Patents

组合气囊式风浪联合浮式发电平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种组合气囊式风浪联合浮式发电平台，单个平台包括浮筒，浮筒顶部正中心位置固设基座，基座上固设风机塔，风机塔的顶部固接水平轴风机，浮筒内部固设圆柱形气囊，气囊顶部有进出气口，进出气口处连接气囊用气压发电装置；浮筒的侧壁上开一对筒壁开口，每个筒壁开口处都设有可在筒壁开口中作竖向平面旋转和平移运动的连接装置和连接通道，连接装置连接于连接通道的外壁；平行轴双杆架的两端分别穿过连接通道后伸入两个平台的浮筒内部与两个平台的气囊相黏合，将多个平台两两相接组成；将波浪造成的平台之间高度差转化为连杆对气囊的挤压和拉伸作用，通过改变气囊气压形成机械能达到波浪能发电的效果，可全程发电、发电效率高。

Description

组合气囊式风浪联合浮式发电平台
技术领域
 本发明属于一种海洋平台，具体是利用海洋风能与波浪能发电的发电平台。
背景技术
 随着海洋开发越来越往深海发展，海洋能源的开发越来越重要，其中风能与波浪能一直是可利用的主要发电能源。风能发电装置主要在平台上安装风机，依靠竖直轴风机或水平轴风机实现；波浪能发电装置则多种多样，有点头鸭式、垂荡式、横摇式等等,大多使用刚质浮体将波浪能转化为机械能，再由刚质浮体连带的各式发电装置完成发电工作。
 目前的海洋发电平台，大多安装了单一的风能发电装置或波浪能发电装置，其发电效率不高，少数的发电平台将风能与波浪能加以联合利用，但结合生硬，两种发电装置之间相互影响，其总体稳定性差，无法达到全程发电，仅能在同一时间完成单一能源的采集，发电效率低。
发明内容
本发明的目的为克服现有海洋发电平台的不足，提供一种组合气囊式风浪联合浮式发电平台，将波能发电与风能发电柔和结合，可同时采集波浪能与风能并用于发电，波能发电和风能发电相互不受影响，能全程发电，提高发电效率。
 本发明采用的技术方案是：单个平台包括浮筒，浮筒顶部正中心位置固设基座，基座上固设风机塔，风机塔的顶部固接水平轴风机，浮筒是空心的圆柱体结构，浮筒内部固设圆柱形气囊，气囊的顶部有进出气口，进出气口处连接气囊用气压发电装置；浮筒的侧壁上开一对筒壁开口，每个筒壁开口处都设有可在筒壁开口中作竖向平面旋转和平移运动的连接装置和连接通道，连接装置连接于连接通道的外壁；平行轴双杆架的两端分别穿过连接通道后伸入两个平台的浮筒内部与两个平台的气囊相黏合，将多个平台两两相接组成组合气囊式风浪联合浮式发电平台。
本发明具有以下优点：本发明以组合气囊式发电装置为主体，以多个浮筒式平台连接为基础，是一种气囊与平台连杆之间共同作用的全新风浪发电装置，将波浪造成的平台之间高度差转化为平台连杆对气囊的挤压和拉伸作用，通过改变气囊气压形成机械能，从而达到波浪能发电的效果。因气囊是安装在浮筒平台内部，浮筒平台上仍可安全加载水平轴/竖直轴风机并保证风机的效率。本发明的结构较于常规的风机平台增加了波浪能发电气囊，提高了发电的效率，同时平台的各项属性不受波浪能装置的影响。较于常规的风浪联合发电装置，本发明可同时采集波浪能与风能并用于发电，具有结构简单而密实、全程发电、发电效率高等特点。
附图说明
下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1是单个浮式发电平台的结构示意图；
图2是3个图1所示的浮式发电平台组成的本发明所述组合气囊式风浪联合浮式发电平台的结构示意图；
图3是图2中单个平行轴双杆架及其两端所连接的两个浮筒的结构放大图；
图4是图3中平行轴双杆架的俯视放大图；
图5是图3中连接装置12和连接通道13的结构放大图；
图6是本发明所述组合气囊式风浪联合浮式发电平台的六角式平面模式布置示意图；
图中：1.浮筒；2.水平轴风机；3.扇叶；4.风机塔；5.基座；6.风能转电能储备装置；7. 波浪能转电能储备装置； 8.气囊用气压发电装置；9.气囊；10.缆绳； 11.平行轴双杆架； 12.连接装置；13．连接通道；14．连接轴；15．竖向移动装置；16．活动滑轮；17．筒壁开口；18.连杆末端。
具体实施方式
 参见如图1所示，单个浮式发电平台由浮筒1、水平轴风机2、扇叶3、风机塔4、基座5、风能转电能储备装置6、气囊用气压发电装置8、波浪能转电能储备装置7、气囊9、缆绳10组成。浮筒1是空心的圆柱体结构，其外径为20米至25米，高约40至45米。浮筒1由底部的三根缆绳10固定于海底，每两根缆绳10之间的夹角为120度。浮筒1的顶部正中心位置固定基座5，基座5上固定风机塔4，风机塔4外形为圆柱形或圆台形，风机塔4的顶部固定水平轴风机2。水平轴风机2具有扇叶3，通过扇叶3获得机械能发电。水平轴风机2、扇叶3、风机塔4三者的合重心以及基座5的重心都处于浮筒1顶部中心的正上方。在基座5内部设置有风能转电能储备装置6和波浪能转电能储备装置7，风能转电能储备装置6用于储蓄风能转化的电能，波浪能转电能储备装置7用于储蓄波浪能转化的电能。
在空心的浮筒1的内部固定有气囊9，气囊9也呈圆柱形，气囊9的外径较浮筒1的内径要小4米至5米，气囊9的高度比浮筒1的高度小5米至10米，气囊9可以被压缩和拉伸。在气囊9的顶部有进出气口，在气囊9被压缩和拉伸的过程中通过进出气口吸入和呼出空气。在进出气口处连接有气囊用气压发电装置8，也即发电风扇，用于发电。气囊用气压发电装置8的工作原理与水平轴风机2相似，进出气口的气流正面冲击在气囊用气压发电装置8上，带动气囊用气压发电装置8上的扇叶转动产生机械能发电，由此气囊用气压发电装置8安装时，需要其整个叶面中心法线与气囊9的中心线重合安装在气囊9顶部的进出气口处。气囊用气压发电装置8与波浪能转电能储备装置7用电缆相连，将所发电力存储入波浪能转电能储备装置7中。 
参见图2，每两个单个浮式发电平台之间连接平行轴双杆架11，连接时，平行轴双杆架11的两端分别通过连接通道13伸入浮筒1内部与气囊9相黏合。当处于波浪中时，波浪必然会造成平台在竖直方向上的简谐运动，每两个浮式发电平台之间必有一个平行轴双杆架11将两其相互联接起来。
再参见图3，对于单个浮式发电平台，每有一个平行轴双杆架11接入，就在浮筒1的侧壁上的相应位置处开一对筒壁开口17，筒壁开口17形式根据平行轴双杆架11的连接形式改变，筒壁开口17的大小应不影响平行轴双杆架11的运动，平行轴双杆架11在波浪中中作竖直平面内的旋转运动。在每个筒壁开口17处都设有连接装置12，连接装置12可以在筒壁开口17中自由作竖直平面旋转和竖向平移运动。由于在浮筒1上进行了开口，为保证浮筒1的水密性，可以将筒壁开口17与平行轴双杆架11用橡胶密封连接，不影响其水密性与杆件运动。在风浪较大海域，平行轴双杆架11可选择用钢制桁架加强，同时增加平台的总重，以增加平台稳定性与杆架结构的安全性。
参见图4，平行轴双杆架11的每根杆的末端为圆弧状，末端的圆弧状的圆弧曲面与气囊9的外壁的圆弧曲面一致，平行轴双杆架11通过筒壁开口17与连接装置12伸入浮筒1内后，以圆弧状的连杆末端18与气囊9黏合，在浮式发电平台运动过程中拉伸和压缩气囊9，起到发电的目的。
参见图5，连接装置12安装在连接通道13的外壁上。连接装置12由连接轴14、竖向移动装置15和活动滑轮16组成。连接装置12和连接通道13均设在筒壁开口17处。连接通道13为圆筒状，平行轴双杆架11的每根杆都穿过连接通道13的中腔进入浮筒1内，连接通道13的内径等于平行轴双杆架11的杆件直径。平行轴双杆架11可以在连接通道13中自由伸缩。连接通道13的侧壁上固定连接连接轴14一端，连接轴14另一端固定连接竖向移动装置15，保证连接通道13与平行轴双杆架11可以在竖直平面内做旋转运动。在竖向移动装置15和浮筒1的内壁之间是活动滑轮16，活动滑轮16连接竖向移动装置15，活动滑轮16同时与浮筒1的内壁接触，活动滑轮16可以绕其圆心自由转动，使平行轴双杆架11和连接通道13整个装置在竖直方向上自由平移。由此，完成了平行轴双杆架11在竖直平面内的自由旋转和移动，同时又将运动对平台的损伤降到最小，使得平行轴双杆架11得以无阻碍地压缩与拉伸气囊9。
有多个平台相互连接波能发电效果更加好。参见图6，由7个图1所示的单个浮式发电平台组成半潜式浮筒平台，两两之间通过平行轴双杆架11相互连接，正中间一个平台，六角形的六角处各一个平台。由于本发明必须通过平行轴双杆架11和气囊9共同作用，而平行轴双杆架11必然对平台会起到力和力矩的影响，为了使影响降到最小，经过多次数据模拟，图6中所示的六角式布置方式使得整体组合平台的稳定性和发电效率最高。
  本发明工作时，通过水平轴风机2的扇叶3 收集风电，经过风机塔4将风电收集在位于基座5中风能转电能储备装置6中。当平台处于波浪中时，波浪必然会造成平台在竖直方向上的简谐运动，若两个平台在波浪传播方向距离为半个或n加半个波长时，波浪会使得两个平台的高度差呈循环变动。当两个平台高度差为0时，两个平台之间距离最短。而两当平台一个处于波峰一个处于波谷时，两平台高度差最大，平台之间距离最大。而在此过程中由于平行轴双杆架11是刚体，长度不会改变。在平台高度差最大的情况下，相对于高度差为0，平行轴双杆架11与平台中心的距离就加大了，而平行轴双杆架11与气囊9相互黏合，这样平行轴双杆架11就将拉伸气囊9吸入空气，处于气囊9进出气口的气囊用气压发电装置8便可获得机械能发电；当平台从最大高度差的状态回复到无高度差状态过程中，连杆11与平台中心的距离不断减小，平行轴双杆架11压缩气囊9吐出空气，气囊用气压发电装置8又可获得机械能发电，从而达到全程发电的目的。气囊用气压发电装置8又与波浪能转电能储备装置7相连，直接将获得的电能直接储存在波浪能转电能储备装置7中。用于储存风电的风能转电能储备装置6与波浪能转电能储备装置7在必要时可以集成同一个装置使用。

Claims (5)

1.一种组合气囊式风浪联合浮式发电平台，单个平台包括浮筒（1），浮筒（1）顶部正中心位置固设基座（5），基座（5）上固设风机塔（4），风机塔（4）的顶部固接水平轴风机（2），其特征是：浮筒（1）是空心的圆柱体结构，浮筒（1）内部固设圆柱形气囊（9），气囊（9）的顶部有进出气口，进出气口处连接气囊用气压发电装置（8）；浮筒（1）的侧壁上开一对筒壁开口（17），每个筒壁开口（17）处都设有可在筒壁开口（17）中作竖向平面旋转和平移运动的连接装置（12）和连接通道（13），连接装置（12）连接于连接通道（13）的外壁；平行轴双杆架（11）的两端分别穿过连接通道（13）后伸入两个平台的浮筒（1）内部与两个平台的气囊（9）相黏合，多个平台两两相接组成组合气囊式风浪联合浮式发电平台。
2.根据权利要求1所述的组合气囊式风浪联合浮式发电平台，其特征是：由7个平台呈六角形分布，正中间一个平台，六角形的六角处各一个平台，每两个平台的浮筒（1）内部的气囊（9）之间通过平行轴双杆架（11）相互连接。
3.根据权利要求1所述的组合气囊式风浪联合浮式发电平台，其特征是：筒壁开口（17）与平行轴双杆架（11）之间用橡胶密封连接。
4.根据权利要求1所述的组合气囊式风浪联合浮式发电平台，其特征是：平行轴双杆架（11）的每根杆的末端为圆弧状，末端的圆弧曲面与气囊（9）外壁的圆弧曲面一致，平行轴双杆架（11）以圆弧状的末端与气囊（9）黏合。
5.根据权利要求1所述的组合气囊式风浪联合浮式发电平台，其特征是：连接装置（12）由连接轴（14）、竖向移动装置（15）和活动滑轮（16）组成，连接通道（13）的侧壁固定连接连接轴（14）一端，连接轴（14）另一端固定连接竖向移动装置（15），活动滑轮（16）在竖向移动装置（15）和浮筒（1）的内壁之间且与浮筒（1）的内壁接触。
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