CN104802952B - 软质浮体单元及基于该浮体单元的管线杆、发电站和充气模型 - Google Patents

软质浮体单元及基于该浮体单元的管线杆、发电站和充气模型 Download PDF

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Abstract

本发明涉及软质浮体单元及基于该浮体单元的管线杆、发电站和充气模型，浮体单元包括浮体本体和支承体，浮体本体由软质气密性材料制成，充气后浮体单元浮在水中，当浮体本体淹没并悬浮在水面下时，所述支承体的至少一部分露出并保持在水面上。浮体单元管线杆的支承体设为刚性支承杆，支承杆上端设有用于安装和连接管线的连接器；浮体本体通过锚链或缆绳固定在水底。浮体发电站，浮体单元的支承柱或浮体平台上安装有发电装置。浮体单元充气模型，支承体由软质材料制成气密性结构，经充气后形成具有特定形状的充气模型。本发明浮体单元强度高、重量轻、成本低，便于大批量制造和实施，为商业化开发利用海洋能源与资源提供了可行的解决方案。

Description

软质浮体单元及基于该浮体单元的管线杆、发电站和充气 模型
技术领域
本发明涉及水上发电装置，尤其是一种采用可充气软质浮体单元悬浮在水中，浮体单元上集成安装发电装置的浮体单元发电站；同时涉及由该可充气软质浮体单元构成的输电线杆，以及由该浮体单元构成的充气模型。
背景技术
目前，人类利用能源的方式面临转型升级，特别是我国以燃煤为主的发电方式迫切需要用清洁能源取代。海洋能属于清洁能源，主要包括风能、波浪能、太阳能和海流能等，海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积所拥有的能量较小。也就是说，要想得到更多能量，就得从大面积海面或大量的海水中获得。海洋能具有可再生性，可以说取之不尽，用之不竭。
海洋占地球表面的70％，是最大的太阳能和风能吸收器。海洋的波浪能储量巨大，在每平方公里的海面上，运动着的海浪蕴藏约30万千瓦的能量，全球可供开发的波浪能约30亿千瓦。
据研究报告，中国海域上空的风速估计常年在7米/秒以上，即风能功率密度在每平方米200瓦以上，离岸越运，风能功率密度越高，总风能资源非常可观。在上海向东150公里的海域，年平均波浪高度在2米以上，由此推算，那里70米高上空年平均风能功率密度在每平方米六百瓦左右。总的来说，中国海域的风能和波浪能资源非常丰富，具有商业开发价值。
中国专利CN201210149837.3，于2012年5月2日公开了一种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。漂浮式的发电平台使可利用的海域面积大大增加。但该发明的制造难度大、成本高，其自重较大，负载受限，平台主体漂浮在海面上，抵御海上强风浪的生存能力较低。
据报道，2013年11月12日，世界第一座海上浮动式风力发电基站在日本福岛县近海投入运营。该浮动式风力发电基站高120米，被三艘拖轮拖到距离福岛第一核电站20余公里的海上，并开始发电。该浮动式风力发电基站的成本高，不能综合利用波浪能和太阳能。
目前，海上生产的电能通常采用水下电缆向大陆输送。海上生产的天然气一般是压缩或低温液化后，通过船向大陆的港口运输。海上生产的氢气目前未见采用管道向大陆输送的公开技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用可充气软质浮体单元作基础构件，利用该浮体单元集成安装发电装置的水上浮体单元发电站；同时涉及由该浮体单元构成的水上输电线杆，以及由该浮体单元构成的充气模型。
本发明的目的是通过采用以下技术方案来实现的：
可充气软质浮体单元，包括设有中空内腔的浮体本体和支承体，所述支承体设在浮体本体上，浮体本体上设有进排气接口，进排气接口与浮体本体的内腔连通，进排气接口设有控制阀；所述支承体与浮体本体设为整体结构；或，支承体通过可拆卸的安装方式与浮体本体连接和固定；所述浮体本体由软质材料制成气密性结构，经所述进排气接口充气后，浮体单元能够浮在水面上；所述浮体单元通过安装、承载重物或移去承载物，可以使浮体单元下沉或上升；当浮体本体淹没并悬浮在水面下时，所述支承体的至少一部分露出并保持在水面上。
作为本发明的优选技术方案，所述浮体本体由橡胶、塑料或高强度柔性复合材料制成，浮体本体设为球形、圆柱形、椭圆形、立方体、长方体或不规则形状。
作为本发明的优选技术方案，所述浮体本体的外表面设有保护层，该保护层包括防割复合布、钢丝网或高强度纤维织物。
作为本发明的优选技术方案，所述防割复合布包括至少两层布和硬质砂粒，所述硬质砂粒通过胶涂附粘合在相邻的两层布之间。
作为本发明的优选技术方案，所述浮体单元设有进排水接口、电源线与信号线接口以及用于人员或设备出入的舱门；所述浮体本体和支承体分别设有连接装置，浮体本体通过连接装置与系泊装置或其它浮体单元连接；所述支承体通过连接装置与承载物或其它浮体单元连接；所述浮体单元设有进排水设备和液位监测装置，所述进排水设备与进排水接口连接，所述液位监测装置与所述信号线接口电路连接。
作为本发明的优选技术方案，所述浮体单元在水中的定位或连接方式包括下述的一种或一种以上：①浮体本体通过锚链或缆绳固定在水底；②浮体单元通过锚链或缆绳与水中的固定物连接和固定；③浮体本体的下面可拆卸连接若干配重块；④浮体单元通过刚性连接构件与水中的其它浮体单元连接和固定。
由可充气软质浮体单元构成的浮体单元管线杆，所述浮体单元的支承体设为刚性支承杆，支承杆的上端设有用于安装和连接管线的连接器；所述浮体本体充气后浮在水面上或悬浮在水面下，支承杆的上端保持在水面上；所述浮体本体通过锚链或缆绳固定在水底。
作为本发明的优选技术方案，所述浮体本体悬浮在水面下，浮体单元承载的全部重量与其自重之和小于所受到的浮力，从而使所述锚链或缆绳拉直并承受向上的拉力。
由可充气软质浮体单元构成的浮体发电站，所述浮体单元的支承体设为刚性支承柱，支承柱上设有支承平台；或，两个以上浮体单元连接构成浮体平台；所述支承柱或浮体平台上设有波浪能发电装置；所述支承平台或浮体平台上安装有太阳能发电装置；所述支承柱上端或浮体平台上安装有风力发电装置。
由可充气软质浮体单元构成的浮体单元充气模型，所述浮体单元的支承体由软质材料制成气密性结构，经充气后形成具有特定形状的充气模型，所述充气模型的形状包括人物造型、动物造型、建筑造型、交通运输工具造型、武器造型及航天器造型。
本发明的有益效果是：相对于现有技术，本发明采用可充气软质浮体单元作基础构件，利用该浮体单元集成安装发电装置构成水上浮体发电站；采用该浮体单元构成水上输电线杆，采用该浮体单元构成水上充气模型。浮体单元既可以独立安装发电装置，也可以由多个浮体单元连接组成浮体发电平台。
本发明浮体单元强度高、重量轻、制造成本低，便于标准化、大批量制造和实施，浮体本体悬浮在水面下，受风浪的影响小，波浪发电装置能够抑制海浪的摇摆作用，具备抵御强风浪的能力，从而能够保证海上整体设施的安全运行。本发明为开发利用和输送海上能源另辟蹊径，能够实现大面积采集海洋能量，降低发电成本，提高综合发电效益。为大规模、商业化开发利用海洋能源与海洋资源提供了经济可行的解决方案。
附图说明
图1是本发明浮体单元的结构示意图。
图2是本发明浮体单元管线杆的结构示意图。
图3是本发明独立浮体单元发电站的结构示意图。
图4是本发明浮体发电平台的结构示意图。
图中：1、浮体本体，2、支承体，3、波浪能发电装置，4、风力发电装置，5、太阳能发电装置，6、海流发电装置，7、配重块，8、缆绳，9、水面，10、连接柱，11、连接梁，12、平台主体，13、输电线，14、钢丝绳，15、输气管道。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例一
如图1和图2所示，可充气软质浮体单元，包括设有中空内腔的浮体本体1和支承体2，支承体2设在浮体本体1上，浮体本体1上设有进排气接口，进排气接口与浮体本体1的内腔连通，进排气接口设有控制阀。支承体2与浮体本体1设为整体结构；或，支承体2通过可拆卸的安装方式与浮体本体1连接和固定。浮体本体1由软质材料制成气密性结构，经进排气接口充气后，浮体单元能够浮在水面9上；浮体单元通过安装、承载重物或移去承载物，可以使浮体单元下沉或上升；当浮体本体淹没并悬浮在水面下时，支承体2的至少一部分露出并保持在水面9上。
本实施例中，浮体本体1由橡胶、塑料或高强度柔性复合材料制成，浮体本体设为球形、圆柱形、椭圆形、立方体、长方体或不规则形状。浮体本体1的外表面设有保护层，该保护层包括防割复合布、钢丝网或高强度纤维织物。防割复合布包括至少两层布和硬质砂粒，所述硬质砂粒通过胶涂附粘合在相邻的两层布之间。
本实施例浮体单元设有进排水接口、电源线与信号线接口以及用于人员或设备出入的舱门；浮体本体1和支承体2分别设有连接装置，浮体本体1通过连接装置与系泊装置或其它浮体单元连接；支承体2通过连接装置与承载物或其它浮体单元连接。浮体单元还设有进排水设备和液位监测装置，进排水设备与进排水接口连接，液位监测装置与信号线接口电路连接。所述连接装置包括螺杆、螺母连接机构，转动副连接机构，弹性连接机构，滑动导轨连接机构，还包括连接环，连接孔，连接钩。
浮体单元在水中的定位或连接方式包括下述的一种或一种以上：①浮体本体通过锚链或缆绳8固定在水底；②浮体单元通过锚链或缆绳8与水中的固定物连接和固定；③浮体本体的下面可拆卸连接若干配重块7；④浮体单元通过刚性连接构件与水中的其它浮体单元连接和固定。
实施例二
如图1和图2所示，参照实施例一，由可充气软质浮体单元构成的浮体单元管线杆，所述浮体单元的支承体设为刚性支承杆，支承杆2的上端设有用于安装和连接管线的连接器；浮体本体1充气后浮在水面9上或悬浮在水面9下，支承杆2的上端保持在水面上；浮体本体1通过锚链或缆绳8固定在水底。
所述浮体本体1悬浮在水面下，浮体单元承载的全部重量与其自重之和小于所受到的浮力，从而使锚链或缆绳8拉直并承受向上的拉力。
本实施例浮体单元支承杆2的上端通过连接器与输电线13连接。作为另一种实施方式，浮体单元支承杆2的上端通过连接器与输气管道15连接，相邻浮体单元支承杆2之间连接有加强钢丝绳14。
本发明采用悬浮在水中的浮体单元作为水上管线的支撑基础，在浮体单元支承杆的上端架设输电线或输气管道，利用该系统可以将海上生产的电能和气体能源通过海面上空架设的管线输送到大陆。
实施例三
如图1至图4所示，参照实施例一，由可充气软质浮体单元构成的浮体发电站，浮体单元的支承体设为刚性支承柱2，支承柱2上设有支承平台12。作为另一种实施方式，两个以上浮体单元连接构成浮体平台，相邻浮体单元的浮体本体1之间通过连接柱10相互连接，相邻支承体2之间通过连接梁11相互连接；所述连接梁11上面设有支承平台12，支承平台12保持在水面9上。
本实施例中，支承柱2或支承平台12上设有波浪能发电装置3；支承平台12上安装有太阳能发电装置5；支承柱2上端或支承平台12上安装有风力发电装置4；浮体本体1上面或支承体2水下部分安装有海流发电装置6。
实施例四
参照实施例一，由可充气软质浮体单元构成的浮体单元充气模型，所述浮体单元的支承体2设在浮体本体1上，支承体2由软质材料制成气密性结构，支承体2经充气后形成具有特定形状的充气模型，所述充气模型的形状包括人物造型、动物造型、建筑造型、交通运输工具造型、武器造型及航天器造型。
上述实施例仅限于说明本发明的构思和技术方案，其目的在于让本领域的技术人员了解发明的技术特征和实施方式，并不能据此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明技术方案所作的等同替换或等效变化，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种由可充气软质浮体单元构成的浮体单元管线杆，其特征是：所述浮体单元包括设有中空内腔的浮体本体和支承体，所述支承体设在浮体本体上，浮体本体上设有进排气接口，进排气接口与浮体本体的内腔连通，进排气接口设有控制阀；所述支承体与浮体本体设为整体结构；或，支承体通过可拆卸的安装方式与浮体本体连接和固定；所述浮体本体由软质材料制成气密性结构，经所述进排气接口充气后，浮体单元能够浮在水面上；所述浮体单元通过安装、承载重物或移去承载物，可以使浮体单元下沉或上升；当浮体本体淹没并悬浮在水面下时，所述支承体的至少一部分露出并保持在水面上；所述浮体本体由橡胶、塑料或高强度柔性复合材料制成，浮体本体设为球形、圆柱形、椭圆形、立方体、长方体或不规则形状；所述浮体本体的外表面设有保护层，该保护层包括防割复合布、钢丝网或高强度纤维织物；
所述防割复合布包括至少两层布和硬质砂粒，所述硬质砂粒通过胶涂附粘合在相邻的两层布之间；所述浮体单元设有进排水接口、电源线与信号线接口以及用于人员或设备出入的舱门；
所述浮体本体和支承体分别设有连接装置，浮体本体通过连接装置与系泊装置或其它浮体单元连接；所述支承体通过连接装置与承载物或其它浮体单元连接；所述浮体单元设有进排水设备和液位监测装置，所述进排水设备与进排水接口连接，所述液位监测装置与所述信号线接口电路连接；
所述浮体单元在水中的定位或连接方式包括下述的一种或一种以上：①浮体本体通过锚链或缆绳固定在水底；②浮体单元通过锚链或缆绳与水中的固定物连接和固定；③浮体本体的下面可拆卸连接若干配重块；④浮体单元通过刚性连接构件与水中的其它浮体单元连接和固定；
所述浮体单元的支承体设为刚性支承杆，支承杆的上端设有用于安装和连接管线的连接器；所述浮体本体充气后悬浮在水面下，支承杆的上端保持在水面上；所述浮体本体通过锚链或缆绳固定在水底；所述浮体本体悬浮在水面下，浮体单元承载的全部重量与其自重之和小于所受到的浮力，从而使所述锚链或缆绳拉直并承受向上的拉力。
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