CN105422376A - 垂直导桩式浮防波堤兼波浪能发电装置 - Google Patents

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Abstract

垂直导桩式浮防波堤兼波浪能发电装置,属于新能源利术领域。多个垂直导桩阵列布置于海底；矩形浮箱轴对称处有若干个与导桩位置相互匹配的通透限位孔用于导桩穿过；矩形浮箱可沿着导桩上下运动；导桩上端之间用横梁固定连接；横梁可作为液压发电机和控制系统的支撑结构；发电系统为液压发电系统，传动杆套在导桩的浮箱以上的位置，下端与浮箱固定，上端与固定于导桩顶端的液压缸活塞固定连接；当传动杆随浮箱上下运动时，传动杆驱动液压缸内的活塞，进而驱动液压缸内的液压油，液压油通过液压油管传递至液压发电机，驱动液压发电机进行发电；发电系统设有波况监测系统，可根据具体波况实时调整发电系统的发电阻尼大小，以实现装置的获能效率最大化。

Description

垂直导桩式浮防波堤兼波浪能发电装置
技术领域
本发明涉及新能源利用技术，尤其涉及垂直导桩式浮防波堤兼波浪能发电装置。
背景技术
在当今世界，随着一次性能源逐渐枯竭，环境污染的日益加剧，人们把目光越来越多的投向了清洁的可再生能源的开发与利用。波浪能是海洋可再生能源的重要组成部分，是一种清洁的可再生能源。占地球表面积71％的海洋蕴藏着巨大的波浪能，目前，人们已开发出数以千计的形式各异的波浪能发电装置。
相对于欧美沿岸，我们东南沿岸的波能流密度较低，由于波浪的不稳定性与有限的能流密度，其总转换效率较低，而昂贵的波浪发电与支撑设备又加大了其运行成本。较高的建造成本是阻碍波浪能开发利用的一大瓶颈。因此，提高波能利用率、降低波能发电的成本，始终是波能利用研究的关键。而多元化和综合利用则是波浪能利用达到这一目标的有效途径。结合防波堤等港、海设施建造波能发电站，可以节省其支撑设备的建造成本，而波能发电站的吸能作用又可以减轻作用在海工建筑物上的波浪荷载，从而达到一举两得与事半功倍的效果。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供了一种适合我国海况的兼具波浪能发电功能的浮式防波堤。
垂直导桩式浮防波堤兼波浪能发电装置，主要包括导桩、浮箱、发电系统和控制系统。多个垂直导桩阵列布置于海底；矩形浮箱轴对称处有若干个与导桩位置相互匹配的通透限位孔用于导桩穿过；矩形浮箱可沿着导桩上下运动；导桩上端之间用横梁固定连接；横梁可作为液压发电机和控制系统的支撑结构；
发电系统为液压发电系统，主要包括液压缸、液压油管、液压发电机、活塞和传动杆；传动杆套在导桩的浮箱以上的位置，下端与浮箱固定，上端与固定于导桩顶端的液压缸活塞固定连接；导桩浮箱以上和液压缸以下部位，均布若干个水平导向环，导向环的内径固定在导桩上，外径与传动杆的内径相同；液压缸的油路系统与液压发电机的油路系统通过液压油管相连；每个传动杆配置一套液压缸及其活塞和油压油管；液压缸、液压油管与液压发电机三者构成一个液压回路；将分别固定在两侧导桩上的两个液压缸的液压油管并联后接到液压发电机上；当传动杆随浮箱上下运动时，传动杆驱动液压缸内的活塞，进而驱动液压缸内的液压油，液压油通过液压油管传递至液压发电机，驱动液压发电机进行发电；液压发电机通过电缆与用电设备相连；发电系统上设有波况监测装置；波况监测装置可实时监测入射波周期和波高，并将这些参数传输给控制系统，控制系统根据具体的波况参数确定液压系统的最佳发电阻尼。
传动杆与活塞采用焊接的方式连接。
活塞与液压缸之间用密封圈密封。
采用万向接头连接浮箱与传动杆，以减轻浮箱非垂向的位移对传动轴造成的影响。多个液压油管可以分别连接到液压发电机上，也可以并联后与液压发电机连接。
本发明的有益效果在于：采用传动杆形式联合液压缸和浮箱，以减小传动杆上的轴向荷载。采用万向接头连接浮箱与传动杆，以减轻浮箱非垂向的位移对传动轴造成的影响。发电系统设有波况监测系统，可根据具体波况周期、波高实时调整发电系统的发电阻尼大小，以实现装置的获能效率最大化。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1.浮箱、2.传动杆、3.液压缸、4.液压发电机、5.液压油管、6.活塞、7.万向接头、8.横梁、9.限位孔、10.导桩、11.海底、12.电缆、13.导向环、14.控制系统。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
垂直导桩式浮防波堤兼波浪能发电装置，主要包括导桩10、浮箱1、发电系统和控制系统；多个垂直导桩10阵列布置，下端固定于海底11；矩形浮箱1轴对称处有若干个与导桩10位置相互匹配的通透限位孔9用于导桩穿过；矩形浮箱1可沿着导桩10上下运动；每两个导桩10上端之间用横梁8固定连接；横梁8可作为液压发电机4和控制系统的支撑结构；
发电系统为液压发电系统，主要包括液压缸3、液压油管5、液压发电机4、活塞6和传动杆2；传动杆2套在导桩10的浮箱以上的位置，下端与浮箱固定，上端与固定于导桩10顶端的液压缸3的活塞6固定连接；导桩10浮箱以上和液压缸3以下部位，均布若干个水平导向环13，导向环13的内径固定在导桩10上，外径与传动杆2的内径相同；液压缸3的油路系统与液压发电机4的油路系统通过液压油管5相连；每个传动杆2配置一套液压缸3及其活塞6和油压油管5；液压缸3、液压油管5与液压发电机4三者构成一个液压回路；将分别固定在两侧导桩10上的两个液压缸的液压油管5并联后接到液压发电机4上；当传动杆2随浮箱1上下运动时，传动杆2驱动液压缸3内的活塞6，进而驱动液压缸3内的液压油，液压油通过液压油管5传递至液压发电机4，驱动液压发电机进行发电；液压发电机4通过电缆12与用电设备相连；发电系统上设有波况监测装置；波况监测装置可实时监测入射波周期和波高，并将这些参数传输给控制系统14，控制系统14根据具体的波况参数确定液压系统的最佳发电阻尼。
传动杆2与活塞6采用焊接的方式连接。
活塞6与液压缸3之间用密封圈密封。
采用万向接头连接浮箱与传动杆，以减轻浮箱非垂向的位移对传动轴造成的影响。
实施例的具体参数如下：
浮箱1的宽度为8米，高度为5米。发电系统12上设有波况监测装置。液压缸3与浮箱1的距离为3-4米。
上述装置适宜水深10-20米、波浪周期为4-5秒的海况。
作为优选，浮箱1的长度为10米，宽度沿波浪传播方向为8米，高度为6-7米。通过合理的设计，使得吃水2.5米，即装置的固有周期稍大于日常海况的波浪周期，以避免装置在日常工况下接近共振运行，从而导致装置振幅大，消浪性能较差。经过水槽试验研究表明，当波浪周期为3.5-5秒时，装置最大获能效率可达到24％，并且透射系数小于0.5。这符合我国近海波浪周期较短的实际情况。
作为优选，采用6-8根导桩10，在每个导桩10顶端安装液压缸，液压发电机安装在两个导桩10之间的横梁上，以节省空间。
作为优选，发电系统设有波况监测系统，可根据具体波况周期、波高实时调整发电系统的发电阻尼大小，以实现装置的获能效率最大化。
作为优选，液压缸3与浮箱1的距离为3-5米，以防止日常工况波能浮箱与液压缸发生碰撞。
按照本发明的技术方案，采用液压发电系统直接获取浮箱的动能进而转化为电能，浮箱即可作为浮式防波堤又可作为获取波浪能的载体，实现二者功能和成本的共享。液压发电系统安装于导桩顶部，可节省发电系统支撑设备的建造成本。液压发电系统的有效利用可限制浮箱的运动，进而提高浮箱的消浪性能，同时又能减小浮式防波堤上的波浪荷载，因此有利于提高结构本身的稳定性。

Claims (6)

1.垂直导桩式浮防波堤兼波浪能发电装置，其特征在于主要包括导桩(10)、浮箱(1)、发电系统和控制系统；多个垂直导桩(10)阵列布置于海底(11)；矩形浮箱(1)轴对称处有若干个与导桩(10)位置相互匹配的通透限位孔(9)用于导桩穿过；矩形浮箱(1)可沿着导桩(10)上下运动；多个导桩(10)上端之间用横梁(8)固定连接；横梁(8)可作为液压发电机(4)和控制系统的支撑结构；
发电系统为液压发电系统，主要包括液压缸(3)、液压油管(5)、液压发电机(4)、活塞(6)和传动杆(2)；传动杆(2)套在导桩(10)的浮箱以上的位置，下端与浮箱固定，上端与固定于导桩(10)顶端的液压缸(3)的活塞(6)固定连接；液压缸(3)的油路系统与液压发电机(4)的油路系统通过液压油管(5)相连；每个传动杆(2)配置一套液压缸(3)及其活塞(6)和油压油管(5)；液压缸(3)、液压油管(5)与液压发电机(4)三者构成一个液压回路；当传动杆(2)随浮箱(1)上下运动时，传动杆(2)驱动液压缸(3)内的活塞(6)，进而驱动液压缸(3)内的液压油，液压油通过液压油管(5)传递至液压发电机(4)，驱动液压发电机进行发电；液压发电机(4)通过电缆(12)与用电设备相连；发电系统上设有波况监测装置；波况监测装置可实时监测入射波周期和波高，并将这些参数传输给控制系统(14)，控制系统(14)根据具体的波况参数确定液压系统的最佳发电阻尼。
2.根据权利要求1所述的垂直导桩式浮防波堤兼波浪能发电装置，其特征在于导桩(10)浮箱以上和液压缸(3)以下部位，均布若干个水平导向环(13)，导向环(13)的内径固定在导桩(10)上，外径与传动杆(2)的内径相同。
3.根据权利要求1所述的垂直导桩式浮防波堤兼波浪能发电装置，其特征在于传动杆(2)与活塞(6)采用焊接的方式连接。
4.根据权利要求1所述的垂直导桩式浮防波堤兼波浪能发电装置，其特征在于活塞(6)与液压缸(3)之间用密封圈密封。
5.根据权利要求1所述的垂直导桩式浮防波堤兼波浪能发电装置，其特征在于采用万向接头连接浮箱与传动杆，以减轻浮箱非垂向的位移对传动轴造成的影响。
6.根据权利要求1所述的垂直导桩式浮防波堤兼波浪能发电装置，其特征在于多个液压油管(5)可以先并联后，再连接到液压发电机上。
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