CN107143460A - 调质阻尼控制的半潜式平台型波浪能发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种海洋波浪能发电技术领域的调质阻尼控制的半潜式平台型波浪能发电装置，包括：半潜式平台、调制阻尼控制器、浮筏、系泊机构、液压缸、液压马达和发电机，其中：半潜式平台通过系泊机构与海床相连，半潜式平台顶部固定有液压缸，半潜式平台底部设有浮筏以及对称设置的调制阻尼控制器，液压缸的活塞杆端穿过半潜式平台与浮筏相连，浮筏带动活塞在液压缸内上下滑动，液压缸与液压马达相连，液压马达与发电机轴连接。本发明可大幅降低波浪能发电装置在海浪作用下非垂荡方向的运动，因而可大幅降低发电设备发生故障损毁的风险，大大降低设备更换或维修保养的费用。

Description

调质阻尼控制的半潜式平台型波浪能发电装置
技术领域
本发明涉及的是一种海洋波浪能发电领域的技术，具体是一种调质阻尼控制的半潜式平台型波浪能发电装置。
背景技术
21世纪是海洋的世纪，人类从大海中利用资源已成为必然趋势。海浪总是周而复始，昼夜不停地拍打着海岸，其中所蕴藏的波浪能是一种取之不尽的可再生能源，有效利用巨大的海洋波浪能资源是人类几百年来的梦想。波浪发电是继潮汐发电之后发展最快的海洋能源利用形式，到目前为止，世界上已有很多国家相继在海上建立了波浪发电装置。
然而一般的海洋波浪能发电装置在海洋波浪的作用下会产生六个自由度的剧烈运动，包括纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇和首尾摇，剧烈混乱的晃动会增加液压缸、液压马达和发电机损坏的风险,这会大大增加设备更换或维修保养的费用；另一方面由于设备损坏而造成的液压油漏泄也会对海洋环境造成严重的污染。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种调质阻尼控制的半潜式平台型波浪能发电装置，可大幅降低波浪能发电装置在海浪作用下非垂荡方向的运动，因而可大幅降低发电设备发生故障损毁的风险，大大降低设备更换或维修保养的费用；同时本发明所提出的波浪能发电装置也不会对海洋环境造成严重的污染。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：半潜式平台、调制阻尼控制器、浮筏、系泊机构、液压缸、液压马达和发电机，其中：半潜式平台通过系泊机构与海床相连，半潜式平台顶部固定有液压缸，半潜式平台底部设有浮筏以及对称设置的调制阻尼控制器，液压缸的活塞杆端穿过半潜式平台与浮筏相连，浮筏带动活塞在液压缸内上下滑动，液压缸与液压马达相连，液压马达与发电机轴连接。
所述的半潜式平台包括：半潜式平台甲板、平台立柱和平台底浮箱，其中：半潜式平台甲板底部两侧对称设有平台立柱，平台立柱底部连接有平台底浮箱，平台底浮箱通过系泊机构与海床相连，平台底浮箱内设有调制阻尼控制器，半潜式平台甲板顶部与液压缸缸体相连，液压缸内活塞杆穿过半潜式平台甲板与设置在半潜式平台甲板底部的浮筏相连。
所述的半潜式平台甲板与平台立柱、液压缸缸体间均设有加强撑杆。
所述的调制阻尼控制器包括：弹簧、阻尼器和质量块，其中：质量块与平台底浮箱底板滑动设置，质量块两侧在滑动方向上与平台底浮箱侧壁间均设有弹簧和阻尼器。
所述的系泊机构包括：锚泊索和锚，锚泊索与平台底浮箱底部相连。
所述的液压马达和液压缸缸体之间设有截止止回阀。
所述的发电机和液压马达在垂直方向与水平方向上与半潜式平台甲板固定间距设置，且高于海平面。
技术效果
与现有技术相比，本发明可大幅降低海洋波浪能发电装置在海浪作用下在六个自由度上的运动，即通过系泊机构和调质阻尼控制器的抑制作用而使浮筏仅产生在垂荡自由度上的运动；因而可大幅降低液压缸、液压马达和发电机发生故障损毁的风险，大大降低设备更换或维修保养的费用；同时本发明也不会对海洋环境造成严重的污染。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图中：第一加强撑杆1、半潜式平台甲板2、平台立柱3、第二加强撑杆4、平台底浮箱5、弹簧6、阻尼器7、质量块8、浮筏9、海床10、锚泊索11、锚12、活塞杆13、液压缸14、截止止回阀15、液压马达16、发电机17。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括：半潜式平台、调制阻尼控制器、浮筏9、系泊机构、液压缸14、液压马达16和发电机17，其中：半潜式平台通过系泊机构与海床10相连，半潜式平台顶部固定有液压缸14，半潜式平台底部设有浮筏9以及对称设置的调制阻尼控制器，液压缸14的活塞杆13穿过半潜式平台与浮筏9相连，浮筏9带动活塞在液压缸14内上下滑动，液压缸14与液压马达16相连，液压马达16与发电机17轴连接。
所述的半潜式平台包括：半潜式平台甲板2、平台立柱3和平台底浮箱5，其中：半潜式平台甲板2设置在海平面上，其底部两侧对称设有平台立柱3，平台立柱3底部连接有平台底浮箱5，平台底浮箱5通过系泊机构与海床10相连，平台底浮箱5内设有调制阻尼控制器，半潜式平台甲板2顶部与液压缸14缸体相连，液压缸14内活塞杆13穿过半潜式平台甲板2与设置在半潜式平台甲板2底部的浮筏9相连。
所述的半潜式平台甲板2与液压缸14缸体间设有第一加强撑杆1，与平台立柱3间设有第二加强撑杆4，以提高装置的使用寿命。
所述的调制阻尼控制器包括：弹簧6、阻尼器7和质量块8，其中：质量块8与平台底浮箱5底板滑动设置，质量块8两侧在滑动方向上与平台底浮箱5侧壁间均设有弹簧6和阻尼器7。
所述的系泊机构包括：锚泊索11和锚12，锚泊索11与平台底浮箱5底部相连。
优选地，所述的液压马达16和液压缸14缸体之间设有截止止回阀15，保证液压油不发生逆向回流。
所述的发电机17和液压马达16在垂直方向和水平方向上与半潜式平台甲板2固定间距设置，且高于海平面，因而不易对海洋造成污染。
优选地，所述的浮筏9采用厚度为25mm板厚的低碳钢板制成，包括上部圆柱体和底部半球体；所述的圆柱体高为52m，圆截面的直径为30m；所述的半球体最大圆截面直径为30m。
优选地，所述的半潜式平台甲板2为一长方体，采用厚度为26mm板厚的低碳钢板制成；所述的半潜式平台甲板2的长×宽×高＝170m×170m×20m。
优选地，所述的平台立柱3为一长方体，采用厚度为24mm板厚的低碳钢板制成；所述的平台立柱3的长×宽×高＝20m×20m×60m。
优选地，所述的平台底浮箱5为一长方体，采用厚度为25mm板厚的低碳钢板制成；所述的平台底浮箱5的长×宽×高＝170m×60m×30m。
优选地，所述的锚泊索11采用直径为350mm的钢索制成。
优选地，第一加强撑杆1采用截面直径为200mm的圆钢制成。
优选地，第二加强撑杆4采用截面直径为100mm的圆钢制成。
优选地，所述的发电机10的额定功率为8500kW。
本实施例在工作时，
海面上兴起风浪，浮筏9在海浪的作用下会产生起伏振荡运动，但由于半潜式平台的约束作用，浮筏9仅会产生在纵荡和垂荡两个自由度上的运动；
对于浮筏9跟随半潜式平台产生的纵荡运动而言，平台底浮箱5内设置的调质阻尼控制器会产生对应于这种纵荡运动的反向共振运动：当半潜式平台连同浮筏9一起向右纵荡运动时，弹簧6拉动质量块8一起向左进行频率相同的纵荡运动，从而使半潜式平台连同浮筏9一起向右纵荡运动的水平位移变为零或近似为零；当半潜式平台连同浮筏9一起向左纵荡运动时，弹簧6推动质量块8一起向右进行频率相同的纵荡运动，从而使半潜式平台连同浮筏9一起向左纵荡运动的水平位移变为零或近似为零；在上述过程中，阻尼器7将由质量块8的运动而产生的能量来耗散掉，一般是以热量的形式；
而对于浮筏9跟随半潜式平台产生的垂荡运动而言，浮筏9的向上垂荡运动将向上推动活塞，活塞推动液压油流出液压缸14，后经液压油管流经截止止回阀15，再经液压油管流进液压马达16并驱动液压马达16旋转，液压马达16旋转经传动轴驱动发电机17发出电力。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.一种调质阻尼控制的半潜式平台型波浪能发电装置，其特征在于，包括：半潜式平台、调制阻尼控制器、浮筏、系泊机构、液压缸、液压马达和发电机，其中：半潜式平台通过系泊机构与海床相连，半潜式平台顶部固定有液压缸，半潜式平台底部设有浮筏以及对称设置的调制阻尼控制器，液压缸的活塞杆端穿过半潜式平台与浮筏相连，浮筏带动活塞在液压缸内上下滑动，液压缸与液压马达相连，液压马达与发电机轴连接；
所述的半潜式平台包括：半潜式平台甲板、平台立柱和平台底浮箱，其中：半潜式平台甲板底部两侧对称设有平台立柱，平台立柱底部连接有平台底浮箱，平台底浮箱通过系泊机构与海床相连，平台底浮箱内设有调制阻尼控制器，半潜式平台甲板顶部与液压缸缸体相连，液压缸内活塞杆穿过半潜式平台甲板与设置在半潜式平台甲板底部的浮筏相连。
2.根据权利要求1所述的调质阻尼控制的半潜式平台型波浪能发电装置，其特征是，所述的半潜式平台甲板与平台立柱、液压缸缸体间均设有加强撑杆。
3.根据权利要求1所述的调质阻尼控制的半潜式平台型波浪能发电装置，其特征是，所述的调制阻尼控制器包括：弹簧、阻尼器和质量块，其中：质量块与平台底浮箱底板滑动设置，质量块两侧在滑动方向上与平台底浮箱侧壁间均设有弹簧和阻尼器。
4.根据权利要求1所述的调质阻尼控制的半潜式平台型波浪能发电装置，其特征是，所述的系泊机构包括：锚泊索和锚，锚泊索与平台底浮箱底部相连。
5.根据权利要求1所述的调质阻尼控制的半潜式平台型波浪能发电装置，其特征是，所述的液压马达和液压缸缸体之间设有截止止回阀。
6.根据权利要求1所述的调质阻尼控制的半潜式平台型波浪能发电装置，其特征是，所述的发电机和液压马达在垂直方向与水平方向上与半潜式平台甲板固定间距设置，且高于海平面。
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