CN107288807A - 具有振荡抑制板的多浮筏波浪能发电装置 - Google Patents

具有振荡抑制板的多浮筏波浪能发电装置 Download PDF

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Abstract

一种具有振荡抑制板的多浮筏波浪能发电装置，包括：具有振荡抑制板的壳体和与壳体通过液压缸活动连接的若干浮筏，设置于壳体的液压转动发电机构与浮筏的液压缸输出端相连，通过浮筏的上下运动驱动液压缸产生动力，进而由液压转动发电机构转换为电能。本发明无需锚泊系统就可被定位于海洋中的某一位置，因而可省去一套海上锚泊系统本身的成本，同时所能转化的海洋波浪能也将大大提高，能够大幅提升发电能力。

Description

具有振荡抑制板的多浮筏波浪能发电装置
技术领域
本发明涉及的是一种海上发电领域的技术，具体是一种具有振荡抑制板的多浮筏波浪能发电装置。
背景技术
利用海洋波浪能源，是当今世界能源研究的方向。根据海洋观测资料统计，中国沿海海域年平均波高在2.0m左右，波浪周期平均6s左右。台湾地区及福建、浙江、广东等沿海沿岸波浪能的密度可达5-8kW/m，波浪能资源十分丰富，总量约有5亿千瓦，可开发利用的约1亿千瓦，具有广阔的开发利用前景。
发明内容
本发明针对现有技术由于结构设计特点导致中心较高、易产生包括纵荡、横荡、升沉、横摇、纵摇和首尾摇的六自由度的剧烈运动，容易发生倾覆和设备毁坏的缺陷，提出一种具有振荡抑制板的多浮筏波浪能发电装置，无需锚泊系统就可被定位于海洋中的某一位置，因而可省去一套海上锚泊系统本身的成本，同时也可省去海上安装这套锚泊系统的复杂施工工艺，省去这部分安装成本，缩短整个波浪能发电装置的安装周期，同时所能转化的海洋波浪能也将大大提高，能够大幅提升发电能力。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：具有振荡抑制板的壳体和与壳体通过液压缸活动连接的若干浮筏，设置于壳体的液压转动发电机构与浮筏的液压缸输出端相连，通过浮筏的上下运动驱动液压缸产生动力，进而由液压转动发电机构转换为电能。
所述的壳体包括：圆柱体壳以及设置于其上下两侧的半球壳和吊杆，所述的振荡抑制板与吊杆的另一端相连，该振荡抑制板为正方形结构且四角均采用圆弧设计，以增加施工工艺安全性和作业状态下的安全性。
所述的液压转动发电机构包括：与液压缸的输出端依次连接的截止止回阀、液压马达、发电机以及电力变换器，其中：发电机在垂直和水平方向上与圆柱体顶甲板固定间距设置，且高于海平面，液压马达在海平面以上有一定的高度。
所述的活动连接是指：所述浮筏通过软钢壁与壳体转动连接，软钢壁的中部与液压缸的一端转动连接，液压缸的另一端与壳体转动连接，当浮筏上下运动时驱动液压缸的活塞杆张合，进而在其输出端产生液压。
技术效果
与现有技术相比，本发明可省去一套海上锚泊系统本身的成本，同时也可省去海上安装这套锚泊系统的复杂施工工艺，省去这部分安装成本，缩短整个波浪能发电装置的安装周期。另一方面，本发明所提出的多浮筏波浪能发电装置所能转化的海洋波浪能也将大大提高，能够大幅提升发电能力。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图中：浮筏1、软钢壁2、铰链3、活塞杆4、铰链5、铰链6、液压缸7、活塞8、液压油管路9、截止止回阀10、液压马达11、发电机12、电缆13、电力变换器14、电缆15、半球壳16、圆柱体壳17、吊杆18、振荡抑制板19。
具体实施方式
如图1所示，本实施例中圆柱体底板与吊杆18相连，吊杆18与振荡抑制板19相连，振荡抑制板19将波浪能发电装置稳定于海中某一位置。其中半球壳16上有铰链6，液压缸7通过此铰链6固定在半球壳16上；活塞8的活塞杆的底端连接着铰链3。活塞8可在液压缸7中上下往复运动。活塞8推动液压油流出液压缸7，后经液压油管流经截止止回阀10，再经液压油管流进液压马达11并驱动液压马达11旋转，液压马达11旋转经传动轴驱动发电机12发出电力。整个波浪能发电装置在海浪的作用下将产生在纵荡、横荡、垂荡、纵摇、横摇和首尾摇六个自由度上的运动，但由于振荡抑制板19的作用，整个波浪能发电装置在在上述六个自由度上的运动都将大大地减小。
如图1所示，所述的发电机12在垂直和水平方向上与圆柱体顶甲板固定间距设置，且高于海平面。
本装置所采用的浮筏1为一个半球体，半球体的最大圆截面的直径为39m，半球体的外壳采用26mm厚的高强度钢板制成，以增大浮筏抵抗波浪冲击损伤的能力。
所述的半球壳16的最大圆截面的直径为100m，半球体的外壳采用28mm厚的低碳钢板制成。
与半球壳16相连的圆柱体壳17的最大圆截面的直径为100m，圆柱体高为55米，圆柱体壳采用28mm厚的低碳钢板制成。
所述的吊杆18采用截面直径为500mm的圆钢制成，该吊杆高57m，共设20根。
所述的振荡抑制板19为一正方体板，该正方体板的长×宽＝144m×144m。该正方体板采用28mm厚的低碳钢板制成。
所述的发电机10的额定功率为17500kW。
本实施例的工作过程如下：
当海面上兴起风浪时，整个波浪能发电装置在海浪的作用下将产生在纵荡、横荡、垂荡、纵摇、横摇和首尾摇六个自由度上的运动，但由于振荡抑制板19的作用，整个波浪能发电装置在在上述六个自由度上的运动都将大大地减小。振荡抑制板显著减小整个波浪能发电装置的运动的原理如下：对装置的纵荡运动而言，振荡抑制板可增大整个装置的纵荡惯性力和纵荡阻尼力，因而可大大地减小装置的纵荡运动。对装置的横荡运动而言，振荡抑制板也可增大整个装置的横荡惯性力和横荡阻尼力，因而可大大地减小装置的横荡运动。对装置的垂荡运动而言，振荡抑制板也可增大整个装置的垂荡惯性力，并极大地增加整个装置的垂荡阻尼力，因而可大大地减小装置的垂荡运动。对装置的纵摇运动而言，振荡抑制板也可增大整个装置的纵摇惯性力矩，并极大地增加整个装置的纵摇阻尼力矩和纵摇复原力矩，因而可大大地减小装置的纵摇运动。对装置的横摇运动而言，振荡抑制板也可增大整个装置的横摇惯性力矩，并极大地增加整个装置的横摇阻尼力矩和横摇复原力矩，因而可大大地减小装置的横摇运动。对装置的首尾摇运动而言，振荡抑制板也可增大整个装置的首尾摇惯性力矩，并极大地增加整个装置的首尾摇阻尼力矩，因而可大大地减小装置的首尾摇运动。
由前述可见，当海面上兴起风浪时，由于振荡抑制板19的作用，整个波浪能发电装置在六个自由度上的运动都将大大地减小，即整个波浪能发电装置可被定位于海洋中的某一位置。当海面上兴起波浪时，浮筏1主要会产生在垂荡自由度上的运动。浮筏1的向上垂荡运动将推动软钢臂和绞链运动，并向上推动活塞杆和活塞，并进而推动液压缸内的液压油流出并经截止止回阀流进液压马达，这样液压油就会驱动液压马达旋转。液压马达的旋转运动经传动轴传递给发电机，这样就会驱动发电机发出电力。在上述过程中截止止回阀的作用是保证液压油不发生逆向回流。所发出的电力经电力变换器变换后通过电缆与海岸交流电网联接。另一方面，本装置所提出的多浮筏波浪能发电装置的若干个浮筏能够同时工作，因而所能转化的海洋波浪能也将大大提高，能够大幅提升发电能力。
与现有技术相比，本装置可省去一套海上锚泊系统本身的成本，同时也可省去海上安装这套锚泊系统的复杂施工工艺，省去这部分安装成本，缩短整个波浪能发电装置的安装周期。另一方面，本装置所提出的多浮筏波浪能发电装置所能转化的海洋波浪能也将大大提高，能够大幅提升发电能力。利用Matlab/Simulink软件模拟得到本装置所提出的多浮筏波浪能发电装置所发出电力的时间历经的均值在17500kW左右变化，而且得到本装置所提出的多浮筏波浪能发电装置在六个自由度上的运动幅值都很小，处于工程上可接受的范围内。
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 (5)

1.一种具有振荡抑制板的多浮筏波浪能发电装置，其特征在于，包括：具有振荡抑制板的壳体和与壳体通过液压缸活动连接的若干浮筏，设置于壳体的液压转动发电机构与浮筏的液压缸输出端相连，通过浮筏的上下运动驱动液压缸产生动力，进而由液压转动发电机构转换为电能；
所述的壳体包括：圆柱体壳以及设置于其上下两侧的半球壳和吊杆，所述的振荡抑制板与吊杆的另一端相连，该振荡抑制板为正方形结构且四角均采用圆弧设计。
2.根据权利要求1所述的多浮筏波浪能发电装置，其特征是，所述的液压转动发电机构包括：与液压缸的输出端依次连接的截止止回阀、液压马达、发电机以及电力变换器。
3.根据权利要求2所述的多浮筏波浪能发电装置，其特征是，所述的发电机在垂直和水平方向上与圆柱体顶甲板固定间距设置，且高于海平面。
4.根据权利要求2所述的多浮筏波浪能发电装置，其特征是，所述的液压马达在海平面以上有一定的高度。
5.根据权利要求1所述的多浮筏波浪能发电装置，其特征是，所述的活动连接是指：所述浮筏通过软钢壁与壳体转动连接，软钢壁的中部与液压缸的一端转动连接，液压缸的另一端与壳体转动连接，当浮筏上下运动时驱动液压缸的活塞杆张合，进而在其输出端产生液压。
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