CN109595119A - 一种基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置，包括振荡浮子、浮式防波堤、发电装置和锚泊系统；所述发电装置设置在浮式防波堤上，振荡浮子穿过浮式防波堤与发电装置的动子系统连接，所述锚泊系统与浮式防波堤的下端连接。本发明将高效的振荡浮子式波能转换装置与浮式防波堤结合到一起，实现了功能的集成，使装置同时具有良好的防波性能和发电性能，并能有效地降低建造成本，对防波堤起到一定的保护作用，同时浮式防波堤对波浪的反射作用，能够进一步提高波浪能转换装置的转换效率和有效频率范围，进而提高波浪能转换装置的适应范围，增加波浪能转换装置的实用性和经济性，并有利于波浪能转换装置的进一步推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种垂荡式波浪能发电装置，尤其涉及一种基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置，属于波浪能发电和防波堤工程技术领域。
背景技术
随着社会的发展，人类对能源的需求量急剧增长，而目前能源获取的主要方式来自于传统化石燃料的使用，这就导致了严重的生态环境问题。同时随着化石燃料储量的减少，能源危机也成为一个严峻的问题，因此可再生清洁能源的开发利用迫在眉睫。波浪能以其能量储备多、能量密度高、分布广泛等原因，已经成为各国争相研究的热点。获取波浪能主要依靠波浪能转换装置，现有波浪能转换装置中，振荡浮子式波能转换装置的转换效率高，但其研究建造成本也高，需要单独的锚泊装置，这就严重制约了高效波浪能转换装置的发展。
与此同时，随着人类对海洋的进一步开发，防波堤得到了更加广泛的使用，而其中的浮式防波堤以其造价相对较低、受海底地质条件影响小、适用性强以及使用起来灵活方便等优点，受到广泛的关注。
由于波浪能转换装置在转换波浪能的同时起到了一定的消波作用，起到了类似浮式防波堤的作用，因此有研究人员提出将波浪能转换装置与浮式防波堤集成到一起研究，这样既降低了振荡浮子式波能转换装置的成本，又提高了其转换效率和有效频率范围，同时还能对防波堤起到一定的保护作用，提升浮式防波堤的防波性能，实现功能集成。
目前根据这构想提出的集成装置数量较少，且存在装置的转换效率与装置浮子的加工制造难度不能兼顾的问题，通过检索发现，专利号为CN107859589A的发明专利文件中公布了一种集成于浮式防波堤的摆式波浪能发电装置，该装置通过浮式防波堤前端的摆板在波浪中运动，带动液压发电系统进行发电，该发明能够降低建造成本，避免执行机构液压部件等装置受到海水侵蚀，但浮式防波堤无作业平台和纵向隔板，发电装置为液压发电系统，波能转换装置为摆板式，与本专利中涉及的一种基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置完全不同。
专利号为CN107448351A的发明专利文件中公布了一种带防波浮筒的阵列式压电悬臂梁波能转换装置，该装置中的压电悬臂梁随着压电发电箱的上下摆动而产生震动，从而将波浪能转换成电能，该发明能够提高波浪能的利用率，且结构简单，安装维修方便，实用性强，但其波能转换装置为压电悬臂梁式，且防波堤的形状为浮筒，与本发明公开的一种基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置在结构和原理上完全不同。
发明内容
本发明的目的是为了而提供一种成本低、效率高且便于加工的波浪能转换装置与浮式防波堤结合的基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置，包括振荡浮子、浮式防波堤、发电装置和锚泊系统；所述发电装置设置在浮式防波堤上，振荡浮子穿过浮式防波堤与发电装置的动子系统连接，所述锚泊系统与浮式防波堤的下端连接。
本发明还包括这样一些特征：
1.所述振荡浮子的剖面形状为三角形；
2.所述浮式防波堤的上端设置有作业平台，发电装置设置在作业平台上，所述振荡浮子上部的轴穿过作业平台与发电装置的动子系统连接；
3.所述作业平台上设置有直线滚动轴承，所述直线滚动轴承与振荡浮子上部的轴相对应；
4.还设置有纵向隔板，所述纵向隔板的一端与浮式防波堤固定，另一端安装有滑轮；
5.所述锚泊系统包括锚链和锚块，所述锚链的一端与浮式防波堤连接，另一端与锚块锚块连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
将高效的振荡浮子式波能转换装置与浮式防波堤结合到一起，实现了功能的集成，使装置同时具有良好的防波性能和发电性能，并能有效地降低建造成本，对防波堤起到一定的保护作用，同时浮式防波堤对波浪的反射作用，能够进一步提高波浪能转换装置的转换效率和有效频率范围，进而提高波浪能转换装置的适应范围，增加波浪能转换装置的实用性和经济性，并有利于波浪能转换装置的进一步推广。
附图说明
图1是本发明波浪能转换装置与浮式防波堤结合的发电装置的正视图；
图2是本发明波浪能转换装置与浮式防波堤结合的发电装置的俯视图；
图3是直线发电机示意图。
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。
一种基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置，包括振荡浮子101、浮式防波堤201、发电装置301和锚泊系统，振荡浮子101以浮式防波堤201为支撑做相对垂荡运动，其上部的轴102与发电装置301的动子302相连；浮式防波堤201为发电装置301提供作业平台202，并通过锚链401与重力锚块402相连；直线滚动轴承203和滑轮204分别安装在作业平台202和纵向隔板205上；振荡浮子101的剖面形状为三角形加挡板的形状，其上部有轴102穿过作业平台202上安装的直线滚动轴承203与发电装置301的动子302相连；浮式防波堤201的主体部分形状为长方体，迎浪面安装作业平台202和纵向隔板205，用于安装直线滚动轴承203、和滑轮204以及支撑振荡浮子101；发电装置301为直线发电机，动子302与振荡浮子101上的轴102直接相连；直线滚动轴承203安装在上部作业平台202上，振荡浮子101上部轴102穿过其中并能在其中相对于浮式防波堤201做自由垂荡运动；一组滑轮204安装在纵向隔板205前端，并与振荡浮子101的背浪面接触，使其能沿着滑轮204滑动；形状为扁平长方体，上下面安装有直线滚动轴承203和限制浮子位移的弹簧206；纵向隔板205一端与浮式防波堤201固定连接，另一端安装滑轮204；锚泊系统由锚链401和重力锚块402组成。
一种基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置的制造方法，该装置包括振荡浮子101、浮式防波堤201、发电装置301、和锚泊系统。通过振荡浮子101相对于浮式防波堤201做垂荡运动，带动发电装置301的动子302运动，切割磁感线进行发电。
所述振荡浮子101，包括剖面形状为三角形加挡板形的振荡浮子101和顶部的轴102，其顶部的轴102穿过作业平台上安装的直线滚动轴承203，并能带动发电装置301的动子302做垂荡运动进行发电。
所述浮式防波堤201，主体部分形状为长方体，迎浪面上安装有一个作业平台202和三个纵向隔板205，下端通过锚链401与重力锚块402相连。
所述发电装置301，为直线发电机，包括动子302系统和定子303系统，动子302系统与振荡浮子101上部的轴102连接在一起，与振荡浮子101做同步运动进行发电，发电装置301固定在作业平台202上。
所述直线滚动轴承203，包括外圈、内圈和滚动体，外圈固定在作业平台202上，内圈与振荡浮子101顶部的轴102固定在一起；
所述滑轮204，包括转轴208和球形轮207，安装在纵向隔板205前端，球形轮207与振荡浮子101背浪面接触，对振荡浮子101起到一定的支撑作用；
所述作业平台202，为长方体结构，固定在浮式防波堤2迎浪面上，为发电装置301提供支撑平台，上下面各安装三个直线滚动轴承203和三个限制浮子位移的弹簧(206)。
所述纵向隔板205，安装在浮式防波堤201迎浪面上，前端安装滑轮204。
所述锚泊系统，包括多根锚链401和多个重力锚块402，锚链401一端与浮式防波堤201相连，另外一端与重力锚块402相连。
如图1所示，本发明波浪能转换装置与浮式防波堤结合的发电装置主要包括振荡浮子101、浮式防波堤201、发电装置301和锚泊系统。振荡浮子101的截面形状为三角形加挡板，选用该形状是因为该截面形状的波浪能转换装置转换效率高，且便于加工制造，振荡浮子101拐角处进行适当的圆滑处理，减少浮子运动过程中拐角处涡的产生与脱落，从而减少波浪能量的损耗。振荡浮子101上部与三根圆柱形轴102的一端固定连接，轴102与振荡浮子101上部面垂直并均匀分布。每根轴102穿过两个分别位于作业平台202上下两个面上的直线滚动轴承203，轴102的长度根据振荡浮子101的运动幅度确定，使其长度满足振荡浮子101的运动量程。轴102的上端与发电装置301的动子302相连，可带动动子302运动进行发电。发电装置301由动子302系统、定子303系统和外壳组成，动子302为由导线绕成的线圈307和硅钢片(308)组成，定子303由钕铁硼磁铁305和两块夹板306组成，定子303固定在外壳304上，动子302套在定子303外面，如图3所示，发电装置301一共放置五组。浮式防波堤201为长方体形状，选用该形状是由于该形状的防波性能较好。浮式防波堤201迎浪面上安装一个作业平台202和三个纵向隔板205，为振荡浮子101提供支撑，其吃水比振荡浮子大101，水上部分根据振荡浮子101的运动幅度确定，与振荡浮子101的间距为一倍的浮子宽度。作业平台202为扁平长方体，其一端固定在浮式防波堤201的迎浪面上端，上下面各安装三个直线滚动轴承203并两两对齐，如图2，限制振荡浮子101只能做垂荡运动。六个限制浮子位移的弹簧206分别安置在作业平台202上下面上来防止振荡浮子101位移过大，与其他装置发生碰撞。作业平台202上安置发电装置301，使其能够随浮式防波堤101装置升降，延长装置的使用期限，同时在遇到恶劣海况时，使得该集成装置可以整体转移到安全的地方。三个纵向隔板205均匀分布，如图2，隔板一端固定在浮式防波堤201上，另一端各安装一组滑轮204，滑轮由转轴208和球形轮207组成，滑轮204与振荡浮子101背浪面接触，起到支撑作用的同时还能减小振荡浮子101运动时的摩擦阻力。锚泊系统包括若干根锚链401，锚链401一端与浮式防波堤201的底面连接，另一端与重力锚块402相连。发电装置301为直线发电机，安装在作业平台202上，振荡浮子101上端的轴102与直线发电机的动子302相连，振荡浮子101在波浪的作用下做垂荡运动，带动动子302运动，进而发电，将波浪能能转换为电能。
必需注意的是，本发明所公开的技术手段不仅限于上述实施方式中的技术手段，还包括根据以上技术特征进行简单修改、等同变化的技术方案，也属于本发明保护范围。
综上所述：本发明公开了一种基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置的制造方法，该装置主要包括振荡浮子、浮式防波堤、发电装置以及锚泊系统。发电系统安装在浮式防波堤上，发电机的动子与振荡浮子相连，相对浮式防波堤做垂荡运动，通过切割磁感线将机械能转换为电能，由此进行发电。该发明将振荡浮子式波能转换装置与浮式防波堤集成到一起，既降低了波能转换装置的研究建造成本，又对浮式防波堤起到了一定的保护作用，同时还实现了功能的集成与优化；浮式防波堤为发电装置提供了作业平台，使发电装置能够随浮式防波堤装置升降，减少海水对其的腐蚀，延长发电装置的使用寿命，同时在恶劣海况下，使得该集成装置可以整体进行转移，保证装置的安全。
Claims (10)
1.一种基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置，其特征是，包括振荡浮子、浮式防波堤、发电装置和锚泊系统；所述发电装置设置在浮式防波堤上，振荡浮子穿过浮式防波堤与发电装置的动子系统连接，所述锚泊系统与浮式防波堤的下端连接。
2.根据权利要求1所述的基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置，其特征是，所述振荡浮子的剖面形状为三角形。
3.根据权利要求1或2所述的基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置，其特征是，所述浮式防波堤的上端设置有作业平台，发电装置设置在作业平台上，所述振荡浮子上部的轴穿过作业平台与发电装置的动子系统连接。
4.根据权利要求3所述的基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置，其特征是，所述作业平台上设置有直线滚动轴承，所述直线滚动轴承与振荡浮子上部的轴相对应。
5.根据权利要求1或2所述的基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置，其特征是，还设置有纵向隔板，所述纵向隔板的一端与浮式防波堤固定，另一端安装有滑轮。
6.根据权利要求3所述的基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置，其特征是，还设置有纵向隔板，所述纵向隔板的一端与浮式防波堤固定，另一端安装有滑轮。
7.根据权利要求4所述的基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置，其特征是，还设置有纵向隔板，所述纵向隔板的一端与浮式防波堤固定，另一端安装有滑轮。
8.根据权利要求1、2、4、6、7任意一项所述的基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置，其特征是，所述锚泊系统包括锚链和锚块，所述锚链的一端与浮式防波堤连接，另一端与锚块锚块连接。
9.根据权利要求3所述的基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置，其特征是，所述锚泊系统包括锚链和锚块，所述锚链的一端与浮式防波堤连接，另一端与锚块锚块连接。
10.根据权利要求5所述的基于浮式防波堤的垂荡式波浪能发电装置，其特征是，所述锚泊系统包括锚链和锚块，所述锚链的一端与浮式防波堤连接，另一端与锚块锚块连接。
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