CN111749836A - 基于多气室振荡水柱装置的漂浮式波浪能发电装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于多气室振荡水柱装置的漂浮式波浪能发电装置，属于海洋能利用领域。该系统主要由包括位于海面上的半球壳形状的气室，海面下面的圆柱形主浮体，主浮体下面连接有压载体，整个装置通过系泊绳与海床连接。半球壳与主浮体之间被十字型隔板隔离成四个独立的气室，半球壳顶部安装有风力发电机，发电机与每个气室均相通。本发明利用波浪在气室中振荡所产生的气压变化来带动风力发电机工作。可广泛应用于我国东部沿海丰富波浪能的开发，并且适合于中小型偏远海岛的电力供给。本发明结构简单，方便于维护，不用考虑海底地形条件，在海水中适应性好，对于近海和远海条件均适用。
Description
技术领域
本发明属于海洋能利用领域，涉及一种海气室振荡水柱装置的漂浮式波浪能发电装置。
背景技术
波浪能是海洋能源中能量密度最大，分布最广的可再生能源。高效的开发和利用波浪能对偏远岛屿的居民及海洋设备来说具有重要的意义。随着化石燃料的日益枯竭，可再生能洋波浪能开发利用发电领域，特别涉及该领域中的一种基于多源走进了人们的视野。目前世界上多个国家都对波浪能的开发和利用投入了大量的人力物力，并开发出了不同形式的波浪能发电装置。波浪能发电装置通常可以分为振荡浮子式、摆动式、越浪式以及振荡水柱式等。其中振荡水柱式波浪能发电是目前最为成熟的波浪能发电装置之一。漂浮式波浪能发电装置克服了摆动式及越浪式等发电装置仅限于近海使用的弊端，是离岸开发波浪能的一种重要方法。振荡水柱装置利用波浪与气室相互作用所产生的振荡水柱在气室内压缩和抽吸空气产生的气流驱动空气透平，进而带动风力发电机工作。空气透平及风力发电机位于气室顶部，避免了与海水接触。目前漂浮式发电装置在世界上多个地方实现应用。综合考虑了国内外对于波浪能发电的研究成果，本专利在传统振荡水柱发电装置的基础上，提出了一种新型的基于多气室振荡水柱装置的漂浮式波浪能发电装置。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种新型的基于多气室振荡水柱装置的漂浮式波浪能发电装置。本发明多气室结构可以综合利用多重流体共振效应，波浪能俘获频率范围更广，波浪能俘获效率更高。可以有效提高整体系统的供电稳定性和供电质量，提高整体经济性，降低波浪能的开发成本。与普通的波浪能发电装置相比，漂浮式波浪能发电装置可不用考虑海底地形条件，适用于近海与远海。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于多气室振荡水柱装置的漂浮式波浪能发电装置，包括振荡水柱发电装置1、隔板组件2、半球型外壳3、主浮体4、压载体5以及系泊缆索6。
所述的隔板组件2由四块结构尺寸相同的类“直角梯形”的隔板组成，形成“十字形”板状结构，四块隔板的直角侧边直角通过铆接板连接，另一侧边具有一定弧度，用于与半球型外壳3贴合，形成气室结构。
所述“十字形”隔板组件2置于半球型外壳3内部，隔板组件2高度小于半球型外壳3的半径；隔板组件2的上方与半球型外壳3顶部留有间隙，下方与半球型外壳3底部开口平齐。所述四块隔板将整个半球型外壳3内部的整个气室分割成4个扇形区域，即四块隔板与其具有弧度的侧边与半球型外壳3内壁之间形成四个单气室。
所述的半球型外壳3顶部留有余孔，振荡水柱发电装置1位于半球形外壳3顶部余孔内，通过螺钉与半球形外壳2紧密连接。
所述的振荡水柱发电装置1包括发电机、空气透平、气室以及输气管道，其中，空气透平和发电机均可以选用现商用成型产品。
所述四个单气室顶部连通且共用一个振荡水柱发电装置1，四个单气室下部开敞并部分浸没在流体内，形成多气室振荡水柱装置；四个单气室上部空气通过输气管道与外部大气相连，输气管道内安装有透平以及发电机。所述各个单气室位于海面并部分浸没在海水中，单气室在双向气流的作用下，均会造成总气室的气压变化，大大提高对波浪能的利用效率。
所述主浮体4顶部与隔板组件2连接，主浮体4的底部伸入压载体5内，并通过螺钉固定。所述系泊揽索6位于压载体5下方，一端固定于压载体5的底部，另一端固定于海底。所述压载体5和部分主浮体4位于海水中，由于压载体5的存在，整个漂浮式波浪能发电装置在波浪的作用下运动受到限制，相对于气室内的波浪运动来说运动幅度比较小，气室内的波浪运动比较大。
进一步的，所述半球形外壳3内壁焊接四道对称分布的铆接板，主浮体4上部也焊接四块铆接板，并在铆接板上的不同位置处需预留有铆接孔8，隔板组件2通过铆接板与半球形外壳3及主浮体4连接。
本发电装置的工作过程如下：在气室外波浪的作用下，波浪传递到气室内并作用于隔板3及气室外壳2的内壁，将激励振荡水柱装置气室内的俘获流体发生周期性的运动并形成振荡水柱，由于压载体5的存在，整个装置的运动幅度将远远小于气室内的波浪振幅。气室内波浪的往复运动将驱动气室内外气体进行交换进而带动空气透平进行旋转运动，安装于气室顶部的发电机1在空气透平的带动下旋转发电。
水面处的振荡水柱装置具有环状截面形式，并沿环向具有4个扇形气室。每个气室下部开敞并部分浸没在流体内，其上部空气通过输气管道与外部大气相连，输气管道内安装有透平以及发电机。外部波浪可经由下部入口传递进入气室并形成振荡水柱，振荡水柱的往复运动将驱动气室内外气体进行交换进而带动空气透平进行旋转运动，安装于气室顶部的发电机在空气透平的带动下旋转发电。
本发明的有益效果为：对于波浪能发电装置，安装于气室顶部的空气透平以及发电机可选用现有商用成型产品，无特殊设计要求。该装置整体有圆柱体及半球体组成，可不受外海波浪方向的影响。在各个方向波浪的作用下，发电效率不受任何影响。
附图说明
图1是漂浮式波浪能发电装置的正视图；
图2是新型波浪能发电装置气室剖面图；
图3是新型波浪能发电装置气室俯视图；
图4是隔板铆接示意图图；
图中：1振荡水柱发电装置；2隔板组件；3气室外壳；4主浮体；5压载体；6系泊缆索；7铆接板；8铆钉。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
一种基于多气室振荡水柱装置的漂浮式波浪能发电装置，包括振荡水柱发电装置1、隔板组件2、半球型外壳3、主浮体4、压载体5以及系泊缆索6。
所述的隔板组件2由四块结构尺寸相同的类“直角梯形”的隔板组成，形成“十字形”板状结构，四块隔板的直角侧边直角通过铆接板连接，另一侧边具有一定弧度，用于与半球型外壳3贴合，形成气室结构。
所述“十字形”隔板组件2置于半球型外壳3内部，隔板组件2高度小于半球型外壳3的半径；隔板组件2的上方与半球型外壳3顶部留有间隙，下方与半球型外壳3底部开口平齐。所述四块隔板将整个半球型外壳3内部的整个气室分割成4个扇形区域，即四块隔板与其具有弧度的侧边与半球型外壳3内壁之间形成四个单气室。
所述的半球型外壳3顶部留有余孔，振荡水柱发电装置1位于半球形外壳3顶部余孔内，通过螺钉与半球形外壳2紧密连接。半球形外壳3内壁焊接四道对称分布的铆接板，主浮体4上部也焊接四块铆接板，并在铆接板上的不同位置处需预留有铆接孔8，隔板组件2通过铆接板与半球形外壳3及主浮体4连接。
所述的振荡水柱发电装置1包括发电机、空气透平、气室以及输气管道，其中，空气透平和发电机均可以选用现商用成型产品。
所述四个单气室顶部连通且共用一个振荡水柱发电装置1，四个单气室下部开敞并部分浸没在流体内，形成多气室振荡水柱装置，水面处的振荡水柱装置具有环状截面形式，并通过使用隔板沿环向分隔出4个扇形气室。四个单气室上部空气通过输气管道与外部大气相连，输气管道内安装有透平以及发电机。所述各个结构相同并且其下部开敞并部分浸没在海水内，单气室在双向气流的作用下，均会造成总气室的气压变化，大大提高对波浪能的利用效率。
所述主浮体4顶部与隔板组件2连接，主浮体4的底部伸入压载体5内，并通过螺钉固定。所述系泊揽索6位于压载体5下方，一端固定于压载体5的底部，另一端固定于海底。所述压载体5和部分主浮体4位于海水中，由于压载体5的存在，整个漂浮式波浪能发电装置在波浪的作用下运动受到限制，相对于气室内的波浪运动来说运动幅度比较小，气室内的波浪运动比较大。
本发明中气室位于海面并部分浸没在海水中，压载体和部分主浮体位于海水中，由于压载体的存在，整个装置在波浪的作用下运动受到限制，相对于气室内的波浪运动来说运动幅度比较小，气室内的波浪运动比较大。
根据选址地点的水文资料及选址地点的波浪统计特征，科学优化选取振荡水柱装置的相关性能设计参数，如气室截面尺寸、输气管道截面尺寸、发电机转速以及攻角等。
以上体系构成了漂浮式波浪能发电装置。该发电装置充分利用并部分改进了现有的成熟的波浪能转换技术，促进海洋可再生能源的商业化应用，是一种可靠的可再生能源发电平台。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于多气室振荡水柱装置的漂浮式波浪能发电装置，其特征在于，所述的漂浮式波浪能发电装置包括振荡水柱发电装置(1)、隔板组件(2)、半球型外壳(3)、主浮体(4)、压载体(5)以及系泊缆索(6)；
所述的隔板组件(2)由四块结构尺寸相同的类“直角梯形”的隔板组成，形成“十字形”板状结构，四块隔板的直角侧边直角通过铆接板连接，另一侧边具有一定弧度，用于与半球型外壳(3)贴合，形成气室结构；
所述“十字形”隔板组件(2)置于半球型外壳(3)内部，隔板组件(2)高度小于半球型外壳(3)的半径；隔板组件(2)的上方与半球型外壳(3)顶部留有间隙，下方与半球型外壳(3)底部开口平齐；所述四块隔板将整个半球型外壳(3)内部的整个气室分割成四个个扇形区域，四块隔板与其具有弧度的侧边与半球型外壳(3)内壁之间形成四个单气室；
所述的半球型外壳(3)顶部留有余孔，振荡水柱发电装置(1)位于半球型外壳(3)顶部余孔内，与半球形外壳2紧密连接；所述的振荡水柱发电装置(1)包括发电机、空气透平、气室以及输气管道；
所述四个单气室顶部连通且共用一个振荡水柱发电装置(1)，四个单气室下部开敞并部分浸没在流体内，形成多气室振荡水柱装置；四个单气室上部空气通过输气管道与外部大气相连，输气管道内安装空气透平及发电机；所述各个单气室位于海面并部分浸没在海水中，单气室在双向气流的作用下，均会造成总气室的气压变化，提高对波浪能的利用效率；
所述主浮体(4)顶部与隔板组件(2)连接，主浮体(4)的底部伸入压载体(5)内，并通过螺钉固定；所述系泊缆索(6)位于压载体(5)下方，一端固定于压载体(5)的底部，另一端固定于海底。
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