CN114670978B - 一种多模块拼装式海上发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种多模块拼装式海上发电装置，属于海上发电设备的技术领域。本发明包括中间模块和边缘模块；中间模块包括中间浮框、中间甲板以及用于连接中间甲板与中间浮框的中间立柱，中间浮框内设有第一浮框压载水舱，中间立柱内设有第一立柱压载水舱，第一立柱压载水舱与第一浮框压载水舱连通；边缘模块通过连接件铰接于中间模块的周向上，边缘模块包括边缘浮框、边缘甲板以及用于连接边缘甲板与边缘浮框的边缘立柱，边缘浮框内设有第二浮框压载水舱，边缘立柱内设有第二立柱压载水舱，第二立柱压载水舱与第二浮框压载水舱连通。本发明实现了多风以及风光互补，形成了“高‑中‑低”不同高度的捕能模式；结构简单，性能稳定，便于海上安装。

Description

一种多模块拼装式海上发电装置

技术领域

本发明涉及海上发电设备的技术领域，特别是指一种多模块拼装式海上发电装置。

背景技术

海上风光互补发电系统是将太阳能和风能转化为电能的装置，由于采用了风力发电和太阳能发电互补（风光互补）的技术，有效地解决单一风力发电或太阳能发电设备发电不连续的问题，在无风或阴雨等气候条件下能够保证稳定可靠的供电效果，是可再生能源的重要发展领域。风光互补发电系统发展非常迅猛，并得到了广泛的应用。

现有的海上风光互补发电系统通常是将光伏发电装置和风能发电装置设置在同一个海上平台上，海上平台包括甲板、下潜框架和支撑在甲板与下潜框架之间的支撑件，下潜框架位于甲板下方；甲板为六边形板，六边形板下设有由六个上边梁围成的六边形加强结构，支撑件支撑在六边形加强结构与下潜框架之间，下潜框架为与甲板对应的六边形框架。这种海上风光互补发电系统中海上平台是一个一体式整体，结构复杂，尺寸较大；同时，由于海上条件恶劣，这种海上平台所承受的波浪作用大，很容易造成局部应力较大，使其强度遭到破坏；另外，这种海上平台的建造难度也较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种多模块拼装式海上发电装置，旨在解决现有技术中海上风光互补发电系统的海上平台的一体式结构尺寸较大、很容易造成局部应力较大以及建造难度较大的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明的一种多模块拼装式海上发电装置，包括中间模块和边缘模块；所述中间模块包括中间浮框、中间立柱和中间甲板，所述中间浮框为三角形浮框，所述中间浮框的内部设有沿着其横截面方向贯通设置的第一浮框压载水舱，所述中间甲板为与所述中间浮框对应的三角形板，所述中间甲板上设有中间光伏板，所述中间甲板与所述中间浮框通过所述中间立柱连接，所述中间立柱为三个且设置于所述中间甲板和所述中间浮框的顶点处，所述中间立柱的内部均设有第一立柱压载水舱，所述第一立柱压载水舱均与所述第一浮框压载水舱连通；所述边缘模块为三个均设置于所述中间模块的周向上，所述边缘模块通过连接件与所述中间模块铰接，所述边缘模块包括与所述中间浮框位于同一水平面内的边缘浮框、边缘立柱和与所述中间甲板位于同一水平面内的边缘甲板，所述边缘浮框也为三角形浮框，所述边缘浮框的内部设有沿着其横截面方向贯通设置的第二浮框压载水舱，所述边缘甲板为与所述边缘浮框对应的三角形板，所述边缘甲板上设有边缘光伏板，所述边缘甲板与所述边缘浮框通过所述边缘立柱连接，所述边缘立柱为三个且设置于所述边缘甲板和所述边缘浮框的顶点处，所述边缘立柱的内部均设有第二立柱压载水舱，所述第二立柱压载水舱均与所述第二浮框压载水舱连通，靠近所述中间模块的两个所述边缘立柱的顶部均设有垂直轴风机，两台所述垂直轴风机的转动方向相反，远离所述中间模块的一个所述边缘立柱的顶部设有水平轴风机。

本发明的多模块拼装式海上发电装置由中间模块和边缘模块组成，边缘模块铰接设置于中间模块的周向上；中间模块的中间浮框和中间立柱以及边缘模块的边缘浮框和边缘立柱均能够提供浮力；边缘模块最外侧的边缘立柱的顶部安装水平轴风机，边缘模块的其它边缘立柱的顶部安装垂直轴风机，中间模块的中间甲板以及边缘模块的边缘甲板上均铺设光伏板，实现了多风互补和风光互补，空间利用充分，提高了单位海域面积的发电功率，“水平轴风机-垂直轴风机-光伏板”形成“高-中-低”不同垂向高度的捕能模式，最大化的利用海上风能和太阳能；这种海上发电装置结构简单，尺寸较小，受到波浪作用力小，不会产生大变形的风险，当风力作用使得其发生倾斜时，中间浮框上的第一浮框压载水舱和中间立柱上的第一立柱压载水舱以及边缘浮框的第二浮框压载水舱和边缘立柱的第二立柱压载水舱，可以自动实现压载水的转移，以平衡倾斜产生的倾斜力矩，稳定性好，组装容易，便于海上安装。

作为一种优选的实施方案，所述连接件包括第一连接体、第二连接体、旋转轴和弹簧阻尼器；所述第一连接体的一端设有第一通孔，所述第一连接体的另一端设有与所述中间甲板的厚度相适配的第一卡槽，所述第一卡槽上设有第一定位销，所述中间甲板上设有与所述第一定位销相适配的第一定位孔；所述第二连接体的一端设有第二通孔，所述第二连接体的另一端设有与所述边缘甲板的厚度相适配的第二卡槽，所述第二卡槽上设有第二定位销，所述边缘甲板上设有与所述第二定位销相适配的第二定位孔；所述旋转轴依次穿过所述第一通孔和所述第二通孔，所述旋转轴使所述第一连接体与所述第二连接体转动连接；所述弹簧阻尼器的一端与所述第一连接体连接，所述弹簧阻尼器的另一端与所述第二连接体连接。

本发明中连接件为多个，多个连接件共同将中间模块和边缘模块铰接起来；第一连接体的第一卡槽沿着中间甲板的厚度方向卡接在中间甲板上，并通过第一定位销和第一定位孔的配合实现连接件与中间甲板的连接；第二连接体的第二卡槽沿着边缘甲板的厚度方向卡接在边缘甲板上，并通过第二定位销和第二定位孔的配合实现连接件与边缘甲板的连接；第一连接体和第二连接体可以绕旋转轴转动，同时，由于弹簧阻尼器的存在，通过压缩或拉伸可以吸收中间模块和边缘模块之间围绕旋转轴转动产生的能量，起到了缓冲作用，避免了中间模块和边缘模块连接处出现应力过大的问题。

作为一种优选的实施方案，所述第一连接体包括设置有所述第一卡槽的第一C型固定件和设置有所述第一通孔的第一转动件，所述第一C型固定件与所述第一转动件通过第一螺钉固定连接；所述第二连接体包括设置有所述第二卡槽的第二C型固定件和设置有所述第二通孔的第二转动件，所述第二C型固定件与所述第二转动件通过第二螺钉固定连接；所述弹簧阻尼器的一端与所述第一C型固定件靠近所述第一转动件的一端连接，所述弹簧阻尼器的另一端与所述第二C型固定件靠近所述第二转动件的一端连接。

本发明中弹簧阻尼器设置于第一连接体和第二连接体的底部，即弹簧阻尼器设置于旋转轴的底部；在弹簧阻尼器的作用下，第一连接体和第二连接体呈V型连接；这种设置的第一连接体和第二连接体，在中间模块和边缘模块的作用下，所产生的围绕旋转轴转动的力与弹簧阻尼器压缩或拉伸的方向正好一致，弹簧阻尼器可以很好地缓冲中间模块和边缘模块之间围绕旋转轴转动产生的能量，提高了中间模块和边缘模块连接的稳定性。而且，弹簧阻尼器还对第一连接体和第二连接体进行了有利支撑，提高了连接件的结构稳定性；这种连接件制作简单，便于加工，使用方便，性能好。

作为一种优选的实施方案，所述中间浮框包括依次连接的第一中间浮筒、第二中间浮筒和第三中间浮筒，所述第一浮框压载水舱包括设置于所述第一中间浮筒内部的第一浮筒压载水舱、设置于所述第二中间浮筒内部的第二浮筒压载水舱和设置于所述第三中间浮筒内部的第三浮筒压载水舱，所述第一浮筒压载水舱与所述第二浮筒压载水舱通过所述第一立柱压载水舱连通，所述第二浮筒压载水舱与所述第三浮筒压载水舱也通过所述第一立柱压载水舱连通，所述第三浮筒压载水舱与所述第一浮筒压载水舱也通过所述第一立柱压载水舱连通。

本发明的中间浮框是由三个中间浮筒组成的，三个中间浮筒完全相同，便于加工制作；三个中间浮筒内均设有压载水舱，压载水舱内设有压载水，压载水可以在三个中间浮筒和三个中间立柱的内部流动；当风力作用较大，使中间模块发生横向或纵向的倾斜时，三个中间立柱内部的压载水通过三个中间浮筒的压载水舱发生转移，以平衡倾斜产生的倾斜力矩，使中间模块获得更好的自稳性。

作为一种优选的实施方案，所述中间立柱的内部还设有第一立柱压载物舱，所述第一立柱压载物舱为静态压载舱，所述第一立柱压载物舱位于所述第一立柱压载水舱的顶部。

本发明中间立柱的内部既有动态压载舱——第一立柱压载水舱，也有静态压载舱——第一立柱压载物舱，在第一立柱压载水舱和第一立柱压载物舱以及中间立柱的浮力作用下，使中间立柱的底部位于海水内部，并且，中间立柱的顶部高于海面，保留一定的干舷高度。通常情况下，第一立柱压载物舱的内部填充有铁矿砂或海水，第一立柱压载物舱是静止，与外部不连通；每个中间立柱上均设有注射口，注射口通过注射通道与第一立柱压载物舱连通；注射通道上设有封堵阀，注射口上设有封堵塞，封堵阀使第一立柱压载物舱关闭，封堵塞使中间立柱密封；第一立柱压载物舱内部铁矿砂或海水的填充是在海面上完成的。第一立柱压载水舱的内部填充压载水，压载水为海水，其中一个中间立柱上设有注水口，注水口通过注水通道与第一立柱压载水舱连通，注水口上设有用于对注水口进行密封的密封塞；当这种多模块拼装式海上发电装置组装完毕之后，利用运维船上的输水泵，当然，还可以在边缘立柱的内部直接增设输水泵，将海水通过注水口输入第一立柱压载水舱，三个中间立柱中的第一立柱压载水舱内的压载水通过第一浮筒压载水舱、第二浮筒压载水舱和第三浮筒压载水舱连通，并达到平衡，直至满足干舷高度的要求；然后，采用密封塞将注水口密封。这种多模块拼装式海上发电装置在运行时，在中间立柱内部动力泵的作用下，中间立柱内部的第一立柱压载水舱的压载水通过中间浮框内部的第一浮框压载水舱发生转移，压载水的总量保持不变。

作为一种优选的实施方案，所述中间立柱的内部还设有用于人员通行和管道布置的第一立柱通道，所述中间浮框的内部设有用于人员通行和管道布置的第一浮框通道，所述第一立柱通道与所述第一浮框通道相连通。

本发明的中间立柱为了能够提供浮力，其内部是空腔设置的；中间立柱的内部安装第一立柱压载水舱和第一立柱压载物舱，为了方便检修和管道布置，在中间立柱的内部还预留了第一立柱通道；同时，中间浮框的内部设有用于人员通行和管道布置的第一浮框通道，第一立柱通道和第一浮框通道紧密配合，实现了对中间模块的检修和管道布置，这种中间模块外观整洁，使用性能好；动力泵、输水泵等也安装第一立柱通道的内部，动力泵、输水泵均由蓄电池供电。

作为一种优选的实施方案，所述边缘浮框包括依次连接的第一边缘浮筒、第二边缘浮筒和第三边缘浮筒，所述第二浮框压载水舱包括设置于所述第一边缘浮筒内部的第一边缘压载水舱、设置于所述第二边缘浮筒内部的第二边缘压载水舱和设置于所述第三边缘浮筒内部的第三边缘压载水舱，所述第一边缘压载水舱与所述第二边缘压载水舱通过所述第二立柱压载水舱连通，所述第二边缘压载水舱与所述第三边缘压载水舱也通过所述第二立柱压载水舱连通，所述第三边缘压载水舱与所述第一边缘压载水舱也通过所述第二立柱压载水舱连通。

本发明的边缘浮框是由三个边缘浮筒组成的，三个边缘浮筒完全相同；三个边缘浮筒与三个中间浮筒也完全相同，三个边缘立柱与三个中间立柱也完全相同，中间甲板与边缘甲板也完全相同；这样，边缘模块的浮体与中间模块的浮体完全相同，便于工程化批量生产，这种海水发电装置拼装简易，便于海上安装。同样，三个边缘浮筒内均设有压载水舱，压载水舱内设有压载水，压载水可以在三个边缘浮筒和三个边缘立柱的内部自由流动；当风力作用较大，使边缘模块发生横向或纵向的倾斜时，三个边缘立柱内部的压载水通过三个边缘浮筒的压载水舱发生转移，以平衡倾斜产生的倾斜力矩，使边缘模块获得更好的自稳性。这种海水发电装置在边缘模块最外侧的边缘立柱的顶部安装水平轴风机，可以最大化地减少水平轴风机间的干扰；同时，边缘模块的其它边缘立柱的顶部安装转动方向相反的垂直轴风机，同一边缘模块相邻两个垂直轴风机给浮体带来的艏摇力矩相互抵消，有利于进一步提高海水发电装置的整体稳定性。

作为一种优选的实施方案，所述边缘立柱的内部还设有第二立柱压载物舱，所述第二立柱压载物舱为静态压载舱，所述第二立柱压载物舱位于所述第二立柱压载水舱的顶部。

本发明边缘立柱的内部也既有动态压载舱——第二立柱压载水舱，也有静态压载舱——第二立柱压载物舱，在第二立柱压载水舱和第二立柱压载物舱以及边缘立柱的浮力作用下，使边缘立柱的底部位于海水内部，并且，边缘立柱的顶部高于海面，保留一定的干舷高度。通常情况下，第二立柱压载物舱的内部填充有铁矿砂或海水，第二立柱压载物舱是静止，与外部不连通；每个边缘立柱上均设有注射口，注射口通过注射通道与第二立柱压载物舱连通；注射通道上设有封堵阀，注射口上设有封堵塞，封堵阀使第二立柱压载物舱关闭，封堵塞使边缘立柱密封；第二立柱压载物舱内部铁矿砂或海水的填充是在海面上完成的。第二立柱压载水舱的内部填充压载水，压载水为海水。每个边缘模块中，其中一个边缘立柱上设有注水口，注水口通过注水通道与第二立柱压载水舱连通，注水口上设有用于对注水口进行密封的密封塞；当这种多模块拼装式海上发电装置组装完毕之后，利用运维船上的输水泵，当然，还可以在边缘立柱的内部直接增设输水泵，将海水通过注水口输入第二立柱压载水舱，三个边缘立柱中的第二立柱压载水舱内的压载水通过第一边缘压载水舱、第二边缘压载水舱和第三边缘压载水舱连通，并达到平衡，直至满足干舷高度的要求；然后，采用密封塞将注水口密封，注水通道上也可以设置控制阀，注水完毕之后，控制阀关闭。这种多模块拼装式海上发电装置在运行时，在边缘立柱内部动力泵的作用下，边缘立柱内部的第二立柱压载水舱的压载水通过边缘浮框内部的第二浮框压载水舱发生转移，压载水的总量保持不变。

作为一种优选的实施方案，所述边缘立柱的内部还设有用于人员通行和管道布置的第二立柱通道，所述边缘浮框的内部设有用于人员通行和管道布置的第二浮框通道，所述第二立柱通道与所述第二浮框通道相连通。

本发明的边缘立柱和中间立柱一样，为了能够提供浮力，其内部是空腔设置的；边缘立柱的内部安装第二立柱压载水舱和第二立柱压载物舱，为了方便检修和管道布置，在边缘立柱的内部还预留了第二立柱通道；同时，边缘浮框的内部设有用于人员通行和管道布置的第二浮框通道，第二立柱通道和第二浮框通道紧密配合，实现了对边缘模块的检修和管道布置，这种边缘模块外观整洁，使用性能好。通常情况下，边缘模块最外侧的边缘立柱的外侧还设置有运维船靠船件和人员登爬梯，运维船通过靠船件与海水发电装置连接，极大地方便了运维船与海上发电装置的连接，检修人员通过登爬梯登上海水发电装置，一般地，边缘模块最外侧的边缘立柱的上部设有人孔，检修人员通过人孔进入海水发电装置的内部，以对海水发电装置进行安装和检修。动力泵、输水泵等也安装第二立柱通道的内部，动力泵、输水泵均由蓄电池供电。

作为一种优选的实施方案，所述中间模块还连接有锚泊机构，所述锚泊机构包括系泊缆和锚固装置，所述系泊缆的一端与所述中间立柱连接，所述系泊缆的另一端与所述锚固装置连接；所述中间立柱的底部设有导缆孔，所述系泊缆的一端通过所述导缆孔与所述中间立柱连接，所述系泊缆的另一端通过所述锚固装置设置于海底。

本发明的海上发电装置还连接有锚泊机构，具体地，锚泊机构是设置在中间模块的底部，在锚泊机构、中间立柱、中间浮框、边缘立柱和边缘浮框的共同作用下，使海上发电装置漂浮于海面上；这种海上发电装置采用模块化拼装式的设计，释放了不同模块间的部分自由度；既可拼装在一起满足较大发电功率的要求，又可拆卸形成单独模块满足较小发电功率的要求，应用更为灵活方便；此外，浮体可进行模块化建造，对建造工艺及场地要求较小。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明边缘模块最外侧的边缘立柱的顶部安装水平轴风机，边缘模块的其它边缘立柱的顶部安装垂直轴风机，中间甲板和边缘甲板上均铺设光伏板，实现了多风互补和风光互补，空间利用充分，提高了单位海域面积的发电功率，“水平轴风机-垂直轴风机-光伏板”形成“高-中-低”不同垂向高度的捕能模式，最大化的利用海上风能和太阳能；这种海上发电装置由中间模块和边缘模块铰接而成，结构简单，尺寸较小，受到波浪作用力小，不会产生大变形的风险，结构稳定，组装容易，便于海上安装。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的多模块拼接式海上发电装置一个实施例的立体结构示意图；

图2为图1中边缘模块的结构放大示意图；

图3为图1中中间模块的结构放大示意图；

图4为图1中边缘模块的纵向剖视结构示意图；

图5为图1中中间模块的纵向剖视结构示意图；

图6为图1中连接件的平面结构示意图；

图中：10-中间模块；20-边缘模块；50-连接件；

11-中间浮框；12-中间立柱；13-中间甲板；14-中间光伏板；

21-边缘浮框；22-边缘立柱；23-边缘甲板；24-水平轴风机；25-垂直轴风机；26-边缘光伏板；

31-第二立柱压载水舱；32-第二立柱压载物舱；33-第二立柱通道；34-第二浮框通道；35-第二浮框压载水舱；

41-第一立柱压载水舱；42-第一立柱压载物舱；43-第一立柱通道；44-第一浮框通道；45-第一浮框压载水舱；

51-第一连接体；52-第二连接体；53-第一卡槽；54-第二卡槽；55-第一定位销；56-第二定位销；57-旋转轴；58-弹簧阻尼器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅附图1、附图2、附图3、附图4、附图5和附图6，本发明提供了一种多模块拼装式海上发电装置，这种海上发电装置既有风能发电也有太阳能发电，实现了多风互补和风光互补。这种多模块拼装式海上发电装置包括中间模块10和边缘模块20；中间模块10包括中间浮框11、中间立柱12和中间甲板13，中间浮框11为三角形浮框，中间浮框11的内部设有沿着其横截面方向贯通设置的第一浮框压载水舱45，中间甲板13为与中间浮框11对应的三角形板，中间甲板13上设有中间光伏板14，中间甲板13与中间浮框11通过中间立柱12连接，中间立柱12为三个且设置于中间甲板13和中间浮框11的顶点处，中间立柱12的内部均设有第一立柱压载水舱41，第一立柱压载水舱41均与第一浮框压载水舱45连通；边缘模块20为三个均设置于中间模块10的周向上，边缘模块20通过连接件50与中间模块10铰接，边缘模块20包括与中间浮框11位于同一水平面内的边缘浮框21、边缘立柱22和与中间甲板13位于同一水平面内的边缘甲板23，边缘浮框21也为三角形浮框，边缘浮框21的内部设有沿着其横截面方向贯通设置的第二浮框压载水舱35，边缘甲板23为与边缘浮框21对应的三角形板，边缘甲板23上设有边缘光伏板26，边缘甲板23与边缘浮框21通过边缘立柱22连接，边缘立柱22为三个且设置于边缘甲板23和边缘浮框21的顶点处，边缘立柱22的内部均设有第二立柱压载水舱31，第二立柱压载水舱31均与第二浮框压载水舱35连通，靠近中间模块10的两个边缘立柱22的顶部均设有垂直轴风机25，两台垂直轴风机25的转动方向相反，远离中间模块10的一个边缘立柱22的顶部设有水平轴风机24。本发明的多模块拼装式海上发电装置由中间模块10和边缘模块20拼接而成，结构简单，尺寸较小，受到波浪作用力小，不会产生大变形的风险，组装容易，便于海上安装；中间模块10的中间浮框11和中间立柱12以及边缘模块20的边缘浮框21和边缘立柱22均能够提供浮力；边缘模块20最外侧的边缘立柱22的顶部安装水平轴风机24，边缘模块20的其它边缘立柱22的顶部安装垂直轴风机25，中间模块10的中间甲板13以及边缘模块20的边缘甲板23上均铺设光伏板，实现了多风互补和风光互补，空间利用充分，提高了单位海域面积的发电功率，“水平轴风机24-垂直轴风机25-光伏板”形成“高-中-低”不同垂向高度的捕能模式，最大化的利用海上风能和太阳能；当风力作用较大时，中间浮框11上的第一浮框压载水舱45和中间立柱12上的第一立柱压载水舱41以及边缘浮框21的第二浮框压载水舱35和边缘立柱22的第二立柱压载水舱31，可以自动实现压载水的转移，以平衡产生的倾斜力矩，使海上发电装置获得更好的自稳性。

参阅附图1、附图3和附图5，作为一种优选的实施方案，中间浮框11包括依次连接的第一中间浮筒、第二中间浮筒和第三中间浮筒，第一浮框压载水舱45包括设置于第一中间浮筒内部的第一浮筒压载水舱、设置于第二中间浮筒内部的第二浮筒压载水舱和设置于第三中间浮筒内部的第三浮筒压载水舱，第一浮筒压载水舱与第二浮筒压载水舱通过第一立柱压载水舱41连通，第二浮筒压载水舱与第三浮筒压载水舱也通过第一立柱压载水舱41连通，第三浮筒压载水舱与第一浮筒压载水舱也通过第一立柱压载水舱41连通。中间浮框11是由三个中间浮筒组成的，三个中间浮筒完全相同，便于加工制作；三个中间浮筒内均设有压载水舱，压载水舱内设有压载水，压载水可以在三个中间浮筒和三个中间立柱12的内部自由流动；当风力作用较大，使中间模块10发生横向或纵向的倾斜时，三个中间立柱12内部的压载水通过三个中间浮筒的压载水舱发生转移，以平衡倾斜产生的倾斜力矩，使中间模块10获得更好的自稳性。进一步地，中间立柱12的内部还设有第一立柱压载物舱42，第一立柱压载物舱42为静态压载舱，第一立柱压载物舱42位于第一立柱压载水舱41的顶部。中间立柱12的内部既有动态压载舱——第一立柱压载水舱41，也有静态压载舱——第一立柱压载物舱42，在第一立柱压载水舱41和第一立柱压载物舱42以及中间立柱12的浮力作用下，使中间立柱12的底部位于海水内部，并且，中间立柱12的顶部高于海面，保留一定的干舷高度。优选地，中间立柱12的内部还设有用于人员通行和管道布置的第一立柱通道43，中间浮框11的内部设有用于人员通行和管道布置的第一浮框通道44，第一立柱通道43与第一浮框通道44相连通。中间立柱12为了能够提供浮力，其内部是空腔设置的；中间立柱12的内部安装第一立柱压载水舱41和第一立柱压载物舱42，为了方便检修和管道布置，在中间立柱12的内部还预留了第一立柱通道43；同时，中间浮框11的内部设有用于人员通行和管道布置的第一浮框通道44，第一立柱通道43和第一浮框通道44紧密配合，实现了对中间模块10的检修和管道布置，这种中间模块10外观整洁，使用性能好。

参阅附图1、附图2和附图4，作为一种优选的实施方案，边缘浮框21包括依次连接的第一边缘浮筒、第二边缘浮筒和第三边缘浮筒，第二浮框压载水舱35包括设置于第一边缘浮筒内部的第一边缘压载水舱、设置于第二边缘浮筒内部的第二边缘压载水舱和设置于第三边缘浮筒内部的第三边缘压载水舱，第一边缘压载水舱与第二边缘压载水舱通过第二立柱压载水舱31连通，第二边缘压载水舱与第三边缘压载水舱也通过第二立柱压载水舱31连通，第三边缘压载水舱与第一边缘压载水舱也通过第二立柱压载水舱31连通。边缘浮框21是由三个边缘浮筒组成的，三个边缘浮筒完全相同；三个边缘浮筒与三个中间浮筒也完全相同，三个边缘立柱22与三个中间立柱12也完全相同，中间甲板13与边缘甲板23也完全相同；这样，边缘模块20的浮体与中间模块10的浮体完全相同，便于工程化批量生产；这种海水发电装置拼装简易，便于海上安装。同样，三个边缘浮筒内均设有压载水舱，压载水舱内设有压载水，压载水可以在三个边缘浮筒和三个边缘立柱22的内部自由流动；当风力作用较大，使边缘模块20发生横向或纵向的倾斜时，三个边缘立柱22内部的压载水通过三个边缘浮筒的压载水舱发生转移，以平衡倾斜产生的倾斜力矩，使边缘模块20获得更好的自稳性。这种海水发电装置在边缘模块20最外侧的边缘立柱22的顶部安装水平轴风机24，可以最大化地减少水平轴风机24间的干扰；同时，边缘模块20的其它边缘立柱22的顶部安装转动方向相反的垂直轴风机25，同一边缘模块20相邻两个垂直轴风机25给浮体带来的艏摇力矩相互抵消，有利于进一步提高海水发电装置的整体稳定性。进一步地，边缘立柱22的内部还设有第二立柱压载物舱32，第二立柱压载物舱32为静态压载舱，第二立柱压载物舱32位于第二立柱压载水舱31的顶部。边缘立柱22的内部也既有动态压载舱——第二立柱压载水舱31，也有静态压载舱——第二立柱压载物舱32，在第二立柱压载水舱31和第二立柱压载物舱32以及边缘立柱22的浮力作用下，使边缘立柱22的底部位于海水内部，并且，边缘立柱22的顶部高于海面，保留一定的干舷高度。优选地，边缘立柱22的内部还设有用于人员通行和管道布置的第二立柱通道33，边缘浮框21的内部设有用于人员通行和管道布置的第二浮框通道34，第二立柱通道33与第二浮框通道34相连通。边缘立柱22和中间立柱12一样，为了能够提供浮力，其内部是空腔设置的；边缘立柱22的内部安装第二立柱压载水舱31和第二立柱压载物舱32，为了方便检修和管道布置，在边缘立柱22的内部还预留了第二立柱通道33；同时，边缘浮框21的内部设有用于人员通行和管道布置的第二浮框通道34，第二立柱通道33和第二浮框通道34紧密配合，实现了对边缘模块20的检修和管道布置，这种边缘模块20外观整洁，使用性能好。通常情况下，边缘模块20最外侧的边缘立柱22的外侧还设置有运维船靠船件和人员登爬梯，运维船通过靠船件与海水发电装置连接，极大地方便了运维船与海上发电装置的连接，检修人员通过登爬梯登上海水发电装置，一般地，边缘模块20最外侧的边缘立柱22的上部设有人孔，检修人员通过人孔进入海水发电装置的内部，以对海水发电装置进行安装和检修。当然，中间模块10的其中一个中间立柱12的上部也设有人孔，检修人员通过人孔进入中间模块10的内部。

参阅附图1和附图6，作为一种优选的实施方案，连接件50包括第一连接体51、第二连接体52、旋转轴57和弹簧阻尼器58；第一连接体51的一端设有第一通孔，第一连接体51的另一端设有与中间甲板13的厚度相适配的第一卡槽53，第一卡槽53上设有第一定位销55，中间甲板13上设有与第一定位销55相适配的第一定位孔；第二连接体52的一端设有第二通孔，第二连接体52的另一端设有与边缘甲板23的厚度相适配的第二卡槽54，第二卡槽54上设有第二定位销56，边缘甲板23上设有与第二定位销56相适配的第二定位孔；旋转轴57依次穿过第一通孔和第二通孔，旋转轴57使第一连接体51与第二连接体52转动连接；弹簧阻尼器58的一端与第一连接体51连接，弹簧阻尼器58的另一端与第二连接体52连接。这种连接件50为多个，多个连接件50共同将中间模块10和边缘模块20铰接起来；第一连接体51的第一卡槽53沿着中间甲板13的厚度方向卡接在中间甲板13上，并通过第一定位销55和第一定位孔的配合实现连接件50与中间甲板13的连接；第二连接体52的第二卡槽54沿着边缘甲板23的厚度方向卡接在边缘甲板23上，并通过第二定位销56和第二定位孔的配合实现连接件50与边缘甲板23的连接；第一连接体51和第二连接体52可以绕旋转轴57转动，同时，由于弹簧阻尼器58的存在，通过压缩或拉伸可以吸收中间模块10和边缘模块20之间围绕旋转轴57转动产生的能量，起到了缓冲的作用，避免了中间模块10和边缘模块20连接处出现应力过大的问题。进一步地，第一连接体51包括设置有第一卡槽53的第一C型固定件和设置有第一通孔的第一转动件，第一C型固定件与第一转动件通过第一螺钉固定连接；第二连接体52包括设置有第二卡槽54的第二C型固定件和设置有第二通孔的第二转动件，第二C型固定件与第二转动件通过第二螺钉固定连接；弹簧阻尼器58的一端与第一C型固定件靠近第一转动件的一端连接，弹簧阻尼器58的另一端与第二C型固定件靠近第二转动件的一端连接。弹簧阻尼器58设置于第一连接体51和第二连接体52的底部，即弹簧阻尼器58设置于旋转轴57的底部；在弹簧阻尼器58的作用下，第一连接体51和第二连接体52呈V型连接；这种设置的第一连接体51和第二连接体52，在中间模块10和边缘模块20的作用下，所产生的围绕旋转轴57转动的力与弹簧阻尼器58压缩或拉伸的方向正好一致，弹簧阻尼器58可以很好地缓冲中间模块10和边缘模块20之间围绕旋转轴57转动产生的能量，提高了中间模块10和边缘模块20连接的稳定性。而且，弹簧阻尼器58还对第一连接体51和第二连接体52进行了有利支撑，提高了连接件50的结构稳定性；这种连接件50制作简单，便于加工，使用方便，性能好。

此外，这种海上发电装置还连接有锚泊机构，作为一种优选的实施方案，中间模块10还连接有锚泊机构，锚泊机构包括系泊缆和锚固装置，系泊缆的一端与中间立柱12连接，系泊缆的另一端与锚固装置连接；中间立柱12的底部设有导缆孔，系泊缆的一端通过导缆孔与中间立柱12连接，系泊缆的另一端通过锚固装置设置于海底。锚泊机构是设置在中间模块10的底部，在锚泊机构、中间立柱12、中间浮框11、边缘立柱22和边缘浮框21的共同作用下，使海上发电装置漂浮于海面上；这种海上发电装置采用模块化拼装式的设计，释放了不同模块间的部分自由度；既可拼装在一起满足较大发电功率的要求，又可拆卸形成单独模块满足较小发电功率的要求，应用更为灵活方便；此外，浮体可进行模块化建造，对建造工艺及场地要求较小。

因此，与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明边缘模块20最外侧的边缘立柱22的顶部安装水平轴风机24，边缘模块20的其它边缘立柱22的顶部安装垂直轴风机25，中间甲板13和边缘甲板23上均铺设光伏板，实现了多风互补和风光互补，空间利用充分，提高了单位海域面积的发电功率，“水平轴风机24-垂直轴风机25-光伏板”形成“高-中-低”不同垂向高度的捕能模式，最大化的利用海上风能和太阳能；这种海上发电装置由中间模块10和边缘模块20铰接而成，结构简单，尺寸较小，受到波浪作用力小，不会产生大变形的风险，结构稳定，组装容易，便于海上安装。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多模块拼装式海上发电装置，其特征在于，包括：

中间模块，所述中间模块包括中间浮框、中间立柱和中间甲板，所述中间浮框为三角形浮框，所述中间浮框的内部设有沿着其横截面方向贯通设置的第一浮框压载水舱，所述中间甲板为与所述中间浮框对应的三角形板，所述中间甲板上设有中间光伏板，所述中间甲板与所述中间浮框通过所述中间立柱连接，所述中间立柱为三个且设置于所述中间甲板和所述中间浮框的顶点处，所述中间立柱的内部均设有第一立柱压载水舱，所述第一立柱压载水舱均与所述第一浮框压载水舱连通；

边缘模块，所述边缘模块为三个均设置于所述中间模块的周向上，所述边缘模块通过连接件与所述中间模块铰接，所述边缘模块包括与所述中间浮框位于同一水平面内的边缘浮框、边缘立柱和与所述中间甲板位于同一水平面内的边缘甲板，所述边缘浮框也为三角形浮框，所述边缘浮框的内部设有沿着其横截面方向贯通设置的第二浮框压载水舱，所述边缘甲板为与所述边缘浮框对应的三角形板，所述边缘甲板上设有边缘光伏板，所述边缘甲板与所述边缘浮框通过所述边缘立柱连接，所述边缘立柱为三个且设置于所述边缘甲板和所述边缘浮框的顶点处，所述边缘立柱的内部均设有第二立柱压载水舱，所述第二立柱压载水舱均与所述第二浮框压载水舱连通，靠近所述中间模块的两个所述边缘立柱的顶部均设有垂直轴风机，两台所述垂直轴风机的转动方向相反，远离所述中间模块的一个所述边缘立柱的顶部设有水平轴风机。

2.根据权利要求1所述的多模块拼装式海上发电装置，其特征在于，所述连接件包括：

第一连接体，所述第一连接体的一端设有第一通孔，所述第一连接体的另一端设有与所述中间甲板的厚度相适配的第一卡槽，所述第一卡槽上设有第一定位销，所述中间甲板上设有与所述第一定位销相适配的第一定位孔；

第二连接体，所述第二连接体的一端设有第二通孔，所述第二连接体的另一端设有与所述边缘甲板的厚度相适配的第二卡槽，所述第二卡槽上设有第二定位销，所述边缘甲板上设有与所述第二定位销相适配的第二定位孔；

旋转轴，所述旋转轴依次穿过所述第一通孔和所述第二通孔，所述旋转轴使所述第一连接体与所述第二连接体转动连接；

弹簧阻尼器，所述弹簧阻尼器的一端与所述第一连接体连接，所述弹簧阻尼器的另一端与所述第二连接体连接。

3.根据权利要求2所述的多模块拼装式海上发电装置，其特征在于：

所述第一连接体包括设置有所述第一卡槽的第一C型固定件和设置有所述第一通孔的第一转动件，所述第一C型固定件与所述第一转动件通过第一螺钉固定连接；

所述第二连接体包括设置有所述第二卡槽的第二C型固定件和设置有所述第二通孔的第二转动件，所述第二C型固定件与所述第二转动件通过第二螺钉固定连接；

所述弹簧阻尼器的一端与所述第一C型固定件靠近所述第一转动件的一端连接，所述弹簧阻尼器的另一端与所述第二C型固定件靠近所述第二转动件的一端连接。

4.根据权利要求1所述的多模块拼装式海上发电装置，其特征在于：

所述中间浮框包括依次连接的第一中间浮筒、第二中间浮筒和第三中间浮筒，所述第一浮框压载水舱包括设置于所述第一中间浮筒内部的第一浮筒压载水舱、设置于所述第二中间浮筒内部的第二浮筒压载水舱和设置于所述第三中间浮筒内部的第三浮筒压载水舱，所述第一浮筒压载水舱与所述第二浮筒压载水舱通过所述第一立柱压载水舱连通，所述第二浮筒压载水舱与所述第三浮筒压载水舱也通过所述第一立柱压载水舱连通，所述第三浮筒压载水舱与所述第一浮筒压载水舱也通过所述第一立柱压载水舱连通。

5.根据权利要求4所述的多模块拼装式海上发电装置，其特征在于：

所述中间立柱的内部还设有第一立柱压载物舱，所述第一立柱压载物舱为静态压载舱，所述第一立柱压载物舱位于所述第一立柱压载水舱的顶部。

6.根据权利要求1所述的多模块拼装式海上发电装置，其特征在于：

所述中间立柱的内部还设有用于人员通行和管道布置的第一立柱通道，所述中间浮框的内部设有用于人员通行和管道布置的第一浮框通道，所述第一立柱通道与所述第一浮框通道相连通。

7.根据权利要求1所述的多模块拼装式海上发电装置，其特征在于：

所述边缘浮框包括依次连接的第一边缘浮筒、第二边缘浮筒和第三边缘浮筒，所述第二浮框压载水舱包括设置于所述第一边缘浮筒内部的第一边缘压载水舱、设置于所述第二边缘浮筒内部的第二边缘压载水舱和设置于所述第三边缘浮筒内部的第三边缘压载水舱，所述第一边缘压载水舱与所述第二边缘压载水舱通过所述第二立柱压载水舱连通，所述第二边缘压载水舱与所述第三边缘压载水舱也通过所述第二立柱压载水舱连通，所述第三边缘压载水舱与所述第一边缘压载水舱也通过所述第二立柱压载水舱连通。

8.根据权利要求7所述的多模块拼装式海上发电装置，其特征在于：

所述边缘立柱的内部还设有第二立柱压载物舱，所述第二立柱压载物舱为静态压载舱，所述第二立柱压载物舱位于所述第二立柱压载水舱的顶部。

9.根据权利要求1所述的多模块拼装式海上发电装置，其特征在于：

所述边缘立柱的内部还设有用于人员通行和管道布置的第二立柱通道，所述边缘浮框的内部设有用于人员通行和管道布置的第二浮框通道，所述第二立柱通道与所述第二浮框通道相连通。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的多模块拼装式海上发电装置，其特征在于：

所述中间模块还连接有锚泊机构，所述锚泊机构包括系泊缆和锚固装置，所述系泊缆的一端与所述中间立柱连接，所述系泊缆的另一端与所述锚固装置连接；

所述中间立柱的底部设有导缆孔，所述系泊缆的一端通过所述导缆孔与所述中间立柱连接，所述系泊缆的另一端通过所述锚固装置设置于海底。

Images