CN115614212B - 发电用悬浮阻尼结构及具有其的发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及远海海浪发电技术领域，尤其涉及一种发电用悬浮阻尼结构及具有其的发电装置，其中，悬浮阻尼结构包括连接部和阻尼部；连接部适用于与卷绕在发电机构的卷筒轴上的缆绳固定连接；阻尼部固定于连接部上；阻尼部为中空，且顶部开口的结构。当浮体随波浪向上移动时，缆绳向上牵引悬浮阻尼结构，阻尼部随连接部向上移动时，其顶开口尺寸能够逐渐增大，使得阻尼部所受阻力不断地增大，进而使得悬浮阻尼结构在竖直方向上的移动幅度极小，效果相当于将发电机构缆绳的自由端锚定在深海的海底，既保障了发电效率和发电量，又降低了作业难度和作业成本。另外，使得缆绳的长度也不再限制浮体的可移动范围。

Description

发电用悬浮阻尼结构及具有其的发电装置

技术领域

本发明涉及远海海浪发电技术领域，尤其涉及一种发电用悬浮阻尼结构及具有其的发电装置。

背景技术

新能源发电是指利用太阳能、生物质能、地热能、氢能、风能、波浪能、潮汐能和洋流能进行发电的过程。相对于利用煤炭、石油、天然气和核变能进行发电的形式，减少了对不可再生能源的消耗。

其中，利用波浪能进行发电的一种情况如下：在浮体上安装有发电机构，发电机构包括发电机和卷筒，卷筒的中部设有卷筒轴，卷筒轴的一端与发电机的输入轴固定连接。在卷筒轴上卷绕有缆绳。当缆绳从卷筒轴上释放时，带动卷筒轴进行转动，进而带动发电机的输入轴进行转动，从而使发电机发电。在卷筒轴的一端设有卷簧，能够驱使卷筒轴回转，以使发电机的输入轴复位。缆绳的自由端锚定在海底。当浮体随波浪向上移动时，浮体与海底的距离增大，缆绳从卷筒轴上释放，发电机进行发电。当浮体随波浪向下移动时，浮体与海底的距离缩小，卷簧驱使卷筒轴回转，进而使发电机的输入轴复位。

由于远海的海浪的能量密度相对近海较大，所以会优先倾向于利用远海的海浪进行发电。当浮体位于远海后，会将浮体上的发电机构的缆绳的自由端直接锚定在远海的海底，如此，当浮体随波浪上升时，使得更长的缆绳能够从卷筒轴上释放，有效地保障了发电效率和发电量。而将缆绳的自由端锚定在远海的海底时，作业难度较大，且作业成本较高。另外，由于缆绳的长度有限，限制了浮体的可移动范围。

因此，如何在远海为发电机构的缆绳的自由端提供锚定效果成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决如何在远海为发电机构的缆绳的自由端提供锚定效果的问题，本发明提供一种发电用悬浮阻尼结构及具有其的发电装置。

为实现本发明目的提供的一种发电用悬浮阻尼结构，整体适用于悬浮在水面以下，包括连接部和阻尼部；

连接部适用于与卷绕在发电机构的卷筒轴上的缆绳固定连接；

阻尼部固定于连接部上；

阻尼部为中空，且顶部开口的结构；当阻尼部随连接部向上移动时，其顶开口尺寸能够逐渐增大，能够带动缆绳从卷筒轴上释放；当阻尼部随连接部向下移动时，其顶开口尺寸能够逐渐恢复。

在其中一些具体实施例中，连接部为长条状，轴线竖直设置；

阻尼部的中部套接在连接部上。

在其中一些具体实施例中，阻尼部为多个，沿连接部的轴线分布。

在其中一些具体实施例中，每个阻尼部包括配重头、阻尼板和保持环；

配重头的中部套接在所述连接部上；

阻尼板为多个，根部均朝下设置，尖部均朝上设置，沿配重头的周向均匀分布；每个阻尼板的根部与配重头的顶部的边缘固定连接；

保持环设于配重头的上方，穿过每个阻尼板的尖部。

在其中一些具体实施例中，每个阻尼板的尖部的横截面尺寸大于根部的横截面尺寸。

在其中一些具体实施例中，相邻两个阻尼板中其中一个的正投影覆盖另一个的正投影预设面积。

在其中一些具体实施例中，保持环的周长为预设周长。

在其中一些具体实施例中，还包括配重部；

配重部设于阻尼部的下方，与连接部的底部可拆卸连接。

基于同一构思的一种具有发电用悬浮阻尼结构的发电装置，包括发电机构和上述任一些具体实施例提供的发电用悬浮阻尼结构；

发电机构适用于固定在浮体上，包括发电机和卷筒；

卷筒的卷筒轴的一端与发电机的输入轴固定连接；卷筒轴上卷绕有缆绳；

连接部与缆绳固定连接，能够带动缆绳从卷筒轴上释放，以使发电机发电。

本发明的有益效果：本发明的发电用悬浮阻尼结构通过设置连接部和阻尼部，连接部能够与卷绕在发电机构的卷筒轴上的缆绳固定连接。当浮体随波浪向上移动时，缆绳向上牵引悬浮阻尼结构，阻尼部随连接部向上移动时，其顶开口尺寸能够逐渐增大，使得阻尼部所受阻力不断地增大。悬浮阻尼结构的阻尼部所受到的来自缆绳的向上的牵引力和来自海水的向上的浮力之和等于自身重力和来自海水对其阻尼板向下的阻力之和，进而使得悬浮阻尼结构在竖直方向上的移动幅度极小，效果相当于将发电机构缆绳的自由端锚定在深海的海底，因此，当浮体和浮体上的发电机构位于远海，欲利用远海的更高能量密度的海浪进行发电时，无需再将发电机构的缆绳的自由端直接锚定在远海的海底。悬浮阻尼结构能够为发电机构的缆绳的自由端提供锚定效果，既保障了发电效率和发电量，又降低了作业难度和作业成本。另外，使得缆绳的长度也不再限制浮体的可移动范围。当浮体随波浪向下移动时，缆绳对悬浮阻尼结构的牵引力变小，悬浮阻尼结构的重力大于所受到的牵引力，逐渐开始下移，下移过程中，阻尼部的形状逐渐还原为初始状态，以备下次发电使用。如此往复，使得发电机能够持续利用波浪进行持续发电。

附图说明

图1是本发明一种发电用悬浮阻尼结构一些具体实施例的结构示意图；

图2是图1所示的发电用悬浮阻尼结构中阻尼部一些具体实施例的结构示意图；

图3是图2中A区域的局部放大图；

图4是图1所示的发电用悬浮阻尼结构具有上升趋势时的结构示意图；

图5是图1所示的发电用悬浮阻尼结构具有下降趋势时的结构示意图；

图6是海面处于静止状态或微波状态时具有发电用悬浮阻尼结构的发电装置的工作示意图；

图7是浮体随海面上升过程中具有发电用悬浮阻尼结构的发电装置的工作示意图；

图8是浮体随海面下降过程中缆绳出现冗余长度的示意图；

图9是浮体随海面下降过程中缆绳收紧的示意图。

附图中，100、发电用悬浮阻尼结构；110、连接部；120、阻尼部；121、配重头；122、阻尼板；123、保持环；124、连接筋；130、配重部；200、发电机构；210、棘轮；220、卷簧；230、卷筒轴；300、浮体。

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。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴线”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“衔接”、“铰接”等术语应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9，一种发电用悬浮阻尼结构100，其整体适用于悬浮在水面以下。发电用悬浮阻尼结构100包括连接部110和阻尼部120，其中，连接部110适用于与卷绕在发电机构200的卷筒轴230上的缆绳固定连接。阻尼部120固定于连接部110上。阻尼部120为中空，且顶部开口的结构。当海面处于静止状态或微波状态时，假设浮体300的底部与海底的距离为H1，配重部130的底部与海底的距离为L1（如图6所示）。当浮体随海面上升时，浮体的底部与海底的距离由H1变为H2，配重部130的底部与海底的距离由L1变为L2（如图7所示）。此时，H2大于H1，L2大于L1。由于浮体上升受到的阻力来自空气，阻尼部120上升受到的阻力来自海水，空气阻力远小于海水阻力。相同时间内，浮体300上升的幅度远大于阻尼部120上升的幅度，使得H2与H1的差值远大于L2与L1的差值，阻尼部120与浮体300的底部的间距变大，迫使卷筒轴230释放更长的缆绳。当浮体随海面下降时，浮体的底部与海底的距离又由H2变为H3，配重部130的底部与海底的距离又由L2变为L3。相同时间内，浮体300下降的幅度远大于阻尼部120下降的幅度，使得H3与H2的差值远大于L3与L2的差值，阻尼部120与浮体300的底部的间距变小，此时，缆绳的长度出现冗余。接着，收卷筒收卷冗余长度的缆绳，使缆绳处于收紧状态。当阻尼部120随连接部110和浮体300向上移动时，其顶开口尺寸能够逐渐增大，不断地提升阻尼部120所受到的阻力，从而能够带动缆绳持续从卷筒轴230上释放。当阻尼部120随连接部110向下移动时，其顶开口尺寸能够逐渐恢复。

在此实施例中，发电机构200固定在浮体300上，悬浮阻尼结构悬浮在远海的水面以下。此处，需要说明的是，近海是指离海岸较近的海域，远海是指离海岸较远的海域。发电机构200（如图6所示）包括发电机（图中未示出）、棘轮210、卷簧220和卷筒轴230。棘轮210的一端与发电机的输入端固定连接。卷簧220设于棘轮210的内侧。卷筒轴230与棘轮210的外侧固定连接。缆绳从卷筒轴230上释放，驱使卷筒轴230顺时针旋转（如图7所示），卷筒轴230带动棘轮210和发电机的输入轴旋转，以使发电机发电。当缆绳出现冗余长度时（如图8所示），卷簧220恢复形变的力驱使棘轮210逆时针旋转，进而带动卷筒轴230逆时针旋转，从而使缆绳收卷于卷筒轴230上以收紧缆绳。悬浮阻尼结构的连接部与卷绕在发电机构200的卷筒轴230上的缆绳的自由端固定连接。当浮体300随远海的波浪向上移动时，浮体300带动发电机构200向上移动，由于浮体与阻尼部120的间距变大，使得发电机构200与阻尼部120的间距变大，在此过程中，缆绳不断地从卷筒轴230上释放，驱使卷筒轴230顺时针旋转，卷筒轴230带动棘轮210和发电机的输入轴旋转，以使发电机发电。当浮体300随远海的波浪向下移动时，带动发电机构200向下移动，使得发电机构200与悬浮阻尼结构之间的间距变小，在此过程中，缆绳不断地收卷于卷筒轴230上以备下次发电使用。具体地，固定在连接部110上的阻尼部120能够随连接部110移动。当浮体300随波浪向上移动时，缆绳向上牵引悬浮阻尼结构，阻尼部120随连接部110向上移动时，其顶开口尺寸能够逐渐增大，使阻尼部120在上升过程中，与海水的接触面积不断地增大，进而使得阻尼部120所受阻力不断地增大。悬浮阻尼结构的阻尼部所受到的来自缆绳的向上的牵引力和来自海水的向上的浮力之和等于自身重力和来自海水对其阻尼板122向下的阻力之和，进而使得悬浮阻尼结构在竖直方向上的移动幅度极小，效果相当于将发电机构200缆绳的自由端锚定在深海的海底，因此，当浮体300和浮体300上的发电机构200位于远海，欲利用远海的更高能量密度的海浪进行发电时，无需再将发电机构200的缆绳的自由端直接锚定在远海的海底。悬浮阻尼结构能够为发电机构200的缆绳的自由端提供锚定效果，既保障了发电效率和发电量，又降低了作业难度和作业成本。另外，使得缆绳的长度也不再限制浮体300的可移动范围。当浮体300随波浪向下移动时，缆绳对悬浮阻尼结构的牵引力变小，悬浮阻尼结构的重力大于所受到的牵引力，逐渐开始下移，下移过程中，阻尼部120的形状逐渐还原为初始状态，以备下次发电使用。如此往复，使得发电机能够持续利用波浪进行持续发电。

在本发明一些具体实施例中，连接部110为长条状，轴线竖直设置。具体地，连接部110为绳或杆。当连接部110为绳时，使得悬浮阻尼结构与缆绳实现了柔性连接，避免了刚性连接时所引起的刚性传动损坏。当连接部110为杆时，使得作用力能够更快地作用于缆绳，进而保障了发电效率。阻尼部120的中部套接在连接部110上，使得连接部110和阻尼部120能够较为平稳地悬浮在水面以下。

在本发明一些具体实施例中，阻尼部120为多个，多个阻尼部120沿连接部110的轴线分布。具体地，阻尼部120为3-10个。相对于仅设置一个阻尼部120的形式，向上移动时所受阻力极大，进而保障了锚定效果。同时，相对于多个阻尼部120共处于同一平面的形式，当多个阻尼部120向上移动时，所受到的阻力的叠加效果更佳。

在其中一些应用中，每个阻尼部120包括一个配重头121、多个阻尼板122、一个保持环123和多个连接筋124。配重头121的中部套接在连接部110上，作为阻尼板122的安装基座，对阻尼板122起到支撑固定作用，实现阻尼部120在水下的姿态的稳定性。多个阻尼板122的根部均朝下设置，尖部均朝上设置，沿配重头121的周向均匀分布。每个阻尼板122的根部与配重头121的顶部的边缘固定连接。此处，需要说明的是，每个阻尼板122为具有一定韧性和强度的柔性叶片，能够发生一定程度的变形。由于发电过程主要借助于阻尼板122在竖直方向上的运动，因此主要考虑每个阻尼板122在竖直方向上的受力情况，而水平方向上的受力情况可以忽略。每个阻尼板122的根部的内侧面设有一个弹性材质的连接筋124，用于固定连接阻尼板122和配重头121。具体地，每个连接筋124倾斜设置，一侧与一个阻尼板122的根部的内侧面固定连接，一端与配重头121的顶面固定连接。连接筋124有效地提高了阻尼板122和配重头121连接的稳固性。同时，连接筋124对阻尼板122的根部起到约束作用，防止多个阻尼板122的根部相互扩张过度而无法复位。保持环123设于配重头121的上方，穿过每个阻尼板122的尖部，能够对多个阻尼板122的尖部起到约束作用，防止多个阻尼板122的尖部相互扩张过度而无法复位。单个阻尼部120向上移动时，该阻尼部120的多个阻尼板122受到海水向下的作用力而背向扩张；单个阻尼部120向下移动时，该阻尼部120的多个阻尼板122受到海水向上的作用力而相向收缩。当保持环123为刚性材质时，其能够约束每个阻尼板122的尖部的移动轨迹。当保持环123为绳等柔性材质时，能够防止多个阻尼板122的尖部相互扩张过度而无法复位。当单个阻尼部120向上移动时，其多个阻尼板122背向扩张，其顶开口的尺寸逐渐增大。当单个阻尼部120向下移动时，其多个阻尼板122相向收缩，其顶开口的尺寸逐渐恢复。

在本发明一些具体实施例中，每个阻尼板122的尖部的横截面尺寸大于根部的横截面尺寸。即，每个阻尼板122的上部的宽度较宽，下部的宽度较窄。相对于尖部的截面尺寸小于根部的截面尺寸的形式，更有利于多个阻尼板122的尖部背向张开，进而提高了每个阻尼部120向上移动时所受到的阻力，从而更有利于阻尼部120在水下保持位置的稳定性。

在本发明一些具体实施例中，相邻两个阻尼板122中其中一个的正投影覆盖另一个的正投影预设面积。如此，当阻尼部120向上移动时，向下流动的水流不易从相邻两阻尼板122的相邻侧之间穿过，进而使得每个阻尼板122能够最大化利用向下流动的水流，提高了每个阻尼部120向上移动时所受到的阻力。

在本发明一些具体实施例中，保持环123的周长为预设周长。此处，需要说明的是，阻尼部120不具有向上移动或向下移动趋势时，保持环123的周长应大于由多个阻尼板122的尖部形成的顶开口的周长。保持环123为刚性材质或柔性材质。当保持环123为刚性材质时，保持环123上具有多个内凹陷结构和多个外凹陷结构，且多个内凹陷结构与多个外凹陷结构交替设置。如此，能够约束每个阻尼板122的尖部的移动轨迹，更有利于顶开口的尺寸逐渐增大或恢复。当保持环123为柔性材质时，如绳，使得保持环123与阻尼板122之间所受刚性磨损较小，能够有效地延长阻尼部120的使用寿命。阻尼板122为刚性材质或柔性材质。

在本发明一些具体实施例中，发电用悬浮阻尼结构100还包括配重部130，配重部130使得发电用悬浮阻尼结构100自身的重力较大，更有利于悬浮阻尼结构在水下保持位置的稳定性，以使悬浮阻尼结构能够为缆绳的自由端提供锚定效果。其中，配重部130设于阻尼部120的下方，与连接部110的底部可拆卸连接。具体地，连接部110的底部与配重部130的底部可采用螺接、卡接或铰接形式连接，以便于发电用悬浮阻尼结构100进行组装使用和拆卸维护。配重部130可为方形、三角形或圆形结构。

本发明还提供一种具有发电用悬浮阻尼结构100的发电装置，包括发电机构200和上述任一些具体实施例提供的发电用悬浮阻尼结构100。发电机构200适用于固定在浮体300上，包括发电机和卷筒。卷筒的卷筒轴230的一端通过棘轮210与发电机的输入轴固定连接，在卷筒轴230上卷绕有缆绳。连接部110与缆绳固定连接，能够带动缆绳从卷筒轴230上释放，以使发电机发电。

在此实施例中，当浮体300随远海的波浪向上移动时，带动发电机构200向上移动，使得发电机构200与悬浮阻尼结构之间的间距变大，在此过程中，缆绳不断地从卷筒轴230上释放，带动卷筒轴230和发电机的输入轴进行转动，进而完成发电过程。当浮体300随远海的波浪向下移动时，带动发电机构200向下移动，使得发电机构200与悬浮阻尼结构之间的间距变小，在此过程中，缆绳不断地收卷于卷筒轴230上以备下次发电使用。浮体300随波浪向上移动过程中，缆绳向上牵引悬浮阻尼结构，阻尼部120随连接部110向上移动时，其顶开口尺寸能够逐渐增大，改变阻尼部120与海水的接触面积，使得阻尼部120所受阻力不断地增大。阻尼部120所受到的缆绳的向上的牵引力和来自海水的浮力之和等于自身重力和来自海水对其阻尼板122向下的阻力之和，进而使得悬浮阻尼结构在竖直方向上的移动幅度极小，效果相当于将发电机构200缆绳的自由端锚定在深海的海底，因此，当浮体300和浮体300上的发电机构200位于远海，欲利用远海的更高能量密度的海浪进行发电时，无需再将发电机构200的缆绳的自由端直接锚定在远海的海底。悬浮阻尼结构能够为发电机构200的缆绳的自由端提供锚定效果，既保障了发电效率和发电量，又降低了作业难度和作业成本。另外，使得缆绳的长度也不再限制浮体300的可移动范围。当浮体300随波浪向下移动时，缆绳对悬浮阻尼结构的牵引力变小，悬浮阻尼结构的重力大于所受到的牵引力，逐渐开始下移，下移过程中，阻尼部120的形状逐渐还原为初始状态，以备下次发电使用。如此往复，使得发电机能够持续利用波浪进行持续发电。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、“一个具体实施例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内，根据本发明的技术方案及其发明的构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种发电用悬浮阻尼结构，其特征在于，整体适用于悬浮在水面以下，包括连接部和阻尼部；

所述连接部适用于与卷绕在发电机构的卷筒轴上的缆绳固定连接；

所述阻尼部固定于所述连接部上；

所述阻尼部为中空，且顶部开口的结构；当所述阻尼部随所述连接部向上移动时，其顶开口尺寸能够逐渐增大，能够带动所述缆绳从卷筒轴上释放；当所述阻尼部随所述连接部向下移动时，其顶开口尺寸能够逐渐恢复；

所述连接部为长条状，轴线竖直设置；

所述阻尼部的中部套接在所述连接部上；

所述阻尼部为多个，沿所述连接部的轴线分布；

每个所述阻尼部包括配重头、阻尼板、保持环和多个连接筋；

所述配重头的中部套接在所述连接部上；

所述阻尼板为多个，根部均朝下设置，尖部均朝上设置，沿所述配重头的周向均匀分布；每个所述阻尼板均为柔性叶片，根部与所述配重头的顶部的边缘固定连接；

每个所述连接筋均为弹性材质，均倾斜设置，一侧与一个所述阻尼板的根部的内侧面固定连接，一端与所述配重头的顶面固定连接；

所述保持环设于所述配重头的上方，穿过每个所述阻尼板的尖部；当所述保持环为刚性材质时，所述保持环上具有多个内凹陷结构和多个外凹陷结构，且多个所述内凹陷结构与多个所述外凹陷结构交替设置，能够约束每个所述阻尼板的尖部的移动轨迹；

每个所述阻尼板的尖部的横截面尺寸大于根部的横截面尺寸；

相邻两个所述阻尼板中其中一个的正投影覆盖另一个的正投影预设面积；

所述保持环的周长为预设周长；

还包括配重部；

所述配重部设于所述阻尼部的下方，与所述连接部的底部可拆卸连接。

2.一种具有发电用悬浮阻尼结构的发电装置，其特征在于，包括发电机构和权利要求1

所述的发电用悬浮阻尼结构；

所述发电机构适用于固定在浮体上，包括发电机和卷筒；

所述卷筒的卷筒轴的一端与发电机的输入轴固定连接；所述卷筒轴上卷绕有缆绳；

所述连接部与所述缆绳固定连接，能够带动所述缆绳从所述卷筒轴上释放，以使所述发电机发电。