組合型振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置

《組合型振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置》屬于海洋可再生能源利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種組合型振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置。

中國專利申請(qǐng)CN103061962A公開了一種液壓式組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置，其固定架為正方體結(jié)構(gòu)，固定架四角分別設(shè)置立柱，浮子套裝于固定架側(cè)面的立柱上，沿立柱上下運(yùn)動(dòng)，液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分別設(shè)置于固定架側(cè)面四角立柱上的，混合罐和液壓馬達(dá)設(shè)置于固定架的橫梁上，液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括液壓缸，每根立柱的四個(gè)側(cè)面分別設(shè)有一個(gè)液壓缸，液壓缸位于浮子上方，其套筒端與立柱固定連接，其活塞桿通過導(dǎo)向裝置的支撐架與浮子固定連接。

上述申請(qǐng)中，雖然浮子上也設(shè)置了導(dǎo)向裝置，但是在實(shí)際海試過程中，發(fā)現(xiàn)在較大浪頭的沖擊下，浮子仍會(huì)發(fā)生大幅度的偏移。此外，液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)因暴露在固定架的最外側(cè)，直接遭受海浪的沖擊，活塞桿在移動(dòng)時(shí)很容易發(fā)生偏移，進(jìn)而導(dǎo)致液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)失效或損壞，輸出電能十分不穩(wěn)定。

圖1是《組合型振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置》的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是《組合型振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置》的部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是《組合型振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置》中單組液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是《組合型振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置》中潮位監(jiān)測與自適應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是《組合型振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置》中導(dǎo)桿與浮子連接的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：101、工作平臺(tái)，102、導(dǎo)桿，103、固定架，104、潛伏體，105、固定盤，201、浮子，202、三角架，203、螺旋升降器，204、發(fā)電機(jī)，205、液壓馬達(dá)，206、扶梯，207、啟動(dòng)電機(jī)，208、液壓缸，209、套筒，210、油管F，211、油管G，212、油管A，213、油管B，214、油箱，215、油管C，216、油管D，217、油管E，301、驗(yàn)潮井，302、支架，303、液位開關(guān)，401、錨索，402、配重塊。

2020年7月14日，《組合型振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置》獲得第二十一屆中國專利獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)。

實(shí)施例1

如圖1-圖5所示：《組合型振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置》包括發(fā)電系統(tǒng)和固定系統(tǒng)。

其中，固定系統(tǒng)包括潛浮體104和固定架103，固定架103固定連接于潛浮體104頂部，固定架103頂部設(shè)置工作平臺(tái)101。發(fā)電系統(tǒng)包括浮子201、能量轉(zhuǎn)換裝置和發(fā)電機(jī)204。浮子201設(shè)置于固定架103的四角，固定架103的每個(gè)角設(shè)有三根導(dǎo)桿102與浮子201活動(dòng)連接，浮子201套裝于導(dǎo)桿102上，沿導(dǎo)桿102上下運(yùn)動(dòng)，三根導(dǎo)桿102呈正三角形排列。能量轉(zhuǎn)換裝置包括液壓馬達(dá)205和四組相同的、分別設(shè)置于固定架103每個(gè)角的三根導(dǎo)桿102之間的液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。液壓馬達(dá)205設(shè)置于工作平臺(tái)101上。液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括液壓缸208、油管和油箱214。液壓缸208位于浮子上方，其套筒209端通過三角架202固定連接于三根導(dǎo)桿102上，其活塞桿通過固定盤105與浮子201固定連接；油管包括油管A212、油管B213、油管C215、油管D216、油管E217、油管F210和油管G211。油管F210依次連通油管A212、油管B213、油箱214和油管C215，與液壓馬達(dá)205連通；液壓馬達(dá)205出油依次經(jīng)過油管D216、油管E217和油管G211進(jìn)入液壓缸208。油管F210和油管G211分別連通液壓缸208的兩端油口。

發(fā)電機(jī)204輸入端與液壓馬達(dá)208的輸出端連接。固定架103和工作平臺(tái)101之間設(shè)有扶梯206。潛浮體104為空心結(jié)構(gòu)。浮子201為陀螺狀空心結(jié)構(gòu)。

其工作過程如下：不同方向、頻率的波浪拍打到浮子201，浮子201吸收波浪能，當(dāng)浮子201受到波浪向上的力時(shí)，浮子201上升，波浪能轉(zhuǎn)換為浮子201的機(jī)械能。浮子201帶動(dòng)液壓缸208的活塞桿向上運(yùn)動(dòng)，液壓缸208中的油通過油管G211、油管E217、油管D216沖擊液壓馬達(dá)205，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)204發(fā)電。液壓馬達(dá)205出油經(jīng)油管C215、油箱214、油管B213、油管A212和油管F210進(jìn)入液壓缸208。當(dāng)浮子201下降時(shí)，液壓缸208的活塞桿隨之向下運(yùn)動(dòng)，液壓缸208中的油通過油管F210、油管A212、油管B213、油箱214和油管C215沖擊液壓馬達(dá)205，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)204發(fā)電。液壓馬達(dá)205出油經(jīng)油管D216、油管E217和油管G211進(jìn)入液壓缸208。

實(shí)施例2

除以下區(qū)別外，其他同實(shí)施例1。

如圖2和圖4所示，《組合型振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置》包括潮位監(jiān)測與自適應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括驗(yàn)潮井301及螺旋升降器203，驗(yàn)潮井301通過支架302與液壓缸208的三角架202固定連接，螺旋升降器203與液壓缸208固定連接，控制液壓缸208升降。驗(yàn)潮井301內(nèi)設(shè)有液位開關(guān)303，液位開關(guān)303與螺旋升降機(jī)203的啟動(dòng)電機(jī)207電連接。螺旋升降器203的啟動(dòng)電機(jī)207設(shè)置于工作平臺(tái)101上。

實(shí)施例3

除以下區(qū)別外，其他同實(shí)施例1。

如圖2所示，《組合型振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置》包括錨固系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括配重塊402和錨索401，錨索401與潛浮體104連接。

組合型振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置專利目的

《組合型振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置》提出了一種輸出電能相對(duì)穩(wěn)定、受海浪沖擊影響較小的組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置。

組合型振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置技術(shù)方案

《組合型振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置》的技術(shù)方案是：一種組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置，其包括發(fā)電系統(tǒng)和固定系統(tǒng)。其中，固定系統(tǒng)包括潛浮體、固定架和工作平臺(tái)，固定架固定連接于潛浮體頂部，固定架頂部設(shè)置工作平臺(tái)。發(fā)電系統(tǒng)包括浮子、能量轉(zhuǎn)換裝置和發(fā)電機(jī)。浮子設(shè)置于固定架的四角，固定架的每個(gè)角設(shè)有三根導(dǎo)桿與浮子活動(dòng)連接，浮子套裝于導(dǎo)桿上，沿導(dǎo)桿上下運(yùn)動(dòng)，三根導(dǎo)桿呈正三角形排列。能量轉(zhuǎn)換裝置包括液壓馬達(dá)和四組相同的、分別設(shè)置于固定架每個(gè)角的三根導(dǎo)桿之間的液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。液壓馬達(dá)設(shè)置于工作平臺(tái)上。液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括液壓缸、油管和油箱。液壓缸位于浮子上方，其套筒端通過三角架固定連接于三根導(dǎo)桿上，其活塞桿通過固定盤與浮子固定連接；油管包括油管A、油管B、油管C、油管D、油管E、油管F和油管G。油管F依次連通油管A、油管B、油箱和油管C，與液壓馬達(dá)連通；液壓馬達(dá)出油依次經(jīng)過油管D、油管E和油管G進(jìn)入液壓缸。油管F和油管G分別連通液壓缸的兩端油口。

所述組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置，包括潮位監(jiān)測與自適應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括驗(yàn)潮井及螺旋升降器，驗(yàn)潮井通過支架與液壓缸的三角架固定連接，螺旋升降器與液壓缸固定連接，控制液壓缸升降。驗(yàn)潮井內(nèi)設(shè)有液位開關(guān)，液位開關(guān)與螺旋升降機(jī)的啟動(dòng)電機(jī)電連接。螺旋升降器的啟動(dòng)電機(jī)設(shè)置于工作平臺(tái)上。

所述組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置，包括錨固系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括配重塊和錨索，錨索與潛浮體連接。

所述發(fā)電機(jī)輸入端與液壓馬達(dá)的輸出端連接。

所述固定架和工作平臺(tái)之間設(shè)有扶梯。

所述潛浮體為空心結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部可以根據(jù)海況灌注適量的海水或沙子進(jìn)行配重，達(dá)到使整個(gè)發(fā)電裝置下沉至水面以下一定深度，浮子在合適位置進(jìn)行上下振蕩運(yùn)動(dòng)的目的，同時(shí)能夠保證發(fā)電裝置整體在運(yùn)作時(shí)的穩(wěn)定性。固定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，且可靈活配重，提高了整個(gè)發(fā)電裝置的穩(wěn)定性和可靠性，便于加工與實(shí)施，經(jīng)濟(jì)性較好。

所述浮子為陀螺狀空心結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)有利于收集更多的波能，且其內(nèi)部空心可以根據(jù)海況裝載配重。浮子表層涂防腐漆，以防止在被海水腐蝕。

組合型振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置有益效果

《組合型振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置》的有益效果在于：

1、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置于導(dǎo)桿之間，受海浪沖擊較小，穩(wěn)定性高。

2、與波浪直接接觸，能量轉(zhuǎn)換次數(shù)少，提高了能量轉(zhuǎn)換率。

3、結(jié)構(gòu)簡單，活動(dòng)部件較少，整體穩(wěn)定性高，可靠度好，能兼顧結(jié)構(gòu)的可靠性及波能轉(zhuǎn)換率。

4、對(duì)波浪的隨動(dòng)性優(yōu)越，可靠性高、使用壽命長、效率低、易于拆卸和組裝，便于安裝布防和維修。

5、建造成本較低，輸出電能穩(wěn)定，可用于對(duì)裝置的保護(hù)要求不太高，波能密度低的區(qū)域。

1.一種組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置，其包括發(fā)電系統(tǒng)和固定系統(tǒng)；其特征在于：所述固定系統(tǒng)包括潛浮體、固定架和工作平臺(tái)，固定架固定連接于潛浮體頂部，固定架頂部設(shè)置工作平臺(tái)；發(fā)電系統(tǒng)包括浮子、能量轉(zhuǎn)換裝置和發(fā)電機(jī)；浮子設(shè)置于固定架的四角，固定架的每個(gè)角設(shè)有三根導(dǎo)桿與浮子活動(dòng)連接，浮子套裝于導(dǎo)桿上，沿導(dǎo)桿上下運(yùn)動(dòng)，三根導(dǎo)桿呈正三角形排列；能量轉(zhuǎn)換裝置包括液壓馬達(dá)和四組相同的、分別設(shè)置于固定架每個(gè)角的三根導(dǎo)桿之間的液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；液壓馬達(dá)設(shè)置于工作平臺(tái)上；液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括液壓缸、油管和油箱；液壓缸位于浮子上方，其套筒端通過三角架固定連接于三根導(dǎo)桿上，其活塞桿通過固定盤與浮子固定連接；油管包括油管A、油管B、油管C、油管D、油管E、油管F和油管G。油管F依次連通油管A、油管B、油箱和油管C，與液壓馬達(dá)連通；液壓馬達(dá)出油依次經(jīng)過油管D、油管E和油管G進(jìn)入液壓缸；油管F和油管G分別連通液壓缸的兩端油口。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置，其特征在于：包括潮位監(jiān)測與自適應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括驗(yàn)潮井及螺旋升降器，驗(yàn)潮井通過支架與液壓缸的三角架固定連接，螺旋升降器與液壓缸固定連接，控制液壓缸升降；驗(yàn)潮井內(nèi)設(shè)有液位開關(guān)，液位開關(guān)與螺旋升降機(jī)的啟動(dòng)電機(jī)電連接；螺旋升降器的啟動(dòng)電機(jī)設(shè)置于工作平臺(tái)上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置，其特征在于：包括錨固系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括配重塊和錨索，錨索與潛浮體連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置，其特征在于：所述發(fā)電機(jī)輸入端與液壓馬達(dá)的輸出端連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置，其特征在于：所述固定架和工作平臺(tái)之間設(shè)有扶梯。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置，其特征在于：所述潛浮體為空心結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置，其特征在于：所述浮子為陀螺狀空心結(jié)構(gòu)。

通過分析波浪能利用背景，點(diǎn)吸收式波浪能發(fā)電技術(shù)是波浪能開發(fā)利用的一種重要方式。以安裝位置、能量傳遞方式和振蕩浮子個(gè)數(shù)對(duì)點(diǎn)吸收式波浪能發(fā)電裝置進(jìn)行了分類。結(jié)合研究現(xiàn)狀，對(duì)各類點(diǎn)吸收波浪能收集、轉(zhuǎn)化和傳遞方法及其應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了綜合比較和分析。結(jié)果表明:安裝于離岸10-25 m處，以多個(gè)振蕩浮子組成的浮子陣列為能量攝取機(jī)構(gòu)，以液壓或直線電機(jī)為能量傳遞方式是目前點(diǎn)吸收波浪能發(fā)電技術(shù)的研究熱點(diǎn)，在波浪能利用領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景 。

波浪能是一種清潔的海洋可再生能源，由于具有綠色環(huán)保和儲(chǔ)量豐富的特點(diǎn)，日益受到科研工作者的廣泛關(guān)注。至2011年，全世界已經(jīng)了超過4 000種波浪能轉(zhuǎn)換技術(shù)f3-51。根據(jù)查詢中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，1980年后至2014年期間，中國公開的波浪能發(fā)電相關(guān)專利技術(shù)已達(dá)到1 086件，而在歐洲僅2009年就有超過1 000件與波浪能轉(zhuǎn)化相關(guān)的專利技術(shù)公布。波浪能開發(fā)技術(shù)的研究目前處于加速發(fā)展的趨勢(shì)。

按照波浪能俘獲收集方法，可將其分為振蕩水柱式、筏式、擺式、鴨式、越浪式和點(diǎn)吸收式等類型吼點(diǎn)吸收式波浪能俘獲技術(shù)主要利用振蕩浮子在波浪力作用下的升沉運(yùn)動(dòng)收集波浪能，由于具有轉(zhuǎn)化效率高、建造難度小、投資成本少、不受波浪方向影響等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛的重視。對(duì)的157種波浪能發(fā)電裝置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)吸收式技術(shù)研究占比為46.3%，遠(yuǎn)超過其它類型。目前，點(diǎn)吸收式作為其中研究最多、最具特色的一種波浪發(fā)電技術(shù)，還未見有進(jìn)行過有針對(duì)

點(diǎn)吸收水壓式波浪能發(fā)電裝置一般包括三級(jí)能量轉(zhuǎn)化過程，其工作原理是首先通過振蕩浮子帶動(dòng)軟囊或活塞等裝置將波浪能轉(zhuǎn)換成高壓海水的壓力能，高壓海水驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，水輪機(jī)再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

如圖1為IPS Buoy水壓式波浪能發(fā)電裝置，圖1A為振蕩浮子，加速管B兩端開放，C為活塞，D為水輪機(jī)。浮子A隨波浪上下運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)活塞C垂直運(yùn)動(dòng)，活塞C擠壓加速管內(nèi)部的水柱，被排出的水柱驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)D旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。