一種基於漂浮平臺的擺式海浪能利用裝置的製作方法

2024-01-31 07:22:15

專利名稱：一種基於漂浮平臺的擺式海浪能利用裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於海洋裝備領域，特別是一種基於漂浮平臺的擺式海浪能利用裝置。
背景技術：
海浪是一種清潔的可再生能源，而且我國海岸線漫長，海浪資源豐富。因此，發展海浪能開發利用技術，有助於可持續發展，對我國的未來具有重大意義。現有的擺式波浪能利用裝置可分為懸掛擺式和浮力擺式兩種，其中懸掛擺式波浪能發電裝置是通過根據波況設計的水槽將波浪轉換為立波，然後由水質點在立波駐點處的往復運動帶動擺體運動，最後通過液壓系統將能量傳遞給發電設備進行發電。日本室蘭工業大學在1983年建造了世界上第一座懸掛擺式波浪能利用裝置，其擺寬為2m，裝機功率為5kw，在設計波況下工作時，系統總體效率達40%左右。隨後日本室蘭工業大學又在北海道研建了 80kw懸掛擺式電·站，中國在「八五」、「九五」期間，由國家海洋局海洋技術中心分別研建了 8kw和30kw岸式懸掛擺式波能利用裝置。這種裝置的缺點是必須靠在岸邊而且強度差。浮力擺式是在波浪的推動下，浮力擺隨著波浪的運動而來回擺動產生動能，經液壓系統傳遞給發電設備進行發電。目前固定在海底的浮力擺波能利用裝置有芬蘭AW-Energy公司的WaveRoller、英國AquamarinePower 公司和 Belfast Queen' s University 合作研製的 Oyster 和英國蘭開斯特大學的Frog。以上技術的缺點是需要在岸上或海底進行施工將裝置固定，然而海浪能在向岸邊傳遞時衰減很嚴重，海浪能量從海平面向海底方向衰減也很嚴重，這樣就限制了所能俘獲的波浪能，同時海底施工也很難進行。中國華南理工大學研製了一種漂浮陣列擺式波浪發電裝置，將浮力擺設置在了與海底錨接的「浮式基礎」之上，克服了裝置對海床基礎的依賴。但仍存在當來浪方向變化時，不能保持海浪垂直入射擺體。同時，冗餘的後排擺體對提高海浪能利用效率作用不大，反而會增大系統水平方向的單向受力。
發明內容本實用新型的目的在於克服上述現有技術的不足，提供一種可移動連接和結構簡單的基於漂浮平臺的擺式海浪能利用裝置，它能夠利用漂浮平臺將擺式海浪能利用裝置的應用範圍由岸邊擴展到較深的海域，並且自適應海浪傳播方向，高效地利用更多的海浪能。本實用新型採用以下技術方案一種基於漂浮平臺的擺式海浪能利用裝置，包括漂浮平臺、擺體、液壓缸、錨鏈和大抓力錨。漂浮平臺通過錨鏈進行固定，錨鏈的另一端與大抓力錨相連並固定在海底；擺體與漂浮平臺之間鉸接連接；液壓缸的兩端分別與擺體和漂浮平臺鉸接連接。其特徵是漂浮平臺具有能夠調整自身方位和高度的漂浮平臺底部和突起；漂浮平臺上的突起在垂直於海浪傳播方向的尺寸是水平面內沿海浪傳播方向的尺寸的16-70倍；擺體的平衡位置是由豎直方向向來浪方向傾斜15° -40°。所述的一種基於漂浮平臺的擺式海浪能利用裝置，其特徵是漂浮平臺的尺寸沿海浪運動方向由小變大2-5m。所述的一種基於漂浮平臺的擺式海浪能利用裝置，其特徵是漂浮平臺上的突起在水平面內沿海浪傳播方向的尺寸為10-20m，而在垂直於海浪傳播方向的尺寸為O. 3-0. 6m、平衡狀態時突起露出水面的高度為O. 2-0. 6m。所述的一種基於漂浮平臺的擺式海浪能利用裝置，其特徵是採用單根錨鏈一端連接大抓力錨固定在海底，另一端連接在平臺的中心位置處。所述的一種基於漂浮平臺的擺式海浪能利用裝置，其特徵是擺體上留有斜向小槽。當整體液面高度沒有變化時，漂浮平臺基本保持不動。擺體則在海浪的驅動下往復擺動，帶動與其鉸接連接的液壓缸運動，從而輸出高壓油，將海浪能轉化為液壓能繼而進 行發電或者海水淡化等。當潮汐導致液面高度發生變化時，漂浮平臺露出水面部分的體積就會發生變化，這樣漂浮平臺所受的浮力和重力的差值就會驅動漂浮平臺重新達到平衡狀態。當來浪的方向發生變化時，漂浮平臺底部和突起相對於錨鏈鉸接點所受的力矩就會變得不平衡，漂浮平臺在這樣的力矩作用下就會轉動，最終使得漂浮平臺的軸線回到與來浪方向相同的方向上，這樣就使得擺體的作用截面始終垂直於來浪方向，保持高的俘獲效率。擺體的平衡位置是由豎直位置向來浪方向傾斜一定角度，這樣就能使得來浪的水平和豎直方向的分量驅動擺體向同一方向轉動，有助於提高能量的俘獲效率。將豎直位置作為擺體的一個極限位置，防止擺體回復力太小，擺體不能夠正常回到平衡位置時，重力可以提供一定的回覆力。前後設置的兩列擺體在海浪傳播方向上相差半個波長，使得平臺受兩列擺體的水平方向的作用力能相互抵消，平臺在海浪傳播方向就幾乎不產生運動。本實用新型的有益效果是，本實用新型新設計了漂浮平臺的結構、去掉了冗餘陣列的擺體、修改了擺體的平衡位置；通過利用漂浮平臺將擺式海浪能利用裝置的應用範圍由岸邊擴展到較深的海域，並且漂浮平臺能夠跟隨海浪的傳播方向，保證擺體作用截面垂直於來浪方向，達到了高的海浪能俘獲效率；結構簡單，製作方便，易於推廣應用。

圖I是本實用新型整體結構的示意圖。圖2是圖I的俯視圖。圖3是本實用新型中漂浮平臺的結構示意圖。圖4是圖3的俯視圖。圖5是擺體中斜向小槽的剖視圖。圖中，I -漂浮平臺，2-擺體，3-液壓缸，4-錨鏈，5-大抓力錨，6_突起，7_漂浮平臺底部，8-斜向小槽。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型詳細說明。實施例I :如圖I所示，漂浮平臺I通過錨鏈4進行固定，錨鏈4的另一端與大抓力錨5相連並固定在海底；擺體2與漂浮平臺I之間鉸接連接；液壓缸3的兩端分別與擺體2和漂浮平臺I鉸接連接。如圖3所示，突起6與漂浮平臺底部7通過焊接固定連接。
如圖5所示，擺體截面上留有斜向小槽8。實際使用時，漂浮平臺I處於漂浮狀態，突起6有部分露出水面。突起6在沿海浪傳播方向的尺寸為10m，當整體液面高度沒有變化時，漂浮平臺I所受浮力基本不變，豎直方向不產生運動。擺體2則在海浪的驅動下往復擺動，帶動與其鉸接的液壓缸3運動，從而輸出高壓油，將海浪能轉化為液壓能繼而進行發電或者海水淡化等。漂浮平臺底部7的前部比後部小2m、突起6的中心點要比錨鏈4的鉸接點靠後lm，當來浪的方向發生變化時，漂浮平臺底部7和突起6相對於錨鏈鉸接點所受的力矩就會變得不平衡，並能使漂浮平臺I產生同方向的轉動。最終使得漂浮平臺I的軸線回到與來浪方向相同的方向上，保證擺體2的作用截面始終垂直於來浪方向，保持高的海浪能俘獲效率。當潮汐導致液面高度發生變化時，漂浮平臺I上的突起6露出水面部分的高度就會由原來的O. 2m減少或增大，這樣漂浮平臺I所受的浮力和重力的差值就會驅動漂浮平臺I重新達到浮力和重力相互平衡。擺體2的平衡位置是由豎直方向向來浪方向傾斜15°，這樣就能使得來浪的水平和豎直方向的分量驅動擺體2向同一方向轉動,有助於提高能量的俘獲效率。將豎直方向作為擺體2的一個極限位置，是防止擺體2回復力太小，擺體2不能夠正常回到平衡位置，此時重力可以提供一定的回覆力。前後設置的兩列擺體2在海浪傳播方向上相差半個波長的距離，使得漂浮平臺I受兩列擺體2的水平方向的作用力能相互抵消，漂浮平臺在海浪傳播方向就幾乎不產生運動。擺體2在圖I中沿順時針方向轉動的過程中，擺體2上的斜向小槽8與水流的夾角逐漸變小，水流從斜向小槽8通過擺體2的阻力就逐漸變小。這樣當擺體2轉到豎直方向時，阻力就達到最小值，在波浪太大時，一部分水流從斜向小槽8中穿過擺體2，可以對擺體2起到保護作用。實施例2 突起6在沿海浪傳播方向的尺寸為15m，漂浮平臺底部7的前部比後部小3m，突起6露出水面部分的高度為O. 5m，擺體2的平衡位置是由豎直方向向來浪方向傾斜30°。其它同實施例I。實施例3 突起6在沿海浪傳播方向的尺寸為20m，漂浮平臺底部7的前部比後部小5m，突起6露出水面部分的高度為O. 6m，擺體2的平衡位置是由豎直方向向來浪方向傾斜40°。其它同實施例I。儘管上面對本實用新型的優選實施例進行了描述，但是本實用新型並不局限於上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，並不是限制性的。
權利要求1.一種基於漂浮平臺的擺式海浪能利用裝置，它包括漂浮平臺(I)、擺體(2)、液壓缸(3)、錨鏈⑷和大抓力錨(5)，漂浮平臺⑴通過錨鏈⑷進行固定，錨鏈⑷的另一端與大抓力錨(5)相連並固定在海底；擺體(2)與漂浮平臺(I)之間鉸接連接；液壓缸(3)的兩端分別與擺體(2)和漂浮平臺(I)鉸接連接；其特徵是漂浮平臺(I)具有能夠調整自身方位和高度的漂浮平臺底部(7)和突起(6);漂浮平臺⑴上的突起(6)在垂直於海浪傳播方向的尺寸是水平面內沿海浪傳播方向的尺寸的16-70倍；擺體(2)的平衡位置是由豎直方向向來浪方向傾斜15° -40°。
2.根據權利要求I所述的一種基於漂浮平臺的擺式海浪能利用裝置，其特徵是漂浮平臺(I)的尺寸沿海浪運動方向由小變大2-5m。
3.根據權利要求I所述的一種基於漂浮平臺的擺式海浪能利用裝置，其特徵是漂浮平臺(I)上的突起(6)在水平面內沿海浪傳播方向的尺寸為10-20m，而在垂直於海浪傳播方向的尺寸為O. 3-0. 6m、平衡狀態時突起(6)露出水面的高度為O. 2-0. 6m。
4.根據權利要求I所述的一種基於漂浮平臺的擺式海浪能利用裝置，其特徵是採用單根錨鏈(4)，錨鏈(4)的一端連接固定在海底的大抓力錨(5)，另一端連接在漂浮平臺(I)的中心位置處。
5.根據權利要求I所述的一種基於漂浮平臺的擺式海浪能利用裝置，其特徵是擺體(2)上留有斜向小槽(8)。
專利摘要本實用新型屬於海洋裝備領域，特別是一種基於漂浮平臺的擺式海浪能利用裝置。它包括漂浮平臺(1)、擺體(2)、液壓缸(3)、錨鏈(4)和大抓力錨(5)，其特徵是漂浮平臺(1)具有能夠調整自身方位和高度的漂浮平臺底部(7)和突起(6)；由錨鏈固定的漂浮平臺具有一定的活動範圍，尤其是在來浪方向發生變化時它能夠隨之調整自身方位和當潮汐引起水位變化時能夠隨之調整自身高度。本實用新型提供了一種有效的海浪能利用裝置，通過自適應海浪，提高了能量利用效率，結構簡單，製造方便。
文檔編號B63B35/00GK202670064SQ20122025713
公開日2013年1月16日 申請日期2012年6月1日 優先權日2012年6月1日
發明者劉延俊, 孫興旺, 李端松, 劉計斌, 李玉, 彭建軍, 洪禮康 申請人:山東大學