阅读说明：本技术 一种基于模块化桁架平台的多浮子波能发电装置 (A kind of more float Wave energy electric generators based on modularization truss platform ) 是由 何广华 张志刚 栾政晓 耿宝磊 金瑞佳 宋学刚 彭爱武 于 2019-09-09 设计创作，主要内容包括：一种基于模块化桁架平台的多浮子波能发电装置,属于波浪能发电和海洋工程装备领域,解决了现有振荡浮子式波浪能发电装置单位面积海域的能量利用效率低、单位容量发电机组的建设成本高、浮子间相互遮蔽、平台透浪性差的技术难题。技术要点：桁架式平台为规则的多边形结构,为整个发电装置提供承载平台；多个浮力块安装在桁架式平台的侧面上,为整个发电装置提供浮力；多个浮子行星式均匀分布在桁架式平台的周围,浮子与桁架式平台采用连杆连接；液压传动装置分别与连杆对应连接；发电机组放置在桁架式平台的上甲板上,所有浮子共用一个发电机组发电；锚泊系统用以整个发电装置的定位；本发明尤其适用于离岸设备、海岛等的供电。(A kind of more float Wave energy electric generators based on modularization truss platform, belong to wave-energy power generation and marine engineering equipment field, the energy utilization efficiency for solving existing oscillating float type wave energy generating set unit area sea area is low, the mutual technical problem of masking, platform wave difference thoroughly between unit capacity generating set high construction cost, float.Technical essential: truss type platform is the polygonized structure of rule, provides carrying platform for entire power generator；Multiple buoyant mass are mounted on the side of truss type platform, provide buoyancy for entire power generator；Multiple floats are planetary to be evenly distributed on around truss type platform, and float is connect with truss type platform using connecting rod；Hydraulic transmission is correspondingly connected with connecting rod respectively；Generating set is placed on the upper deck of truss type platform, and all floats share a generating set power generation；Positioning of the mooring system to entire power generator；Present invention is particularly suitable for the power supplies on off shore device, island etc..)

一种基于模块化桁架平台的多浮子波能发电装置

技术领域

本发明涉及一种波浪能发电装置，具体涉及一种基于模块化桁架平台的多浮子波能发电装置，属于波浪能发电和海洋工程装备领域。

背景技术

能源消耗和环境污染一直是制约人类发展的关键问题，由于环境污染和能源短缺的问题，可再生能源的开发和利用得到越来越多国家的重视。波浪能是一种可再生绿色能源，由于其分布广、储量大等优点受到了广泛的关注。波浪能开发具有重要的意义并且应用前景广阔，可用于：

(1)深远海网箱养殖供电及海洋仪器仪表设备供电；

(2)孤立岛礁军事、生产、生活供电；

(3)各类水下探测阵列，水下机器人、水下采矿系统供电；

(4)石油钻井平台、水面工作船舶的长期离岸供电；

(5)海水淡化、海水提取贵金属。

波浪能的主要利用方式是利用发电装置将波浪的动能或势能转化为电能。在各种波浪能发电装置中，振荡浮子式波浪能发电装置是一种结构简单、转化效率较高、成本较低的波浪能发电装置，它将波浪的势能转化浮子的升沉运动进而转化为电能。但是，单个浮子的发电功率受到浮子尺寸、波浪振幅的限制，且单位海域面积的能源利用率低，导致发电成本居高不下，难以实现大规模的市场化推广应用。增加浮子数量是提高发电功率的一种有效的方法。现有技术中，一方面多浮子发电装置的建造成本高，受损后维护成本高；另一方面，浮子间的相互遮蔽作用会严重影响发电功率，中心浮台透浪性差会大幅降低背浪侧浮子的发电功率。

在公开号为CN107035605A，名称为“一种半潜式可移动波浪能发电装置及其工作方法”的专利文献中，公开了一种半潜式可移动波浪能发电装置及其工作方法，主要由漂浮平台、动力推进装置、波浪能采集装置、能量转换装置、锚定装置和电能存储装置等部分构成。该装置在漂浮平台两侧布置波浪能采集装置来发电。但是，该发电装置的漂浮平台建造成本高，损坏后维护成本高。且平台的透浪性差，一方面会受到很大的波浪力，另一方面会严重影响背浪侧浮子的发电功率。

在公开号为CN105804924A，名称为“一种单自由度多浮子组合式能量叠加波浪能发电装置”的专利文献中，公开了一种包含多个浮子的振荡浮子式发电系统，主要由支撑机构、波浪能收集组件、多浮子液压储能系统、发电系统等部分构成。该装置通过多个并列布置浮子的升沉运动来捕获波浪能，但是由于浮子间距离较近，迎浪侧浮子特别是在短波的情况下会对背浪侧浮子产生遮蔽作用，严重影响背浪侧浮子的发电功率。此外，浮子间也会产生复杂的波浪干涉，严重时会降低发电功率且不利于能量的稳定输出。

因此，如何降低多浮子发电装置的建造和维护成本，减小浮子间的相互遮蔽作用同时增强中心浮台的透浪性是当前亟待解决的工程问题。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明为了解决现有技术中存在的多浮子发电装置建造和维护成本高，浮子间相互遮蔽，中心浮台透浪性差的技术难题，进而设计了一种基于模块化桁架平台的多浮子波能发电装置，可显著降低发电装置的建造和维护成本，减小浮子间的遮蔽作用，提高中心浮台的透浪性，从而提高发电功率，降低发电成本。

本发明所采取的方案为：一种基于模块化桁架平台的多浮子波能发电装置，包括桁架式平台、浮力块、浮子、连杆、液压传动装置、发电机组和锚泊系统；所述桁架式平台为规则的多边形结构，为整个发电装置提供承载平台，桁架式平台置于水面上；多个浮力块安装在桁架式平台的***侧面上，为整个发电装置提供浮力；多个浮子行星式均匀分布在桁架式平台的周围，浮子与桁架式平台采用连杆连接；液压传动装置分别与连杆对应连接；发电机组放置在桁架式平台的上甲板上，所有浮子共用一个发电机组发电；锚泊系统安装于桁架式平台底部，用以整个发电装置的定位。

进一步地：所述桁架式平台包括桁架结构、上甲板和连接构件，多个桁架结构首尾相连，通过连接构件模块化拼装成规则的多边形结构，上甲板安装在规则的多边形结构上。桁架结构可显著增强平台的透浪性，显著提高背浪侧浮子的发电功率，并且桁架结构由连接构件模块化拼装而成，当某一模块的结构或设备损坏后，可直接更换，维护方便，成本低。

进一步地：所述桁架式平台还包括阻尼板，多个阻尼板安装在桁架结构的侧面上，且位于水线以下；所述阻尼板伸出桁架结构外，用以提高桁架式平台的稳定性和安全性。

进一步地：所述连杆用以连接桁架式平台和浮子；所述连杆与浮子采用第一转动副连接在一起；所述连杆与桁架式平台采用第二转动副连接。

进一步地：所述浮子可将波浪的起伏运动转化为自身的升沉运动以捕获波浪能。浮子的尺寸和数量可根据桁架式平台的体积和形状适当选取。

进一步地：所述液压传动装置包括液压缸、活塞、活塞连杆、输油管、第一油阀、第二油阀和安装座，液压传动装置通过安装座安装于桁架结构上，所述液压缸内腔充满液压油；所述活塞连杆的内端连接活塞，活塞置于液压缸内，活塞连杆的外端与连杆采用第三转动副连接；所述液压缸与安装座采用第四转动副连接；液压缸通过输油管与发电机组相连，将液压油的动能转换为电能，输油管上安装有第一油阀和第二油阀。

进一步地：所述液压传动装置还包括上限位装置和下限位装置；所述液压缸内上端安装有上限位装置，下端安装有下限位装置；极端海况下，当浮子上升位移过大时，上限位装置对活塞起缓冲和保护作用，当浮子下降位移过大时，下限位装置对活塞起到保护作用。

进一步地：所述输油管包括第一油管和第二油管，第一油阀安装于第一油管上，第二油阀安装于第二油管上。当浮子向下运动时，液压油经过第一油管，第一油阀，第二油管和第二油阀进出液压缸。

进一步地：所述锚泊系统包含悬链和锚；所述锚泊系统为多点锚泊系统；所述锚泊系统用以整个发电装置的定位。

进一步地：所述液压传动装置还包括密封圈，密封圈设置在液压缸内用来密封，防止液压油泄露。

本发明所达到的效果为：

1.本发明的中心平台采用模块化的桁架式平台，建造成本低，易于大规模的推广，易于后期的维护。

2.本发明采用多浮子行星系统，提高了单位海域面积的能源利用率；通过共用基础平台、锚泊系统、发电机组，摊平了单位发电量的装备建设成本。

3.本发明的浮子规则环绕在中心平台的周围，浮子间距离较大，可有效降低浮子间的相互遮蔽作用。

4.本发明的中心平台采用桁架式结构，透浪性好，可显著增加背浪侧浮子的发电功率。并且，桁架式结构的水线面小，可有效减小浮台的波浪载荷。

5.本发明的中心平台为规则的正多边形结构，整个发电装置可适用于不同的入射波方向。

6.本发明中的连杆、液压传动装置、发电机组都位于水线面以上，整个发电装置的耐腐蚀性好，使用寿命长。

7.本发明尤其适用于离岸设备、海岛等的供电。

附图说明

图1为本实施例的一种基于模块化桁架平台的多浮子波能发电装置的轴测图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的主视图；

图4为图1中的桁架式平台和浮子的布置形式轴测图；

图5为图4的俯视图；

图6为图4的主视图；

图7为图1中桁架结构的轴测图；

图8为图7中相邻桁架模块的连接示意图；

图9为图1中单个桁架结构模块及浮力块、阻尼板、连接构件的安装关系示意图；

图10为图1中液压传动装置的轴测图；

图11为图10中液压传动装置的剖面图。

图中：1-桁架式平台，2-浮力块，3-浮子，4-连杆，5-液压传动装置，6-发电机组，7-锚泊系统，101-桁架结构，102-上甲板，103-阻尼板，104-连接构件，401-第一转动副，402-第二转动副，501-液压缸，502-活塞，503-活塞连杆，504-密封圈，505-输油管，506-第一油阀，507-第二油阀，508-安装座，509-第三转动副，510-第四转动副，511-上限位装置，512-下限位装置，513-第一油管，514-第二油管，701-悬链，702-锚。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。

实施例：结合图1-图11，对本实施例的一种基于桁架式平台的多浮子波浪能发电装置，进一步进行阐述：

一种基于桁架式平台的多浮子波浪能发电装置，参见图1，该装置包括，桁架式平台1、浮力块2、浮子3、连杆4、液压传动装置5、发电机组6和锚泊系统7；桁架式平台1为规则的六边形，是整个发电装置的承载结构；浮力块2安装在桁架式平台1的侧面，为整个发电装置提供浮力；浮子3与桁架式平台1采用连杆4连接；液压传动装置5分别与连杆4对应连接；发电机组6放置在桁架式平台1的上甲板，用以产生电能；锚泊系统7用以发电装置的定位。

参见图2，桁架式平台1采用正六边形，每个桁架式平台1的侧面安装一套液压传动装置5，共六套液压传动装置5。锚泊系统7采用多点式锚泊方式，三根悬链701均匀分布在桁架式平台1的边角处。

参见图3，浮子3采用圆饼形，浮子3的尺寸根据发电装置所在海域的波浪特征参数确定。浮子3可以将波浪势能转化为自身升沉运动的动能。浮力块2为中空的圆柱形，十二个浮力块2分别竖直放置在桁架式平台1的六个边角，为整个桁架式平台1提供浮力。连杆4用以连接桁架式平台1和浮子3，连杆4的初始状态为水平。整个发电系统都在水面以上，所以耐腐蚀性好。

参见图4-6，桁架式平台1包括桁架结构101、上甲板102、阻尼板103和连接构件104。上甲板102安装在桁架结构101上方，用以放置各种设备。六块阻尼板103安装在桁架结构101的底部，斜向下伸出桁架结构101外，可提高桁架式平台1的安全性和稳定性。

参见图7，桁架结构101由钢管构成，整个结构的中间部分无桁架，可减小平台自重，并提高透浪性，桁架结构101分为六个完全相同的模块。

参加图8，相邻桁架结构101采用连接构件104连接。当一个模块发生结构破坏时，可直接用新的模块进行更换，降低维护难度。

参见图9，单个桁架结构101两端装有连接构件104，桁架结构101侧面和底部分装安装有浮力块2和阻尼板103。

参见图10、11，液压传动装置包含有液压缸501、活塞502、活塞连杆503、密封圈504、输油管505、第一油阀506、第二油阀507、安装座508、上限位装置511和下限位装置512构成。活塞连杆503与连杆4采用第三转动副509连接；所述液压缸501与桁架式平台1采用第四转动副510连接。

参见图10，发电机组6通过输油管505与液压缸501相连，将液压油的动能转换为电能。

参见图11，液压缸501内腔充满液压油。

参见图11，活塞502的初始位置在液压缸501的中间。密封圈504用以密封，防止液压油泄露。

参见图11，活塞连杆503与连杆4采用第三转动副509连接；所述液压缸501与桁架式平台1采用第四转动副510连接。

参见图11，当浮子3向下运动时，液压油经过第一油管513和第一油阀506流入液压缸501；当浮子3向下运动时，液压油经过第二油管514和第二油阀507流出液压缸501。

参见图11，限位装置为弹簧，极端海况下，当浮子3上升位移过大时，上限位装置511对活塞502起缓冲和保护作用，当浮子3下降位移过大时，下限位装置512对活塞502起到保护作用。

本发明尤其适用于离岸设备、海岛等的供电，提高单位海域面积的能源利用率，降低单位千瓦发电装备的建设成本和后期维护成本，降低浮子之间的相互遮蔽作用，增强平台的透浪性，设计简单，适应于不同的入射波方向。

需要说明的是，本发明中的桁架式平台的形状不以本实施例为限，只要是正多边形即可；桁架式平台每个侧面的浮子数量不以本实施例为限，只要保证浮子间无相互遮蔽即可。阻尼板的形状和数量不以本实施例为限，只要能保证桁架式平台的稳定性即可。浮力块的形状和数量不以本实施例为限，只要保证桁架式平台可漂浮即可，锚泊系统的悬链数量也不以本实施例为限，只要能够保证发电装置的定位即可。液压传动装置的具体结构设计不以本实施例为限，只要能将浮子的上下运动能量转化为电能即可。浮子的形状不以本实施例为限，只要保证漂浮即可。桁架式平台的形状不以本实施例为限，只要能保证足够的透浪性即可。相邻桁架结构模块间的连接方式不以本实施例为限，只要保证能连接在一起，易于拆装即可。限位装置的形式不一本实施例为限，只要能起到缓冲限位的作用即可。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。