一種具有自適應(yīng)轉(zhuǎn)動慣量的浮力擺擺板設(shè)計的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于新型可再生能源技術(shù)和海岸結(jié)構(gòu)物領(lǐng)域，特別涉及一種具有自適應(yīng)轉(zhuǎn)動慣量的浮力擺擺板設(shè)計。它包括擺板、發(fā)電機、轉(zhuǎn)軸、單向閥門和液態(tài)壓艙物。擺板、發(fā)電機和轉(zhuǎn)軸安裝與海底上的海洋工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物上；單向閥門和液態(tài)壓艙物均布放于擺板內(nèi)部。其特征是：浮力擺擺板在波浪的作用下往復(fù)轉(zhuǎn)動，擺板內(nèi)液體會隨著擺板的運動流動到不同的空間艙，從而改變擺板的轉(zhuǎn)動慣量和自然周期，促進波浪和擺板間共振，增大擺板在不同波浪條件下的運動幅度，進而提高波浪能轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明設(shè)計適用于實海況自然環(huán)境中的不規(guī)則波，能夠激發(fā)共振效應(yīng)，提高波浪能捕獲效率，形式簡單易行，具有較高的可靠性。
【專利說明】 一種具有自適應(yīng)轉(zhuǎn)動慣量的浮力擺擺板設(shè)計
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新型可再生能源技術(shù)和海岸結(jié)構(gòu)物領(lǐng)域，特別是一種具有自適應(yīng)轉(zhuǎn)動慣量的浮力擺擺板設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002]作為世界主要能源來源的煤、石油、天然氣等非可再生資源日漸枯竭，碳排放量過高所帶來的溫室效應(yīng)以及生態(tài)環(huán)境破壞所產(chǎn)生的負面影響日漸嚴重。近年來，世界各國都在大力進行著清潔可再生能源的開發(fā)與利用工作，由太陽能、風(fēng)能、海洋能、生物能、地熱能及其他可再生能源組成的新能源的開發(fā)利用已成為當今世界各國重大研究課題。海洋能是海洋中蘊藏的可再生自然能源的總稱，它包括潮汐能、波浪能、海流能、溫差能和鹽差能等。波浪能作為海洋能的一種，是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能。它是海洋中蘊藏最為豐富的能源之一，也是海洋能利用研究中近期研究得較多的綠色可再生能源。
[0003]擺式波浪能裝置是波浪能發(fā)電的重要方式之一，其主體是隨著波浪擺動的擺體，擺體作為擺式波浪能裝置的一級能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)。其具有頻率響應(yīng)范圍寬、可靠性高、成本相對較低和常海況轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點。目前發(fā)展較為成熟的擺式波浪能裝置多基于固定式基礎(chǔ)，如日本的懸掛擺式波浪能裝置、英國的Oyster浮力擺式近岸波浪能轉(zhuǎn)換裝置、芬蘭的WaveRoller近岸發(fā)電裝置和澳大利亞的BioWAVE波浪能發(fā)電裝置。這四種擺式波浪能裝置中后三種都是采用的是底部鉸接式擺板，該類型擺板因為運動參數(shù)更符合波浪水體速度空間分布規(guī)律而得到廣泛應(yīng)用。我國國家海洋局海洋技術(shù)中心在山東大管島進行的國家科技支撐計劃子課題也采用的是底部鉸接擺板，國內(nèi)亦稱為浮力擺式波浪能裝置。一般地，對于浮力擺波浪能裝置，擺板的轉(zhuǎn)動慣量對于整體裝置的工作效率和安全性有非常大的影響。目前常用的做法是在擺板內(nèi)部分層隔離為幾個與海平面平行的氣室，根據(jù)不同的需要針對某個或多個氣室注入海水，以達到改變轉(zhuǎn)動慣量和自然周期激發(fā)共振效應(yīng)。然而，這樣的做法帶來的兩個主要問題是:一)在擺板上需要安裝復(fù)雜的抽水、灌水裝置，增加了安裝和維護的成本；二)對擺板的密封性提出了更高的要求，海水對于擺板內(nèi)部結(jié)構(gòu)的腐蝕也是一個不小的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:克服上述現(xiàn)有浮力擺擺板技術(shù)的問題和不足，提供一種具有自適應(yīng)轉(zhuǎn)動慣量的浮力擺擺板設(shè)計，它能根據(jù)擺板在波浪作用下運動幅度的大小自動調(diào)整擺板的轉(zhuǎn)動慣量，適應(yīng)實海況下不規(guī)則波的作用，提高波浪能捕獲效率。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種具有自適應(yīng)轉(zhuǎn)動慣量的浮力擺擺板設(shè)計，包括擺板、發(fā)電機、轉(zhuǎn)軸、單向閥門和液態(tài)壓艙物。擺板、發(fā)電機和轉(zhuǎn)軸安裝與海底上的海洋工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物上；單向閥門和液態(tài)壓艙物均布放于擺板內(nèi)部。其特征是:浮力擺擺板在波浪的作用下往復(fù)轉(zhuǎn)動，擺板內(nèi)液體會隨著擺板的運動流動到不同的空間艙，從而改變擺板的轉(zhuǎn)動慣量和自然周期，促進波浪和擺板間共振，增大浮力擺擺板在不同波浪條件下的運動幅度，進而提高波浪能轉(zhuǎn)換效率。
[0007]所述的一種具有自適應(yīng)轉(zhuǎn)動慣量的浮力擺擺板設(shè)計，其特征是:擺板內(nèi)設(shè)置有多級空間艙。
[0008]所述的一種具有自適應(yīng)轉(zhuǎn)動慣量的浮力擺擺板設(shè)計，其特征是:擺板內(nèi)各級空間艙之間采用數(shù)個單向閥門連通。
[0009]所述的一種具有自適應(yīng)轉(zhuǎn)動慣量的浮力擺擺板設(shè)計，其特征是:擺板內(nèi)空間艙中設(shè)置有液態(tài)壓艙物。
[0010]浮力擺式波浪能裝置的主體即擺板、發(fā)電機和轉(zhuǎn)軸固定于海底的海洋工程基礎(chǔ)平面上。當波長較大的波浪作用于擺板時，擺板隨著波浪水體的往復(fù)運動而擺動。在其擺動的同時，擺板內(nèi)部空間艙中的液體由低級空間艙向高級空間艙流動，增大擺板的轉(zhuǎn)動慣量和轉(zhuǎn)動的自然周期，增強了共振效應(yīng)，提高波浪能捕獲效率。而當波浪較小時，擺板的運動幅度相應(yīng)變小，空間艙內(nèi)的液體流回到低級空間艙中，減小了擺板的轉(zhuǎn)動慣量，降低了擺板轉(zhuǎn)動的自然周期，從而保證了在小波的情況下波浪能裝置也能有較高的能量轉(zhuǎn)換效率。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012]本發(fā)明設(shè)計針對浮力擺式波浪能發(fā)電裝置，適用于實海況自然環(huán)境中的不規(guī)則波，它能根據(jù)浮力擺擺板在波浪作用下運動幅度的大小自動調(diào)整擺板的轉(zhuǎn)動慣量，改變擺板轉(zhuǎn)動的自然周期，激發(fā)共振效應(yīng)，提高波浪能捕獲效率，形式簡單易行，具有較高的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是擺板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3是復(fù)式擺板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中，1-擺板，2-發(fā)電機，3-轉(zhuǎn)軸，4-三級空間艙，5-單向閥門，6- 二級空間艙，7-—級空間艙，8-單向閥門。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0018]實施例1:
[0019]如圖1所示，擺板I通過轉(zhuǎn)軸3進行固定，有一個方向的自由度，轉(zhuǎn)軸3與發(fā)電機2連接，擺板I迎向波浪來波方向。
[0020]如圖2所示，擺板I內(nèi)部分隔為三個空間艙，距離轉(zhuǎn)軸3最近的是一級空間艙7，與一級空間艙7相鄰的是二級空間艙6，距離轉(zhuǎn)軸3最遠的是三級空間艙4，相鄰的空間艙之間采用單向閥們5和8連通，單向閥門8位于空間艙中部，單向閥門5位于空間艙兩端。
[0021]本實施例的工作原理:
[0022]實際使用時，擺板I處于豎直向上漂浮狀態(tài)且迎向來波方向，沒有波浪作用時，擺板內(nèi)一級空間艙7內(nèi)充滿液體壓艙物，而二級空間艙6和三級空間艙4是處于空置狀態(tài)。當波浪作用于擺板時，擺板隨著水體的運動而進行往復(fù)擺動，與此同時，一級空間艙7內(nèi)的液體壓艙物通過單向閥門8流向二級空間艙6和三級空間艙4，從而改變擺板的轉(zhuǎn)動慣量，入射波浪能量越大，液體壓艙物會繼續(xù)流向并最終集中到三級空間艙4，此時擺板的轉(zhuǎn)動慣量達到最大，擺板I轉(zhuǎn)動的自然周期也達到極值，同時也最為接近入射波的波長，更好的激發(fā)共振效應(yīng)，捕獲波浪能。當波浪能量變小時，擺板I的擺動幅度亦隨之變小，此時液體壓艙物通過單向閥門5逐漸回流到一級空間艙7中，擺板I的轉(zhuǎn)動慣量和自然周期也隨之變小，使得波周期和擺板轉(zhuǎn)動的自然周期保持較為接近的狀態(tài)，保證了較高的波浪能轉(zhuǎn)換效率。
[0023]實施例2:
[0024]請參閱圖1和圖3，與實施例1不同僅在于:擺板I內(nèi)部有兩個相對獨立的空間艙體系，兩個體系間并不互通，單向閥門5布放于空間艙的中部，單向閥門8布放于空間艙的兩端。
[0025]盡管上面對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種具有自適應(yīng)轉(zhuǎn)動慣量的浮力擺擺板設(shè)計，包括擺板、發(fā)電機、轉(zhuǎn)軸、單向閥門和液態(tài)壓艙物；擺板、發(fā)電機和轉(zhuǎn)軸安裝與海底上的海洋工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物上；單向閥門和液態(tài)壓艙物均布放于擺板內(nèi)部，其特征在于:浮力擺擺板在波浪的作用下往復(fù)轉(zhuǎn)動，擺板內(nèi)液體會隨著擺板的運動流動到不同的空間艙，從而改變擺板的轉(zhuǎn)動慣量和自然周期，促進波浪和擺板間共振，增大浮力擺擺板在不同波浪條件下的運動幅度，進而提高波浪能轉(zhuǎn)換效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自適應(yīng)轉(zhuǎn)動慣量的浮力擺擺板設(shè)計，其特征在于:擺板內(nèi)設(shè)置有多級空間艙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自適應(yīng)轉(zhuǎn)動慣量的浮力擺擺板設(shè)計，其特征在于:擺板內(nèi)各級空間艙之間采用數(shù)個單向閥門連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自適應(yīng)轉(zhuǎn)動慣量的浮力擺擺板設(shè)計，其特征在于:擺板內(nèi)空間艙中設(shè)置有液態(tài)壓艙物。
【文檔編號】F03B13/14GK103867376SQ201410108424
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】彭偉 申請人:長沙理工大學(xué)