[发明专利]一种强容错、高效漂浮式波浪能利用装置

说明书

技术领域

本发明设计波浪能利用技术领域，尤其涉及一种离岸漂浮式波浪能利用装置。

技术背景

当今，开发漂浮式波浪能发电装置主要面对以下几个方面的问题：1、大多漂浮式波浪能 发电装置俘获波浪能效率低，主要原因是装置自身运动造波、透射和反射所致。2、转换效率 较高的波浪装置难以在台风等恶劣天气环境中生存。原因是效率高的漂浮式装置往往需要较 小的约束，在大浪中运动过大，容易造成锚链断裂，或转换装置运动幅度或速度超过极限， 导致破坏。3、海洋波浪能发电装置存在着相对运动部件，这些部件尺寸粗大，要求密封，故 加工和安装精度难以达到要求，且加工费十分高昂。4、波浪的峰值功率是平均功率的7-10 倍，装置各机构受冲击载荷大，若各部件间为硬性连接，冲击载荷会大大降低装置的使用寿 命。综上所述，目前的波浪能发电装置均存在结构复杂、能量转换效率低、不易于维护、成 本高等缺点，不适应大规模推广应用。提高漂浮式波浪能发电装置的能量转换效率，增强装 置抵抗恶劣海况的能力，降低装置各部件组装难度和建造成本是开发波浪能发电装置的努力 方向。

现有技术中存在一种点头鸭式波浪发电装置，由英国的S.Salter在1974年正式发表在 Nature杂志上。该装置的外形犹如鸭子的身体，浮于海面，在波浪冲击下，鸭体可绕其中心 轴上下摇摆，就像鸭子在水面点头，因而得名(见图1)。但是该装置存在以下缺点：1、鸭 体内部装有复杂的机械和发电机构，制造和安装难度大，而且缺乏缓冲环节，受突发性的大 波作用下容易损坏。2、鸭体内部复杂的机械和发电系统需要体积较大的密封腔，装置密封难 度很大。原因是鸭式装置靠鸭体外壳与中心轴相对运动做功，吸收波浪能。中心轴从鸭体外 面横穿鸭体，要想密封，必须控制鸭体外壳与中心轴之间的间隙，使之足够小，且间隙处的 光洁度足够高，才能实现。而鸭体外壳和中心轴均属大型构件，两者结合面高光洁度必然导 致巨大的加工成本；两者的小间隙必然导致安装困难。再者，鸭体外壳属于焊接结构，必然 存在着焊接变形、时效变形以及运行后的受力变形，鸭体外壳与轴之间的小间隙无法保障。 这是造成鸭式装置造价昂贵的原因，而且也造成装置维护困难。3、漂浮于海面的鸭体吃水深 度小，波浪有从装置底部透射的可能性，降低了波浪能利用效率。4、装置采用图2、图3方 式系泊，其系泊系统需要进行特殊的海底固定、缆绳张紧或刚性铰接杆与鸭体的连接，难度 较大。图2装置采用张紧的缆绳固定中心轴，容易在涨潮时吃水增大，导致角运动造波；在 落潮是缆绳松弛，导致线运动造波，效率下降。图3装置的系泊系统刚性太强，大浪会对装 置或刚性杆铰接点产生突发负载，导致破坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种强容错、高效的离岸漂浮式波浪能利用装置。

为达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

本发明装置是在现有的鸭式波浪能装置和系泊系统上进行的改进，包括漂浮在水面上的 鸭体；鸭体由鸭体外壳和中心轴组成；鸭体外壳在波浪的作用下绕其中心轴转动，将波浪能 转换为往复机械能；鸭体外壳截面形状类似鸭蛋形状，其大头称为鸭尾，小头称为鸭头，其 特征在于：鸭尾呈圆弧状，中心轴的轴心处于圆弧中心；鸭头背波部位体积较大；鸭体下面 安装有与中心轴固定连接的水下附体，该水下附体挂于中心轴上，悬垂于鸭体之下，中心轴 被水下附体固定；所述鸭体内部安装囊状泵作为能量转换机构，所述囊状泵为封闭的柔性水 囊，囊状泵内注入液体并留有褶皱、可伸缩，固定在鸭体内的中心轴上，有一水管将囊状泵 与另一柔性水囊——囊状活塞连接；囊状活塞的上端连接下级能量转换机构；所述囊状泵和 囊状活塞内非完全注满液体；水下附体通过蓄能型系泊系统与海底连接，装置整体完全漂浮 于海洋之中，与海底非固定式连接。

所述鸭体有较深的吃水深度，尽量避免波浪能透射。

所述囊状泵与囊状活塞均为柔性体，其受压时只能将其内部液体从一端推向另一端，而 自身材料在薄膜平面内不能像气球材料一样伸张。囊状泵和囊状活塞内非完全注满液体，位 于水下附体上的囊状活塞的一端始终受到其上结构及能量转换机构的压力，该压力维持囊状 活塞的液体在没有其他外力作用时回到囊状泵内；当鸭体向上旋转，囊状泵受鸭体内腔上端 较大力量的挤压，体积减小，向下端高压排水，推动囊状活塞向外做功。

囊状泵和囊状活塞内注入的液体一般为水或其他体积弹性模量较大的液体。