[实用新型]带有外置透空结构的离岸式振荡水柱波能转换装置

说明书

本实用新型属于新能源利用技术领域，提供了一种带有外置透空结构的离岸式振荡水柱波能转换装置，包括振荡水柱系统、锚泊固定系统和透空结构。本实用新型将离岸式振荡水柱波能转换装置和透空结构有效结合。采用离岸浮式结构，可以应用于波能密度更大的深远海区域，能有效提高装置的输出功率；采用透空结构既不影响目标海况长波透射进入气室，也能有效减小波浪中短波对装置产生的较大波浪荷载，保护结构安全，从而保证振荡水柱波能转换装置能长时间的高效、稳定运行。

技术领域

本实用新型涉及带有外置透空结构的离岸式振荡水柱波能转换装置，属于新能源利用技术领域。

背景技术

随着社会经济的发展，全球对于能源的需求日益增加，而煤炭、石油、天然气等传统不可再生化石能源日益减少，同时消耗化石能源所排放的污染物对环境造成了很大危害，因此，开发与利用新能源成为目前世界各国所关注的重点。海洋蕴藏着巨大的能源，其中波浪能是一种十分重要的可再生能源。到目前为止，人们已经实用新型了各种各样的波浪能转换装置从波浪中提取能量，其中振荡水柱波能转换装置由于其具有结构简单、性能可靠的优势，成为了目前世界各国研究和应用最广泛的波能装置之一。

沿岸浅水区域波能流密度较小，导致波能转换装置转换效率较低，这不利于波浪能的大规模开发，带来的经济效益有限，所以目前世界各国将研究和发展的重点转向了离岸式波能转换装置。振荡水柱波能装置主要由一个底部开口的气室、顶部的双向空气透平和发电机组成。在运行时，气室内的水柱在波浪作用下上下振动，迫使气室内空气在气孔处产生往复气流，带动空气透平转动，从而进一步带动发电机发电。

由于波能装置工作环境的复杂性以及极端海况发生的频率逐渐增高，近些年波能转换装置被波浪破坏的事故时有发生，装置的生存能力面临着巨大挑战。振荡水柱波能装置气室内部的水柱主要有活塞(piston)和晃荡(sloshing)两种运动，装置的能量转换主要由振荡水柱的活塞运动贡献。装置内的水柱在长波作用下主要产生活塞运动；由于短波的透射能力弱，因此，在短波作用下，气室外侧会发生较大反射，而气室内水柱产生晃荡运动，从而导致装置在短波作用时能量转换效率低、受到的波浪荷载大。透空结构具有较好的消浪效果，被广泛应用于需要消浪的海洋工程结构中。因此，本实用新型提出在装置周围增加透空结构来减弱波浪中短波对装置产生的破坏作用，从而提高装置的生存能力。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现存技术的不足，在保证波能装置较高能量转化效率的情况下，设计了带有外置透空结构的离岸式振荡水柱波能转换装置，采用该外置透空结构，对装置在目标工作海况长波作用下的水动力性能影响很小，但是可以有效减小非目标工作海况短波作用下装置受到的波浪荷载，从而在保证装置能量转换效率的前提下，提高装置的生存能力。

本实用新型的技术方案：

一种带有外置透空结构的离岸式振荡水柱波能转换装置，包括振荡水柱系统、锚泊固定系统和透空结构；

所述的振荡水柱系统主要由气室6、内圆柱体1和涡轮发电系统4构成；

所述的气室6是由外圆柱环体2和半球环体3组成的空腔，半球环体3倒扣在外圆柱环体2上，下端与外圆柱环体2贴合，二者半径相同；所述的外圆柱环体2是顶端和底端开口、中空的圆柱体，所述的半球环体3是中空的半球体；半球环体3顶端中心位置设有气孔通道9，气孔通道9内有涡轮发电系统4；涡轮发电系统4由空气透平和发电机组成，空气透平连接着发电机；

所述的内圆柱体1位于气室6的轴线上，顶端与支撑圆台5底端连接；所述的支撑圆台5顶端连接到半球环体3上，与半球环体3内表面贴合；所述的支撑圆台5内部设有贯穿圆台的圆柱形气孔，支撑圆台5顶部中心设有气孔通道9，与半球环体3的气孔相通；

所述的锚泊固定系统由多根锚链8构成，各锚链8一端与内圆柱体1底部边缘连接，另一端固定于海底；