一种具有自适应转动惯量的浮力摆摆板设计的制作方法
【专利摘要】本发明属于新型可再生能源技术和海岸结构物领域，特别涉及一种具有自适应转动惯量的浮力摆摆板设计。它包括摆板、发电机、转轴、单向阀门和液态压舱物。摆板、发电机和转轴安装与海底上的海洋工程基础结构物上；单向阀门和液态压舱物均布放于摆板内部。其特征是：浮力摆摆板在波浪的作用下往复转动，摆板内液体会随着摆板的运动流动到不同的空间舱，从而改变摆板的转动惯量和自然周期，促进波浪和摆板间共振，增大摆板在不同波浪条件下的运动幅度，进而提高波浪能转换效率。本发明设计适用于实海况自然环境中的不规则波，能够激发共振效应，提高波浪能捕获效率，形式简单易行，具有较高的可靠性。
【专利说明】 一种具有自适应转动惯量的浮力摆摆板设计
【技术领域】
[0001]本发明属于新型可再生能源技术和海岸结构物领域，特别是一种具有自适应转动惯量的浮力摆摆板设计。
【背景技术】
[0002]作为世界主要能源来源的煤、石油、天然气等非可再生资源日渐枯竭，碳排放量过高所带来的温室效应以及生态环境破坏所产生的负面影响日渐严重。近年来，世界各国都在大力进行着清洁可再生能源的开发与利用工作，由太阳能、风能、海洋能、生物能、地热能及其他可再生能源组成的新能源的开发利用已成为当今世界各国重大研究课题。海洋能是海洋中蕴藏的可再生自然能源的总称，它包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能和盐差能等。波浪能作为海洋能的一种，是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。它是海洋中蕴藏最为丰富的能源之一，也是海洋能利用研究中近期研究得较多的绿色可再生能源。
[0003]摆式波浪能装置是波浪能发电的重要方式之一，其主体是随着波浪摆动的摆体，摆体作为摆式波浪能装置的一级能量转换机构。其具有频率响应范围宽、可靠性高、成本相对较低和常海况转换效率高等优点。目前发展较为成熟的摆式波浪能装置多基于固定式基础，如日本的悬挂摆式波浪能装置、英国的Oyster浮力摆式近岸波浪能转换装置、芬兰的WaveRoller近岸发电装置和澳大利亚的BioWAVE波浪能发电装置。这四种摆式波浪能装置中后三种都是采用的是底部铰接式摆板，该类型摆板因为运动参数更符合波浪水体速度空间分布规律而得到广泛应用。我国国家海洋局海洋技术中心在山东大管岛进行的国家科技支撑计划子课题也采用的是底部铰接摆板，国内亦称为浮力摆式波浪能装置。一般地，对于浮力摆波浪能装置，摆板的转动惯量对于整体装置的工作效率和安全性有非常大的影响。目前常用的做法是在摆板内部分层隔离为几个与海平面平行的气室，根据不同的需要针对某个或多个气室注入海水，以达到改变转动惯量和自然周期激发共振效应。然而，这样的做法带来的两个主要问题是:一)在摆板上需要安装复杂的抽水、灌水装置，增加了安装和维护的成本；二)对摆板的密封性提出了更高的要求，海水对于摆板内部结构的腐蚀也是一个不小的挑战。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:克服上述现有浮力摆摆板技术的问题和不足，提供一种具有自适应转动惯量的浮力摆摆板设计，它能根据摆板在波浪作用下运动幅度的大小自动调整摆板的转动惯量，适应实海况下不规则波的作用，提高波浪能捕获效率。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]一种具有自适应转动惯量的浮力摆摆板设计，包括摆板、发电机、转轴、单向阀门和液态压舱物。摆板、发电机和转轴安装与海底上的海洋工程基础结构物上；单向阀门和液态压舱物均布放于摆板内部。其特征是:浮力摆摆板在波浪的作用下往复转动，摆板内液体会随着摆板的运动流动到不同的空间舱，从而改变摆板的转动惯量和自然周期，促进波浪和摆板间共振，增大浮力摆摆板在不同波浪条件下的运动幅度，进而提高波浪能转换效率。
[0007]所述的一种具有自适应转动惯量的浮力摆摆板设计，其特征是:摆板内设置有多级空间舱。
[0008]所述的一种具有自适应转动惯量的浮力摆摆板设计，其特征是:摆板内各级空间舱之间采用数个单向阀门连通。
[0009]所述的一种具有自适应转动惯量的浮力摆摆板设计，其特征是:摆板内空间舱中设置有液态压舱物。
[0010]浮力摆式波浪能装置的主体即摆板、发电机和转轴固定于海底的海洋工程基础平面上。当波长较大的波浪作用于摆板时，摆板随着波浪水体的往复运动而摆动。在其摆动的同时，摆板内部空间舱中的液体由低级空间舱向高级空间舱流动，增大摆板的转动惯量和转动的自然周期，增强了共振效应，提高波浪能捕获效率。而当波浪较小时，摆板的运动幅度相应变小，空间舱内的液体流回到低级空间舱中，减小了摆板的转动惯量，降低了摆板转动的自然周期，从而保证了在小波的情况下波浪能装置也能有较高的能量转换效率。
[0011]本发明的有益效果是:
[0012]本发明设计针对浮力摆式波浪能发电装置，适用于实海况自然环境中的不规则波，它能根据浮力摆摆板在波浪作用下运动幅度的大小自动调整摆板的转动惯量，改变摆板转动的自然周期，激发共振效应，提高波浪能捕获效率，形式简单易行，具有较高的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的整体结构示意图。
[0014]图2是摆板的内部结构示意图。
[0015]图3是复式摆板的内部结构示意图。
[0016]图中，1-摆板，2-发电机，3-转轴，4-三级空间舱，5-单向阀门，6- 二级空间舱，7-—级空间舱，8-单向阀门。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0018]实施例1:
[0019]如图1所示，摆板I通过转轴3进行固定，有一个方向的自由度，转轴3与发电机2连接，摆板I迎向波浪来波方向。
[0020]如图2所示，摆板I内部分隔为三个空间舱，距离转轴3最近的是一级空间舱7，与一级空间舱7相邻的是二级空间舱6，距离转轴3最远的是三级空间舱4，相邻的空间舱之间采用单向阀们5和8连通，单向阀门8位于空间舱中部，单向阀门5位于空间舱两端。
[0021]本实施例的工作原理:
[0022]实际使用时，摆板I处于竖直向上漂浮状态且迎向来波方向，没有波浪作用时，摆板内一级空间舱7内充满液体压舱物，而二级空间舱6和三级空间舱4是处于空置状态。当波浪作用于摆板时，摆板随着水体的运动而进行往复摆动，与此同时，一级空间舱7内的液体压舱物通过单向阀门8流向二级空间舱6和三级空间舱4，从而改变摆板的转动惯量，入射波浪能量越大，液体压舱物会继续流向并最终集中到三级空间舱4，此时摆板的转动惯量达到最大，摆板I转动的自然周期也达到极值，同时也最为接近入射波的波长，更好的激发共振效应，捕获波浪能。当波浪能量变小时，摆板I的摆动幅度亦随之变小，此时液体压舱物通过单向阀门5逐渐回流到一级空间舱7中，摆板I的转动惯量和自然周期也随之变小，使得波周期和摆板转动的自然周期保持较为接近的状态，保证了较高的波浪能转换效率。
[0023]实施例2:
[0024]请参阅图1和图3，与实施例1不同仅在于:摆板I内部有两个相对独立的空间舱体系，两个体系间并不互通，单向阀门5布放于空间舱的中部，单向阀门8布放于空间舱的两端。
[0025]尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，并不是限制性的。
【权利要求】
1.一种具有自适应转动惯量的浮力摆摆板设计，包括摆板、发电机、转轴、单向阀门和液态压舱物；摆板、发电机和转轴安装与海底上的海洋工程基础结构物上；单向阀门和液态压舱物均布放于摆板内部，其特征在于:浮力摆摆板在波浪的作用下往复转动，摆板内液体会随着摆板的运动流动到不同的空间舱，从而改变摆板的转动惯量和自然周期，促进波浪和摆板间共振，增大浮力摆摆板在不同波浪条件下的运动幅度，进而提高波浪能转换效率。
2.根据权利要求1所述的具有自适应转动惯量的浮力摆摆板设计，其特征在于:摆板内设置有多级空间舱。
3.根据权利要求1所述的具有自适应转动惯量的浮力摆摆板设计，其特征在于:摆板内各级空间舱之间采用数个单向阀门连通。
4.根据权利要求1所述的具有自适应转动惯量的浮力摆摆板设计，其特征在于:摆板内空间舱中设置有液态压舱物。
【文档编号】F03B13/14GK103867376SQ201410108424
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】彭伟 申请人:长沙理工大学