具有多个偏置浮体的波浪能发电设备的制作方法

本发明涉及一种波浪能发电设备，该波浪能发电设备装备有一个平台以及安装在该平台上的一个波浪能机器并且装备有多个浮体，这些浮体根据所述波浪(其还在这些浮体上施加水平推力)的向上或向下运动被转换成液压能，该液压能进而通过转换器(机械系统、与发电机相关联的液压马达、或甚至水电涡轮机)转换成电能。

更确切地讲，从法国专利申请FR 2 992 626或其国际等效文件WO 2014/001717中已知一种包括以下各项的波浪能发电设备：

-一个半潜式平台，该半潜式平台配备有从该平台的头部延伸至尾部的至少一个纵向箱体；

-一台波浪能机器，该波浪能机器被安装在该平台上，该机器包括：

o一个门架，该门架在该平台的头部处横向地安装在该箱体上，

o多个浮体，这些浮体被安排成允许将波浪能转换成机械能，每个浮体包括面向该平台的头部的一个头部以及面向该平台的尾部的一个尾部，每个浮体被安装成具有在紧固到该门架上的一个轴上相对于该门架旋转的能力，该轴被安置在该浮体的头部侧，

o一个转换器，

该转换器是从法国专利申请FR 2 992 626或其国际等效申请WO 2014/001717已知的。

这样的发电设备具有相当大的尺寸。该发电设备的长度一般为100米量级，并且其宽度为25米量级。由于该发电设备的设计并且特别是由于该平台的尺寸，该发电设备在波浪中非常稳定，使得能够使这些浮体的移动幅度最大化并且因此优化能源的回收。

在上述文件中所描述的波浪能发电设备中，这些浮体在两个门架之间被成对地安装在两个分开的轴上，这两对浮体被驱动以相反(反转)的方向振荡移动。这些反转移动使得能够抵抗横倾稳定该平台并且限制(或甚至消除)转动力矩作用。

然而，这种设计确实需要创建两个门架，每个门架容纳一个技术区域。这导致发电设备变得更重并且要求相对精心的维护，这涉及介入到每个技术区域中。将多个浮体安装在单一轴上的解决方案会使该结构变轻并且简化维护，但由于该轴上产生的转动力矩作用而导致该平台的输出减少。这些转动力矩作用实际上导致该平台自动地振荡并且减少这些浮体的移动幅度。

一个目的是提出一种提供以下优点中的至少一个优点(并且优选是全部)的波浪能发电设备：良好的能量输出，相对容易的维护，良好的平台稳定性、特别是抗横倾性。

为此提出了一种波浪能发电设备，该波浪能发电设备包括：

-一个半潜式平台，该半潜式平台配备有从该平台的头部延伸至尾部的至少一个纵向箱体；

-一台波浪能机器，该波浪能机器被安装在该平台上，该机器包括：

o一个门架，该门架在该平台的头部处横向地安装在该箱体上，

o至少一个主浮体和至少一个副浮体，这些浮体被安排成允许将波浪能转换成机械能，每个浮体包括面向该平台的头部的一个头部以及面向该平台的尾部的一个尾部，这些浮体被安装成具有在紧固到该门架上的一个轴上相对于该门架旋转的能力，该副浮体是从该主浮体朝向该平台的头部偏移的，

o一个转换器。

可以单独地或组合地提供多个不同的附加特征：

-该主浮体被安装成具有相对于该门架在紧固于该门架上的一个主轴上旋转的能力，并且该副浮体被安装成具有相对于该门架在紧固于该门架上的、并且相对于该主轴纵向上朝向该平台的头部偏移的一个副轴上旋转的能力；

-该平台包括界定了一个中央通道的至少两个纵向箱体，至少一个主浮体被定位在该中央通道中，该门架被横向地安装在这些箱体之间，并且至少一个副浮体被安装在该中央通道外侧；

-该波浪能机器包括至少两个副浮体，该中央通道的每一侧定位一个副浮体；

-该平台在其头部包括离开(short of)这些箱体的下部边缘横向地延伸的至少一个稳定鳍片；

-该平台在其尾部包括紧固到该箱体上的一个横向浮动梁；

-每个浮体包括一个底部和多个侧壁、被安装成具有相对于该门架关于与该浮体的吃水线相对应的一个均衡位置旋转的能力，并且该浮体配备有靠近其尾部从这些侧壁伸出的一对鳍片，每个鳍片具有相对于该吃水线朝向该浮体的尾部向下倾斜的拱底面。

-该转换器包括至少一个棘轮；

-该转换器包括紧固到该轴上的一个主齿轮，该主齿轮与棘轮直接啮合；

-该转换器包括紧固到该轴上的一个副齿轮，该副齿轮通过一个换向小齿轮与一个棘轮啮合；

-该转换器包括至少一个飞轮；

-该波浪能机器包括至少一个附加浮体，该至少一个附加浮体在该附加浮体的尾部侧上被安装成具有相对于该门架在该轴上旋转的能力。

鉴于下文中参照附图给出的对一个实施例的描述，本发明的其他目标和优点将变得明显，在附图中：

-图1是波浪能发电设备的透视图；

-图2是图1的发电设备从上方看的局部视图；

-图3是图2的发电设备的截面III-III的平面上的截面视图；

-图4是根据第一实施例的该发电设备所装备的浮体的透视图；

-图5是图4的浮体的局部侧视图；

-图6是图4和图5的浮体的局部正面视图；

-图7是根据第二实施例的该发电设备所装备的浮体的透视图；

-图8是图7的浮体的侧视图；

-图9是图7和图8的浮体的局部正面视图；

-图10是根据第三实施例的该发电设备所装备的浮体的透视图；

-图11是图10的浮体的侧视图；

-图12是图10和图11的浮体的局部正面视图；

-图13是示出了该发电设备所装备的能量转换器的示意性局部视图，该能量转换器包括棘轮以及与该棘轮直接啮合的齿轮；

-图14是图13的能量转换器的细节视图，示出了加框特征XIV；

-图15是类似于图13的视图，示出了包括棘轮以及通过换向小齿轮与该棘轮间接啮合的齿轮的能量转换器；

-图16是类似于图2的视图，示出了根据替代形式的实施例的发电设备；

-图17是图16的发电设备的截面XVII-XVII的平面上的截面视图；

-图18是类似于图2和图16的视图，示出了根据另一替代形式的实施例的发电设备。

图1描绘了波浪能发电设备1。旨在离岸安装的此发电设备1包括半潜式平台2以及安装在平台2上的波浪能机器3。

半潜式平台2装备有至少一个长形浮动箱体4。在所展示的示例中，平台2装备有在纵向方向上彼此基本上平行延伸的若干长形浮动箱体4，当发电设备1在海上时该纵向方向对应于波浪的主要行进方向(由位于图2左侧的箭头绘制出)。

在所展示的示例中，这些箱体4的数量是两个并且具有平行六面体形状和矩形截面，这些箱体的高度优选比其宽度大。这些箱体4具有实体的或穿孔的侧壁5，这些侧壁共同限定从平台2的头部7(图1、图2和图3的左侧)延伸至尾部8(图1、图2和图3的右侧)的中央通道6。

由于这些箱体4的侧壁5，在波浪的主要行进方向上沿通道6引导海水，从而限制了平台2的侧倾(或横倾)移动。

每个箱体4具有纵向上部边缘9和纵向下部边缘10，这些边缘彼此相反并且在平静至中度(尽管仍然是多波浪的)的海洋中对应地浮现和浸入。

每个箱体4优选是中空的并且是通过组装多个(例如由抗腐蚀处理的钢制成的)金属板、复合片材或由足够刚性的并能承受弯曲载荷和腐蚀的任何其他材料的片材来生产的。每个箱体4可以使用多个内部肋来加固，以便更好地承受纵向平面(特别是当该箱体悬伸跨过波浪的浪峰时或者当该箱体以其两端被两个相继的浪峰支撑时)和其横向平面(特别是在局部涡流的事件中)两者中的弯曲应力。

每个箱体4可以进一步被隔室化以形成多个压载舱，这些压载舱可以为了调整吃水线而至少部分地填充有海水或被排空。可以使用多个泵来执行这些压载舱的填充和排空，优选是自动地操作的。这种调整优选被执行成使得该吃水线或多或少沿这些箱体4的中部伸展-换言之，使这些箱体4的吃水深度和干舷基本相同。

根据图1和图3所展示的一个实施例，每个箱体4在尾部8具有加宽和/或升起的末端(如在图3中尤其可见)。其结果是，截留在箱体4中的空气的体积更高，平台2在其尾部8的浮力局部地增加。

如在图1、图2和图3可看到的，平台2在其尾部8包括浮动梁11，该浮动梁被紧固到这些箱体4并且横向延伸，从而连接这些箱体。除其联接和间隔开这些箱体4的功能以及加固平台2的作用之外，梁11用作浮体以便持续使尾部8保持在海平面。换言之，如在图3中可清楚地看到的，尾部8随波浪而动(在该图中以点划线描绘出)。

梁11可以具有任何形状的纵向截面(图3)，但优选的是该梁具有圆形形状，以便优化其浮体功能。因此，在所展示的示例中，梁11本身是空心和管状的，具有圆形截面。梁11的竖直定位被调整成满足平台2的设计以及特别是这些箱体4的形状；在所展示的示例中，梁11大致是在这些箱体4的中段延伸的。

平台2进一步包括至少一个稳定鳍片12，该至少一个稳定鳍片在海中通常是持续浸没的，该鳍片12在平台2的头部7处离开这些箱体4的下部边缘10横向延伸。

头部鳍片12只延伸在平台2的一部分长度(典型地是在其长度的1/5和1/10)上。

鳍片12具有基本上平坦的上面13或上表面以及下面或拱底面14，该上面或上表面平行于并且面向在此箱体4的下部纵向边缘10，通过该下面或拱底面，可以借助于与平台2相紧固的悬链线15将平台2锚定到海床上。将悬链线15锚定到鳍片12意味着平台2可以自动定向成迎着波浪，力是沿着其轴线施加的，从而保持悬链线15持续绷紧。

鳍片12具有U形的截面并且包括两个侧向侧面16，这些侧向侧面从这些箱体4的下部边缘10以其竖直延续部延伸，使得上表面13从这些箱体4的下部边缘10延伸一定距离，以使位于比箱体4更低水平高度的鳍片12始终以足以免遭波浪影响的深度浸没。

其结果是，平台2由于克服鳍片12的水柱的重量而位于稳定的纵倾姿态，并且其用作阻尼器，从而衰减平台2的移动，特别是侧倾(或横倾)移动。鳍片12的阻尼功能和平台2由悬链线15锚定的组合作用意味着平台2的头部7对波浪不太敏感并且维持基本恒定的调整姿态。

相比之下，尾部8由于这些箱体4的尾端的浮力而随波浪而动，此浮力与梁11的浮力的相组合。因此，波浪致使平台2在尾部8振荡，这种振荡以与鳍片12的横向中线或多或少重合的轴线为中心。

波浪能机器3在平台2的头部7安装在该平台上。机器3首先包括门架17，该门架安装在这些箱体4上使得该门架在这些箱体之间横向地延伸、与鳍片12竖直对齐、并且在这些箱体的上部边缘9处与之相联接。

波浪能机器3其次包括浮体18、19，这些浮体具有相对于平台2旋转的能力，这些浮体被设计成允许将波浪能转换成机械能，即：

-至少一个主浮体18被在紧固于门架17上的主轴20上安装成具有相对于门架17旋转的能力，

-至少一个副浮体19被在类似地紧固于门架17上的副轴21上安装成具有相对于门架17旋转的能力。

每个浮体18、19包括面向平台2的头部7的头部22以及面向平台2的尾部8的尾部23。

主轴20被安置在主浮体18的头部22的相同侧(即在上游端)。同样地，副轴21被安置在副浮体19的头部22的相同侧(这意味着在上游端)。以这种方式，在运行期间这些浮体18、19是以相同旋转方向上的振荡旋转移动来驱动的。

然而，如在图2和3中可以清楚地看到的，副浮体19是相对于主浮体18朝向平台2的头部7纵向偏移的。在纵向上测量的浮体18、19之间的偏移表示为D1。可以在浮体18、19的头部22之间、在它们的尾部23之间、或替代地在它们对应的重心之间测量该偏移D1。

根据一个具体实施例，特别是在图1至图3中所展示的，副轴21是相对于主轴20纵向偏移的。在纵向上测量的轴20、21之间的偏移表示为D2。

偏移D1和D2可以是相同的，特别是当浮体18、19相同时。然而，偏移D1和D2可以是不同的。根据一个实施例，偏移D1和D2被包括在5m和20m之间。

如在这些图中所展示的，波浪能机器3包括定位在通道6中的至少一个主浮体18、以及安装在通道6外侧的至少一个副浮体19。如在图1和2中可以清楚地看到的，副轴21横向地延伸，从侧向壁5伸出，以允许副浮体19的铰接式安装。

在所展示的示例中，波浪能机器3包括至少两个副浮体19，通道6的每一侧定位一个副浮体。因此，每个副浮体19以铰接的方式安装在副轴21的伸出部上。

如还可看到的，在所展示的示例中，波浪能机器3包括被安排在通道6内的两个主浮体18。作为替代方案，浮体18或19的数目可以更高。

这个或这些副浮体19相对于这些主浮体18的纵向偏移使得能够使平台2所采取的横倾最小化并且因此使该平台稳定。确切地讲，如图3所展示的，在该图中副浮体19是以虚线描绘的而使得透过箱体4可见隐藏细节，这个或这些主浮体18和这个或这些副浮体19的振荡是不同步的，每个浪峰首先到达这个或这些副浮体19。这样的不同步使得能够分配由这些浮体18、19产生的转动力矩作用并且因此在每一时刻减少施加到平台2(并且更确切地讲施加到箱体4)上的弯曲力。这使得能够使这些箱体4的工作截面最小化并且因此使平台2更轻。

这些主浮体18和副浮体19可以是相似或相同的(如在所展示的示例中)或者可以是不同的。

每个浮体18、19包括底部24和多个侧壁25，这些侧壁既从底部24竖直地延伸又从头部22到尾部23纵向地延伸。

每个浮体18(或19)被紧固到刚性臂26上，该刚性臂被安装成具有在主轴20(或副轴21)上旋转的能力并且是从轴20、21朝向尾部8延伸的。

各浮体18、19被安装成具有以关于一个均衡位置(没有波浪时的位置)振荡方式在其轴20、21上旋转的能力，该均衡位置对应于浮体18、19的吃水线27(在图5、图8和图11中用点划线描绘出)。

每个浮体18、19优选配备有在尾部23的附近从这些侧壁25伸出的一对鳍片28。每个鳍片28具有相对于吃水线26朝向浮体18、19的尾部23向下倾斜的拱底面部分29。鳍片28的拱底面29与吃水线27之间的倾斜角表示为A。此角度A优选被包括在10°和45°之间。

这些鳍片28使由波浪施加到这些浮体18、19上的升力增大并且使得有可能在低的或中等幅度的波浪的情况下从施加到这些浮体18、19的水平力中回收能量，从而提高该发电设备的能量效率。在高浪的情况下，这些鳍片28将在浪峰上采取大致水平的取向，因而消除了升力(并且因此消除了轴20、21上产生的负载)，以有利于发电设备1的安全性。由于浮体18、19的倾斜是根据波浪而变化的，应当理解的是，在这些鳍片28上产生的升力不是恒定的。在实践中，波浪越强，证明这些鳍片28的用处就越小，因为这些鳍片28更加会在轻度至中度波浪情况下提供最大作用。

针对每个浮体18、19存在多个可想到的实施例。

根据图4至图6所展示的第一实施例，鳍片28是由倾斜板30形成的，该倾斜板被安装到尾部23并且在每一侧横向地突出超过这些侧壁25。如在图6中清楚可见的，底部24基本上是平坦的并且平行于吃水线27，一直到形成沿这些鳍片28的延续部延伸的倾斜偏转器31的板30。

根据在图7至图9所展示的第二实施例，臂26从浮体18、19的头部22延伸；底部24是相对于吃水线27倾斜的，从臂26的附近一直到尾部8。如在图7至图9中可看到的，浮体18、19包括两个唇缘32，这些唇缘纵向地延伸在这些侧壁25每侧的延续部上从底部24伸出。这些唇缘32用于局部地引导在浮体18、19下方流动的水。其结果是，使底部24处的和这些鳍片28处的流动湍流的风险最小化，并且因此提高了浮体18、19的效率。

根据在图10至12所展示的第三实施例，浮体18、19比第二实施例中更异形。这些鳍片28沿浮体18、19的上面33的延续部(其可以是稍微弯曲的)延伸，所述上面是底部24的相反面。如图11中可看到的，拱底面29可以是凹形的(凹面面向浮体18、19的头部)。此外，浮体18、19可以包括偏转器31，该偏转器在尾部23沿上面33的延续部延伸并且相对于吃水线27倾斜，而底部24基本上是平坦的并且平行于该吃水线。

门架17优选地是被尺寸确定成足够宽大以形成容纳和存放发电设备1的特别是用于将机械波浪能转换成电能的器材的技术区域。

为此目的，机器3再其次地对于每个轴20、21包括至少一个转换器34，该至少一个转换器允许将浮体18、19的振荡移动转换成连续的旋转移动，而后者能够通过发电机(未描绘出)被用来产生电力。对于每个轴20、21，此转换器34包括安装与轴20、21相平行的驱动轴36上的一对棘轮35。

根据这些图中所展示的实施例，每个轮35包括具有单向内齿套38和双向外齿套(其未被描绘出)的环形齿轮37。轮35包括从动轮39，该从动轮被紧固到驱动轴36上，并且在该从动轮上安装了具有以与齿套38单向啮合的方式来旋转的能力的棘爪40。棘爪40被弹簧41朝向齿套38推动。

此外，对于每个轴20、21而言，转换器34包括主齿轮42，该主齿轮与轴20、21一起旋转并且与第一棘轮35、更确切地讲与环形齿轮37的外齿套直接啮合，如图13和图14所展示的。

对于每个轴20、21而言转换器34进一步包括副齿轮43，该副齿轮与轴20、21一起旋转并且通过换向小齿轮44与第二棘轮35(并且更确切地讲与环形齿轮37的外齿套)啮合。

以这种方式，浮体18、19通过臂26与轴20、21一起驱动主齿轮42沿第一旋转方向(这些图中的顺时针方向，参见图13和图14中的箭头F1)旋转，该主齿轮驱动第一棘轮35的环形齿轮37以相反方向(逆时针方向，图14中的箭头F2)旋转。与内齿套38啮合的棘爪40然后沿与环形齿轮37相同的方向(逆时针方向，图14中的箭头F3)驱动从动轮39(并且因此驱动驱动轴36)。

同时，副齿轮43通过换向小齿轮44沿顺时针方向驱动第二棘轮35的环形齿轮37，环形齿轮37然后绕驱动轴36自由旋转。

相反，当浮体18、19通过臂26与轴20、21沿逆时针方向驱动主齿轮42时，该主齿轮沿顺时针方向驱动第一棘轮35的环形齿轮37，环形齿轮37然后绕驱动轴36自由旋转。

同时，副齿轮43通过换向小齿轮44(顺时针方向，箭头F5)沿逆时针方向(箭头F6)驱动第二棘轮35的环形齿轮37(在这些图中沿逆时针方向，参见图15中的箭头F4)。与内齿套38啮合的棘爪40然后沿与该齿套相同的方向(逆时针方向)驱动从动轮39(并且因此驱动驱动轴36)。

由于上文所描述的设计，无论臂26沿哪个方向旋转，齿轮42、43中的一者或另一者都会通过这些棘轮35中的一者或另一者驱动驱动轴36。换言之，无论浮体18、19向上或向下移动，能量转换都是连续的。

应当指出的是，转换器34可以包括一个(或若干)飞轮45，所述飞轮例如被安装在每个轴20、21(或驱动轴36)上，以便使急动平滑并且因而调节驱动轴36的旋转速度(并且因此调节发电设备1的运行速度)。这导致电流的平滑产生。

发电设备1的这种设计提供了许多优点。

首先，正如我们已经看到的，这些副浮体19相对于主浮体18的纵向偏移使得能够限制平台2的横倾并且因此使该平台稳定，有利于发电设备1的能量输出。

其次，只存在一个门架17的事实使得维护发电设备1更容易，从而可以从这个单一技术区域执行所有的维护操作。

应当指出的是，可以想到通过使若干发电设备1横跨同一列波浪成一排地对齐或者通过使这些发电设备在纵向上(即在波浪的行进方向上)偏移来将这些发电设备联接在一起。

可预见到存在许多实施例的替代形式。

根据图16和图17所展示的实施例的替代形式，该发电设备包括被安排在门架17的上游并且安装在副轴21上的一个(或多个)附加浮体46。像浮体18和19一样，每个浮体46具有头部22和尾部23并且在尾部23的一侧通过一个或多个臂26(在所展示的示例中为两个臂，以脸颊的方式侧翼包围浮体46)安装在轴21上。

如图17中可清楚看到的，每个浮体46具有轮廓确定成提供低的阻力系数并且因此对波浪仅施以少量的正面阻抗的形状的纵向截面。在所展示的示例中，浮体46具有椭圆形轮廓。这个或这些浮体46相对于这个或这些副浮体19自由旋转并且以上文所描述的方式联接到转换器34。

这个(这些)浮体46通过对产生电能做出贡献而提高了发电设备1的输出。鉴于它(它们)与浮体18、19相反的取向，这个或这些浮体46沿与其相反的方向振荡并且因此提供倾向于使平台2稳定的反转作用。

根据图18所展示的另一个替代形式，主轴20和副轴21是同轴的，副轴21从侧壁5延伸成伸出部。在所展示的示例中，机器3具有位于通道6的各侧的多个副浮体21，轴21包括两个同轴部分，在这些箱体4的每一侧延伸一个同轴部分。然而，这些主浮体18和副浮体19不是从它们的轴20、21延伸相同的距离，从而在它们之间保持了偏移D1。在实践中，该偏移可以是由这些臂26的长度差来提供的。由于这些主浮体18和副浮体19的振荡是不同步的，应当理解的是，这些浮体18、19就旋转而言不是相连的并且分开地驱动指定的转换器34。