一种可航的波力发电装置的制作方法

本发明涉及波浪能转换技术领域，特别涉及一种可航的波力发电装置。

背景技术：

波浪能资源蕴藏丰富，开发利用潜力巨大。但由于波浪能极不稳定、远离大陆、海洋环境恶劣、海水腐蚀、海生物附着等因素，开发利用海洋波浪能成本高昂。这些成本主要表现在装置的材料成本、建造成本、转换机构成本、投放、运输和回收成本、锚泊成本、维护成本和环境成本等。目前波浪能利用技术种类繁多，漂浮式波浪能利用技术因其适应面广而成为研究的主流，主流的漂浮式技术主要包括三大类:振荡水柱技术、越浪技术和振荡浮子技术。

漂浮振荡浮子技术是利用波浪推动一个浮体相对另一个浮体(支撑平台)平动或转动把波浪能转换为浮体运动的机械能，基于该技术发展的装置必须是双(多)浮体并且潜入或半潜入海水中，这一特点意味着材料利用率低(双或多浮体,装置相对庞大)、浮体与浮体之间容易发生相撞事故，铰接处由于作用力大易损毁，单机装机容量有限且直接拖航阻力大。

漂浮越浪技术是利用波浪的爬升作用，把波浪能转换为海水的势能，基于该技术发展的装置特点是单浮体(承载平台)，装置要承担转换载体(海水)的重量，因此其结构规模庞大、强度要求高，在风、浪和流的共同作用下，系泊系统复杂、投资大，水轮机同海水接触，受海生物附着影响大，直接拖航阻力大。

漂浮式振荡水柱技术是利用腔体通过海水相对浮体运动把波浪能转换为气室内的气动能量，其特点是单浮体，材料利用率高,不存在浮体与浮体相撞问题，空气透平和发电机位于水面上不受海水和海生物影响，维修方便。漂浮振荡水柱技术最著名的形式是后弯管技术，该技术主要由l型管道、气室、浮力舱、空气透平、发电机组成。后弯管技术转换原理是波浪能转换为浮体运动及腔体内流体运动的机械能、机械能转换为气动能量、气动能量通过空气透平和发电机转换为电能，一般分为2级转换：初级转换和次级转换。初级转换是波浪能到气动能量的转换(用俘获宽度比来评估)，次级转换是气动能量到电能的转换。在宽水池松弛系泊规则波条件下，俘获宽度比测量值最高达到了204.5％，在随机波条件下，俘获宽度比测量值最高达到了87.2％。最新由第三方(国家海洋技术中心)对新型后弯管小样机水池测试表明：规则波电池负载下波浪到电的转换效率最高达到35.65％，随机波电池负载下波浪到电最高平均效率达到26.66％，达到高的转换效率。后弯管技术表现出高的能量转换特性。后弯管装置相对其它波浪能利用装置吃水浅便于拖运投放，不需要浮态调节使现场施工变得简单。然而尽管后弯管装置吃水相对浅、简单、转换效率高，但需要拖轮进行海洋施工，在拖航时拖航阻力大、装置的稳性较差单机装机容量有限。

目前来讲，漂浮漂浮振荡水柱技术和漂浮越浪技术都存在制造成本高、海洋工程费用高的特点，漂浮振荡水柱技术结构简单、造价低、转换效率高，但拖航的海洋工程费用高，装置的稳性较差，单机装机容量有限，导致使用波浪发电的技术无法得到推广普及。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种装机容量大、自航阻力小、稳性好、转换效率高的可航的波力发电装置。

本发明实施例提供一种可航的波力发电装置，其包括复合船体和设置于复合船体上的驱动机构，所述复合船体包括多个单船体，相邻所述单船体之间进行连接，至少两个单船体上分别设置有波浪发电机构。

优选地，所述波浪发电机构包括流体腔、空气透平和发电机，所述流体腔位于所述单船体上，所述流体腔包括有进口、出口和辅助出口；所述进口位于所述单船体的下部，且所述进口朝向所述复合船体前进的方向，所述辅助出口也位于所述单船体的下部，且所述辅助出口朝向所述复合船体前进方向的反方向，所述辅助出口处设置有控制其开关的闸门，所述出口与所述空气透平相连接，所述发电机与所述空气透平相连接。

优选地，所述波浪发电机构包括流体腔、空气透平和发电机，所述流体腔包括水平腔和垂直腔，所述水平腔与所述垂直腔相连通，所述水平腔位于所述单船体的下部，所述水平腔设置有进口，所述垂直腔设置有出口，所述出口与所述空气透平的一端相连接，所述发电机与所述空气透平的另一端相连接。

优选地，所述水平腔与所述垂直腔相连接的一端设置有辅助出口，所述辅助出口上设置有控制其开关的闸门。

优选地，所述进口朝向所述复合船体前进的方向，所述辅助出口朝向所述复合船体前进方向的反方向，所述驱动机构位于所述水平腔体内，且靠近所述辅助出口设置。

优选地，该可航的波力发电装置处于航行状态时，该闸门打开；该可航的波力发电装置处于停航状态时，所述船尾朝向波浪涌来的方向。

优选地，所述单船体的下部呈逐渐收缩设置；和/或，

所述水平腔的上壁向下突出形成凸棱，且所述凸棱从上至下逐渐收缩；和/或；

所述水平腔体的下壁向下凹陷形成凹槽，且所述凹槽从上至下逐渐收缩。

优选地，所述出口位于所述垂直腔的末端，且所述收口从内至外逐渐收缩。

优选地，所述驱动机构设置有多个，每个所述单船体上都设置有驱动机构；或者，

所述驱动机构为电力驱动机构，所述驱动机构与所述波浪发电机构电性连接。

优选地，所述单船体设置有两个，两个所述单船体之间通过连接桥相连接，两个所述单船体上皆设置有独立的驱动机构；和/或，

所述复合船体上还设置有锚泊机构，所述锚泊机构设置有三套，其中两套锚泊机构位于所述复合船体的尾部两侧，另一套锚泊机构位于所述复合船体前端的中部。

本发明设置的可航的波力发电装置设置多个单船体，多个单船体连接成复合船体，且至少两个单船体上分别设置有波浪发电机构，其抗风浪能力更强，稳性更好，且提高了装机容量。

附图说明

通过附图中所示的本发明优选实施例更具体说明，本发明上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本的主旨。

图1为本发明优选实施例的可航的波力发电装置的俯视结构示意图；

图2为本发明优选实施例的可航的波力发电装置的侧视结构示意图；

图3为本发明优选实施例的可航的波力发电装置的后视结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本进行更全面的描述。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1-3所示，本发明实施例提供一种可航的波力发电装置，其包括复合船体1和设置于复合船体1上的驱动机构3，复合船体1包括多个单船体10，相邻单船体10之间进行连接，至少两个单船体10上分别设置有波浪发电机构2。复合船体1的设置增加了船体的迎浪宽度，提高了接收的入射波浪的能量，使发电机构2的装机容量提高，复合船体1的宽度比单体船10的宽度大很多，其稳性明显优于单体船10，具有承受较大风浪的能力。复合船体1还具有操纵性良好、阻力峰不明显、容积大等特点。

在优选实施例中，复合船体1还包括甲板101、驾驶舱11和浮力舱12，驾驶舱11位于甲板101的上部，浮力舱12位于单船体10的内部。

参考图2，在优选实施例中，波浪发电机构2包括流体腔21、空气透平22(可以将气动能量转换成旋转机械能)和发电机23(将机械能转换成电能)，流体腔21位于单船体10上，流体腔21包括有进口201、出口202和辅助出口203。进口201位于单船体10的下部，且进口201朝向复合船体1前进的方向，辅助出口203也位于单船体10的下部，且辅助出口203朝向复合船体1前进方向的反方向，辅助出口203处设置有控制其开关的闸门。海水通过进口201进入流体腔21内，波浪驱动流体腔21内的空气流动，当波浪较大或者复合船体1航行时，将辅助出口203打开，可以减少航行阻力和提高该发电装置的安全性。出口202与空气透平22相连接，发电机23与空气透平22相连接，波浪带动流体腔21内的空气流动，进而带动空气透平22将气动能量转换为空气透平旋转的机械能，再通过发电机23将机械能转换成电能。

在另一优选实施例中，波浪发电机构2包括流体腔21、空气透平22和发电机23，流体腔21包括水平腔211和垂直腔212，水平腔211与垂直腔212相连通。水平腔211位于单船体104的下部，水平腔211设置有进口201，垂直腔212设置有出口202，出口202与空气透平22的一端相连接，发电机23与空气透平22的另一端相连接。在波浪作用下，装置产生摇荡运动，会使流体腔21内的水柱20在垂直腔212体内产生往复运动，从而分别推动水柱20上方的空气流动，进而驱动与该垂直腔212相连接的空气透平22，空气透平22再带动发电机23转动产生电能。

在进一步优选实施例中，水平腔211与垂直腔212相连接的一端设置有辅助出口203，辅助出口203上设置有控制其开关的闸门。当波浪较大或者复合船体1航行时，将辅助出口203打开，可以减少阻力，提高该发电装置的安全性。该可航的波力发电装置停航后关闭辅助出口203，水平腔211和垂直腔212形成一个“l”型的管道，使得该可航的波力发电装置吃水深度较大，试透射波能量减少，装置的转换效率得到提高。在航行状态时，贯通的水平腔211使得该可航的波力发电装置在自航时阻力减少，减少了驱动机构3的输出功率，减少了能量损耗，节能环保。

在进一步优选实施例中，进口201朝向复合船体1前进的方向，辅助出口203朝向复合船体1前进方向的反方向，进一步减少复合船体1航行时的阻力。驱动机构3位于水平腔211体内，且靠近辅助出口203设置，船体锚泊时，驱动机构3不运行，辅助出口203闭合不会对驱动机构3造成不良影响；船体航行时，辅助出口203打开，不影响驱动机构3的运行；将驱动机构3设置在水平腔211内还可以对驱动机构3起到一定的保护作用。

在进一步优选实施例中，当该可航的波力发电装置处于航行状态时，辅助出口203处的闸门打开，减小航行时的阻力。进一步地，该闸门为自动闸门，操作更加方便。

在优选实施例中，该可航的波力发电装置处于停航状态时，船尾朝向波浪涌来的方向。由于船尾部迎浪面积更大，可以使船体产生的振荡也大，所以，可航的波力发电装置尾部(即单船体底部较大的一端)为迎浪面比船头为迎浪面的转换率更高。

在进一步优选实施例中，单船体10的下部呈逐渐收缩设置，当船在水里上下起伏时，可以减少水对船体的阻力，船体上下起伏时受阻较小，使船体受损小。

在进一步优选实施例中，水平腔211的上壁向下突出形成凸棱，且凸棱从上至下逐渐收缩；进一步地，凸棱的切面呈“v”字形，相对弧形或者平面的设置，该种设置可以减少水体对船体运动的阻力，增加船体运动的机械能，提高装置的转换效率。

参考图3，在进一步优选实施例中，水平腔体211的下壁向下凹陷形成凹槽，且所述凹槽从上至下逐渐收缩；进一步地，凹槽的切面呈“v”字形，相对弧形或者平面的设置，该种设置同样可以减少水对船体运动的阻力，增加船体运动的机械能，提高装置的转换效率。

参考图2和图3，在进一步优选实施例中，出口202位于垂直腔212的末端，且出口从内至外(靠近出口的一端垂直腔212统称出口)呈逐渐收缩设置，利用文丘里管效应，使从垂直腔212出来的气体流速更大，提高转换效率。

在优选实施例中，驱动机构3设置有多个，每个单船体10上都设置有驱动机构3，复合船体受力更均匀，掉头也更容易。

在优选实施例中，驱动机构3为电力驱动机构，驱动机构3与波浪发电机构2电性连接，波浪发电机构发电供应驱动机构使用。驱动机构3的设置使该可航的波力发电装置具有自航动力，使其具有定点发电和航行发电的功能，还为移动该可航的波力发电装置创造了条件，自航和进港避风更方便。电力驱动机构还可充分利用由波浪转换的电力作为推进动力，不用装载其他燃料，节省能源，减少污染。

在优选实施例中，单船体10设置有两个，两个单船体10之间通过连接桥4相连接，两个单船体10上皆设置有独立的驱动机构3。

在优选实施例中，复合船体1上还设置有锚泊机构14，锚泊机构14设置有三套，其中两套锚泊机构14位于复合船体1的尾部两侧，另一套锚泊机构14位于复合船体1前端的中部。进一步地，锚泊机构14依次连接的锚机141、锚链142和锚143，锚泊机构用于定位该可航的波力发电装置。利用锚机141对锚143进行放和收，便于装置的布放和回收。装载驱动机构3和锚泊机构14，解决了该可航的波力发电装置运输、移动的高成本问题，同时降低了装置和锚泊系统的建造成本。该类装置结构简单并且具有自航功能，使得该可航的波力发电装置本体和锚泊机构14的强度只要满足一般船舶的设计标准就可以使用，降低了装置材料成本和建造成本，同时也降低了锚泊系统抗恶劣环境的设计难度、材料和海洋施工工程成本，提高了装置的安全性，使其使用低成本、广海域、效率高。

在进一步优选实施例中，单船体10设置有两个，波浪发电机构2和驱动机构3也设置两个，且一个单船体10上设置一个波浪发电机构2和一个驱动机构3。驾驶舱11设置一个，驾驶舱11位于甲板101上，且位于复合船体1的中部，每个单船体10上设置一个浮力舱12，另外，每个单船体10上还设置一个设备舱13。

该波浪发电机构2的工作原理：

1、打开流体腔21的辅助出口203：

当短周期小波浪作用在该发电装置上时，该发电装置几乎不动，波浪从水平腔211的进口201进入垂直腔212体内，直接推动垂直腔212内的水柱20往复运动，进而通过空气往复运动分别推动空气透平22和发电机23输出电能，此时利用了振荡水柱转换的原理。

当长周期大波浪作用在该发电装置上时，波浪带动整个装置运动，进而带动垂直腔212内的水柱20相对该发电装置产生大的运动，推动垂直腔212体内的空气往复流动，然后再推动空气透平22和发电机23输出电能，此时主要是靠波浪引起的船体运动转换波浪能量，其发电原理与振荡浮子技术转换波浪能量的原理几乎一致。

2、关闭流体腔21的辅助出口203：

水平腔211和垂直腔212构成了“l”型管道，此时装置就变成了后弯管波浪能发电装置，能量的转换效率更高。

该波浪发电机构2不仅集中了振荡水柱技术和振荡浮子技术转换效率的优势，而且继承了振荡水柱技术简单的特点，简单、生产和使用成本低、可靠、安全性高、可维护性强。该优选实施例集合上述波浪发电机构2和复合船体1于一体，使该可航的波力发电装置能够在合适的环境中使用适当的发电原理，既保证了发电量，还使该发电装置的稳性增强，尤其增强了该可航的波力发电装置航行时的稳性。

本发明设置的可航的波力发电装置设置多个单船体，多个单船体连接成复合船体，且至少两个单船体上分别设置有波浪发电机构，其抗风浪能力更强，稳性更好，且增加了装机容量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。