一种柔性气囊结构波浪能发电装置

1.本发明涉及波浪能发电装置技术领域，具体涉及一种柔性气囊结构波浪能发电装置。


背景技术：

2.人类社会的不断发展伴随着人类对能源的需求的快速增加，而传统的化石能源不可再生，能源危机问题严峻，同时在使用过程中其排放的污染会导致一系列的生态环境问题。因此，开发利用可再生清洁能源已经迫在眉睫。在诸多种类的新型能源中，波浪能具有能量储备多、分布范围广等优点，已经成为各国争相研究的热点。
3.现有的波浪能发电装置主要有摆式、振荡水柱式、点头鸭式等等，这些装置大多使用刚质浮体将波浪能转化为机械能，再由刚质浮体连带的各式发电装置完成发电工作。大量刚性可动结构的使用，使得这些装置易产生结构破坏，使用寿命短；同时刚性材料在海水中容易被腐蚀从而造成结构破坏。采用柔性结构设计波浪能发电装置是该类问题较合理的解决方案。
4.此外，现阶段的波浪能装置可靠性较低，安装成本较高。将波浪能装置与其它海洋能发电装置结合组成集成系统，是近年来热门研究方向。集成系统可以实现共享系泊、电缆等基础设施，降低成本；综合利用不同类型的能量，提升装置可靠性，提高发电总量。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种柔性气囊结构波浪能发电装置，该装置能够利用柔性气囊结构将波浪能转化为电能。
6.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种柔性气囊结构波浪能发电装置，包括支撑座、气囊系统、导气系统、发电系统及压载水舱系统，气囊系统连接在支撑座上，导气系统位于支撑座内，气囊系统与导气系统相连通，气囊系统的出气口与导气系统的进气口相连接，气囊系统的进气口与导气系统的出气口相连接，导气系统的进气口处和出气口处均安装有单向阀，发电系统安装在导气系统内部，压载水舱系统安装在支撑座内底部。
8.进一步的，气囊系统包括柔性气囊，柔性气囊通过螺栓连接在支撑座上，螺栓连接处涂有防水胶，柔性气囊的底部对称设有进气口和出气口，柔性气囊的底部还设有充气口。
9.进一步的，导气系统包括通气管道，通气管道的一端设有进气口，通气管道的另一端设有出气口，通气管道的进气口处和出气口处均安装有单向阀。
10.进一步的，发电系统包括空气透平、转轴、转子以及定子，定子固定安装在通气管道内部，转子转动安装在定子内，转子通过转轴与空气透平连接。
11.进一步的，定子包括机座、定子铁芯和线圈，定子铁芯均匀分布在机座内部，线圈绕制在定子铁芯上。
12.进一步的，转子包括钕铁硼磁铁、转子铁芯和夹板，钕铁硼磁铁位于转子铁芯和夹
板之间。
13.进一步的，压载水舱系统包括压载舱，压载舱的一侧设有进水口，压载舱的另一侧设有出水口，压载舱内装有压载水。
14.进一步的，还包括固定系统，固定系统包括固定架和紧固件，固定架的一端通过紧固件连接在支撑座上，固定架的另一端通过紧固件连接在海上平台上。
15.进一步的，柔性气囊采用橡胶薄膜制成。
16.进一步的，支撑座呈三棱柱状。
17.总的说来，本发明具有如下优点：
18.一、本发明通过波浪作用于柔性气囊，使柔性气囊发生形变，利用柔性气囊形变推动气体在通气管道中流动，利用通气管道中的发电系统发电，将气体流动的机械能转化为电能，从而实现波浪能发电。
19.二、本发明的柔性气囊采用橡胶薄膜制成，橡胶薄膜具有高弹性，并且可塑性强、耐腐蚀性强，可最大限度避免波浪冲击和海水腐蚀造成的损坏，延长使用寿命。
20.三、本发明通过设置压载水舱系统，能够调节本装置的重心位置，起到调节平衡的作用，通过调整压载舱中的压载水量，可以调整本装置的浮态与吃水深度，使得本装置的工作位置位于水面以下，能够有效避免波浪的直接冲击，减小装置被破坏的风险。
21.四、本发明的发电系统安装在导气系统内部，使得发电系统免于与海水接触，有效避免了海水对发电系统的腐蚀破坏，有效的提高了装置的可靠性。
22.五、本发明的一体化结构和模块化安装方式能够有效的降低装置的安装维护成本。本发明通过设置固定系统，能够将本装置固定在海上平台上，如浮式风机上，有利于实现多种海洋能源如：风能，波浪能，太阳能等的综合利用，具有广阔的应用前景。
附图说明
23.图1是本发明的侧面结构示意图。
24.图2是本发明的立体结构示意图。
25.图3是本发明的气囊系统的结构示意图。
26.图4是本发明的导气系统的结构示意图。
27.图5是本发明的定子的结构示意图。
28.图6是本发明的转子的结构示意图。
29.其中：1为气囊系统，1-1为柔性气囊，1-2为柔性气囊出气口，1-3为柔性气囊进气口，1-4为充气口，2为导气系统，2-1为通气管道，2-2为通气管道进气口，2-3为通气管道出气口，2-4为单向阀，3为发电系统，3-1为空气透平，3-2为转轴，3-3为转子，3-3-1为钕铁硼磁铁，3-3-2为转子铁芯，3-3-3为夹板，3-4为定子，3-4-1为机座，3-4-2为定子铁芯，3-4-3为线圈，4为压载水舱系统，4-1为压载舱，4-2为进水口，4-3为出水口，4-4为压载水，5为固定系统，5-1为固定架，5-2为紧固件，6为支撑座。
具体实施方式
30.下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
31.如图1至图4所示，一种柔性气囊结构波浪能发电装置，包括支撑座、气囊系统、导
气系统、发电系统及压载水舱系统，气囊系统连接在支撑座上，导气系统位于支撑座内，气囊系统与导气系统相连通，气囊系统的出气口与导气系统的进气口相连接，气囊系统的进气口与导气系统的出气口相连接，导气系统的进气口处和出气口处均安装有单向阀，发电系统安装在导气系统内部，压载水舱系统安装在支撑座内底部。通过波浪作用于气囊系统，使气囊系统发生形变，气囊系统形变推动气体在导气系统中流动，利用导气系统中的发电系统发电，将气体流动的机械能转化为电能，从而实现波浪能发电。
32.如图1和图2所示，支撑座呈三棱柱状，在本实施方式中，支撑座呈直角三棱柱状。
33.如图1和图3所示，气囊系统包括柔性气囊，柔性气囊通过螺栓连接在支撑座上，螺栓连接处涂有防水胶，柔性气囊的底部对称设有进气口和出气口，柔性气囊的底部还设有充气口。在本实施方式中，柔性气囊的底部呈长方形状，柔性气囊的底部通过螺栓连接在支撑座的斜面上。通过充气口可向柔性气囊充气，同时也能及时调整柔性气囊内部气压。
34.柔性气囊采用橡胶薄膜制成。橡胶薄膜具有高弹性，并且可塑性强、耐腐蚀性强，可最大限度避免波浪冲击和海水腐蚀造成的损坏。
35.如图4所示，导气系统包括通气管道，通气管道的一端设有进气口，通气管道的另一端设有出气口，通气管道的进气口处和出气口处均安装有单向阀。
36.如图1和图4所示，气囊系统与导气系统相连通，气囊系统的出气口与导气系统的进气口相连接，即柔性气囊的出气口与通气管道的进气口相连接，气囊系统的进气口与导气系统的出气口相连接，即柔性气囊的进气口与通气管道的出气口相连接，导气系统的进气口处和出气口处均安装有单向阀，即通气管道的进气口处和出气口处均安装有单向阀。
37.通过设置单向阀，能够控制通气管道中的气体单向流动，使得从柔性气囊流出的气体通过通气管道，流经发电系统发电后又流回柔性气囊中。
38.如图4至图6所示，发电系统包括空气透平、转轴、转子以及定子，定子固定安装在通气管道内部，转子转动安装在定子内，转子通过转轴与空气透平连接。定子包括机座、定子铁芯和线圈，定子铁芯均匀分布在机座内部，线圈绕制在定子铁芯上。转子包括钕铁硼磁铁、转子铁芯和夹板，钕铁硼磁铁位于转子铁芯和夹板之间。气体经通气管道流经发电系统时带动空气透平转动，经转轴带动转子转动，从而切割磁感线发电。
39.发电系统安装在导气系统内部，使得发电系统免于与海水接触，有效避免了海水对发电系统的腐蚀破坏，有效的提高了装置的可靠性。
40.如图1和图2所示，压载水舱系统包括压载舱，压载舱的一侧设有进水口，压载舱的另一侧设有出水口，压载舱内装有压载水。通过设置压载水舱系统，能够调节本装置的重心位置，起到调节平衡的作用，通过调整压载舱中的压载水量，可以调整本装置的浮态与吃水深度，使得本装置的工作位置位于水面以下，能够有效避免波浪的直接冲击，减小装置被破坏的风险。
41.如图1和图2所示，柔性气囊结构波浪能发电装置还包括固定系统，固定系统包括固定架和紧固件，固定架的一端通过紧固件连接在支撑座上，固定架的另一端通过紧固件连接在海上平台上。通过设置固定系统，能够将本装置固定在海上平台上，如浮式风机上，有利于实现多种海洋能源如：风能，波浪能，太阳能等的综合利用，具有广阔的应用前景。
42.本发明的工作原理如下：
43.通过充气口向柔性气囊充气，柔性气囊充气后膨胀，在波浪作用下柔性气囊发生
形变，柔性气囊形变推动柔性气囊内的气体沿柔性气囊出气口流出，沿通气管道进气口流入通气管道中，并流经通气管道中的发电系统，气体流经发电系统时会带动空气透平转动，经转轴带动转子转动，从而切割磁感线发电，气体流经发电系统后通过通气管道出气口流出，通过柔性气囊进气口流回柔性气囊中，如此反复。由于通气管道的进气口处和出气口处均安装有单向阀，使得通气管道中的气体仅能单向流动，使得从柔性气囊流出的气体通过通气管道，流经发电系统发电后又流回柔性气囊中。
44.总的说来，本发明通过波浪作用于柔性气囊，使柔性气囊发生形变，利用柔性气囊形变推动气体在通气管道中流动，利用通气管道中的发电系统发电，将气体流动的机械能转化为电能，从而实现波浪能发电。本发明的柔性气囊采用橡胶薄膜制成，橡胶薄膜具有高弹性，并且可塑性强、耐腐蚀性强，可最大限度避免波浪冲击和海水腐蚀造成的损坏，延长使用寿命。本发明通过设置压载水舱系统，能够调节本装置的重心位置，起到调节平衡的作用，通过调整压载舱中的压载水量，可以调整本装置的浮态与吃水深度，使得本装置的工作位置位于水面以下，能够有效避免波浪的直接冲击，减小装置被破坏的风险。本发明的发电系统安装在导气系统内部，使得发电系统免于与海水接触，有效避免了海水对发电系统的腐蚀破坏，有效的提高了装置的可靠性。本发明的一体化结构和模块化安装方式能够有效的降低装置的安装维护成本。本发明通过设置固定系统，能够将本装置固定在海上平台上，如浮式风机上，有利于实现多种海洋能源如：风能，波浪能，太阳能等的综合利用，具有广阔的应用前景。
45.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。