一种海上秋千式防波发电装置及其设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种海上秋千式防波发电装置，支撑件固定设置在防波堤的相邻防波块之间的位置，支撑件上固定设置发电模块，发电模块通过向下垂设的传动模块与浮子模块连接；浮子模块包括橄榄形的浮子，浮子内设有液位传感器和自动排水泵，浮子底部设有排水口，自动排水泵根据液位传感器的液位信号实施自动排水，从而控制浮子内的压载水量在设定的范围内；压载水量使浮子模块具有设定的吃水深度，该吃水深度使浮子模块与海波浪的固有频率相同或相近。本发明专利技术通过主动调节压载水量，对浮子模块进行可变质量设计，从而获取设定的吃水深度，使该吃水深度与浮子模块与海波浪达到相同固有频率，从而实现共振，扩大波浪能发电效率。

A sea swing type wave protection generating device and its design method

The invention relates to an offshore swing-type wave-proof power generation device, in which the support is fixed between adjacent breakwater blocks, and the power generation module is fixed on the support, and the power generation module is connected with the float module through a drooping transmission module; the float module comprises an olive-shaped float, and the float is provided with a liquid level transmission inside the float. Sensor and automatic drainage pump, the bottom of the float is equipped with a drainage port, automatic drainage pump according to the level of the sensor signal for automatic drainage, so as to control the ballast water in the float within the set range; ballast water makes the float module with a set draft depth, the draft depth makes the float module and the inherent sea waves. The frequency is the same or similar. By actively adjusting the ballast water quantity, the float module is designed with variable mass, thereby obtaining a set draft depth, so that the draft depth and the float module reach the same natural frequency as the sea wave, thereby realizing resonance and expanding the wave energy generation efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种海上秋千式防波发电装置及其设计方法
本专利技术涉及一种波浪能发电装置，具体来说，是一种海上秋千式防波发电装置。
技术介绍
现今使用较多的浮式结构波浪能发电装置主要靠波浪作用下的浮动结构来驱动电机发电，这类装置的运动可以是振荡浮体相对于固定参照物的绝对运动，也可以是两个浮体之间的相对运动。波浪能转换为振荡浮体的运动动能，继而驱动电机旋转，从而产生电能。例如，公开号为CN107524556A的中国专利文献，公开了一种新型高效浮子及拉线式发电装置及发电方法，但是存在以下问题：一、浮子结构设计导致捕获能量利用率低；二、浮子振动与波浪之间的频率差异较大，导致浮子捕获波浪能的效率较低；三、发电效率低，能量利用率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种海上秋千式防波发电装置，利用现有的防波堤，在现有防波堤相邻防波块之间设置海上秋千式防波发电装置，通过对浮子结构、吃水深度进行设计，提升其捕获能量的效率，同时通过对发电装置进行蓄能设计，提升捕获能量的利用率。本专利技术采取以下技术方案：一种海上秋千式防波发电装置，包括发电模块1、传动模块2、浮子模块3、支撑件；所述支撑件固定设置在防波堤的相邻防波块之间的位置，支撑件上固定设置发电模块1，发电模块1通过向下垂设的传动模块2与浮子模块3连接；所述浮子模块3包括橄榄形的浮子，所述浮子具有中空腔体，外形上部呈中间凸起，中间向四周具有缓慢向下的坡度，凸起的部位具有注水孔301；浮子内设有液位传感器和自动排水泵，浮子底部设有排水口，自动排水泵根据液位传感器的液位信号实施自动排水，从而控制浮子内的压载水量在设定的范围内；压载水量使浮子模块3具有设定的吃水深度，该吃水深度使浮子模块3与海波浪的固有频率相同或相近。进一步的，所述橄榄形的浮子的四个角上设有导缆孔302，导缆孔内穿过缆绳，缆绳与所述传动模块2连接。更进一步的，所述浮子的底部设有若干纵向挡板303。进一步的，所述发电模块1设有减速发电机104，减速发电机104通过弹簧缓冲结构103与卷簧结构102连接，卷簧结构102可被单向压缩，用于储存机械能；所述减速发电机104与整流稳压模块106和储电模块105连接。进一步的，所述传动模块2是柔性绳。一种上述的海上秋千式防波发电装置的设计方法，包括以下步骤：S1、获取浮子模块固有频率与压载水吃水深度之间的关系：浮子模块3的固有频率：算式中，K为结构刚度，m为结构质量，ρ为海水密度，取值1025kg/m3，g为重力加速度，取值9.8N/kg，S为结构水线面积，V排为结构排水体积；水线面积近似为：S＝π(z0+z)2，z为吃水深度，z0为结构底面半径；排水体积近似为：设则所述固有频率进而获取浮子模块3的吃水深度与固有频率之间的一一对应的关系；S2、根据所在海域的海波浪的固有频率，设定与之相同或相近的浮子模块的固有频率；S3、根据该固有频率找到浮子模块3对应的吃水深度；S4、赋予浮子模块3内压载水液面自检以及压载水主动排水的能力，通过压载水液面自检和主动排水调节并获取设定的浮子模块3的整体重量，从而间接地调节并获取浮子模块3的设定吃水深度，该设定吃水深度与所需浮子模块与海波浪达到相同或相近的固有频率的吃水深度相同。本专利技术的有益效果在于：1)设计了特殊结构的宽频响应的橄榄型浮子，解决传统的浮子捕获能量较低的问题。2)通过主动调节压载水量，对浮子模块进行可变质量设计，从而获取设定的吃水深度，使该吃水深度与浮子模块与海波浪达到相同固有频率，从而实现共振，扩大波浪能发电效率；3)对发电模块设计卷簧结构蓄能，实现全冲程发电储电，解决发电效率低、利用率低的问题。4)橄榄型浮子上部结构中间凸起，四周具有向下的坡度，减小浮子的运动阻尼，使之呈秋千式大位移运动；设计制作多维度捕能发电系统：新型全冲程拉线式发电机加装柔性传动装置，实现多维度捕获波浪能；5)共振响应控制：建立浮子质量与自振频率的映射关系，依据海浪参数调整浮子质量，使其与波浪发生共振，增大运动响应；6)将现有的防波堤与波浪能发电功能巧妙结合起来，利用相邻防波堤之间的间隙，形成一整排绵延海上的海上秋千式防波发电装置，施工成本和维护成本低，实际应用价值较高；7)因为浮子的特殊设计使得发电量得以大大提升。技术指标：本装置的消波作用：削弱22％的波峰值；发电量及波浪能利用效率：年发电量3.8万度，能量转化效率达40.8％；相比传统能源，减少碳排放量：33.8吨/年。附图说明图1是海面上防波堤的照片展示，该照片仅作为展示，目的为了便于公众与专利审核人员对现有技术的理解。图2是本专利技术海上秋千式防波发电装置的整体结构示意图。图3是浮子模块的结构示意图。图4是浮子模块另一视角的结构示意图。图5是浮子模块的侧视图。图6是实施例中，根据Matlab计算，模拟出的吃水深度与固有频率之间的一一对应的关系图，图中，纵坐标是固有频率，横坐标是吃水深度。图7是发电模块的内部结构示意图。图中，1.发电模块，2.传动模块，3.浮子模块，4.防波堤块，301.注水孔，302.导缆孔，303.纵向挡板，101.发电机外壳，102.卷簧结构，103.弹簧缓冲结构，104.减速发电机，105.储电模块，106.整流稳压模块，107.安装平台，108.柔性绳。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进一步说明。参见图1-图7，一种海上秋千式防波发电装置，包括发电模块1、传动模块2、浮子模块3、支撑件；所述支撑件固定设置在防波堤的相邻防波块之间的位置，支撑件上固定设置发电模块1，发电模块1通过向下垂设的传动模块2与浮子模块3连接；所述浮子模块3包括橄榄形的浮子，所述浮子具有中空腔体，外形上部呈中间凸起，中间向四周具有缓慢向下的坡度，凸起的部位具有注水孔301；浮子内设有液位传感器和自动排水泵，浮子底部设有排水口，自动排水泵根据液位传感器的液位信号实施自动排水，从而控制浮子内的压载水量在设定的范围内；压载水量使浮子模块3具有设定的吃水深度，该吃水深度使浮子模块3与海波浪的固有频率相同或相近。在此实施例中，参见图3-5，所述橄榄形的浮子的四个角上设有导缆孔302，导缆孔内穿过缆绳，缆绳与所述传动模块2连接。在此实施例中，参见图3-5，所述浮子的底部设有若干纵向挡板303。在此实施例中，参见图7，所述发电模块1设有减速发电机104，减速发电机104通过弹簧缓冲结构103与卷簧结构102连接，卷簧结构102可被单向压缩，用于储存机械能；所述减速发电机104与整流稳压模块106和储电模块105连接。在此实施例中，所述传动模块2是柔性绳。在此实施例中，所述单向转动限位机构是棘轮机构。具体对该海上秋千式防波发电装置进行设计时，包括以下步骤：S1、获取浮子模块固有频率与压载水吃水深度之间的关系：浮子模块3的固有频率：算式中，K为结构刚度，m为结构质量，ρ为海水密度，取值1025kg/m3，g为重力加速度，取值9.8N/kg，S为结构水线面积，V排为结构排水体积；水线面积近似为：S＝π(z0+z)2，z为吃水深度，z0为结构底面半径；排水体积近似为：设则所述固有频率进而获取浮子模块3的吃水深度与固有频率之间的一一对应的关系；S2、根据所在海域的海波浪的固有频率，设定与之相同或相近的浮子模块的固有频率；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海上秋千式防波发电装置，其特征在于：包括发电模块(1)、传动模块(2)、浮子模块(3)、支撑件；所述支撑件固定设置在防波堤的相邻防波块之间的位置，支撑件上固定设置发电模块(1)，发电模块(1)通过向下垂设的传动模块(2)与浮子模块(3)连接；所述浮子模块(3)包括橄榄形的浮子，所述浮子具有中空腔体，外形上部呈中间凸起，中间向四周具有缓慢向下的坡度，凸起的部位具有注水孔(301)；浮子内设有液位传感器和自动排水泵，浮子底部设有排水口，自动排水泵根据液位传感器的液位信号实施自动排水，从而控制浮子内的压载水量在设定的范围内；压载水量使浮子模块(3)具有设定的吃水深度，该吃水深度使浮子模块(3)与海波浪的固有频率相同或相近。

【技术特征摘要】
1.一种海上秋千式防波发电装置，其特征在于：包括发电模块(1)、传动模块(2)、浮子模块(3)、支撑件；所述支撑件固定设置在防波堤的相邻防波块之间的位置，支撑件上固定设置发电模块(1)，发电模块(1)通过向下垂设的传动模块(2)与浮子模块(3)连接；所述浮子模块(3)包括橄榄形的浮子，所述浮子具有中空腔体，外形上部呈中间凸起，中间向四周具有缓慢向下的坡度，凸起的部位具有注水孔(301)；浮子内设有液位传感器和自动排水泵，浮子底部设有排水口，自动排水泵根据液位传感器的液位信号实施自动排水，从而控制浮子内的压载水量在设定的范围内；压载水量使浮子模块(3)具有设定的吃水深度，该吃水深度使浮子模块(3)与海波浪的固有频率相同或相近。2.如权利要求1所述的海上秋千式防波发电装置，其特征在于：所述橄榄形的浮子的四个角上设有导缆孔(302)，导缆孔内穿过缆绳，缆绳与所述传动模块(2)连接。3.如权利要求2所述的海上秋千式防波发电装置，其特征在于：所述浮子的底部设有若干纵向挡板(303)。4.如权利要求1所述的海上秋千式防波发电装置，其特征在于：所述发电模块(1)设有减速发电机(104)，减速发电机(104)通过弹簧缓冲结构(103)与卷簧结构(102)连接，卷簧机构(...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵国成，肖龙飞，王彤彤，梁帅，唐雷，王震，俞璐，苏泽炜，赵伟杰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31