用于深远海的新型浮式风浪流综合发电装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于深远海的新型浮式风浪流综合发电装置，包括漂浮平台，以及设置在漂浮平台上的风力发电机构、多个潮流能水轮机发电机构、多个振荡水柱式波浪能发电机构和系泊组件。本实用新型专利技术中将风力机、潮流能水轮机与波浪能装置安装于同一浮式平台上，能够节省材料、降低成本：在原有叶片基础上针对叶片形状进行优化设计，减小了叶片阻力，提升了获能效率；通过波浪能装置，在利用波浪能发电的同时，增强平台稳定性控制；本平台集成海上风力、潮流能、波浪能发电于一体，综合利用三种能源，并具有良好的平台稳定性能，拥有更广泛的海域适用范围。泛的海域适用范围。泛的海域适用范围。

【技术实现步骤摘要】
用于深远海的新型浮式风浪流综合发电装置


[0001]本技术属于海洋能发电
，具体涉及一种用于深远海的新型浮式风浪流综合发电装置。

技术介绍

[0002]随着经济社会的发展，我国的能源紧缺与环境污染问题日益突出。在此背景下，海洋能因其具有清洁可再生、可预测性强、分布范围广等优点，愈发受到国家的重视。另外，我国海域面积广阔，潮流能、风能、波浪能等海洋能资源储量十分丰富，具有广阔的发展前景。
[0003]对于海洋能的开发和利用，我国近海资源开发已趋近饱和，但具有更丰富海洋能的远海海域还未得到充分开发。相较于近海海域，远海海况复杂，海上浮式平台受到风载荷、波浪载荷、系泊系统共同影响，平台运动复杂多变，而浮式平台的轻微运动就会导致上部高耸且质量集中的风力机结构剧烈晃动，不仅影响浮式风力机正常运行，还可能导致系统失稳发生平台倾覆等严重后果，因此突破兼顾能源利用效率与平台结构稳定已成为漂浮式风浪流集成能源装备设计的关键技术瓶颈。

技术实现思路

[0004]本技术提出一种用于深远海的新型浮式风浪流综合发电装置，将风电机、潮流能水轮机与波浪能装置安装于同一浮式平台上，并设置一种波浪能闭锁控制系统，以应对当下深远海海洋能开发中存在的平台稳定性差的工程问题。
[0005]针对现有技术中存在的缺陷和不足，本技术采用如下方案实现：
[0006]用于深远海的新型浮式风浪流综合发电装置，包括漂浮平台，以及设置在漂浮平台上的风力发电机构、多个潮流能水轮机发电机构、多个振荡水柱式波浪能发电机构和系泊组件。r/>[0007]进一步优化，所述风力发电机构包括风力机转子、风力机机舱和塔架；
[0008]所述风力机转子安装在风力机机舱中，风机转子前端沿其周向均匀安装有3个叶片，整体呈辐射状；风力机机舱固定在塔架上端，塔架通过中心立柱固定在漂浮平台的中心位置；
[0009]所述潮流能水轮机发电机构包括潮流能水轮机机舱9和潮流能水轮机转子；所述潮流能水轮机转子安装于潮流能水轮机机舱中，潮流能水轮机转子前端沿其周向均匀安装3个水轮机叶片，构成水平轴水轮机；潮流能水轮机机舱通过竖直连接杆固定于浮式平台的下方。
[0010]进一步优化，所述水轮机叶片末端向远离潮流能水轮机机舱的一侧弯折形成小翼，小翼与水轮机叶片的夹角为90
‑
150
°
，小翼13的长度为叶片整体长度的5%
‑
10%，采用融合式小翼增强叶片结构强度。
[0011]进一步优化，所述水轮机叶片上流动分离点附近设置有沟槽，沟槽顺流向纵向布置。利用翼尖小翼削弱翼尖涡强度的作用和沟槽重新划分流场的能力提高潮流能水轮机叶
片的或能效率、减小水轮机叶片的摩擦阻力系数，最终实现叶片水动力性能优化。
[0012]进一步优化，所述潮流能水轮机发电机构的数量为4个，4个潮流能水轮机发电机构均匀安装在漂浮平台的底面，4个连接杆的长度不同，即4个水平轴水轮机的位于不同深度处，高度上相互错开以减少尾流干扰导致的能量损失。
[0013]由于海底不同位点处流速流向均有较大差别，距离海面不同高度的位置水流速度也不相同，为了保证发电机始终能保持相对较高的效率输出电能，本技术4个水轮机能够实现适应海底流场的变化调节方向和高度。
[0014]进一步优化，所述漂浮平台为正六边形，正六边形漂浮平台等分为六腔体；
[0015]所述振荡水柱式波浪能发电机构包括3个OWC波能发电单元；3个OWC波能发电单元和3个浮箱交替布置在漂浮平台的六腔体中；
[0016]每个OWC波浪能发电单元包括气舱、以及汽轮机、发电机和闭锁系统；所述汽轮机和发电机安装在气舱上，气舱为部分浸没在水下、底部开放的壳体解构，气舱的腔体上部为气室，气室上端开设有排气孔和进气孔，排气孔与汽轮机的进气口连通，汽轮机的输出轴与发电机的转子连接。
[0017]在波浪作用下气舱腔体内水柱产生振荡运动推动气室内空气运动，从而驱动汽轮机带动发电机发电。
[0018]进一步优化，所述闭锁系统包括液位传感器、倾角传感器、A/D稳性控制微机、进气阀门、排气阀门和报警系组件；
[0019]所述液位传感器安装在气室顶部中心位置，倾角传感器安装在气舱顶部中心位置，所述进气阀门和排气阀门均为电磁阀，其中，进气阀门安装在进气孔处，排气阀门安装在排气孔处；
[0020]所述液位传感器、倾角传感器、进气阀门、排气阀门和报警系组件均与A/D稳性控制微机电连接。
[0021]所述闭锁控制系统设置在气室出入口透平处，用于监测气室内气压并调整平台运动响应，能有效调节气室内压强，进行平台稳定控制，并通过适时开关闭锁系统达到增强漂浮平台稳定性及提高波浪能转化效率。
[0022]所述进气阀门、排气阀门均采用节流止回阀门，可控制气体通过透平发电装置，且避免气室内外液体回流现象。
[0023]进一步优化，所述系泊组件包括三根系泊缆绳，系泊缆绳包括两端的钢链和中间的聚酯缆绳；所述泊缆绳的一端与漂浮平台固连，另一端与锚固件连接。
[0024]缆绳采用合成纤维缆绳和钢链的组合形式。系泊缆依靠锚链自身重量和弯曲形态来实现浮式平台的固定，可用于较深的水深。缆绳采用合成纤维缆绳和钢链的组合形式。组合式系泊缆具有更好的系泊性能，减轻海底泥沙对缆绳的磨损，延长使用寿命。
[0025]OWC波浪能发电单元的闭锁系统的控制方法，基于上述的闭锁系统，具体包括如下步骤：
[0026]步骤1：液位传感器实时采集气舱的腔体中的液面位置，所述液位传感器为超声波液位传感器，通过换能器发出高频超声波脉冲， 遇到被测液面，超声波发生反射，反射波被同一换能器接收，转换成电信号并发送给A/D稳性控制微机；A/D稳性控制微机根据发射到接收声波脉冲的时间间隔和距离计算出气室内液面高度数据；随着液面升高，振荡水柱相
对气室发生上升时，A/D稳性控制微机的运算控制芯片发出指令，伺服控制电机激活电磁驱动模块，利用电磁线圈产生的电磁力作用，推动阀芯切换，控制进气阀门关闭，排气阀门打开；
[0027]当通过超声波液位传感器检测到振荡水柱下降时，A/D稳性控制微机的运算控制芯片发出信号，控制进气阀门打开，排气阀门关闭；
[0028]步骤2：以姿态倾角传感器的安装位置为坐标原点，气舱竖直轴为z轴建立动态三维直角动坐标系x1y1o1z1，以系泊组件的三个锚固组件所构成三角形的几何中心为原点建立静态三维直角静坐标系x2y2o2z2，根据两个坐标系相对位置，以漂浮平台姿态变化确定平台动态变化信息；
[0029]所述倾角传感器实时采集漂浮平台的姿态角数据，并传递给A/D稳性控制微机；当姿态角超出设定的稳定阈值时，则A/D稳性控制微机发出指令，控制进气阀门打开，电磁排气阀门关闭，气室中气体增加海水逐渐减少，浮体浮力增加，浮体上浮后进行平衡稳定性调节，气室内水位再分配；当需要减小浮体浮力时，电磁进气阀门关闭，排气阀门打开，高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于深远海的新型浮式风浪流综合发电装置，其特征在于，包括漂浮平台，以及设置在漂浮平台上的风力发电机构、多个潮流能水轮机发电机构、多个振荡水柱式波浪能发电机构和系泊组件；所述漂浮平台为正六边形，正六边形漂浮平台等分为六腔体；所述振荡水柱式波浪能发电机构包括3个OWC波能发电单元；3个OWC波能发电单元和3个浮箱交替布置在漂浮平台的六腔体中；每个OWC波浪能发电单元包括气舱、汽轮机、发电机和闭锁系统；所述汽轮机和发电机安装在气舱上，气舱为部分浸没在水下、底部开放的壳体解构，气舱的腔体上部为气室，气室上端开设有排气孔和进气孔，排气孔与汽轮机的进气口连通，汽轮机的输出轴与发电机的转子连接。2.根据权利要求1所述的用于深远海的新型浮式风浪流综合发电装置，其特征在于，所述风力发电机构包括风力机转子、风力机机舱和塔架；所述风力机转子安装在风力机机舱中，风机转子前端沿其周向均匀安装有3个叶片，整体呈辐射状；风力机机舱固定在塔架上端，塔架通过中心立柱固定在漂浮平台的中心位置；所述潮流能水轮机发电机构包括潮流能水轮机机舱和潮流能水轮机转子；所述潮流能水轮机转子安装于潮流能水轮机机舱中，潮流能水轮机转子前端沿其周向均匀安装3个水轮机叶片，构成水平轴水轮机；潮流能水轮机机舱通过竖直连接杆固定于浮式平台的下方。3.根据权利要求2所述的用于深远海的新型浮式风浪流综合发电装置，其特征在于，所述水轮机叶片...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦雯倩，丁子涵，张玉全，王帅，张陈瑞，赵习羽，张珂，谢雨璇，冯博，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：新型
国别省市：