一種基于浮塔和潛浮體組合成的輕型波浪能發(fā)電平臺裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于浮塔和潛浮體組合成的輕型波浪能發(fā)電平臺裝置及其使用方法，屬于海洋可再生能源開發(fā)利用和海洋工程裝備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋波浪能是一種清潔的可再生能源，開發(fā)和利用海洋波浪能對緩解能源危機(jī)和環(huán)境污染問題具有重要的意義。我國海域遼闊、島嶼眾多，能源供應(yīng)問題始終制約著海洋經(jīng)濟(jì)開發(fā)和國防建設(shè)需求，所以利用波浪能發(fā)電向深遠(yuǎn)海發(fā)展有著非常廣闊的市場價(jià)值和重大的國防意義。
[0003]目前，國內(nèi)外波浪能發(fā)電裝置基本還處于試驗(yàn)階段，商業(yè)化不強(qiáng)，主要是由于波浪能發(fā)電裝置存在著如下一些問題:安裝維修困難，水下安裝技術(shù)要求高，成本昂貴，同時(shí)裝置的可靠性與效率難以兼顧，抵御大風(fēng)浪能力差，若采用大型浮式裝置，又存在重量過大導(dǎo)致造價(jià)昂貴而不具備經(jīng)濟(jì)性的弊端，另外，浮式平臺對波浪能傳遞有阻礙作用。在此背景下，本發(fā)明研制了一種基于浮塔和潛浮體組合成的輕型波浪能發(fā)電平臺裝置。本平臺充分考慮功能性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，采用一種組合式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念，作業(yè)海域廣闊，不受水深及海底地形限制，另外便于定位安裝及海上迀移作業(yè)，機(jī)動(dòng)靈活；定位系統(tǒng)采用輻射狀錨泊系統(tǒng)，簡單經(jīng)濟(jì)，應(yīng)用阻蕩板以減少搖蕩運(yùn)動(dòng)，有良好的抗風(fēng)浪能力；采用桁架及凹槽式簡化結(jié)構(gòu)，以降低平臺對波浪的遮蔽影響，提高擺板的工作效率，同時(shí)減小平臺鋼料重量，降低造價(jià)；本平臺具有形式新穎、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)可靠、工程應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，有良好的商業(yè)化應(yīng)用空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種基于浮塔和潛浮體組合成的輕型波浪能發(fā)電平臺裝置，該平臺充分考慮了工程實(shí)際應(yīng)用要求及經(jīng)濟(jì)性，結(jié)構(gòu)簡單新穎，功能完善，操作方便，抗風(fēng)浪流能力強(qiáng)，能夠保證平臺的發(fā)電效率，具有安全、可靠和高效等優(yōu)點(diǎn)，極具商業(yè)化價(jià)值。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種基于浮塔和潛浮體組合成的輕型波浪能發(fā)電平臺裝置，它包括發(fā)電裝置、控制單元和錨泊系統(tǒng)，它還包括潛浮體、浮塔、連接構(gòu)件和阻蕩板；所述潛浮體采用方形浮箱，其主甲板上設(shè)置人孔和擺板支座；所述發(fā)電裝置包括擺板、液壓缸、蓄能器、液壓馬達(dá)、發(fā)電機(jī)、蓄電池和發(fā)配電裝置，所述擺板與擺板支座鉸鏈連接，所述液壓缸一端與擺板鉸鏈連接，另一端與平臺主體鉸鏈連接，所述蓄能器、液壓馬達(dá)、發(fā)電機(jī)、蓄電池和發(fā)配電裝置均設(shè)置在潛浮體內(nèi)，所述擺板驅(qū)動(dòng)液壓缸，液壓缸通過管道連接儲存壓力的蓄能器，所述蓄能器通過管道連接液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)電連接蓄電池和經(jīng)輸電纜傳輸?shù)桨渡系陌l(fā)配電裝置；所述浮塔采用外側(cè)設(shè)有阻蕩板的橢圓柱形結(jié)構(gòu)，四個(gè)浮塔以潛浮體的中心呈對稱布置，并通過連接構(gòu)件與潛浮體固定連接成一體；所述錨泊系統(tǒng)包括分別設(shè)置在浮塔中的四臺錨機(jī)，每臺錨機(jī)通過各自的錨鏈連接重力錨。
[0006]所述連接構(gòu)件采用桁架結(jié)構(gòu)，由多個(gè)縱向桿件、橫向桿件和斜向桿件搭接而成，桿件截面均為圓形，斜向桿件交匯處采用球型節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
[0007]所述液壓缸一端與擺板鉸鏈連接，另一端與桁架結(jié)構(gòu)的縱向桿件鉸鏈連接。
[0008]所述浮塔內(nèi)分隔成栗艙、錨機(jī)艙、錨鏈艙和壓載水艙，栗艙和錨機(jī)艙在安全甲板以上，阻蕩板設(shè)置在浮塔來浪方向的水下部位，頂端設(shè)置控制艙室，內(nèi)含控制單元，浮塔與連接構(gòu)件之間設(shè)置浮塔斜撐。
[0009]所述錨鏈艙內(nèi)設(shè)置錨鏈筒，其上開口在浮塔外側(cè)下部，下開口在錨鏈艙底部，錨鏈穿過錨鏈筒與錨機(jī)艙內(nèi)的錨機(jī)相連。
[0010]所述連接構(gòu)件采用箱形橋結(jié)構(gòu)，箱形橋結(jié)構(gòu)與浮塔之間設(shè)置浮塔斜撐，與潛浮體之間設(shè)置箱形橋結(jié)構(gòu)斜撐。
[0011]所述液壓缸一端與擺板鉸鏈連接，另一端與潛浮體的主甲板鉸鏈連接。
[0012]所述的一種基于浮塔和潛浮體組合成的輕型波浪能發(fā)電平臺裝置的使用方法:
(a)安裝過程:首先利用半潛駁船或拖輪將平臺運(yùn)至作業(yè)地點(diǎn)，然后向各個(gè)壓載水艙內(nèi)加載壓載水使平臺下沉，應(yīng)保證其擺板達(dá)到工作水深，以及平臺具有良好的浮態(tài)；隨后，利用工程輔助船進(jìn)行四角拋放重力錨，使整個(gè)平臺迎著波浪傳遞方向，通過錨機(jī)調(diào)整錨鏈長度，即改變其預(yù)張緊力，減少平臺因風(fēng)浪流聯(lián)合作用引起的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)；
(b)工作過程:利用發(fā)電裝置收集波浪能并轉(zhuǎn)換成電能，一部分儲存到蓄電池供平臺日常使用，另一部分通過輸電纜輸送到岸上；
(C)維修過程:發(fā)電平臺在工作過程中出現(xiàn)故障需要維修或是日常調(diào)試，工作人員進(jìn)入浮塔頂端控制艙室進(jìn)行維修；如果是潛浮體上的發(fā)電裝置出現(xiàn)故障，通過錨機(jī)松開錨鏈，使其呈松弛，然后調(diào)節(jié)壓載水艙內(nèi)的壓載水量，潛浮體的主甲板浮出水面，工作人員通過主甲板上的人孔進(jìn)入內(nèi)部進(jìn)行維修作業(yè)。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:這種基于浮塔和潛浮體組合成的輕型波浪能發(fā)電平臺裝置，包括潛浮體、浮塔、連接構(gòu)件、發(fā)電裝置、控制單元、阻蕩裝置和錨泊系統(tǒng)。方案采用組合式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將潛浮體作為發(fā)電裝置的載體，四周對稱布置浮塔以提供浮力及保證穩(wěn)性，它們之間采用輕型的連接構(gòu)件，平臺形式簡單新穎，在滿足功能要求的基礎(chǔ)上最大限度地降低了發(fā)電支撐平臺的重量，降低造價(jià)，同時(shí)減少結(jié)構(gòu)物對波浪的遮蔽影響，提高波浪運(yùn)動(dòng)穿透性，提高波浪能收集效率；浮塔內(nèi)設(shè)置壓載水艙和栗艙，結(jié)合浮塔頂部控制艙室內(nèi)的控制系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)吃水及浮態(tài)，保證擺板的最佳工作水深，也可以滿足平臺浮起維修和拖航的要求；浮塔外側(cè)設(shè)置阻蕩板，有利于減少平臺搖蕩運(yùn)動(dòng)；連接構(gòu)件與浮塔、潛浮體交接處設(shè)置斜撐，保證平臺強(qiáng)度及安全；采用輻射狀錨泊系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)可靠，操作簡便，使平臺具有良好的抗風(fēng)浪流能力。該平臺結(jié)構(gòu)形式簡單新穎，布置合理，功能完善，經(jīng)濟(jì)高效，工程應(yīng)用性強(qiáng)，極具商業(yè)化空間。
【附圖說明】
[0014]圖1是一種連接構(gòu)件采用桁架結(jié)構(gòu)的發(fā)電平臺裝置的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖2是一種連接構(gòu)件采用桁架結(jié)構(gòu)的發(fā)電平臺裝置的結(jié)構(gòu)正視圖。
[0016]圖3是一種連接構(gòu)件采用桁架結(jié)構(gòu)的發(fā)電平臺裝置的結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0017]圖4是圖3中的A向視圖。
[0018]圖5是圖2中的A-A剖視圖。
[0019]圖6是圖3中的B-B剖視圖。
[0020]圖7是圖3中的C-C剖面圖。
[0021]圖8是一種連接構(gòu)件采用箱形橋結(jié)構(gòu)的發(fā)電平臺裝置的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖9是一種連接構(gòu)件采用箱形橋結(jié)構(gòu)的發(fā)電平臺裝置的結(jié)構(gòu)正視圖。
[0023]圖10是發(fā)電平臺裝置的作業(yè)流程圖。
[0024]圖中:1、潛浮體，la、主甲板，lb、人孔，2、擺板支座，3、發(fā)電裝置，3a、擺板，3b、液壓缸，3c、蓄能器，3d、液壓馬達(dá)，3e、發(fā)電機(jī)，3f、蓄電池，3g、發(fā)配電裝置，4、浮塔，4a、安全甲板，4b、浮塔斜撐，5、控制艙室，5a、控制單元，6、栗艙，7、錨機(jī)艙，8、錨鏈艙，9、壓載水艙，10、阻蕩板，U、連接構(gòu)件，11a、縱向桿件，lib、橫向桿件，11c、斜向桿件，lid、球型節(jié)點(diǎn)，lie、箱形橋結(jié)構(gòu)，I If、箱形橋結(jié)構(gòu)斜撐，12、錨機(jī)，13、錨鏈筒，13a、上開口，13b、下開口，14、錨鏈，15、重力錨，16、輸電纜。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下參照附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步描述。
[0026]圖1、2、3、4示出了一種連接構(gòu)件采用桁架結(jié)構(gòu)的發(fā)電平臺裝置的結(jié)構(gòu)圖。該平臺包括潛浮體1、浮塔4、連接構(gòu)件11、發(fā)電裝置3、控制單元5a、阻蕩裝置和錨泊系統(tǒng)，潛浮體I為箱型浮箱，作為發(fā)電裝置3的載體，其主甲板Ia上設(shè)置人孔lb，并裝有擺板支座2，用來安裝擺板3a，液壓缸3b —端與擺板3a鉸接，另一端與縱向構(gòu)件Ila鉸接；橢圓柱形的浮塔4以潛浮體I為中心呈對稱分布，通過連接構(gòu)件11與潛浮體I相連接，保證平臺浮性和穩(wěn)性；連接構(gòu)件11采用桁架結(jié)構(gòu)，由多組截面為圓形的縱向桿件11a、橫向桿件Ilb和斜向桿件Ilc搭接而成，斜向桿件交匯處采用球型節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)加固；浮塔4在波浪方向一側(cè)下部設(shè)置阻蕩板10，以減少平臺搖蕩運(yùn)動(dòng)，保證波浪能轉(zhuǎn)換效率；浮塔4頂端設(shè)置控制艙室5，內(nèi)含控制單元5a，以及救