[實用新型]帶有外置透空結構的離岸式振蕩水柱波能轉換裝置

有效

• 申請號: 202022702014.1
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN213743815U
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 寧德志;張翔宇;王榮泉;程蒙召;何耀華
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F03B13/14
• 分類號: F03B13/14;F03B13/24;F01D15/10;B63B21/20
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本實用新型屬于新能源利用技術領域，提供了一種帶有外置透空結構的離岸式振蕩水柱波能轉換裝置，包括振蕩水柱系統、錨泊固定系統和透空結構。本實用新型將離岸式振蕩水柱波能轉換裝置和透空結構有效結合。采用離岸浮式結構，可以應用于波能密度更大的深遠海區域，能有效提高裝置的輸出功率；采用透空結構既不影響目標海況長波透射進入氣室，也能有效減小波浪中短波對裝置產生的較大波浪荷載，保護結構安全，從而保證振蕩水柱波能轉換裝置能長時間的高效、穩定運行。

技術領域

本實用新型涉及帶有外置透空結構的離岸式振蕩水柱波能轉換裝置，屬于新能源利用技術領域。

背景技術

隨著社會經濟的發展，全球對于能源的需求日益增加，而煤炭、石油、天然氣等傳統不可再生化石能源日益減少，同時消耗化石能源所排放的污染物對環境造成了很大危害，因此，開發與利用新能源成為目前世界各國所關注的重點。海洋蘊藏著巨大的能源，其中波浪能是一種十分重要的可再生能源。到目前為止，人們已經實用新型了各種各樣的波浪能轉換裝置從波浪中提取能量，其中振蕩水柱波能轉換裝置由于其具有結構簡單、性能可靠的優勢，成為了目前世界各國研究和應用最廣泛的波能裝置之一。

沿岸淺水區域波能流密度較小，導致波能轉換裝置轉換效率較低，這不利于波浪能的大規模開發，帶來的經濟效益有限，所以目前世界各國將研究和發展的重點轉向了離岸式波能轉換裝置。振蕩水柱波能裝置主要由一個底部開口的氣室、頂部的雙向空氣透平和發電機組成。在運行時，氣室內的水柱在波浪作用下上下振動，迫使氣室內空氣在氣孔處產生往復氣流，帶動空氣透平轉動，從而進一步帶動發電機發電。

由于波能裝置工作環境的復雜性以及極端海況發生的頻率逐漸增高，近些年波能轉換裝置被波浪破壞的事故時有發生，裝置的生存能力面臨著巨大挑戰。振蕩水柱波能裝置氣室內部的水柱主要有活塞(piston)和晃蕩(sloshing)兩種運動，裝置的能量轉換主要由振蕩水柱的活塞運動貢獻。裝置內的水柱在長波作用下主要產生活塞運動；由于短波的透射能力弱，因此，在短波作用下，氣室外側會發生較大反射，而氣室內水柱產生晃蕩運動，從而導致裝置在短波作用時能量轉換效率低、受到的波浪荷載大。透空結構具有較好的消浪效果，被廣泛應用于需要消浪的海洋工程結構中。因此，本實用新型提出在裝置周圍增加透空結構來減弱波浪中短波對裝置產生的破壞作用，從而提高裝置的生存能力。

實用新型內容

本實用新型的目的是針對現存技術的不足，在保證波能裝置較高能量轉化效率的情況下，設計了帶有外置透空結構的離岸式振蕩水柱波能轉換裝置，采用該外置透空結構，對裝置在目標工作海況長波作用下的水動力性能影響很小，但是可以有效減小非目標工作海況短波作用下裝置受到的波浪荷載，從而在保證裝置能量轉換效率的前提下，提高裝置的生存能力。

本實用新型的技術方案：

一種帶有外置透空結構的離岸式振蕩水柱波能轉換裝置，包括振蕩水柱系統、錨泊固定系統和透空結構；

所述的振蕩水柱系統主要由氣室6、內圓柱體1和渦輪發電系統4構成；

所述的氣室6是由外圓柱環體2和半球環體3組成的空腔，半球環體3倒扣在外圓柱環體2上，下端與外圓柱環體2貼合，二者半徑相同；所述的外圓柱環體2是頂端和底端開口、中空的圓柱體，所述的半球環體3是中空的半球體；半球環體3頂端中心位置設有氣孔通道9，氣孔通道9內有渦輪發電系統4；渦輪發電系統4由空氣透平和發電機組成，空氣透平連接著發電機；

所述的內圓柱體1位于氣室6的軸線上，頂端與支撐圓臺5底端連接；所述的支撐圓臺5頂端連接到半球環體3上，與半球環體3內表面貼合；所述的支撐圓臺5內部設有貫穿圓臺的圓柱形氣孔，支撐圓臺5頂部中心設有氣孔通道9，與半球環體3的氣孔相通；

所述的錨泊固定系統由多根錨鏈8構成，各錨鏈8一端與內圓柱體1底部邊緣連接，另一端固定于海底；