[发明专利]一种采集海洋波流能的浮式发电装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋能源的开发与利用技术领域，具体涉及一种采集海洋波流能的浮式发电装置及方法。

背景技术

海洋蕴藏着丰富的可再生自然能源，包括潮汐、海流、波浪、温差、盐差能等，是全球应对气候变暖、调整能源结构的重要选择之一，海洋发达国家已十分重视海洋能的开发利用，将海洋能作为战略性能源储备。我国是能源需求大国,能源短缺现状和传统常规能源带来的环境污染问题俨然成为了制约经济发展的关键因素。因此，十八大将海洋能源的开发提升至战略高度。

海洋能中规模较大、能量相对集中的当属波浪能和海流能。目前，海洋波浪及海流能量的收集主要借鉴水力发电的模式，利用涡轮或叶轮旋转将机械能转变为电能，但这一能量转换过程中存在着较明显的能量损耗。波浪和海流作用在水中柱体上时，会在柱体表面发生边界层分离，从而在柱体尾部产生旋涡。通常处于海洋波浪中的柱体构筑物的绕流雷诺数属于10⁴～10⁶范围，因此柱体尾部旋涡会交替脱落，产生周期性变化的交替流体作用力，引发柱体的振动。工程界往往关心如何抑制振动，预防结构疲劳失效。但站在相反的立场，如果有效利用振动，将振动能量也收集利用，可更好地合理利用海洋波流能。目前，绿色收集存在相对运动的能量转化装置主要有电磁式和压电式，电磁式能量转化装置通过法拉第电磁效应，切割磁场发电；压电式能量转化装置通过材料的变形形成电流，对材料几乎零损耗。如何高效综合地利用海洋波流能量，且不对环境产生污染，成为了海洋波能开发的焦点。

发明内容

为解决背景技术所提出的问题，本发明的目的在于提供一种多功能、无污染、高效综合采集海洋波流能的浮式发电装置及方法。

一种采集海洋波流能的浮式发电装置，由浮体、能量转换系统和振荡柱体组成。浮体为轻质材料加工而成的椭球体，浮于海面，为整个装置提供浮力。能量转换系统由支撑立柱、支撑套环、滑动轴承、端部对接头、能量转换壳、端部弹簧振子、柔性密封圈组成。浮体水平中剖面椭圆的两个焦点正下方各安装有一根圆柱体支撑立柱，支撑立柱下端连接支撑套环，支撑套环的外壁与支撑立柱垂直，且支撑立柱轴向延长线过支撑套环的圆心。支撑套环由对称的两个半圆环形构件通过螺栓对接而成，在支撑套环内部沿周向均匀布设有转动磁极。

端部对接头由一个大圆柱体和一个小圆柱体端面焊接而成，且大、小圆柱体同轴。端部对接头小圆柱体一端加工有公螺纹，大圆柱体与小圆柱体连接端的外壁上设有垂直于大圆柱体外壁的矩形凸起刮片。端部对接头小圆柱体与大圆柱连接端的内部嵌有内部线圈，大圆柱体内部嵌有端部线圈。滑动轴承为中间设滚子的内外圈结构，其套装在端部对接头的小圆柱体外，紧贴大、小圆柱的台阶面。支撑套环套装在滑动轴承外，使得端部对接头可以相对支撑套环转动。端部对接头大圆柱体凸起刮片与小圆柱体之间套装有圆环形柔性密封圈。端部弹簧振子为一端封闭的圆筒形，圆筒壁周向等间距设有四根弹簧，圆筒封闭端设有一根弹簧，圆筒敞口端套入端部对接头的大圆柱体。能量转换壳为一端封闭的圆筒形，连接端部弹簧振子的端部对接头大圆柱体完全伸入能量转换壳，且端部弹簧振子壁面的弹簧与能量转换壳对应的壁面连接，对应端部对接头大圆柱体内嵌端部线圈的能量转换壳内壁设有振动磁极，对应端部对接头大圆柱体凸起刮片的能量转换壳内壁设有压电片。

两个端部对接头之间安装圆柱形振荡柱体，振荡柱体两端加工有与端部对接头小圆柱体公螺纹对应的母螺纹，通过公母螺纹的啮合实现振荡柱体的安装固定。振荡柱体中部外表面设有三圈叶片，且叶片与振荡柱体外表面垂直。

所述的柔性密封圈内径等于端部对接头大圆柱体外径，柔性密封圈外径等于能量转换壳内径。

利用所述的采集海洋波流能的浮式发电装置可以提供一种采集海洋波流能的浮式发电方法。海流、波浪流经振荡柱体时，一方面冲击在振荡柱体表面的叶片上会推动振荡柱体旋转，使得端部对接头小圆柱体内嵌的内部线圈切割支撑套环内的转动磁极构成的磁感应线，产生电流；同时，端部对接头大圆柱体外壁的凸起刮片推挤能量转换壳内壁的压电片，产生电流；另一方面，海流、波浪绕过振荡柱体会在其后部产生旋涡，旋涡激发振荡柱体振动，使得振荡柱体两端的端部对接头大圆柱体内嵌的端部线圈切割能量转换壳内壁的振动磁极构成的磁感应线，产生电流。另外，波浪作用在浮体上，造成浮体浮沉、晃荡，浮体通过支撑立柱和支撑套环带动振荡柱体运动，振荡柱体发生位移响应后，使得其两端的端部对接头大圆柱体内嵌的端部线圈切割振动磁极构成的磁感应线，也会产生电流。在振荡柱体的旋转、振动作用下，通过电磁感应和压电片变形实现海洋波流能的收集。