可调节阻尼孔与气室尺寸的振荡水柱式波浪能发电装置

本发明涉及了一种波浪能发电装置，具体涉及一种可调节阻尼孔与气室尺寸的振荡水柱式波浪能发电装置。

背景技术：

1、随着人类对可再生能源的需求日益增长，海洋能作为一种丰富的可再生能源，引起了全球范围内的关注。海洋潮流能是一种具有较高能量密度的可再生能源，具有清洁、无污染、可持续等优点，是未来海洋能利用的重要方向之一。

2、目前，国内外对于潮流能发电装置的研究主要集中在叶轮式、涡轮式、振荡水柱式等几种发电装置。其中，振荡水柱式潮流能发电装置由于其结构简单、运行稳定、易于维护等优点，受到了广泛关注。然而，现有的振荡水柱式潮流能发电装置存在一些问题，如阻尼孔和气室尺寸的设计不够灵活，不能很好地适应不同环境条件下的能量转换效率，影响了发电装置的整体性能。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种可调节阻尼孔与气室尺寸的振荡水柱式波浪能发电装置。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一、一种可调节阻尼孔与气室尺寸的振荡水柱式波浪能发电装置，包括：

4、气室模块，漂浮于海面且底端锚固于海床。

5、气流通道，安装在气室模块顶端且连通气室模块。

6、发电模块，安装在气流通道顶端且连通气流通道和大气。

7、所述的气流通道由上部的矩形空腔和下部的梯形体空腔一体成型，矩形空腔的底端密封连通梯形体空腔的顶端，矩形空腔的底面尺寸和梯形体空腔顶面的尺寸相同；气室模块安装在梯形体空腔的底端且密封连通梯形体空腔，发电模块安装在矩形空腔的顶面且密封连通至矩形空腔。

8、所述的气室模块包括矩形外壳、两块气室固定隔板、若干可移动挡板、若干电动机和若干弹簧，矩形外壳的长度方向沿水平布置，矩形外壳的底端锚固于海床；两个气室固定隔板竖直布置并固定安装在矩形外壳的长度方向的正对的两内壁面，若干可移动挡板竖直间隔平行布置在两块气室固定隔板之间并均平行于气室固定隔板，两个气室固定隔板和各个可移动挡板形成若干气室腔体；第一个电动机的机身安装在其中一个气室固定隔板的侧面中部，第一个电动机的输出轴连接至第一个弹簧的一端，第一个弹簧的另一端连接至第一个可移动挡板的一侧面中部，每两个相邻的可移动挡板之间均安装连接有一个电动机和一根弹簧，电动机的机身安装在前一个可移动挡板的一侧面的中部，电动机的输出轴连接至弹簧的一端，弹簧的另一端连接至后一个可移动挡板的一侧面的中部，最后一个可移动挡板和另一个气室固定隔板的正对的侧面之间连接有一根弹簧，各个弹簧的长度方形均平行于矩形外壳的长度方向。

9、矩形外壳的顶面沿自身的长度方向开设有若干阻尼孔，每个阻尼孔将各自的一个气室腔体和气流通道的下部的梯形体空腔相连通。

10、所述的气室模块还包括若干用于测量波浪的有义频率和有义波高的传感器，每个传感器安装在各自的一个电动机上并电连接电动机。

11、所述的发电模块包括空气透平和发电机，空气透平和发电机的机身通过安装架安装在气流通道上，空气透平位于气流通道的矩形空腔的正上方且通过矩形空腔连通气流通道，空气透平连通大气；空气透平的旋转轴同步连接发电机的旋转轴。

12、二、一种振荡水柱式波浪能发电装置的发电方法，包括：

13、所述的振荡水柱式波浪能发电装置在初始状态下，气室模块的各个发电机为非工作状态，通过弹簧的相互作用将各个可移动挡板将矩形外壳划分为若干等间距气室；当振荡水柱式波浪能发电装置在海面波浪的作用下上下浮动时，首先进行调节操作，通过第一个电动机上的传感器实时测量波浪的有义频率和有义波高作为传感数据并传输给第一个电动机，第一个电动机自动调节拉力拉动弹簧及其连接的一个可移动挡板，使得第一个电动机所在的气室调节为理想气室尺寸，此时其他电动机还未工作，通过其他可移动挡板连接的弹簧相互作用，其他可移动挡板再自动形成等间距气室；然后剩余的电动机按顺序依次进行调节操作，直至所有的电动机均完成调节操作，此刻所有的可移动挡板都处于理想位置上，形成最佳发电响应。

14、在气室模块调节过程中，各个气室产生的气流同时经各自的阻尼孔依次流通至气流通道和发电模块的空气透平中，空气透平驱动发电机进行发电。

15、阻尼孔位于气室上端，阻尼孔总长度为所有气室宽度之和。通过调节可移动挡板来达到调节理想气室尺寸时，气室上方阻尼孔也同时被调节，达到理想的阻尼孔尺寸。

16、所述的气室模块在调节时，当理想气室尺寸大于初始状态时的等间距气室尺寸时，依次通过位于前方的若干电动机将各自的一个可移动挡板拉至第一个电动机所在的气室固定隔板位置处，减少气室的数量，直至当前的等间距气室尺寸增大至大于等于当前的理想气室尺寸，最终理想气室尺寸达到可调节范围内，继续进行下一步的调节操作。

17、本发明装置通过电动机的传感器测量的波浪的数据，进一步通过控制电动机的拉力与弹簧的作用来调整气室尺寸与阻尼孔尺寸来达到理想气室与阻尼孔尺寸，实现气室尺寸与阻尼孔的共同调节，由此达到理想最佳发电效率，提高发电装置的发电效率。同时多个气室同时工作，提高了单个发电机的发电量。当理想气室尺寸大于初始气室尺寸时，还可通过减少气室数量来增大初始气室尺寸，增大气室尺寸的调节范围。以及当海上波浪上下波动时，气室内空气被压缩，气流流向气流通道，气流通道可以同时收集所有气室内的气流，并通过气流通道的横截面积的变化实现对气流的增速，使得气流快速流向空气透平，从而带动发电机发电。

18、本发明的有益效果是：

19、1)本发明装置在海上水面波浪起伏时，压缩各个气室内的空气，气室内气压产生变化，带动气室内气体流入气流通道，气流通道可以同时收集所有气室的气流，使得所有气室的气流同时流入气流通道中，并且气流通道的截面积由高到低，使得在气流通道中的气体的流动速度增速，带动空气透平实现更高速的旋转。

20、2)本发明装置的电动机含有传感器，传感器测量波浪幅度与波浪频率后，根据传感器测量的数据，通过电动机的工作与弹簧相互作用自动调节为理想气室尺寸。当挡板超过调节范围时，电动机可将左端挡板拉到与左端固定隔板重合将气室数量减少，增大气室尺寸的调节范围。同时多个气室同时工作带动空气透平旋转发电，使得该装置发电能量更多。

21、3)本发明装置根据传感器测量数据调节气室尺寸的同时可以调节单个气室的阻尼孔尺寸，达到气室尺寸与阻尼孔尺寸共同调节的目的。

技术特征：

1.一种可调节阻尼孔与气室尺寸的振荡水柱式波浪能发电装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的可调节阻尼孔与气室尺寸的振荡水柱式波浪能发电装置，其特征在于：所述的气流通道(6)由上部的矩形空腔和下部的梯形体空腔一体成型，矩形空腔的底端密封连通梯形体空腔的顶端，矩形空腔的底面尺寸和梯形体空腔顶面的尺寸相同；气室模块安装在梯形体空腔的底端且密封连通梯形体空腔，发电模块安装在矩形空腔的顶面且密封连通至矩形空腔。

3.根据权利要求2所述的可调节阻尼孔与气室尺寸的振荡水柱式波浪能发电装置，其特征在于：所述的气室模块包括矩形外壳、两块气室固定隔板(1)、若干可移动挡板(2)、若干电动机(3)和若干弹簧(4)，矩形外壳的长度方向沿水平布置，矩形外壳的底端锚固于海床；两个气室固定隔板(1)竖直布置并固定安装在矩形外壳的长度方向的正对的两内壁面，若干可移动挡板(2)竖直间隔平行布置在两块气室固定隔板(1)之间并均平行于气室固定隔板(1)，两个气室固定隔板(1)和各个可移动挡板(2)形成若干气室腔体；第一个电动机(3)的机身安装在其中一个气室固定隔板(1)的侧面中部，第一个电动机(3)的输出轴连接至第一个弹簧(4)的一端，第一个弹簧(4)的另一端连接至第一个可移动挡板(2)的一侧面中部，每两个相邻的可移动挡板(2)之间均安装连接有一个电动机(3)和一根弹簧(4)，电动机(3)的机身安装在前一个可移动挡板(2)的一侧面的中部，电动机(3)的输出轴连接至弹簧(4)的一端，弹簧(4)的另一端连接至后一个可移动挡板(2)的一侧面的中部，最后一个可移动挡板(2)和另一个气室固定隔板(1)的正对的侧面之间连接有一根弹簧(4)，各个弹簧(4)的长度方形均平行于矩形外壳的长度方向；

4.根据权利要求2所述的可调节阻尼孔与气室尺寸的振荡水柱式波浪能发电装置，其特征在于：所述的气室模块还包括若干用于测量波浪的有义频率和有义波高的传感器，每个传感器安装在各自的一个电动机(3)上并电连接电动机(3)。

5.根据权利要求2所述的可调节阻尼孔与气室尺寸的振荡水柱式波浪能发电装置，其特征在于：所述的发电模块包括空气透平(7)和发电机(8)，空气透平(7)和发电机(8)的机身通过安装架安装在气流通道(6)上，空气透平(7)位于气流通道(6)的矩形空腔的正上方且通过矩形空腔连通气流通道(6)，空气透平(7)连通大气；空气透平(7)的旋转轴同步连接发电机(8)的旋转轴。

6.根据权利要求1-5任一所述的振荡水柱式波浪能发电装置的发电方法，其特征在于，包括：所述的振荡水柱式波浪能发电装置在初始状态下，气室模块的各个发电机(8)为非工作状态，各个可移动挡板(2)将矩形外壳划分为若干等间距气室；当振荡水柱式波浪能发电装置在海面波浪的作用下上下浮动时，首先进行调节操作，通过第一个电动机(3)上的传感器实时测量波浪的有义频率和有义波高作为传感数据并传输给第一个电动机(3)，第一个电动机(3)自动调节拉力拉动弹簧(4)及其连接的一个可移动挡板(2)，使得第一个电动机(3)所在的气室调节为理想气室尺寸，然后剩余的电动机(3)按顺序依次进行调节操作，直至所有的电动机(3)均完成调节操作；

7.根据权利要求6所述的振荡水柱式波浪能发电装置的发电方法，其特征在于，包括：所述的气室模块在调节时，当理想气室尺寸大于初始状态时的等间距气室尺寸时，依次通过位于前方的若干电动机(3)将各自的一个可移动挡板(2)拉至第一个电动机(3)所在的气室固定隔板(1)位置处，减少气室的数量，直至当前的等间距气室尺寸增大至大于等于当前的理想气室尺寸，继续进行下一步的调节操作。

技术总结本发明公开了一种可调节阻尼孔与气室尺寸的振荡水柱式波浪能发电装置。发电装置包括可调节阻尼孔与气室尺寸的气室模块、气流通道和发电模块，气室模块漂浮于海面且底端锚固于海床，气流通道安装在气室模块顶端且连通气室模块，发电模块安装在气流通道顶端且连通气流通和大气。本发明装置可同时多个气室同时工作，提高了单个发电机的发电量，装置的气流通道可以同时收集所有气室的气流，使得所有气室的气流同时流入气流通道中，并且气流通道的截面积由高到低，使得在气流通道中的气体的流动速度增速，带动空气透平实现更高速的旋转。装置能够实现气室尺寸与阻尼孔的共同调节，由此达到理想最佳发电效率，提高发电装置的发电效率。技术研发人员：张大海,窦鹏北,李成龙,黄鑫,钱鹏受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18