一种阵列铰接式双浮体波浪能发电装置

本发明涉及波浪发电，尤其涉及一种阵列铰接式双浮体波浪能发电装置。

背景技术：

1、近年来,全球能源供求日益紧张,环境保护与节能减排的呼声越来越高,这极大地促进了清洁能源的开发和利用。在所有可用的可再生能源中，海洋波浪能因其高可用性、可预测性、持久性和功率密度高等优点，得到了广泛的关注。波浪能是发电量最高的可再生能源之一，每年的发电量可达到8000-80000tw·h。波浪能发电技术就是将波浪能俘获并通过能量输出(power take-off，pto)系统转化为可利用的电能，而俘获波浪能的系统被称为波浪能转换系统或波浪能发电系统。根据wec的原理，可将其分为振荡水柱式、越浪式、和振荡浮子式(点吸收式)等。这些装置中，铰接浮体波能转换器无需依赖固定约束结构，具有相对较高的海域适应性。

2、虽然铰接浮体波能转换装置在波能捕获方面有着巨大的应用潜力，但仍然未得到大规模的工程应用，其中制约传统线性波能转换器发展的最重要的问题是捕获效率较低和频带窄。波能装置的转换效率同许多因素有关，包括入射波频率、波能装置形状、吃水深度、重心以及能量转换系统的参数等。众所周知，线性波能转换器为了达到较好的波能捕获效率通常设置特定频率进行谐振，但是由于海浪的主导频率可能随时间而变化，使其偏离系统的设计频率，从而导致线性波能转换器在效率方面可能不佳。此外，真实的波浪是具有波谱特征的非规则波，由于线性波能转换器较窄的波能捕获频带同样不能很好地捕获非规则波中各个频率分布下的能量，从而影响总体捕获效率。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术捕获效率较低、频带窄缺点，本发明提供一种可有效扩大捕获带宽频率、提高波能捕获效率的阵列铰接式双浮体波浪能发电装置。

2、技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种阵列铰接式双浮体波浪能发电装置，包括上浮体、与上浮体铰接的小浮体、下浮体、外液压装置和外非线性双稳态装置，所述外液压装置一端铰接于上浮体上，另一端铰接于小浮体上，所述外非线性双稳态装置一端铰接于上浮体上，另一端铰接于小浮体上，当小浮体与上浮体相对摆动时，外液压装置和外非线性双稳态装置被压缩或拉伸；所述下浮体顶部设有连杆，连杆自下向上插入上浮体内，且连杆与上浮体可相对滑动；所述连杆顶部设有液压发电装置，所述液压发电装置位于上浮体内部，液压发电装置通过内液压装置、内非线性双稳态装置与上浮体内壁铰接，所述外液压装置、内液压装置通过管路与液压发电装置连接。

3、进一步的，所述外非线性双稳态装置包括第一套筒、第一压杆和位于第一套筒内的第一弹簧，所述第一压杆一端位于第一套筒内，另一端从第一套筒顶部伸出，所述第一弹簧一端固定于第一套筒顶部，另一端与第一压杆位于第一套筒内的一端连接，第一弹簧围绕于第一压杆外侧；所述内非线性双稳态装置包括第二套筒、第二压杆和设于第二套筒内的第二弹簧，所述第二弹簧一端固定于第二套筒底部，第二弹簧另一端与第二压杆一端连接，所述第二压杆另一端从第二套筒顶部伸出。

4、进一步的，所述上浮体包括浮筒、安装于浮筒顶部的上浮体顶盖和套设于浮筒外侧的捕能浮体，所述捕能浮体上设有用于与小浮体、外液压装置、外非线性双稳态装置铰接的铰接件。

5、进一步的，所述浮筒底部设有密封胶圈。

6、进一步的，所述上浮体顶盖上设有与连杆同轴的导向轴，所述液压发电装置及连杆内设有导向槽，所述导向轴在导向槽内滑动。

7、进一步的，所述小浮体包括外壳和安装于外壳顶部的小浮体顶盖，所述外壳上设有用于与外液压装置、外非线性双稳态装置铰接的铰接件。

8、进一步的，所述外壳内设有两块互相平行的磁板和位于两块磁板之间的金属滚筒，所述磁板平行于小浮体顶盖，金属滚筒在两块磁板之间滚动切割磁感线发电。

9、进一步的，所述外液压装置、内液压装置结构相同，均包括液压筒和液压杆。

10、进一步的，所述上浮体与四个小浮体铰接，每个小浮体通过四个外液压装置和一个外非线性双稳态装置于上浮体铰接。

11、进一步的，所述液压发电装置通过四个内液压装置和四个内非线性双稳态装置与上浮体内壁铰接。

12、有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是(1)通过上浮体、小浮体、下浮体的配合，充分利用波浪能进行发电，且设置多个小浮体，增加发电装置与水面的接触面积，提高波浪能采集效率；(2)在上浮体、小浮体之间引入铰接装置，利用相邻模块的相对摆动来驱动发电装置，铰接浮体波浪能发电装置无需依赖固定约束结构，具有相对较高的海域适应性；(3)在小浮体内设置磁感线切割发电装置，充分利用系统空间，提高发电效率；(4)设置内非线性双稳态装置和外非线性双稳态装置，促使上浮体、小浮体、下浮体相对运动时产生更大的运动振幅，从而扩大捕获频带宽度，有效提高波能捕获效率。

技术特征：

1.一种阵列铰接式双浮体波浪能发电装置，其特征在于，包括上浮体(1)、与上浮体(1)铰接的小浮体(2)、下浮体(3)、外液压装置(4)和外非线性双稳态装置(5)，所述外液压装置(4)一端铰接于上浮体(1)上，另一端铰接于小浮体(2)上，所述外非线性双稳态装置(5)一端铰接于上浮体(1)上，另一端铰接于小浮体(2)上，当小浮体(2)与上浮体(1)相对摆动时，外液压装置(4)和外非线性双稳态装置(5)被压缩或拉伸；所述下浮体(3)顶部设有连杆(8)，连杆(8)自下向上插入上浮体(1)内，且连杆(8)与上浮体(1)可相对滑动；所述连杆(8)顶部设有液压发电装置(9)，所述液压发电装置(9)位于上浮体(1)内部，液压发电装置(9)通过内液压装置(10)、内非线性双稳态装置(11)与上浮体(1)内壁铰接，所述外液压装置(4)、内液压装置(10)通过管路与液压发电装置(9)连接。

2.如权利要求1所述的阵列铰接式双浮体波浪能发电装置，其特征在于，所述外非线性双稳态装置(5)包括第一套筒(5-1)、第一压杆(5-2)和位于第一套筒(5-1)内的第一弹簧(5-3)，所述第一压杆(5-2)一端位于第一套筒(5-1)内，另一端从第一套筒(5-1)顶部伸出，所述第一弹簧(5-3)一端固定于第一套筒(5-1)顶部，另一端与第一压杆(5-2)位于第一套筒(5-1)内的一端连接，第一弹簧(5-3)围绕于第一压杆(5-2)外侧；所述内非线性双稳态装置(11)包括第二套筒(11-1)、第二压杆(11-2)和设于第二套筒(11-1)内的第二弹簧(11-3)，所述第二弹簧(11-3)一端固定于第二套筒(11-1)底部，第二弹簧(11-3)另一端与第二压杆(11-2)一端连接，所述第二压杆(11-2)另一端从第二套筒(11-1)顶部伸出。

3.如权利要求1所述的阵列铰接式双浮体波浪能发电装置，其特征在于，所述上浮体(1)包括浮筒(1-2)、安装于浮筒(1-2)顶部的上浮体顶盖(1-1)和套设于浮筒(1-2)外侧的捕能浮体(1-3)，所述捕能浮体(1-3)上设有用于与小浮体(2)、外液压装置(4)、外非线性双稳态装置(5)铰接的铰接件。

4.如权利要求3所述的阵列铰接式双浮体波浪能发电装置，其特征在于，所述浮筒(1-2)底部设有密封胶圈(1-4)。

5.如权利要求3所述的阵列铰接式双浮体波浪能发电装置，其特征在于，所述上浮体顶盖(1-1)上设有与连杆(8)同轴的导向轴(7)，所述液压发电装置(9)及连杆(8)内设有导向槽，所述导向轴(7)在导向槽内滑动。

6.如权利要求1所述的阵列铰接式双浮体波浪能发电装置，其特征在于，所述小浮体(2)包括外壳(2-2)和安装于外壳(2-2)顶部的小浮体顶盖(2-1)，所述外壳(2-2)上设有用于与外液压装置(4)、外非线性双稳态装置(5)铰接的铰接件。

7.如权利要求6所述的阵列铰接式双浮体波浪能发电装置，其特征在于，所述外壳(2-2)内设有两块互相平行的磁板(2-5)和位于两块磁板(2-5)之间的金属滚筒(2-6)，所述磁板(2-5)平行于小浮体顶盖(2-1)，金属滚筒(2-6)在两块磁板(2-5)之间滚动切割磁感线发电。

8.如权利要求1所述的阵列铰接式双浮体波浪能发电装置，其特征在于，所述外液压装置(4)、内液压装置(10)结构相同，均包括液压筒(4-1)和液压杆(4-2)。

9.如权利要求1所述的阵列铰接式双浮体波浪能发电装置，其特征在于，所述上浮体(1)与四个小浮体(2)铰接，每个小浮体(2)通过四个外液压装置(4)和一个外非线性双稳态装置(5)于上浮体(1)铰接。

10.如权利要求1所述的阵列铰接式双浮体波浪能发电装置，其特征在于，所述液压发电装置(9)通过四个内液压装置(10)和四个内非线性双稳态装置(11)与上浮体(1)内壁铰接。

技术总结本发明公开了一种阵列铰接式双浮体波浪能发电装置，包括上浮体、与上浮体铰接的小浮体、下浮体、外液压装置和外非线性双稳态装置，外液压装置、外非线性双稳态装置安装于上浮体和小浮体之间；下浮体顶部设有连杆，连杆自下向上插入上浮体内，且连杆与上浮体可相对滑动；连杆顶部设有液压发电装置，液压发电装置位于上浮体内部，液压发电装置通过内液压装置、内非线性双稳态装置与上浮体内壁铰接，外液压装置、内液压装置通过管路与液压发电装置连接。本发明通过多个浮体的配合，充分利用波浪能，提高发电效率，并设置内非线性双稳态装置和外非线性双稳态装置，促使各浮体相对运动时产生更大的运动振幅，扩大捕获频带宽度，有效提高波能捕获效率。技术研发人员：徐胜,鞠坤,陈鑫,张伟受保护的技术使用者：江苏科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18