一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置的制作方法

一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置
1.技术领域
1.本发明涉及一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置，适合海洋、江、河、湖泊波浪能发电，属于新能源开发的机械工程领域。
2.

背景技术：

2.海洋面积占地球表面的71％，在我国海洋平均2-7kw/m2的波浪能密度和波浪能90％以上的产能时间，这两项指标均成倍高于太阳能、风能；在我国还有18000公里海岸线，6500个超过500平方米的岛屿，都急切期待波浪能的开发利用，所以波浪能的利用和发展潜力巨大。国家正在大力发展新能源，提高在能源结构中的占比，2060年达到碳中和的战略目标，开发利用波浪能发电具有重要意义。
3.目前，全世界典型的波浪能发电转换装置有：振荡浮子式、振荡水柱式、摆式、水轮机、筏式、鸭式等。其中可以离岸的有筏式、鸭式的转换装置，都是采用波浪能
→
液压能
→
机械能
→
发电机的模式，存在转换装置的中间环节多，捕浪面积小，制造复杂、成本高、安全性差等问题；而其他大多数的转换装置是建设在海岸边，都要有牢固的地下基础、墙、坝、水池、水室等砌筑结构，或工程量大，或施工难度大，或选址要求高，消耗资源，影响环境，波浪能的利用率低，发电效率低；其中，水轮机转换装置是用已经建好的水池储存海水，利用水池与水轮机的高度差，放水冲击水轮机旋转发电，这种水池的水量和水轮机的数量不仅是有限的，而且此前还需要消耗电能向水池注水；摆式转换装置是要在岸边修建坚固的水室，其工程量和建筑难度都很大，不仅受到规模、效率和成本的限制，同时还受到选址要求高的条件限制。因此，上述装置中多数和波浪能利用少有关系，或者仅仅利用了波浪能很少的一部分，而且，这些转换装置普遍存在工程量和建筑难度很大，中间环节多，发电成本高，发电功率小等问题。尤其是，巨大的海洋波浪能没有被充分的利用，即发电转换装置俘获波浪能的面积太小，这是现有波浪能发电发展缓慢的关键问题。
4.参阅文献：《波浪能发电装置设计与制造》、《新能源概述——风能与太阳能》、《认识海洋》。
5.针对相关技术中的问题，目前还没有提出理想的解决方案。
3.

技术实现要素：

6.针对上述波浪能转换装置存在的问题，本发明提出一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置，能够解决上述波浪能发电存在的问题，尤其是解决转换装置俘获波浪能面积小且效率低的问题。为实现此技术目的，本发明的技术方案如下：
7.本发明以结构简单、制造、投放、维修方便，效率高为原则，把原本在海岸边布设的水轮机发电装置和其他发电转换装置等搬到海里的平台上，并且互相连接、覆盖海面、由近及远、无限扩展，更大面积的俘获波浪能。所述一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置包含有水轮机发电系统、风力发电系统、太阳能发电系统、液压能发电系统、淡水收集系统、沉浮系统、组合系统、国防应用等，实现多能互补，综合利用。现以一组为例进行说明。
8.所述一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置的水轮机发电系统，以两条矩形无缝钢管为浮仓
⑩
作为主要浮体，由上、下结构梁连接成牢固的可漂浮的平台，前端呈倒八字形状，中间至少安装两台水轮机带动安装在浮仓
⑩
内的发电机发电；所述水轮机包含空心轴水轮机叶片挡水槽机械密封齿轮发电机水轮机叶片为圆弧形八等分均布于空心轴上；挡水槽为半圆形两端封闭状连接于两浮仓内测。
9.所述的一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置的风力发电系统，其特征在于，所述风力发电系统包含有垂直轴风力发电叶轮
③
和
④
、支架中心轴机械密封发电机其中，垂直轴风力发电叶轮
③
、
④
采用专利号：zl202020099229.6的结构形式，在浮仓
⑩
平台上至少安装6组；垂直轴风力发电叶轮
③
、
④
旋转带动安装在浮仓
⑩
内的发电机发电；所述垂直轴风力发电叶轮为相同直径，不同高度设置。
10.所述的一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置的太阳能发电系统，其特征在于，以不同高度的垂直轴风力发电叶轮
③
、
④
作为立“柱”，在顶端“柱”与“柱”相连接的倾斜的框架上面安装太阳能电池板
①
，并连接安装在浮仓
⑩
内的太阳能发电组件实现太阳能发电；所述太阳能电池板
①
的安装，应当北高南低，面向南方。
11.所述的一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置的液压能发电系统，其特征在于，所述液压能发电系统包含有摆板摆板连杆摆板转动轴摆板支架轴缸连杆油缸及支座等在内的各个部件，以浮仓
⑩
、垂直轴风力发电叶轮支架作为支撑；摆板的上沿位于水轮机轴线以下，摆板的摆动，带动摆板转动轴及轴缸连杆转动，从而拉动油缸产生液压能带动发电机发电；所述液压能发电系统的各个机构安装在浮仓
⑩
前部位置，摆板的前后两面为微凸形状。
12.所述的一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置的淡水收集系统，其特征在于，所述淡水收集系统包含有淡水集水罩
②
、淡水管
⑤⑦
、淡水槽
⑥
、外输管路淡水收集系统利用了太阳能电池板
①
下面倾斜的空间，由一顶部倾斜下部开口的五面壳体作为集水罩
②
，将海洋水体自然蒸发的淡水微粒、水滴收集得到淡水；所述集水罩
②
的下沿倾斜并弯曲成槽，即可以使淡水自行流动的半圆形(见图二-c部放大)，在最低点处设置淡水管
⑤
，与其下的淡水槽
⑥
连接，所述淡水槽
⑥
为一开口向上的矩形槽体，既连接集水罩
②
汇集的淡水，又盛接太阳能电池板
①
流下来的雨水，二者汇合通过淡水管
⑦
和外输管路发送陆地。
13.所述的一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置的沉浮系统，其特征在于，沉浮系统包含潜水包支架潜水包潜水泵及触碰开关
⑧
；所述潜水包支架连接于浮仓
⑩
底面下，容纳了潜水包潜水泵其中潜水包的进出口与潜水泵密封连接；所述潜水泵受触碰开关
⑧
控制开启，触碰开关
⑧
安置在浮仓
⑩
尾部外侧上角处。当海浪大到浮仓
⑩
大幅度摇摆时，触碰开关
⑧
受挤压而发出潜水泵开启的信号，则潜水泵工作，向潜水包注水，使整个装置下沉；当风浪过后，由人工指令潜水泵反向工作排水，使整个装置上浮恢复工作状态。
14.所述的一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置的组合系统，其特征在于，通过浮仓
⑩
首尾外侧安装的柔性连接块
⑨
互相穿插就位，销轴穿孔固定，实现组与组的快速连接，即可一字排开，由近及远，无限扩展。可以快速“包围”偏远海岛，快速形成供电、供水能力，支援海岛和偏远地区的生产、生活；这样的连接方式也使得海上维修、更换变的简单。
15.所述的一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置的国防应用，其特征在于，在浮仓
⑩
的底面安装有声呐探测器在“包围”海岛和沿着海岸线布设，相当于建设了海上“防火墙”和海岛的“围墙”，在无需任何能源的情况下提供水、电的同时，可以时刻监视来自海外的敌特活动，建设海岛，巩固国防。
16.4.本发明具有如下显著特点：
17.1、将沿岸设置的水轮机等发电转换装置搬到海里，首先节省了在沿岸建筑的资源、成本和大量的占地，不迁移人口，不受选址的限制，无有害气体排放，更有利于恢复自然，减少污染，保护环境。
18.2、解决现有波浪能发电装置俘获波浪能面积太小以及波浪能利用率低的问题，而且由组连成片，无限增多，覆盖海面，可使本发明的装置俘获波浪能总量大增，全面提高了波浪能的利用率和发电效率。
19.3、结构简单，维修便捷，为降低成本创造了条件。而且机械能、风能、太阳能、液压能多能互补，还有淡水的收集，都是在不消耗任何能源的前提下实现的，因此，在成本上占据绝对优势。
20.4、可以快速的制造、投放、维修，快速的形成供电、供水能力，有力的支援海岛、海上作业平台的生产、生活；可快速形成对海岛、海上作业平台的四面“包围”，同时，在浮仓的底面设置声呐探测器，时刻监测海底的敌特活动，建设海上“防火墙”，保护和加强偏远海岛的国防建设。
21.5、两侧浮仓的倒八字设计，增大了进入水轮机的水流量；尤其是水轮机下部设置的半圆形挡水槽，则阻挡了波浪对水轮机的反方向做功，为全面提高水轮机的效率发挥了重要作用；而摆板的设置也发挥了同样的作用；由此可见，任何适用的发电转换装置都可以在这里添加。
22.6、垂直轴风力发电叶轮既能旋转发电，又能制造高度差，作为立“柱”来承托太阳能电池板和淡水集水罩，可谓是一举多得。
23.7、偶遇极端天气，触碰开关打开潜水泵向潜水包加水，使得整个装置下沉至水面以下，以保护装置不被损坏。当天气好转，放水上浮，恢复正常工作状态。
24.8、可以实现小型化、模块化、工程化的国家规划目标，为实现碳达峰、碳中和的宏伟目标提供有力支持。
5.附图说明
25.为了清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图一是根据本发明实施例所述的一种波浪能发电装置的主视图；
27.图二是根据本发明实施例所述的一种波浪能发电装置的左视图和b-b局部剖面图及c部放大图；
28.图三是根据本发明实施例所述的一种波浪能发电装置的a-a剖面图；
29.图中：
①
太阳能电池板；
②
淡水集水罩；
③
垂直轴风力发电叶轮；
④
垂直轴风力发电叶轮；
⑤
淡水管；
⑥
淡水槽；
⑦
淡水管；
⑧
触碰开关；
⑨
柔性连接块；
⑩
浮仓；水轮发电机
机；齿轮；机械密封；机械密封；风力发电机；太阳能发电组件；潜水包支架；水轮机轴缸连杆；摆板连杆；摆板；声呐探测器；油缸；油缸支座；上结构梁；下结构梁；水轮机空心轴；水轮机叶片；水轮机挡水槽；潜水包；潜水泵；摆板支架；摆板转动轴；风力发电叶轮支架；风力发电叶轮中心轴；外输管路。
6.具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例都属于本发明保护的范围。
31.根据本发明实施例所述的一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置包含有：波浪能水轮机发电系统、摆式液压发电系统、垂直轴风力发电系统、太阳能发电系统、淡水收集系统、浮沉系统、组合系统、国防应用等。
32.在本发明的一个具体实施例中，所述一种离岸漂浮式波浪能水轮机发电系统，其特征在于，设置有两条浮仓
⑩
的矩形钢管为主要浮体，由上、下结构梁连接浮仓
⑩
成牢固的整体平台；所述浮仓
⑩
的中间先安装水轮机后安装上、下结构梁
33.进一步地，所述水轮机包含空心轴水轮机叶片半圆挡水槽机械密封齿轮发电机所述空心轴采用厚壁管，贯穿于两浮仓
⑩
之内，分别连接两端的机械密封齿轮发电机
34.进一步地，所述浮仓
⑩
前部采用倒八字形状，以增加海水进入水轮机的流量，并且尖端部分为圆角设计，以减少海浪的阻力。
35.进一步地，所述水轮机的叶片采用耐腐蚀材料压制成单面圆弧状，八等分均布于空心轴上，既可增大进水量，又可减少回转阻力，还可以增加叶片的强度；所述空心轴采用厚壁管。
36.进一步地，水轮机底部设置有半圆挡水槽采用耐腐蚀材料制作成两端封闭的半圆形，连接与浮仓
⑩
内测。半圆挡水槽的作用是阻挡波浪对下部叶片的冲击，以提高上部叶片的做功效率。
37.进一步地，；所述空心轴与浮仓
⑩
结合部的防水由机械密封完成。
38.进一步地，所述浮仓
⑩
内容纳了水轮发电机风力发电机太阳能发电组件等，分别连接相关的转换装置组成各自的发电系统。
39.在本发明的一个具体实施例中，所述一种波浪能发电装置的液压发电系统，包含有摆板摆板连杆轴缸连杆支座摆板转动轴油缸油缸支座等机构，以浮仓
⑩
和风力发电叶轮支架作为支撑。油缸至少安装两组。
40.进一步地，所述摆板的上沿位于水轮机轴线以下，摆板随着波浪的前后摆动，带动摆板转动轴旋转，从而拉动油缸产生液压能带动发电机发电。
41.在本发明的一个具体实施例中，所述一种波浪能发电装置的风力发电系统，包含有垂直轴风力发电叶轮
③
和垂直轴风力发电叶轮
④
、叶轮支架中心轴机械密封发电机
42.进一步地，所述垂直轴风力发电机叶轮
③
和垂直轴风力发电叶轮
④
采用专利号：zl202020099229.6 的叶轮结构形式，选取不同的高度尺寸连接于浮仓
⑩
上平面。垂直轴风力发电叶轮至少安装六组。
43.进一步地，所述中心轴贯穿于支架浮仓
⑩
，连接垂直轴风力发电叶轮
③
、
④
和机械密封及风力发电机组成发电系统。
44.在本发明的一个具体实施例中，所述的一种波浪能发电装置的太阳能发电系统，包含太阳能电池板
①
，太阳能发电组件所述太阳能电池板
①
的安装，是在垂直轴风力发电叶轮就位的基础上，在叶轮顶部连接的倾斜的框架上，安装太阳能电池板
①
，并且应当北高南低，面向南方。
45.在本发明的一个具体实施例中，所述的一种波浪能发电装置的淡水收集系统，包含淡水集水罩
②
、淡水管
⑤
、
⑦
、淡水槽
⑥
、外输管路
46.进一步地，所述集水罩
②
为一顶部倾斜，下部开口的五面体，下沿倾斜并且弯曲成可以使淡水自行流动的半圆形(见图二-c部放大)。在下沿的最低点设置淡水管
⑤
与其下的淡水槽
⑥
连接；淡水集水罩
②
安装于太阳能电池板
①
下面的空间，采用不锈钢板制成。
47.进一步地，所述淡水槽
⑥
为一开口向上的矩形槽体，既连接淡水集水罩
②
汇集的淡水，又盛接太阳能电池板
①
流下来的雨水，二者汇合通过淡水管
⑦
和外输管路发送陆地。
48.在本发明的一个具体实施例中，所述的一种波浪能发电装置的沉浮系统，包含潜水包支架潜水包潜水泵及触碰开关
⑧
。
49.进一步地，所述潜水包支架连接于浮仓
⑩
底面，潜水包放置于潜水包支架上，其进出口与潜水泵密封连接。
50.进一步地，所述潜水泵受触碰开关
⑧
控制开启，而触碰开关
⑧
安置在浮仓
⑩
尾部外侧上角处，当海浪大到浮仓
⑩
大幅度摇摆时，触碰开关
⑧
受挤压而发出潜水泵开启的信号，则潜水泵工作，向潜水包注水，使浮仓
⑩
下沉到水面以下；当风平浪静时，由人工指令潜水泵反向工作排水，使浮仓
⑩
上浮恢复工作状态。
51.在本发明的一个具体实施例中，所述的一种波浪能发电装置的组合系统，是通过浮仓
⑩
首尾外侧安装的柔性连接块
⑨
，互相穿插就位，销轴穿孔固定，实现组与组连接，无限扩展。连接方式有两种：一是横向连接，即按照图三所示的位置连接，成一字排开之势；二是竖向连接，即改变柔性连接块
⑨
的安装位置为首尾相连，这样才能实现对于海岛和海上作业平台的四面“包围”。
52.在本发明的一个具体实施例中，所述的一种波浪能发电装置的国防应用，主要是在浮仓
⑩
底面安装声纳探测器相当于建设海上“防火墙”。(一)可以沿海多层布设，可以快速对偏远岛屿、海上作业平台实现四面“包围”，随时监视来自海外的敌特活动，保护国家领土和人民生命的安全；(二)，由于波浪能组合发电装置的特点，无需任何能源即可为海岛快速提供电力和淡水，保障偏远地区海岛和海上作业平台的生活、生产。

技术特征：

1.一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置：其特征在于所述波浪能发电组合装置是把原本在沿岸布设的波浪能转换装置搬到海里的平台上，从而使俘获波浪能的面积和密度都更大；所述波浪能发电组合装置包含有水轮机发电系统、风力发电系统、太阳能发电系统、液压能发电系统、淡水收集系统、沉浮系统、组合系统、国防应用等，实现结构简单，制造便捷，快速产出，增效降本，多能互补，一机多用。2.根据权利要求1所述的一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置的水轮机发电系统，以两条矩形无缝钢管组成的框架为浮仓
⑩
，前端呈倒八字形状，由上、下结构梁连接成牢固的整体框架，中间至少安装两台水轮机带动安装在浮仓
⑩
内的发电机发电；所述水轮机包含空心轴水轮机叶片挡水槽机械密封齿轮发电机水轮机叶片为圆弧形八等分均布于空心轴上；挡水槽为半圆形两端封闭状连接于两浮仓
⑩
内测，主要是减少水轮机叶片在回转至下方时的波浪阻力，从而增加上部叶片的做功效率。3.根据权利要求1所述的一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置还包含有风力发电系统，其特征在于，采用专利号：zl202020099229.6的垂直轴风力发电叶轮
③
、
④
的结构形式，在浮仓
⑩
平台上至少安装6组；所述风力发电系统包含垂直轴风力发电叶轮
③
和
④
、支架中心轴机械密封发电机垂直轴风力发电叶轮
③
、
④
旋转带动安装在浮仓
⑩
内的发电机发电；所述垂直轴风力发电叶轮为相同直径，不同高度设置。4.根据权利要求1所述的一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置的太阳能发电系统，其特征在于，以不同高度的垂直轴风力发电叶轮
③
、
④
作为立“柱”，在顶端“柱”与“柱”相连接的倾斜的框架上面安装太阳能电池板
①
，并连接安装在浮仓
⑩
内的太阳能发电组件实现太阳能发电；所述太阳能电池板
①
的安装，应当北高南低，面向南方。5.根据权利要求1所述的一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置的液压能发电系统，其特征在于，摆板的上沿位于水轮机轴线以下，摆板的摆动，带动摆板转动轴旋转，从而拉动油缸产生液压能，由此带动发电机发电；所述液压能发电系统包含有摆板连杆转动轴支座轴缸连杆油缸及支座等；所述液压能发电系统的机构安装在浮仓
⑩
前部位置，摆板的前后两面为微凸形状，目的是减少摆板的运行阻力。6.根据权利要求1所述的一种离岸漂浮式波浪能发电装置的淡水收集系统，其特征在于，利用了太阳能电池板
①
下面倾斜的空间，由一顶部倾斜下部开口的五面壳体作为集水罩
②
，将海洋水体自然蒸发的水质微粒、水滴收集得到淡水；所述淡水收集系统包含集水罩
②
、淡水管
⑤⑦
、淡水槽
⑥
、外输管路所述集水罩
②
的下沿倾斜弯曲成槽，并在最低点设置淡水管
⑤
，并与其下的淡水槽
⑥
连接，所述淡水槽
⑥
为一开口向上的矩形槽体，既连接集水罩
②
汇集的淡水，又盛接太阳能电池板
①
上流下来的雨水，二者汇合通过淡水管
⑦
和外输管发送陆地。7.根据权利要求1所述的一种离岸漂浮式波浪能发电装置的沉浮系统，其特征在于，沉浮系统包含潜水包支架潜水包潜水泵及触碰开关
⑧
；所述潜水包支架连接于浮仓
⑩
底面下，容纳了潜水包潜水包的进出口与潜水泵密封连接；所述潜水泵受触碰开关
⑧
控制开启；所述触碰开关
⑧
安置在浮仓
⑩
尾部外侧上角处，当海浪大到浮仓
⑩
大幅度摇摆时，触碰开关
⑧
受挤压而发出潜水泵开启的信号，则潜水泵工作，向潜水包
注水，使整个装置下沉；当风浪过后，由人工指令潜水泵反向工作排水，使整个装置上浮恢复工作状态。8.根据权利要求1所述的一种离岸漂浮式波浪能发电装置的组合系统，其特征在于，通过浮仓
⑩
首尾外侧安装的柔性连接块
⑨
互相穿插就位，销轴穿孔固定，实现组与组的快速连接，一字排开，无限扩展，可以快速“包围”偏远海岛，快速形成供电、供水能力，支援海岛的生产、生活；这样的连接方式也使得海上维修、更换变的简单。9.根据权利要求1所述的一种离岸漂浮式波浪能发电装置的国防应用，其特征在于，在浮仓
⑩
的底面安装有声呐探测器在“包围”海岛、海上作业平台和沿着海岸线布设，相当于建设了海上“防火墙”，在提供水、电的同时，时刻监视来自海外的敌特活动，建设和保护偏远海岛、海上作业平台，巩固国防。

技术总结

一种离岸漂浮式波浪能发电组合装置属于机械工程领域，其特征是：在水中设置一组组漂浮的平台，把沿岸布设的水轮机、摆式等波浪能转换装置及垂直轴风力发电和太阳能发电等装置搬到水里的平台上，利用水轮机的机械能和摆板摆动的液压能带动发电机发电，和风力发电、太阳能发电形成多能互补，还在这个装置上设有收集自然蒸发的淡水和雨水等功能；上述发电及淡水的获得，均不消耗任何的化石能源；每组装置通过柔性连接，无限扩展，覆盖水面，最大程度的俘获波浪能做功发电；本发明结构简单、成本低、效率高；可快速制造、投放，快速形成供电、供水能力，可快速“包围”海岛及海上作业平台，保护国家领土和人民生命财产安全，巩固国防。巩固国防。巩固国防。