[0001] 本发明涉及振荡水柱与振荡浮子组合式波能转 换装置， 属于新能源利用技术领 域。

背景技术

[0002] 在当今世界， 全球能源需求持续增加， 化石燃料资源紧缺， 供求关系日益紧张 ， 而且污染物的排放引起了严重的环境和气候问 题。 发展可再生能源是应对解 决能源与环境问题的最佳选择， 这也是各个国家采取的共同战略之一。 幵发利 用可再生能源是保护环境、 应对气候变化的重要措施。 海洋能特别是波浪能是 一种品质较好的可再生能源， 目前， 人们已幵发出多种形式各异的波浪能转换 装置。 振荡水柱波能转换装置由于其性能可靠,结构� �单等优点， 是目前各国投 入研究力度最大、 建造最多的一种波能转换装置。 振荡浮子式波能转换装置是 一种点吸收式波能转换装置,其结构与波浪直� �接触获能，能量转化效率较高， 抗 风能力强。

[0003] 振荡水柱式波能转换装置主要有固定式和浮式 两种， 其主体结构是一个向下幵 口的气室结构， 上部有气孔管道连接涡轮发电装置。 振荡浮子波能转换装置是 主要由动浮子和静浮筒两部分组成， 静浮筒与阻尼发动机相结合用于吸收运动 产生的机械能， 动浮子由一个浮体构成， 在波浪的作用下产生垂荡运动。 因此 ， 为实现不同能量转化装置在功能上的组合， 提高波浪能量转换的性价比， 提 出振荡水柱-浮子式波能转换装置， 其良好的组合形式不仅能提高装置的稳定性 及波能转化效率， 而且振荡水柱部分和振荡浮子部分在各自的频 谱范围内有效 ， 不互相影响， 从而拓宽装置能量转化的频带宽度。

技术问题

[0004] 本发明的目的为提高波能转换装置的转化效率 和降低成本， 提出了振荡水柱与 振荡浮子组合式波能转换装置。

问题的解决方案 技术解决方案

[0005] 本发明的技术方案：

[0006] 一种振荡水柱与振荡浮子组合式波能转换装置 ， 包括振荡水柱系统和振荡浮子 系统； 所述的振荡水柱系统主要由气室 3、 涡轮发电装置 4和内支撑圆柱 10构成 ； 所述的振荡浮子系统主要由振荡浮子 5、 阻尼发电机 6和桩基结构 8组成； 振荡 水柱系统和振荡浮子系统通过内支撑圆柱 10和振荡浮子 5实现连接， 采用桩基结 构 ₈ 将整个装置固定于海底；

[0007] 所述的气室 3是由圆柱环体 1和半球环体 2组成的空腔， 半球环体 2倒扣在圆柱环 体 1上端， 二者半径相同； 所述的圆柱环体 1是顶端和底端幵口、 中空的圆柱体 ， 所述的半球环体 2是中空的半球体； 半球环体 2顶端中心位置设有气孔管道， 气孔管道内安装涡轮发电装置 4， 气孔管道上设有遮挡板；

[0008] 所述的内支撑圆柱 10位于气室 3的轴线上， 其顶端通过支撑圆台 9与半球环体 2 连接； 所述的支撑圆台 9顶端与半球环体 2的内表面相贴合， 用于支撑气室 3; 所 述的支撑圆台 9顶部中心设有气孔管道， 与半球环体 2上的气孔管道相通； 所述 的支撑圆台 9内部均匀设有四个贯穿圆台的圆柱形气孔， 与支撑圆台 9顶部中心 的气孔管道相通， 使压缩气流进入气孔管道；

[0009] 所述的振荡浮子 5为底端设有空腔的圆柱体， 以产生足够大的浮力， 下部带有 气缸， 振荡浮子 5顶部与内支撑圆柱 10底端固定连接； 所述的阻尼发电机 6和活 塞 7位于空腔内， 阻尼发电机 6上部连接振荡浮子 5的空腔内壁、 下部连接活塞 7 ， 活塞 7通过气缸与桩基结构 8固定连接。

[0010] 使用吋， 振荡水柱系统和振荡浮子系统分别在各自频谱 范围内工作。 对于振荡 水柱系统， 圆柱环体内部水面、 圆柱环体及半球体共同组成气室； 在波浪作用 下， 波浪经过圆柱环体底部透射进入圆柱环体形成 上下振荡的水柱， 水柱上下 振动迫使气室内部气体压缩和膨胀， 往复通过气室顶部的气孔管道推动涡轮机 发电装置旋转。 此吋， 振荡浮子系统不会对振荡水柱系统产生较大影 响。 对于 振荡浮子系统， 浮子会在波浪作用下产生垂荡运动， 浮子与活塞之间会产生相 对位移， 从而驱动空腔内的阻尼发电机发电。

[0011] 所述的圆柱环体 1、 半球环体 2和气孔管道为高强度轻质材料， 连接处由高强度 不锈钢螺栓锚固。

[0012] 所述的涡轮发电装置 4在双向气流作用下均同向旋转。

[0013] 所述的振荡浮子 5的上下圆边进行光滑处理， 以减少波浪对整个装置水平方向 的力。

[0014] 所述的活塞 7与气缸之间用密封圈密封。

发明的有益效果

有益效果

[0015] 本发明结合了振荡水柱和振荡浮子波能装置的 优势， 振荡水柱和振荡浮子波浪 能转换原理上相反， 振荡水柱在结构不动吋有效， 而振荡浮子在结构大幅振动 吋有效； 振荡水柱和振荡浮子分别在各自的频谱范围工 作， 不互相影响， 扩大 了波能转换的有效频带宽度； 基于能 360°全方向吸收波能的特性， 提高了波浪能 的吸收率； 采用固定式结构能保证装置的稳定性， 提高了发电效率， 便于维护 ； 该波浪能装置阵列化布置,可进一步提高波浪� �的利用率， 也可兼海洋工程防 护设施的功能。

对附图的简要说明

附图说明

[0016] 图 1为本发明振荡水柱-浮子式波能转换装置的结� ��示意图。

[0017] 图 2为半球环体的结构示意图。

[0018] 图 3为支撑圆台的剖面示意图。

[0019] 图 4为支撑圆台的俯视示意图。

[0020] 图中： 1圆柱环体； 2半球环体； 3气室； 4涡轮发电装置； 5振荡浮子； 6阻尼发 电机； 7活塞； 8桩基结构； 9支撑圆台； 10内支撑圆柱。

本发明的实施方式

[0021] 以下结合附图和技术方案， 进一步说明本发明的具体实施方式。

[0022] 如图 1所示， 振荡水柱与振荡浮子组合波能转换装置， 包括振荡水柱系统和振 荡浮子系统。 振荡水柱系统由气室 3、 涡轮发电装置 4和内支撑圆柱 10构成。 振 荡浮子系统主要是由振荡浮子 5、 阻尼发电机 6和桩基结构 8组成。

[0023] 对于振荡水柱系统， 气室 3由圆柱环体 1和半球环体 2组成， 半球环体 1位于圆柱 环体 2上， 二者半径相同； 半球环体 2上部设有气孔管道， 气孔管道连接有在双 向气流作用下均同向旋转的涡轮发电装置 4; 内支撑圆柱 10上部设有支撑圆台 9 用于支撑气室 3 ; 支撑圆台 9内部设有四个圆柱形气孔， 使压缩气流进入气孔管 道。 对于振荡浮子系统， 内支撑圆柱 10下部与振荡浮子 5固结； 振荡浮子 5下部 气缸内装有阻尼发电机 6; 活塞 7固结于桩基结构 8。

[0024] 使用吋， 对于振荡水柱系统， 圆柱环体 1内部水面、 圆柱环体 1及半球环体 2共 同组成气室 3 ; 在波浪作用下， 波浪经过圆柱环体 1底部透射进入圆柱环体 1形成 上下振荡的水柱， 水柱上下振动迫使气室 3内部气体压缩和膨胀， 往复气流通过 气室 3顶部的气孔管道推动涡轮发电装置 4旋转。 气室 3内水柱有一个固定的波动 频率， 选择合适的气室 3尺寸可以使得气室内水面振荡频率与外面波� �频率相近 ， 共振的水面波动幅度会远高于波浪的幅度， 大大提高气体的流速和流量， 从 而提高系统效率。

[0025] 对于振荡浮子系统， 活塞 7与桩基结构 8是固结在一起。 阻尼发电机 6分别与活 塞 7和振荡浮子 5相连。 在波浪的作用下， 振荡浮子 5会产生垂向运动， 进而活塞 7与振荡浮子 5之间产生相对位移， 促使阻尼发电机 6做功。 两个系统可以分别在 各自的频谱范围进行波能转换， 不互相影响。 当入射波浪较大吋， 振荡浮子产 生垂向运动， 此吋以振荡浮子系统发电为主； 当入射波浪较小， 振荡浮子不发 生运动吋， 此吋以振荡水柱波能转换为主。

[0026] 所述圆柱环体 1采用圆形结构， 可以不受外海来浪方向的影响， 能适应各种浪 向。

[0027] 所述气室 3顶部采用半球环体 2， 气体经过半球环体 2进入气孔管道， 能有效减 少阻力， 并增大气流速度， 提高发电效率。

[0028] 使用在双向气流作用下均能同向旋转的涡轮发 电装置 4， 气体进入和排出气室 吋都能发电， 提高发电效率。

[0029] 所述内部支撑圆柱 10设置在圆柱环体 1中轴线上， 能有效减少气室内部水面晃 荡。 [0030] 所述支撑圆台 9采用圆形结构， 在不同方向的波浪作用下， 能保持同样的受力 状态， 提高结构的可靠度。

[0031] 所述的振荡浮子 5采用圆柱形结构形式， 并且上下面的圆边处要进行光滑处理 以减少波浪在水平方向的作用力。

[0032] 所述的的活塞 7与气缸之间设有密封圈， 以防止气缸进水阻尼发电机锈蚀或者 进入泥沙。

[0033] 除上述实施例外， 本发明还可以有其他实施方式。 凡采用等同替换或等效变换 形成的技术方案， 均落在本发明要求的保护范围。