一种漂浮式风机与多段式波浪能转换器耦合装置

本发明涉及新能源发电，具体而言，涉及一种漂浮式风机与多段式波浪能转换器耦合装置。

背景技术：

1、近年来，化石燃料的日益消耗造成环境严重污染及温室效应，海上可再生能源的开发和利用发挥着关键作用。海上风能和波浪能都是重要的海上清洁可再生能源。

2、近年来，风能利用取得了长足进展，走向商业化，而波浪能装置因为其能量吸收效率较低，装置成本较高，不能够实现广泛应用，随着近海资源与空间开发与利用的日趋饱和，未来海洋能源与资源的开发，需要走向能源与资源更加丰富的深海。

3、深海空间与资源的开发技术难度较高，而目如采用目前常用的海洋发电形式，几乎普遍存在装置设备成本较高、设备利用效能低下、经济性较差的弊端。

4、综上所述，现有的海洋发电形式普遍存在成本高、效能低的技术问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是现有的海洋发电形式普遍存在成本高、效能低的技术问题。

2、为解决上述问题，本发明提供了一种漂浮式风机与多段式波浪能转换器耦合装置，包括包括风电组件、耦合组件和波浪能转换器；风电组件包括风机塔筒、浮筒以及将二者连接的耦合柱筒；波浪能转换器包括多个相互连接的发电浮体和连接所述发电浮体的浮体连接组件；所述耦合组件包括套接于所述耦合柱筒外缘的连接套筒，以及位于所述连接套筒外侧与所述波浪能转换器连接的活动对接结构，所述波浪能转换器长度最大的发电浮体与所述连接套筒连接。

3、该设计提供的耦合装置能够同时兼顾风力发电以及波浪能发电两种不同发电方式的工作要求，其中风电组件的风机塔筒直立于水平面以上，通过下方一体的浮筒提供浮力，波浪能转换器主体为多个发电浮体，各相邻发电浮体通过浮体连接组件的连接相互作用实现对波浪能的利用；耦合组件将风电组件与波浪能转换器相互连接，耦合组件充分适应风机以及波浪能利用的结构，通过连接套筒套设于风电组件柱状的耦合柱筒外缘，并在连接套筒外通过活动对接结构与波浪能转换器的发电浮体连接，最长的发电浮体与连接套筒对接，起到更好的阻尼作用，能有效降低整个装置的动态响应幅值，同时保证波浪能发电及风力发电的要求，实现了风力发电及波浪能发电的有效结合，大大提升了能源利用效率，解决了现有的海洋发电形式普遍存在成本高、效能低的技术问题。

4、作为优选的方案，所述活动对接结构包括呈品字形分布的铰接头以及分别与所述铰接头对接的连杆，各所述连杆的另一端通过转动头与发电浮体可旋转连接。优化了活动对接结构设计，保证风电与波浪能发电的耦合效果。

5、作为优选的方案，与位于所述连接套筒竖直方向靠上位置的铰接头连接的连杆呈一体的直线杆状，与靠下位置铰接头连接的连杆呈相互嵌套的多节杆状，连杆通过多节杆状结构弹性伸缩调节长度。进一步优化了活动对接结构设计，保证风电与波浪能发电的耦合效果。

6、作为优选的方案，三根所述连杆背离所述铰接头一端的端头相互连接呈球头状，所述发电浮体与其配合位置设置有球形窝结构，通过球头结构与球形窝结构的配合实现连杆与发电浮体的可旋转连接。优化了活动对接结构连杆与发电浮体的对接，保证了连接的可转动性。

7、作为优选的方案，所述连接套筒内周面设置有环形槽，所述环形槽内设置有密集排布的滚动体，通过所述滚动体与所述耦合柱筒旋转连接。优化了连接套筒的结构设计，通过滚动体配合环形槽的结构令其与风电之间的旋转配合稳定均匀。

8、作为优选的方案，所述连接套筒内设置有压载水仓室，通过所述压载水仓室平衡连接套筒姿态，令各所述滚动体与所述耦合柱筒之间均匀接触。进一步优化连接套筒与耦合柱筒之间配合，保证通过滚动体旋转支撑的效果。

9、作为优选的方案，所述波浪能转换器包括三个相互连接的所述发电浮体，每个发电浮体的中轴线与静海平面位于同一高度，每个发电浮体的长度均不同，用于吸收不同频段的波浪能。优化了波浪能转换器各发电浮体的设置，通过各个不同长度的发电浮体吸收不同频段的波浪能，强化对波浪能的吸收。

10、作为优选的方案，所述浮体连接组件包括类万向连接节，所述类万向连接节的两端分别连接于相邻两个发电浮体端部的中心位置，相邻发电浮体通过所述万向连接节可旋转连接。

11、作为优选的方案，所述浮体连接组件还包括位于所述类万向连接节外缘的球头液压杆，所述发电浮体内设置有液压腔体，所述球头液压杆的一端插入所述液压腔体，所述球头液压杆的另一端设置有相互配合的球头或球窝，通过所述球头与球窝的转动配合与另一根相对的球头液压杆转动连接。

技术特征：

1.一种漂浮式风机与多段式波浪能转换器耦合装置，其特征在于，包括包括风电组件(1)、耦合组件(2)和波浪能转换器(3)；风电组件包括风机塔筒(1-1)、浮筒(1-3)以及将二者连接的耦合柱筒(1-2)；波浪能转换器(3)包括多个相互连接的发电浮体(3-1)和连接所述发电浮体(3-1)的浮体连接组件(3-2)；所述耦合组件(2)包括套接于所述耦合柱筒(1-2)外缘的连接套筒(2-1)，以及位于所述连接套筒(2-1)外侧与所述波浪能转换器(3)连接的活动对接结构(2-2)，所述波浪能转换器(3)长度最大的发电浮体(3-1)与所述连接套筒(2-1)连接。

2.根据权利要求1所述的漂浮式风机与多段式波浪能转换器耦合装置，其特征在于，所述活动对接结构(2-2)包括呈品字形分布的铰接头(2-3)以及分别与所述铰接头(2-3)对接的连杆(2-4)，各所述连杆(2-4)的另一端通过转动头与发电浮体(3-1)可旋转连接。

3.根据权利要求2所述的漂浮式风机与多段式波浪能转换器耦合装置，其特征在于，与位于所述连接套筒(2-1)竖直方向靠上位置的铰接头(2-3)连接的连杆(2-4)呈一体的直线杆状，与靠下位置铰接头(2-3)连接的连杆(2-4)呈相互嵌套的多节杆状，连杆通过多节杆状结构弹性伸缩调节长度。

4.根据权利要求3所述的漂浮式风机与多段式波浪能转换器耦合装置，其特征在于，三根所述连杆(2-4)背离所述铰接头(2-3)一端的端头相互连接呈球头状，所述发电浮体(3-1)与其配合位置设置有球形窝结构，通过球头结构与球形窝结构的配合实现连杆(2-4)与发电浮体(3-1)的可旋转连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的漂浮式风机与多段式波浪能转换器耦合装置，其特征在于，所述连接套筒(2-1)内周面设置有环形槽(2-5)，所述环形槽(2-5)内设置有密集排布的滚动体(2-6)，通过所述滚动体(2-6)与所述耦合柱筒(1-2)旋转连接。

6.根据权利要求5所述的漂浮式风机与多段式波浪能转换器耦合装置，其特征在于，所述连接套筒(2-1)内设置有压载水仓室，通过所述压载水仓室平衡连接套筒(2-1)姿态，令各所述滚动体(2-6)与所述耦合柱筒(1-2)之间均匀接触。

7.根据权利要求5所述的漂浮式风机与多段式波浪能转换器耦合装置，其特征在于，所述波浪能转换器(3)包括三个相互连接的所述发电浮体(3-1)，每个发电浮体(3-1)的中轴线与静海平面位于同一高度，每个发电浮体(3-1)的长度均不同，用于吸收不同频段的波浪能。

8.根据权利要求7所述的漂浮式风机与多段式波浪能转换器耦合装置，其特征在于，所述浮体连接组件(3-2)包括类万向连接节(3-3)，所述类万向连接节(3-3)的两端分别连接于相邻两个发电浮体(3-1)端部的中心位置，相邻发电浮体(3-1)通过所述万向连接节(3-3)可旋转连接。

9.根据权利要求8所述的漂浮式风机与多段式波浪能转换器耦合装置，其特征在于，所述浮体连接组件(3-2)还包括位于所述类万向连接节(3-3)外缘的球头液压杆(3-4)，所述发电浮体(3-1)内设置有液压腔体(3-5)，所述球头液压杆(3-4)的一端插入所述液压腔体(3-5)，所述球头液压杆(3-4)的另一端设置有相互配合的球头(3-6)或球窝(3-7)，通过所述球头(3-6)与球窝(3-7)的转动配合与另一根相对的球头液压杆(3-4)转动连接。

技术总结
本发明提供了一种漂浮式风机与多段式波浪能转换器耦合装置，包括包括风电组件、耦合组件和波浪能转换器；风电组件包括风机塔筒、浮筒以及将二者连接的耦合柱筒；波浪能转换器包括多个相互连接的发电浮体和连接发电浮体的浮体连接组件；耦合组件包括套接于耦合柱筒外缘的连接套筒，以及位于连接套筒外侧与波浪能转换器连接的活动对接结构，波浪能转换器长度最大的发电浮体与连接套筒连接，充分适应风力以及波浪能利用，通过连接套筒转动连接发电浮体和耦合柱筒，最长的发电浮体与连接套筒对接，起到更好的阻尼作用，能有效降低整个装置的动态响应幅值，同时保证波浪能发电及风力发电的要求。

技术研发人员：万岭,徐嘉豪,方龙,李炜,施伟,石凡,辛建建,杜佳宝
受保护的技术使用者：宁波大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24