【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及波浪能发电浮标领域，特别涉及一种可变垂荡板深度的波浪能发电浮标及方法。
技术介绍
1、海洋是地球资源宝库，其巨大的能源储存量正越来越受到重视。波浪能是一种绿色环保、储量丰富、能流密度高的重要海洋可再生能源，有望成为海洋浮标供电的主流方法。例如，中国专利技术专利公开号cn117550017a提出了一种可变尾管长度的spar形波浪能发电浮标装置及方法。
2、近年来，将振荡水柱式波浪能发电浮标与垂荡板相结合，通过垂荡板提供额外的阻尼和附加质量，可以调整装置的固有周期，同时提升浮标的垂荡响应，进而获得更好的能量俘获特性。例如，中国专利技术专利公开号cn117550018a提出了一种波浪能发电浮标及其可变面积垂荡板和控制方法。
3、带有垂荡板的波浪能发电浮标由一个轴对称旋转的浮筒、空气透平和垂荡板组成。轴对称旋转的浮筒中间带有一个上下两侧设有开口的空腔，空腔的下开口端浸没在海水中，空腔的上开口安装有空气透平。空腔内部的海水形成一个振荡水柱，振荡水柱的液面和空气透平之间形成一个气室。当波浪能发电浮标漂浮在海面上时，振荡水柱的浮筒在波浪作用下做周期性受迫振荡，二者之间在垂荡方向上运动的不同幅值和相位差导致气室体积和气压的周期性变化，空气通过空腔的上开口进行往复运动，进而驱动空气透平旋转发电。
4、带有垂荡板的波浪能发电浮标具有质量较轻、制造成本低、可靠性高等优点。当入射波频率接近波浪能发电浮标垂荡方向上的固有频率时，波浪能发电浮标的垂荡运动响应最剧烈，波能转换效率接近峰值，而影响浮标固有频率的
技术实现思路
1、鉴于现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种可变垂荡板深度的波浪能发电浮标及方法，能够根据波浪情况调节浮标的垂荡板深度，从而调整波浪能发电浮标的附加质量和固有频率，使波浪能发电浮标能够在较宽的入射波频率范围内具有较高的波能俘获效率。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种可变垂荡板深度的波浪能发电浮标，包括空气透平、浮筒和垂荡板，所述浮筒为内部空心且中心设有空腔的环形结构，所述空腔的上下两侧均设有开口，所述空气透平固定设置于空腔上侧的开口处，所述浮筒的底部竖直穿设有多个关于其中心对称分布的推杆，多个所述推杆的下端均与垂荡板固定连接，所述浮筒内安装有多个与推杆上端对应固定连接的可锁紧伸缩装置，所述可锁紧伸缩装置能够驱动推杆相对浮筒做上下伸缩运动，进而改变垂荡板的深度。
3、优选地，所述可锁紧伸缩装置包括升降驱动机构、升降座和可锁紧传动机构，所述升降座是由一块顶板和两块侧板组成的门字形结构，所述升降驱动机构的固定件固定于浮筒的内壁上，所述升降驱动机构的活动件与升降座的顶板固定连接，所述可锁紧传动机构包括固定齿条、复合齿条、齿轮和双棘爪锁紧部件，所述复合齿条的下端与对应推杆的上端固定连接，所述复合齿条位于升降座的两块侧板之间，所述复合齿条背向浮筒中心的一侧设置有齿轮齿条部，所述复合齿条朝向浮筒中心的一侧设置有双向棘轮齿条部，所述固定齿条固定在浮筒内部的侧壁上且与双向棘轮齿条部相对，所述齿轮转动安装于升降座远离浮筒中心的侧板上且分别与齿轮齿条部、固定齿条相啮合，所述双棘爪锁紧部件安装于升降座靠近浮筒中心的侧板上且与双向棘轮齿条部相配合。
4、优选地，所述双棘爪锁紧部件包括第一棘爪、复位弹簧、第二棘爪、摆动块和舵机，所述双向棘轮齿条部是由两个方向相反的棘轮齿条并排组成，所述第一棘爪和第二棘爪的中部通过连接销轴与升降座的对应侧板相铰接，所述复位弹簧的两端分别固定连接第一棘爪和第二棘爪的一端部，所述第一棘爪和第二棘爪的另一端部分别插入两个棘轮齿条上的齿槽中，所述舵机固定于升降座的对应侧板上且其输出端与摆动块固定连接，所述摆动块位于第一棘爪和第二棘爪的一端部之间且分别抵靠在第一棘爪和第二棘爪上，所述舵机在推杆需要伸出时能够驱动摆动块以第一方向旋转使得摆动块脱离第一棘爪并推动第二棘爪脱离对应棘轮齿条的齿槽，所述舵机在推杆需要收缩时能够驱动摆动块以第二方向旋转使得摆动块脱离第二棘爪并推动第一棘爪脱离对应棘轮齿条的齿槽。
5、优选地，所述升降驱动机构包括往复电机、螺杆和螺母，所述往复电机固定在浮筒内部的顶壁上且其输出端朝下，所述螺杆的上端与往复电机的输出端固定连接，所述螺母套设在螺杆上且与升降座的顶板固定连接。
6、优选地，所述复合齿条的顶面设有盲孔，所述盲孔的内径大于螺杆的外径，所述盲孔的深度小于螺杆的长度。
7、优选地，所述浮筒为圆环形结构。
8、优选地，所述垂荡板为圆形板状结构。
9、优选地，所述浮筒的底部设置有推杆导向孔，所述推杆穿过推杆导向孔并与推杆导向孔滑动密封配合。
10、优选地，所述推杆导向孔内套设有密封用的橡胶垫圈，所述推杆与橡胶垫圈滑动接触。
11、优选地，所述浮筒的上侧面固定安装有液位传感器，所述液位传感器的探头穿过浮筒外壁后向下延伸至浮筒空腔内，所述液位传感器能够测量浮筒内振荡水柱的液面位置。
12、优选地，所述浮筒的外壁固定设置有系泊环。
13、同时，本专利技术还提供一种可变垂荡板深度的波浪能发电方法，采用所述的可变垂荡板深度的波浪能发电浮标，包括以下步骤：
14、s1、设定有功波高工作范围；
15、s2、通过水深仪和波浪仪采集实海况水深、波高、波浪周期数据，确定最佳波能转换效率对应的垂荡板深度范围；
16、s3、判断实际波高是否超出有功波高工作范围，若超出，则波浪能发电浮标停止发电工作，可锁紧伸缩装置驱动推杆向上收缩至上限位并锁紧，若未超出，则执行步骤s4；
17、s4、在最佳波能转换效率对应的垂荡板深度范围内调整垂荡板深度，若垂荡板需要下沉，则可锁紧伸缩装置驱动推杆向下伸出，若垂荡板需要抬升，则可锁紧伸缩装置驱动推杆向上收缩，若垂荡板需要保持现有深度，则执行步骤s5；
18、s5、通过液位传感器实时监测浮筒振荡水柱的液面变化，判断振荡水柱的平均振幅是否达到峰值，若未达到，则重复步骤s4，若达到，则可锁紧伸缩装置锁紧，以固定推杆和垂荡板的位置。
19、本专利技术具有以下有益效果：针对现有带有垂荡板的波浪能发电浮标的垂荡板深度固定，导致垂荡板的附加质量和固有频率无法根据波浪情况调整，当入射波频率偏离波浪能发电浮标固有频率时，波能转换效率较低的问题，本专利技术通过可锁紧伸缩装置改变垂荡板的深度，从而改变波浪能发电浮标的附加质量和固有频率，以适应不同波况，保证波浪能发电浮标在更宽的入射波频段下也能获得较高的波能转换效率，同时也能在极端海况下保护波浪能发电浮标。
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1.一种可变垂荡板深度的波浪能发电浮标，其特征在于，包括空气透平、浮筒和垂荡板，所述浮筒为内部空心且中心设有空腔的环形结构，所述空腔的上下两侧均设有开口，所述空气透平固定设置于空腔上侧的开口处，所述浮筒的底部竖直穿设有多个关于其中心对称分布的推杆，多个所述推杆的下端均与垂荡板固定连接，所述浮筒内安装有多个与推杆上端对应固定连接的可锁紧伸缩装置，所述可锁紧伸缩装置能够驱动推杆相对浮筒做上下伸缩运动，进而改变垂荡板的深度；
2.根据权利要求1所述的可变垂荡板深度的波浪能发电浮标，其特征在于，所述双棘爪锁紧部件包括第一棘爪、复位弹簧、第二棘爪、摆动块和舵机，所述双向棘轮齿条部是由两个方向相反的棘轮齿条并排组成，所述第一棘爪和第二棘爪的中部通过连接销轴与升降座的对应侧板相铰接，所述复位弹簧的两端分别固定连接第一棘爪和第二棘爪的一端部，所述第一棘爪和第二棘爪的另一端部分别插入两个棘轮齿条上的齿槽中，所述舵机固定于升降座的对应侧板上且其输出端与摆动块固定连接，所述摆动块位于第一棘爪和第二棘爪的一端部之间且分别抵靠在第一棘爪和第二棘爪上，所述舵机在推杆需要伸出时能够驱动摆动块以第一
3.根据权利要求1所述的可变垂荡板深度的波浪能发电浮标，其特征在于，所述升降驱动机构包括往复电机、螺杆和螺母，所述往复电机固定在浮筒内部的顶壁上且其输出端朝下，所述螺杆的上端与往复电机的输出端固定连接，所述螺母套设在螺杆上且与升降座的顶板固定连接。
4.根据权利要求1所述的可变垂荡板深度的波浪能发电浮标，其特征在于，所述复合齿条的顶面设有盲孔，所述盲孔的内径大于螺杆的外径，所述盲孔的深度小于螺杆的长度。
5.根据权利要求1所述的可变垂荡板深度的波浪能发电浮标，其特征在于，所述浮筒为圆环形结构，所述垂荡板为圆形板状结构。
6.根据权利要求1所述的可变垂荡板深度的波浪能发电浮标，其特征在于，所述浮筒的底部设置有推杆导向孔，所述推杆穿过推杆导向孔并与推杆导向孔滑动密封配合；所述推杆导向孔内套设有密封用的橡胶垫圈，所述推杆与橡胶垫圈滑动接触。
7.根据权利要求1所述的可变垂荡板深度的波浪能发电浮标，其特征在于，所述浮筒的上侧面固定安装有液位传感器，所述液位传感器的探头穿过浮筒外壁后向下延伸至浮筒空腔内，所述液位传感器能够测量浮筒内振荡水柱的液面位置。
8.根据权利要求1所述的可变垂荡板深度的波浪能发电浮标，其特征在于，所述浮筒的外壁固定设置有系泊环。
9.一种可变垂荡板深度的波浪能发电方法，采用如权利要求1所述的可变垂荡板深度的波浪能发电浮标，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种可变垂荡板深度的波浪能发电浮标，其特征在于，包括空气透平、浮筒和垂荡板，所述浮筒为内部空心且中心设有空腔的环形结构，所述空腔的上下两侧均设有开口，所述空气透平固定设置于空腔上侧的开口处，所述浮筒的底部竖直穿设有多个关于其中心对称分布的推杆，多个所述推杆的下端均与垂荡板固定连接，所述浮筒内安装有多个与推杆上端对应固定连接的可锁紧伸缩装置，所述可锁紧伸缩装置能够驱动推杆相对浮筒做上下伸缩运动，进而改变垂荡板的深度；
2.根据权利要求1所述的可变垂荡板深度的波浪能发电浮标，其特征在于，所述双棘爪锁紧部件包括第一棘爪、复位弹簧、第二棘爪、摆动块和舵机，所述双向棘轮齿条部是由两个方向相反的棘轮齿条并排组成，所述第一棘爪和第二棘爪的中部通过连接销轴与升降座的对应侧板相铰接，所述复位弹簧的两端分别固定连接第一棘爪和第二棘爪的一端部，所述第一棘爪和第二棘爪的另一端部分别插入两个棘轮齿条上的齿槽中，所述舵机固定于升降座的对应侧板上且其输出端与摆动块固定连接，所述摆动块位于第一棘爪和第二棘爪的一端部之间且分别抵靠在第一棘爪和第二棘爪上，所述舵机在推杆需要伸出时能够驱动摆动块以第一方向旋转使得摆动块脱离第一棘爪并推动第二棘爪脱离对应棘轮齿条的齿槽，所述舵机在推杆需要收缩时能够驱动摆动块以第二方向旋转使得摆动块脱离第二棘爪并推动第一棘爪脱离对应棘轮齿条的齿槽。
3.根据权利要求1所述的可变垂荡...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨绍辉，陈晓昆，涂勇强，朱文正，杜志昌，曹耿宁，范健宇，黄衍，李海舰，李德煊，林建宇，许煜，肖圣鸿，冉星浩，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：
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