技术领域
[0001] 本发明涉及波浪能发电技术领域，尤其涉及一种可自适应波浪条件的新型振荡水柱波能转换装置。
相关背景技术
[0002] 波浪能被认为是一种具有良好应用前景的可再生能源，其具有能量密度高、稳定性好、可预测性高等优点。波浪能发电装置主要由两部分组成：捕能装置和动力输出系统。基于波浪能转换装置和动力输出系统的工作原理来分，其可分为三大类：振荡水柱式、振荡体式（振荡浮子式、摆式、筏式和鸭式等）和越浪式。振荡水柱式波能装置有着结构简单、可靠性较强等优势，在国际上备受推崇，在世界上一些波浪能密度较高的地区，如：欧洲、北美和日本，振荡水柱波能装置应用尤为广泛。
[0003] 振荡水柱波浪能装置的主要结构是气室和透平发电机系统，二者通过气室顶部的孔口进行连接，采用空气作为介质进行能量转换。在波浪的作用下，气室内水柱上下振荡，迫使气室上方的空气在孔口处形成往复气流，从而带动透平发电机系统工作。相关研究表明当入射波浪与振荡水柱的固有频率接近时水柱会产生共振，此时孔口处气体的流速和流量达最高，波能转换效率也达最大。而传统振荡水柱波能装置气室结构基本都固定，因而振荡水柱的固有频率也固定不变，但是入射的海浪频率成分却是复杂多变的。因此，传统振荡水柱波能装置的有效频带宽度较窄，只有在特定的波浪条件下才具有较好的性能。此外，在极端波浪条件下传统装置的前墙受力较大，可靠性较低。本发明旨在通过提出自适应波浪条件的新型振荡水柱波能装置，依据入射波频调节气室宽度，使水柱的固有频率与入射波浪频率接近，从而提高波能转换效率；而且在极端海况下，由于前墙是可以移动的，可以起到缓冲波浪荷载的作用，减小装置受到的抨击荷载，提高装置的生存能力。
具体实施方式
[0018] 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。
[0019] 可自适应波浪条件的新型振荡水柱波能转换装置，包括气室1、液压捕能器9、激光波面位移传感器7和控制系统5；气室1顶部有一气孔，用来连接透平发电系统；
[0020] 气室1由可移动式前墙3、气室侧壁15、气室顶板14和气室后墙13相围组成；气室后墙13为固定式后墙；
[0021] 气室1内部两侧布置两段前墙导轨6使可移动式前墙3可在一定范围内前后移动，控制系统5布置在气室顶板14顶部，可控制可移动式前墙3前后移动；激光波面位移传感器7用来测量外入射波浪情况；可移动式前墙3顶部连接有液压捕能器9，吸收可移动式前墙3摆动的动能。
[0022] 使用时，激光波面位移传感器7将入射波浪的波频参数反馈给控制系统5，将可移动式前墙3调整到与入射波频对应工作效率最优的位置，使可自适应波浪条件的新型振荡水柱波能转换装置对波浪进行更有效的吸收。在波浪作用下，一方面，气室1内水柱上下振动，在气室1顶部的气孔处形成往复气流，气流推动透平发电系统工作，从而实现波能到电能的转换；另一方面，可移动式前墙3发生转动，液压捕能器9将可移动式前墙3运动的动能转换为电能。
[0023] 气室后墙13底部固接于海底。
[0024] 所述的可移动式前墙3采用密封装置10与导轨相连，水流和气体不能通过。
[0025] 进一步地，密封装置10采用轻质、柔软、高强度的材料制备即可。
[0026] 所述的气室1、气室后墙13、可移动式前墙3可采用钢材或钢筋混凝土预制而成。
[0027] 实施例
[0028] 如图1、2所示，该可自适应波浪条件的新型振荡水柱波能转换装置包括气室1、控制系统5、激光波面位移传感器7和液压捕能器9；气室1由可移动式前墙3、气室侧壁15、气室顶板14、气室后墙13组成，其顶部设有气孔2，气室侧壁15设有前墙导轨6；密封装置10布置在气室1内侧，与可移动式前墙3、气室侧壁15、气室顶板14、气室后墙13紧密相连，防止气室1内空气从可移动式前墙3与气室侧壁15之间的缝隙、以及顶部气室顶板14中开的凹槽12跑出，保证气流只从气孔2通过；可移动式前墙3通过连接轴4与前墙导轨6相连使可移动式前墙3可在一定范围内前后移动和摆动；可移动式前墙3顶端垂直固接有连接杆16，将可移动前墙3与液压捕能器9连接在一起，液压捕能器9置于液压捕能器导轨8上，液压捕能器9可随可移动式前墙3前后移动；前墙限位器11限制可移动式前墙3前后移动的距离，保证可移动式前墙3在一定范围内运动。
[0029] 在波浪作用下，波浪经过可移动式前墙3底部透射进入气室1形成上下振荡的水柱，水柱上下振动迫使与气室1紧密相连的密封装置10 内部气体压缩和膨胀，往复气流通过气孔2推动透平发电系统运行从而实现能量转换。激光波面位移传感器7可检测来浪信息，将波周期、波高等信息反馈给控制系统5，控制系统5根据波能装置转换效率在入射波浪频率与气室1内振荡水柱的固有频率相同时达最大的原则，控制系统5计算出与入射波浪频率匹配的气室1宽度，控制可移动式前墙3在前墙导轨6上移动，将气室1宽度调整到合适的位置，使气室1内水柱振荡频率与波浪频率相匹配，从而提高气体的流速和流量，达到提高能量转换效率的目的。此外，在波浪作用下，可移动式前墙3和连接杆16会绕连接轴4发生摆动，带动液压捕能器9做功，将可移动式前墙3的摆动动能转换为电能，通过振荡水柱的振荡和可移动式前墙3的摆动共同捕能，可进一步提高波能装置的波能捕获效率。
