本發(fā)明涉攝于海洋工程及船舶工程技術領域，具體涉及一種適用于超大型浮體減振發(fā)電裝置。

背景技術：
超大型海上浮式結構物VeryLargeFloatingStructure(簡稱VLFS)是國際海洋工程界80年代后期提出的一種新型海洋結構物，目前借助VLFS利用海洋空間和開發(fā)海洋資源已成為海洋工程界的研究熱點。VLFS一個顯著的特點就是水平尺度遠大于垂向尺度，垂向彎曲剛度比較小，結構在波浪作用下的彈性變形可能與剛體位移統(tǒng)一量級，甚至更高。公開發(fā)表的資料表明，VLFS的各種應用如石油儲備基地、海上機場、浮橋和娛樂城等都以安全、舒適為重中之重，即使很小的波浪荷載也會引起結構的不穩(wěn)定變形，并且長期的變形和周期性波浪荷載會慢慢降低結構的舒適性，帶來一些疲勞問題?；诖?，國內外學者提出各種措施來減小水波引起的結構振動，以達到增加安全性、擴大適用性和提高舒適性等目的。在各種措施中，增加結構本身的彎曲剛度是減小水彈性響應最傳統(tǒng)、直接措施。但是，提高剛度會增加施工和材料費用，且這一措施對于已存在并服役的VLFS很難實施。另一個普遍采用的措施是在VLFS外圍修建固定式防波堤或浮式防波堤。然而，對于固定式防波堤，存在水下施工困難、建造費用高、不可移動性、破壞生態(tài)環(huán)境等不可回避的缺點，而浮式防波堤的深吃水要求導致整個結構體系的漂移位移大大增加，并且防波堤、錨鏈、VLFS和流體之間的相互耦合更加復雜，使得結構體系的動力特性必須仔細研究。從OWC(Oscillating-Water-Column)浮式防波堤的消浪機理可以發(fā)現(xiàn)水下平板對于波能的消耗非常重要，即在一定波長范圍內，平板通過對入射波浪產生破碎、分裂和漩渦，達到消散表面水波能量和減少透射波高的目的，因此一些學者提出了更簡單、有效的VLFS水下減振設備包括垂直透空減振板和水平透空減振板。垂直透空減振板或方箱需要具有一定的吃水深度才能達到要求的減振效率，而設置的垂向尺度太大會導致透空減振板的彈性變形和所受漂移力增大等不利影響。因此，水平水下透空減振板被越來越多的采用作為消能裝置，但目前均選擇水下不透空水平透空減振板，減振效果有限，且安裝于VLFS迎浪端水下一定位置，與浮體剛性相連，對連接桿件的剛度和強度要求非常高。此外，海洋中波浪能資源非?？捎^，如何利用波浪作用下透空減振板與VLFS的相對運動將波浪能轉化為電能，支撐浮體結構和配套電力傳輸系統(tǒng)，提高可再生能源的利用效率，降低單位發(fā)電成本，需引起人們重視。

技術實現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種超大型浮體調諧透空減振發(fā)電裝置，本發(fā)明既能夠顯著減小透射波高，降低超大型浮體的水彈性響應，又能夠通過減振裝置的垂向運動進行波浪能發(fā)電，降低超大型浮體-減振發(fā)電裝置集成結構體系的建造成本和難度。技術方案：本發(fā)明所述的一種超大型浮體調諧透空減振發(fā)電裝置，豎直安裝于浮體的迎浪端部和水下的尾部，包括第一透空減振板、第二透空減振板和液壓傳動約束系統(tǒng)，所述浮體與第一透空減振板之間通過第一液壓傳動約束系統(tǒng)豎向連接，第一透空減振板與第二透空減振板之間通過第二液壓傳動約束系統(tǒng)豎向連接，第一透空減振板與浮體之間以及第一透空減振板與第二透空減振板之間分別進行相對垂直運動，然后分別通過第一液壓傳動約束系統(tǒng)和第二液壓傳動約束系統(tǒng)來帶動發(fā)電機發(fā)電。其中，第一透空減振板安置在接近自由水面的水下一定位置，以便于表面波浪更充分作用進而最大限度的降低透射波高和利用波浪能發(fā)電。第二透空減振板能夠進一步提高第一透空減振板的減振效率，另外還能夠在潮汐變化頻繁時，通過調節(jié)第二透空減振板的位置來保持減振系統(tǒng)的工作效率。進一步的，所述第二透空減振板位于第一透空減振板正下方且與第一透空減振板平行布置，為避免遮蔽效應，上下層透空減振板之間應保持一定距離，同時第一透空減振板和第二透空減振板的長度均等于浮體的寬度，第一透空減振板和第二透空減振板的寬度沿浮體端部對稱相等；第一透空減振板和第二透空減振板均由透空減震板制成，且兩個透空減振板上的孔隙大小一致，均勻分布，孔隙率相等，均沿各自縱向中心線傾斜相同角度(例如＜9°)，采用這樣的結構設計，雙層透空減振板可以最大程度地減小超大型浮體的水彈性響應。進一步的，所述浮體與第一透空減振板之間的兩側各設有一個第一液壓傳動約束系統(tǒng)，第一透空減振板與第二透空減振板之間的兩側也各設有一個第二液壓傳動約束系統(tǒng)；第一液壓傳動約束系統(tǒng)和第二液壓傳動約束系統(tǒng)外周均裹覆有圓柱形密封殼(能夠防止海洋環(huán)境對液壓傳動系統(tǒng)的腐蝕和波浪力破壞)，第一液壓傳動約束系統(tǒng)通過螺栓固定于浮體，第二液壓傳動約束系統(tǒng)分別通過滑輪接觸裝置連接于第一透空減振板和第二透空減振板。進一步的，所述第一液壓傳動約束系統(tǒng)和第二液壓傳動約束系統(tǒng)均包括液壓缸、控制電路和發(fā)電機，發(fā)電機連接于液壓馬達，液壓馬達分別連接于高壓儲能器和低壓儲能器，高壓儲能器和低壓儲能器分別由控制電路控制，控制電路上還連接有液壓缸。進一步的，所述滑輪接觸裝置包括滑輪、滑道和鎖定桿，滑輪通過鎖定桿連接于透空減振板上，滑輪的滑行軌道安裝于對應的連接桿上。鎖定滑輪-滑道接觸約束，則減振板與連接桿固定連接，解鎖滑輪-滑道接觸約束，則減振板可通過滑輪在連接桿上的滑道上自由垂直滑行。進一步的，所述第一液壓傳動約束系統(tǒng)中的液壓缸通過第一連接桿和定位螺栓連接于浮體端部，第一液壓傳動約束系統(tǒng)底部的活塞末端通過第二連接桿依次連接于第一透空減振板和第二液壓傳動約束系統(tǒng)的液壓缸，第二液壓傳動約束系統(tǒng)底部的活塞末端通過第三連接桿連接于第二透空減振板。進一步的，所述第二連接桿和第三連接桿的底端均通過滑輪接觸裝置分別連接于第一透空減振板和第二透空減振板；第二連接桿和第三連接桿的頂端均分別插入相對應的缸體油腔中連接于活塞，并通過壓緊蓋密封，在缸體油腔內的活塞通過壓縮缸體內部液壓油從阻尼通道中流出，從而驅動液壓馬達進而帶動發(fā)電機進行發(fā)電?；谀芰康刃Х椒ㄟM行等效線性化處理，可以得到液壓傳動系統(tǒng)的線性化阻尼系數(shù)C和彈簧系數(shù)K，在具體應用中可隨液壓油的性質及PTO系統(tǒng)的構造而變化，其力學模型一般表示為Fs(彈簧力)＝K(彈簧系數(shù))*d(相對位移)，F(xiàn)c(阻尼力)＝C(阻尼系數(shù))*V(相對速度)。根據(jù)計算得到的K和C選擇具體型號的PTO裝置，即用于超大型浮體減振發(fā)電系統(tǒng)。進一步的，所述液壓缸的下端壓緊蓋上設有一個套筒式鎖定裝置，當解鎖高壓油從油孔經過導管槽到達鎖定裝置內部后，使鎖定裝置向外膨脹，此時鎖定裝置與連接桿之間為間隙配合，處于解鎖狀態(tài)，油缸正常工作；當高壓油卸除后，導管槽兩端的密封圈密封，鎖定裝置和連接桿之間的間隙配合轉化為過盈配合，從而產生巨大的鎖定力鎖定活塞在液壓缸內的任意位置，使活塞和液壓缸之間不發(fā)生相對運動。上述的套筒式鎖定裝置也可以采用其他現(xiàn)有鎖定裝置替換，例如鋼球摩擦式鎖定裝置。在極端工況下，調諧透空減振發(fā)電裝置與超大型浮體之間可能會產生較大的相對運動，此時對液壓傳動約束系統(tǒng)的安全設計提出嚴峻挑戰(zhàn)，為了避免減振發(fā)電系統(tǒng)在大幅波浪下的破壞，設置一種自存鎖定-解除策略：考慮到PTO系統(tǒng)的最大抵抗力和最大變形追隨能力，在液壓傳動系統(tǒng)下端安裝套筒式鎖定裝置，鎖定液壓傳動約束系統(tǒng)的液壓缸體和連接桿件之間的連接，兩者之間不發(fā)生相對運動作為整體研究；另一方面，解除透空減振板與連接桿件的滑道-滑輪接觸約束，透空減振板可沿桿件上下自由垂向運動，即透空減振板與液壓傳動系統(tǒng)之間垂直方向無任何約束，使兩個透空減振板可沿相應的桿件自由垂向運動。有益效果：與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明中的減振裝置由尺寸相對較小的兩層透空透空減振板組成，建造難度及成本大大降低；透空減振板安裝和拆卸方便，當超大型浮體完成作業(yè)后，可隨之在下一個海域應用；未阻斷海水的流動，保護生態(tài)環(huán)境；2、本發(fā)明中的雙層透空減振板依靠自身的孔隙率進一步降低透射波高，從而減小超大型浮體在波浪作用下的彈性變形響應，提高超大型浮體的安全性和舒適性；另外，將透空減振板傾斜一定角度也可以使短波發(fā)生破摔現(xiàn)象如浪濺，降低透射波能；3、當潮汐變化較大時，本發(fā)明中可通過調節(jié)第二透空減振板的位置來保持透空減振板在最優(yōu)水下位置范圍內，從而保證本發(fā)明系統(tǒng)的減振效率；4、波浪作用下，利用上下兩層透空減振板的相對運動動以及第一透空減振板與超大型浮體的相對運動將波浪能轉為電能，配合浮體上部設備工作和人員生活需要，提高了減振系統(tǒng)的利用效率，降低了單位發(fā)電成本，順應構件清潔、安全、可靠、可再生能源系統(tǒng)的重大戰(zhàn)略需求；5、本發(fā)明采用液壓傳動系統(tǒng)將不穩(wěn)定波浪能轉化為液壓能存儲在儲能器中，此PTO系統(tǒng)更適用捕捉低速運動的波浪能；6、設定極端工況下的自存策略：根據(jù)PTO系統(tǒng)的最大抵抗力和最大變形追隨能力，在液壓傳動系統(tǒng)下端安裝套筒式鎖定裝置，對液壓缸和連接桿件實行強制鎖定，另外，解除減振板與連接桿件之間的耦合動力約束，避免減振發(fā)電系統(tǒng)在大幅波浪下的破壞。7、此調諧透空減振發(fā)電裝置支持深水工作，適用于我國南海重要島礁的海域條件。綜上所述，本發(fā)明安裝和拆卸方便，可重復使用；消浪效果明顯，且適用于潮汐變化頻繁時的海況；將不穩(wěn)定的波浪能轉化為可利用的液壓能進行發(fā)電，支持浮體結構和配套電力傳輸系統(tǒng)，提高可再生能源的利用效率；設定自存鎖定-解除策略，避免該裝置在極端工況下的破壞；支持深水工作，適用于我國南海重要島礁的海域條件。附圖說明圖1為本發(fā)明的總體結構示意圖；圖2為圖1中A點局部放大示意圖；圖3為本發(fā)明的液壓傳動約束系統(tǒng)示意圖；圖4為本發(fā)明中的滑道-滑輪接觸裝置示意圖；圖5為圖4中B點局部放大示意圖；圖6為本發(fā)明的使用安裝流程圖。具體實施方式下面對本發(fā)明技術方案進行詳細說明，但是本發(fā)明的保護范圍不局限于所述實施例。如圖1至圖5所示，本發(fā)明的一種超大型浮體4調諧透空減振發(fā)電裝置，豎直安裝于浮體4的迎浪端部和水下的尾部，包括第一透空減振板1、第二透空減振板2和液壓傳動約束系統(tǒng)，浮體4與第一透空減振板1之間通過第一液壓傳動約束系統(tǒng)6豎向連接，第一透空減振板1與第二透空減振板2之間通過第二液壓傳動約束系統(tǒng)5豎向連接，第一透空減振板1與浮體4之間以及第一透空減振板1與第二透空減振板2之間分別進行相對垂直運動，然后分別通過第一液壓傳動約束系統(tǒng)6和第二液壓傳動約束系統(tǒng)5來帶動發(fā)電機16發(fā)電。第一透空減振板1和第二透空減振板2均采用水平面積較大的矩形薄板結構，這樣能夠增加整個結構體系的附加質量和輻射阻尼，調整超大型浮體4的垂蕩自振周期高于波浪周期范圍，降低共振響應發(fā)生的概率，相比于光滑圓形薄板，矩形的四個角點進一步增加了板對波浪的分裂作用。并且本實施例中透空減振板孔隙大小一致，分布均勻、孔徑遠小于板水平尺寸，波浪與其相互作用時，小孔徑能增加粘性消能效率。上下兩層透空減振板的材料和結構特征均相同，長度等于超大型浮體4的型寬，寬度沿超大型浮體4端部橫向線對稱分布，且沿各自板的縱向中心線傾斜一定角度，提高短波破碎概率。浮體4與第一透空減振板1之間的兩側各設有一個第一液壓傳動約束系統(tǒng)6，第一透空減振板1與第二透空減振板2之間的兩側也各設有一個第二液壓傳動約束系統(tǒng)5；第一液壓傳動約束系統(tǒng)6和第二液壓傳動約束系統(tǒng)5外周均裹覆有圓柱形密封殼18(能夠防止海洋環(huán)境對液壓傳動系統(tǒng)的腐蝕和波浪力破壞)，第一液壓傳動約束系統(tǒng)6通過螺栓21固定于浮體4，第二液壓傳動約束系統(tǒng)5分別通過滑輪接觸裝置22連接于第一透空減振板1和第二透空減振板2。第一液壓傳動約束系統(tǒng)6和第二液壓傳動約束系統(tǒng)5均包括液壓缸9、控制電路10和發(fā)電機16，發(fā)電機16連接于液壓馬達15，液壓馬達15分別連接于高壓儲能器11和低壓儲能器19，高壓儲能器11和低壓儲能器19分別由控制電路10控制，控制電路10上還連接于液壓缸9。第一液壓傳動約束系統(tǒng)6中的液壓缸9通過第一連接桿23和定位螺栓21連接于浮體4端部，第一液壓傳動約束系統(tǒng)6底部的活塞17末端通過第二連接桿20依次連接于第一透空減振板1和第二液壓傳動約束系統(tǒng)5的液壓缸9，第二液壓傳動約束系統(tǒng)5底部的活塞17末端通過第三連接桿12連接于第二透空減振板2。第二連接桿20和第三連接桿12的底端均通過滑輪接觸裝置22分別連接于第一透空減振板1和第二透空減振板2；第二連接桿20和第三連接桿12的頂端均分別插入相對應的缸體油腔13中連接于活塞17，并通過壓緊蓋14密封，在缸體油腔13內的活塞17通過壓縮缸體內部液壓油從阻尼通道中流出，從而驅動液壓馬達15進而帶動發(fā)電機16進行發(fā)電?；谀芰康刃Х椒ㄟM行等效線性化處理，可以得到液壓傳動系統(tǒng)的線性話阻尼系數(shù)C和彈簧系數(shù)K，在具體應用中可隨液壓油的性質及PTO系統(tǒng)的構造而變化，其力學模型一般表示為Fs(彈簧力)＝K(彈簧系數(shù))*d(相對位移)，F(xiàn)c(阻尼力)＝C(阻尼系數(shù))*V(相對速度)。根據(jù)計算得到的K和C選擇具體型號的PTO裝置，即用于超大型浮體4減振發(fā)電系統(tǒng)?；喗佑|裝置22包括鎖定桿27、滑輪28和滑道29，滑輪裝置28通過鎖定桿27連接于第一透空減振板1或第二透空減振板2上，滑道29連接于第二連接桿20或第三連接桿12上，滑輪接觸裝置沿連接桿與減振板的接觸圓周等份布置。液壓缸9的下端設有一個套筒式鎖定裝置8，當解鎖高壓油從油孔26經過導管槽24到達鎖定裝置8內部后，使鎖定裝置8向外膨脹，此時鎖定裝置8和連接桿12或20之間為間隙配合，液壓傳動約束系統(tǒng)正常工作，當卸除高壓油后，導管槽24兩端的密封圈25密封，則鎖定裝置8和連接桿12或20之間的間隙配合轉化為過盈配合，從而產生巨大的鎖定力鎖定活塞在液壓缸內任意位置，使活塞和液壓缸之間不發(fā)生相對運動，此時液壓傳動約束系統(tǒng)停止工作。在極端工況下，調諧透空減振發(fā)電裝置與超大型浮體4之間可能會產生較大的相對運動，此時對液壓傳動約束系統(tǒng)的安全設計提出嚴峻挑戰(zhàn)，為了避免減振發(fā)電系統(tǒng)在大幅波浪下的破壞，設置一種自存鎖定-解除策略：考慮到PTO系統(tǒng)的最大抵抗力和最大變形追隨能力，在液壓傳動系統(tǒng)下端安裝套筒式鎖定裝置8，鎖定液壓傳動約束系統(tǒng)的液壓缸9體和活塞17之間的連接，兩者之間不發(fā)生相對運動作為整體研究；另一方面，解除透空減振板與連接桿件的滑道-滑輪接觸約束，透空減振板可沿桿件上下自由垂向運動，即透空減振板與液壓傳動系統(tǒng)之間垂直方向無任何約束，使兩個透空減振板可沿相應的桿件自由垂向運動。本發(fā)明的具體工作原理為：1、確定雙層透空透空減振板的最優(yōu)設計參數(shù)范圍：如圖6所示，根據(jù)超大型浮體4參數(shù)和海況條件，應用三維水彈性響應算法確定雙層透空減振板的最優(yōu)參數(shù)范圍，如板寬、板的孔隙率、板的傾斜角度、上層透空減振板的水下位置、雙層板之間的距離，其中水彈性響應為實測數(shù)據(jù)或數(shù)值仿真結果，海況條件為觀測數(shù)據(jù)，且透空減振板的長度與超大型浮體4寬度相等。2、確定鎖定裝置8內部材料：如圖6所示，通過透空減振板所受的荷載情況、液壓油的性質及PTO系統(tǒng)的構造，確定液壓PTO系統(tǒng)的最大抵抗力和最大變形追隨能力，由此確定每個液壓傳動系統(tǒng)下端鎖定裝置8的內部材料。3、布置液壓傳動系統(tǒng)連接雙層透空透空減振板：如圖2和5所示，第一透空減振板1和第二透空減振板2之間采用兩個第二液壓傳動約束系統(tǒng)5相連，兩個第二液壓傳動約束系統(tǒng)5分別布置于兩個透空減振板的縱向中心線兩端，相互平行，且垂直連接第一透空減振板1和第二透空減振板2。第一液壓傳動約束系統(tǒng)6上的第二連接桿20通過滑輪接觸裝置22連接于第一透空減振板1上，第三連接桿12的一端也通過滑輪接觸裝置22連接于第二減振板上，而另一端插進缸體油腔13中連接活塞17，并由壓緊蓋14密封?；喗佑|裝置22中的滑輪沿相應的連接桿和透空減振板接觸位置均勻分布，滑輪個數(shù)取決于操作工況中透空減振板所受的荷載值。在操作工況時，連接桿跟透空減振板之間滑輪接觸裝置22處于強制鎖定狀態(tài)，使它們不在產生相對運動，這樣可利用雙層透空減振板之間的相對運動進行發(fā)電。而在自存工況下，滑輪接觸裝置22可用于解除透空減振板和PTO系統(tǒng)之間的連接，透空減振板可沿對應的桿件自由垂直滑動，即垂向相對運動等效彈簧和阻尼系數(shù)均為零，從而保證了減振發(fā)電裝置安全性能。4、安裝新型超大型浮體4調諧透空減振發(fā)電裝置：具體的安裝過程如圖1和2所示，在超大型浮體4的迎浪端和尾端水下一定位置處安裝此裝置，第一透空減振板1和超大型浮體4端部通過兩個第一液壓傳動約束系統(tǒng)6垂向相連，兩個第一液壓傳動約束系統(tǒng)6布置位置、方向與第二液壓傳動約束系統(tǒng)5一致，第一液壓傳動系統(tǒng)上的第一連接桿23通過固定螺栓21連接在浮體4端部，第二連接桿20的一端通過滑輪接觸裝置22連接于第一透空減振板1上，一端插進缸體油腔13中連接活塞17，并由壓緊蓋14密封。在操作工況下，所有桿件與透空減振板之間的連接進行強制鎖定，利用雙層減振系統(tǒng)與超大型浮體4之間的相對運動帶動發(fā)電機16進行發(fā)電工作。而在極端工況下，液壓傳動約束系統(tǒng)的下端鎖定裝置8強制鎖定活塞17與液壓缸9的連接，滑輪接觸裝置22解除桿件與上下透空減振板之間的連接，這樣，即避免了過大相對運動對液壓傳動約束系統(tǒng)的損壞，也降低了透空減振板在波浪作用下的破損率。在波浪荷載作用下，超大型浮體4通常由于自身的結構尺寸和剛度特征，除產生一般海洋結構物通常的剛體位移外，還將產生垂向的彈性變形。此時，由于本發(fā)明中的雙層透空減振板粘性消浪性能好、使用范圍廣、支持深水服役以及保護環(huán)境等，被采用作為消浪裝置安置在超大型浮體4迎浪端和尾端水下一定位置，可以減少透射波浪高度，降低超大型浮體4的水彈性響應；另一方面，本發(fā)明裝置一端與浮體4端部連接產生相應的運動和相對速度，而另一端與雙層傾斜透空減振相連也會產生相對運動和速度，由于浮體4做水彈性運動，而透空減振板做剛體運動，兩者的運動幅度及速度均不相同，因此在與本發(fā)明的PTO系統(tǒng)的兩個連接斷點自然會產生一個運動位移和速度差，該位移和速度差通過缸內活塞17的擠壓或收縮液壓流，將不平穩(wěn)的波浪能轉化為穩(wěn)定的液壓能，存儲在高壓儲能器11，從而帶動發(fā)電機16組進行發(fā)電。