一种深远海柔性气囊波浪能网箱养殖平台

1.本发明涉及深海养殖装备和波浪能发电技术领域，具体涉及一种深远海柔性气囊波浪能网箱养殖平台。


背景技术：

2.目前，深海网箱养殖所面临的主要挑战在于如何面对深海更加恶劣的风浪条件和如何实现网箱平台的用电供给。
3.目前大多的网箱养殖平台大多没有电力供给或仅由柴油机发电，难以在深远海进行长时间的生产工作。为了解决海上网箱平台的供电问题，往往将网箱养殖装置和海上可再生能源利用装置进行结合，目前波浪能装置大多是刚性装置如振荡浮子式、摆式波浪能发电装置。往往面临着强度破坏和海水腐蚀的问题，设备故障率高、装置运行的寿命短。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种深远海柔性气囊波浪能网箱养殖平台，利用柔性气囊波浪能发电为网箱养殖平台提供电力支撑，解决了深远海网箱养殖用电供给难的问题；同时柔性气囊在利用波浪能发电时有一定的消波作用，能够使网箱主体具有一定的缓冲能力，提高网箱主体在波浪作用下的稳定性，具有广阔的应用前景。
5.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种深远海柔性气囊波浪能网箱养殖平台，包括网箱主体、养殖控制平台、气囊系统、导气系统、发电系统、压载水舱系统及锚泊系统；网箱主体包括水面浮台和网衣，水面浮台底部的四周连接有多根立柱，相邻的两根立柱之间连接有横撑，横撑与立柱相连通，网衣包括底网和多个侧网，底网连接在多根立柱的底部，多个侧网分别填充在立柱与横撑之间的空位处；养殖控制平台设置在水面浮台上，导气系统位于立柱以及与立柱相邻的两个横撑内部，导气系统上设有多对进气口和出气口，装有导气系统的横撑的外侧壁上对应设有多个气囊系统，多个气囊系统与导气系统上的多对进气口和出气口对应连通，气囊系统的进气口与导气系统的出气口相连接，气囊系统的出气口与导气系统的进气口相连接，发电系统安装在导气系统内部；压载水舱系统设置在水面浮台的底部，立柱的外侧壁上还连接有锚泊系统。
7.进一步的，养殖控制平台包括圆形工作平台、养殖控制系统和储电系统，圆形工作平台设置在水面浮台上，养殖控制系统设置在圆形工作平台上，储电系统设置在养殖控制系统上。
8.进一步的，气囊系统包括柔性气囊，柔性气囊通过螺栓连接在横撑的外侧壁上，螺栓连接处涂有防水胶，柔性气囊的底部对称设有进气口和出气口，柔性气囊的底部还设有充气口。
9.进一步的，导气系统包括通气管道，通气管道上设有多对进气口和出气口，通气管
道的进气口和出气口处均安装有单向阀。
10.进一步的，发电系统包括空气透平、转轴、转子以及定子，定子固定安装在通气管道内部，转子转动安装在定子内，转子通过转轴与空气透平连接。
11.进一步的，定子包括机座、定子铁芯和线圈，定子铁芯均匀分布在机座内部，线圈绕制在定子铁芯上。
12.进一步的，转子包括钕铁硼磁铁、转子铁芯和夹板，钕铁硼磁铁位于转子铁芯和夹板之间。
13.进一步的，压载水舱系统包括压载舱，压载舱的一侧设有进水口，压载舱的另一侧设有出水口，压载舱内装有压载水。
14.进一步的，锚泊系统包括连接件，连接件连接在立柱的外侧壁上，连接件上连接有锚链，锚链上连接有锚块。
15.进一步的，柔性气囊采用橡胶薄膜制成。
16.总的说来，本发明具有如下优点：
17.一、本发明将柔性气囊波浪能发电装置与网箱养殖平台相结合，利用柔性气囊波浪能发电装置为网箱养殖平台提供电力支撑，解决了深远海养殖用电供给难的问题；波浪作用于柔性气囊，使柔性气囊发生形变，柔性气囊形变会推动气体在通气管道中流动，利用通气管道中的发电系统发电，将气体流动的机械能转换为电能，从而实现波浪能发电。
18.二、本发明的气囊系统在利用波浪能发电时有一定的消波作用，使得网箱主体在波浪荷载下具有一定的缓冲能力，能够减小网箱主体在波浪中的运动相应，提高网箱主体的稳定性，扩大网箱主体在海水中的适用范围，便于深远海网箱养殖的推广。
19.三、本发明的柔性气囊采用橡胶薄膜制成，橡胶薄膜具有高弹性，并且可塑性强、耐腐蚀性强，可最大限度避免波浪冲击和海水腐蚀造成的损坏，延长使用寿命。
20.四、本发明的导气系统位于立柱以及与立柱相邻的两个横撑内部，发电系统安装在导气系统内部，使得导气系统和发电系统免于与海水接触，有效避免了海水对导气系统和发电系统的腐蚀破坏，提高了本发明的可靠性。
21.五、本发明通过设置压载水舱系统，能够调节网箱主体的重心位置，起到调节平衡的作用，通过调整压载舱中的压载水量，可以调整网箱主体的浮态与吃水深度，使得柔性气囊的工作位置位于水面以下，能够有效避免波浪的直接冲击，减小装置被破坏的风险，在极端风浪环境下，可控制网箱主体下沉至水面以下，避免网箱主体在极端环境下发生倾覆，提高装置的可靠性。
22.六、本发明将柔性气囊波浪能发电装置与网箱养殖平台相结合，解决了波浪能发电装置的建设成本较高的问题，提高了海洋可再生能源的综合利用率，具有广阔的应用前景。
附图说明
23.图1是本发明的结构示意图。
24.图2是本发明的俯视结构示意图。
25.图3是本发明的导气系统和发电系统的结构示意图。
26.图4是本发明的气囊系统的结构示意图。
27.图5是本发明的压载水舱系统的结构示意图。
28.图6是本发明的定子和转子的结构示意图。
29.其中：1为网箱主体，1-1为水面浮台，1-2为立柱，1-3为横撑，1-4为网衣，2为压载水舱系统，2-1为压载舱，2-2为进水口，2-3为出水口，2-4为压载水，3为养殖控制平台，3-1为圆形工作平台，3-2为养殖控制系统，3-3为储电系统，4为气囊系统，4-1为柔性气囊，4-2为柔性气囊进气口，4-3为柔性气囊出气口，4-4为充气口，5为锚泊系统，5-1为连接件，5-2为锚链，5-3为锚块，6为导气系统，6-1为通气管道，6-2为通气管道进气口，6-3为通气管道出气口，6-4为单向阀，7为发电系统，7-1为空气透平，7-2为转轴，7-3为转子，7-3-1为转子铁芯，7-3-2为钕铁硼磁铁，7-3-3为夹板，7-4为定子，7-4-1为机座，7-4-2为定子铁芯，7-4-3为线圈。
具体实施方式
30.下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
31.如图1至图3所示，一种深远海柔性气囊波浪能网箱养殖平台，包括网箱主体、养殖控制平台、气囊系统、导气系统、发电系统、压载水舱系统及锚泊系统；网箱主体包括水面浮台和网衣，水面浮台底部的四周连接有多根立柱，相邻的两根立柱之间连接有横撑，横撑与立柱相连通，网衣包括底网和多个侧网，底网连接在多根立柱的底部，多个侧网分别填充在立柱与横撑之间的空位处；养殖控制平台设置在水面浮台上，导气系统位于立柱以及与立柱相邻的两个横撑内部，导气系统上设有多对进气口和出气口，装有导气系统的横撑的外侧壁上对应设有多个气囊系统，多个气囊系统与导气系统上的多对进气口和出气口对应连通，气囊系统的进气口与导气系统的出气口相连接，气囊系统的出气口与导气系统的进气口相连接，发电系统安装在导气系统内部；压载水舱系统设置在水面浮台的底部，立柱的外侧壁上还连接有锚泊系统。波浪作用于气囊系统，使气囊系统发生形变，气囊系统形变推动气体在导气系统中流动，利用导气系统中的发电系统发电，将气体流动的机械能转换为电能，从而实现波浪能发电。
32.如图1所示，养殖控制平台包括圆形工作平台、养殖控制系统和储电系统，圆形工作平台设置在水面浮台上，养殖控制系统设置在圆形工作平台上，储电系统设置在养殖控制系统上。发电系统利用波浪能发电，并通过传输系统将所得的电能储存至储电系统中，用于供给养殖控制系统的用电需求，如自动喂食及鱼情的监测等。
33.如图1至图3所示，在本实施方式中，水面浮台底部的四周连接有四根立柱，相邻的两根立柱之间连接有一根横撑。前侧立柱以及与前侧立柱相邻的两个横撑内部安装有一个导气系统，后侧立柱以及与后侧立柱相邻的两个横撑内部也安装有一个导气系统，两个导气系统互不干涉；导气系统用于安装发电系统的部位位于立柱内，导气系统上设有四对进气口和出气口，与立柱相邻的两个横撑的外侧壁上对应设有四个气囊系统，四个气囊系统与导气系统上的四对进气口和出气口对应连通。通过设置两个导气系统，即设置两个发电系统，能够避免极端情况下某个气囊系统或导气系统损坏，影响整个系统正常运行。
34.如图4所示，气囊系统包括柔性气囊，柔性气囊通过螺栓连接在横撑的外侧壁上，螺栓连接处涂有防水胶，柔性气囊的底部对称设有进气口和出气口，柔性气囊的底部还设有充气口。在本实施方式中，柔性气囊的底部呈长方形状，柔性气囊的底部通过螺栓连接在
横撑的外侧壁上。通过充气口可向柔性气囊充气，同时也能及时调整柔性气囊内部气压。
35.柔性气囊采用橡胶薄膜制成。橡胶薄膜具有高弹性，并且可塑性强、耐腐蚀性强，可最大限度避免波浪冲击和海水腐蚀造成的损坏。
36.如图3所示，导气系统包括通气管道，通气管道上设有多对进气口和出气口，通气管道的进气口和出气口处均安装有单向阀。在本实施方式中，通气管道上设有四对进气口和出气口。
37.通过设置单向阀，能够控制通气管道中的气体单向流动，使得从柔性气囊流出的气体通过通气管道，流经发电系统发电后又流回柔性气囊中。
38.如图3和图6所示，发电系统包括空气透平、转轴、转子以及定子，定子固定安装在通气管道内部，转子转动安装在定子内，转子通过转轴与空气透平连接。定子包括机座、定子铁芯和线圈，定子铁芯均匀分布在机座内部，线圈绕制在定子铁芯上。转子包括钕铁硼磁铁、转子铁芯和夹板，钕铁硼磁铁位于转子铁芯和夹板之间。气体经通气管道流经发电系统时带动空气透平转动，经转轴带动转子转动，从而切割磁感线发电。
39.发电系统安装在导气系统内部，使得发电系统免于与海水接触，有效避免了海水对发电系统的腐蚀破坏，有效的提高了发电系统的可靠性。
40.如图1和图5所示，压载水舱系统包括压载舱，压载舱的一侧设有进水口，压载舱的另一侧设有出水口，压载舱内装有压载水。在本实施方式中，压载舱的进水口和出水口处还设有水泵，便于将压载水泵入或泵出压载舱。
41.通过设置压载水舱系统，能够调节网箱主体的重心位置，起到调节平衡的作用，通过调整压载舱中的压载水量，可以调整网箱主体的浮态与吃水深度，使得柔性气囊的工作位置位于水面以下，能够有效避免波浪的直接冲击，减小装置被破坏的风险，在极端风浪环境下，可控制网箱主体下沉至水面以下，避免网箱主体在极端环境下发生倾覆，提高装置的可靠性。
42.如图1所示，锚泊系统包括连接件，连接件连接在立柱的外侧壁上，连接件上连接有锚链，锚链上连接有锚块。通过锚泊系统可以将网箱主体固定在工作海域，连接件、锚链和锚块组成的锚泊系统能够限制网箱主体的多自由度运动，同时安装拆卸简单，面对极端海况时，转移比较方便。
43.本发明的工作原理如下：
44.通过充气口向柔性气囊充气，柔性气囊充气后膨胀，在波浪作用下，柔性气囊发生形变，柔性气囊形变推动柔性气囊内的气体沿柔性气囊出气口流出，沿通气管道进气口流入通气管道中，并流经通气管道中的发电系统，气体流经发电系统时会带动空气透平转动，经转轴带动转子转动，从而切割磁感线发电，气体流经发电系统后通过通气管道出气口流出，通过柔性气囊进气口流回柔性气囊中，如此反复。由于通气管道的进气口处和出气口处均安装有单向阀，使得通气管道中的气体仅能单向流动，使得从柔性气囊流出的气体通过通气管道，流经发电系统发电后又流回柔性气囊中。
45.总的说来，本发明将柔性气囊波浪能发电装置与网箱养殖平台相结合，利用柔性气囊波浪能发电装置为网箱养殖平台提供电力支撑，解决了深远海养殖用电供给难的问题；波浪作用于柔性气囊，使柔性气囊发生形变，柔性气囊形变会推动气体在通气管道中流动，利用通气管道中的发电系统发电，将气体流动的机械能转换为电能，从而实现波浪能发
电。本发明的气囊系统在利用波浪能发电时有一定的消波作用，使得网箱主体在波浪荷载下具有一定的缓冲能力，能够减小网箱主体在波浪中的运动相应，提高网箱主体的稳定性，扩大网箱主体在海水中的适用范围，便于深远海网箱养殖的推广。本发明的柔性气囊采用橡胶薄膜制成，橡胶薄膜具有高弹性，并且可塑性强、耐腐蚀性强，可最大限度避免波浪冲击和海水腐蚀造成的损坏，延长使用寿命。本发明的导气系统位于立柱以及与立柱相邻的两个横撑内部，发电系统安装在导气系统内部，使得导气系统和发电系统免于与海水接触，有效避免了海水对导气系统和发电系统的腐蚀破坏，提高了本发明的可靠性。本发明通过设置压载水舱系统，能够调节网箱主体的重心位置，起到调节平衡的作用，通过调整压载舱中的压载水量，可以调整网箱主体的浮态与吃水深度，使得柔性气囊的工作位置位于水面以下，能够有效避免波浪的直接冲击，减小装置被破坏的风险，在极端风浪环境下，可控制网箱主体下沉至水面以下，避免网箱主体在极端环境下发生倾覆，提高装置的可靠性。本发明将柔性气囊波浪能发电装置与网箱养殖平台相结合，解决了波浪能发电装置的建设成本较高的问题，提高了海洋可再生能源的综合利用率，具有广阔的应用前景。
46.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。