專利名稱：浮力致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及波動(dòng)能量的提取，更特別地，涉及對(duì)波動(dòng)產(chǎn)生反應(yīng)的浮力致動(dòng)器以及該致動(dòng)器的操作方法。本發(fā)明同樣涉及波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和該系統(tǒng)的沖喿作方法。
盡管并非 一 定是獨(dú)一 無二地，本發(fā)明被特別地設(shè)計(jì)成能針對(duì)波動(dòng)作出反應(yīng)并將波動(dòng)結(jié)合到可操作的裝置上的致動(dòng)器。本發(fā)明致動(dòng)器的一種特別應(yīng)用涉及海洋波能的利用和將被利用的能量轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)能量轉(zhuǎn)換裝置的線性運(yùn)動(dòng)，該轉(zhuǎn)換裝置例如可以是流體泵或線性發(fā)電機(jī)。在這樣的布置中，該致動(dòng)器可以被可操作地連接到能量轉(zhuǎn)換裝置，該致動(dòng)器懸浮在所述轉(zhuǎn)換裝置上方的海水體中，但一般位于水面下方。通過該布置，波動(dòng)的動(dòng)力提升被轉(zhuǎn)換成用于操作能量轉(zhuǎn)換裝置的單軸力。
本發(fā)明實(shí)際上包括浮標(biāo)，該浮標(biāo)在某些情況下被當(dāng)成致動(dòng)器，因?yàn)樵摳?biāo)具有水體上擾動(dòng)的大部分波長(zhǎng)的尺寸，并且在靠近水體表面處攔截大部分波動(dòng)的能流。
背景技術(shù)：
獲取海洋波的能量是世界上迅速發(fā)展起來的業(yè)務(wù)，大量商業(yè)的波能裝置在海上試驗(yàn)并進(jìn)行小規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。這些裝置中比較重要的一類是通過轉(zhuǎn)變海洋的升降運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行操作以產(chǎn)生機(jī)械裝置的線性運(yùn)動(dòng)，該機(jī)械裝置隨后被用于驅(qū)動(dòng)能量轉(zhuǎn)換裝置(例如流體泵或線性發(fā)電機(jī))。
對(duì)于通過反滲透膜來直接脫鹽和制造電力的高壓海水來說，波能的獲取和轉(zhuǎn)化是幾個(gè)早期建議的焦點(diǎn)，這些建議尤其包括在
PCT/AU2006/001187中公開的建議，在此處其內(nèi)容通過引用的方式被并入。
6在海洋環(huán)境中技術(shù)的成功應(yīng)用、操作和維護(hù)所遇5 lj的問題被那些 從事近海工業(yè)的人，特別是從事石油和天然氣工業(yè)的人所了解，并且 該知識(shí)能夠被應(yīng)用到如海洋波能轉(zhuǎn)換這樣的新技術(shù)中。最初的海洋能 量系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)是十分復(fù)雜的任務(wù)，其需要探尋最大的能量獲取和 轉(zhuǎn)換，同時(shí)要將結(jié)構(gòu)的成本保持在合理的水平，并且要保證所有者的 花費(fèi)在整個(gè)技術(shù)生命周期中是可以接受的。在維護(hù)成本方面，必須對(duì) 關(guān)鍵受損部件的可靠性和系統(tǒng)的故障模式有徹底的了解。
如何控制暴風(fēng)雨環(huán)境的問題可能也需要被提及。特別地，需要波 能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)能夠響應(yīng)海水狀態(tài)的變化，并且在超過最大運(yùn)行水平時(shí)， 其能夠回復(fù)成安全備用模式，優(yōu)選地，其能夠自動(dòng)回復(fù)。 一旦海水狀 態(tài)已經(jīng)退回到正常運(yùn)行水平，該裝置理想地應(yīng)該自身重新裝配以用于 正常操作，優(yōu)選地，其會(huì)自動(dòng)重新裝配。由例如暴風(fēng)雨事件引起的任 何對(duì)部分機(jī)械的持續(xù)傷害不應(yīng)該阻止裝置的剩余功能部分的運(yùn)行。換 而言之，波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的所有故障模式都應(yīng)該是"軟"的。
浮力致動(dòng)器具有這些特征將會(huì)是十分有利的。
浮力致動(dòng)器可以是大型實(shí)體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的直徑或線性尺寸范圍 達(dá)到10米，并且排水體積達(dá)到一千立方米。為了滿足大規(guī)模商業(yè)的電 力需要，波能設(shè)備會(huì)需要包括大量(通常為數(shù)百個(gè))這樣的致動(dòng)器， 該致動(dòng)器用于一批數(shù)百個(gè)的海水泵或能量轉(zhuǎn)換裝置。當(dāng)個(gè)別裝置具有 大概是一 兆瓦的功率輸出能力而整個(gè)元件場(chǎng)地具有幾百兆瓦的瞬時(shí)輸 出功率時(shí)，這批裝置有必要按比例提升功率輸出。
將數(shù)百個(gè)浮力致動(dòng)器運(yùn)輸?shù)綉?yīng)用位置會(huì)造成很大的困難，并且如 果它們不得不以實(shí)際尺寸來運(yùn)輸，將花費(fèi)巨大。
同樣十分有利的是，浮力致動(dòng)器在陸地上被制造，并隨后被折疊 和包裝以用于將其運(yùn)輸?shù)浇Ｎ恢茫诖烁×χ聞?dòng)器可被配置成實(shí)際 尺寸并在之后纟皮應(yīng)用。
本發(fā)明針對(duì)背景技術(shù)產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種響應(yīng)波動(dòng)的浮力致動(dòng)器，該浮力致動(dòng)器包括本體，該本體形成了用于容納物質(zhì)的腔體，所述本體的 流體動(dòng)力性能可通過改變腔體內(nèi)的物質(zhì)來有選擇地變化。
流體動(dòng)力性能的變化可以包括浮力的變化(增加或者減少(either positively or negatively)),或者本體的響應(yīng)區(qū)i或的變4b (例i口體積或 形狀)，也可以是這兩種變化的組合。
所述物質(zhì)的變化可以包括向腔體添加物質(zhì)或從腔體中取出物質(zhì)。 所述物質(zhì)可以包括固體、液體或氣體，也可以是這些物質(zhì)的組合。 該物質(zhì)可以采用任何合適的形式。舉例來說，該物質(zhì)可以由空氣、 水(特別包括從致動(dòng)器的運(yùn)行環(huán)境中提取的水)構(gòu)成，或者由一個(gè)或 多個(gè)固體插入物構(gòu)成，例如固體球體或其它分離元件，也可以是這些
物質(zhì)的組合。
添加到腔體中的物質(zhì)的形式可以與該腔體中已經(jīng)存在的物質(zhì)相 同，也可以不同。舉例來說，在一種布置中，在腔體內(nèi)已經(jīng)存在一些 海水(也可能組合有一個(gè)或多個(gè)其它形式的物質(zhì))的情況下，可以將 海水添加到該腔體中。在另一種布置中，在所述腔體中的物質(zhì)沒有包 括海水的情況下，可以將海水添加到該腔體中。
在腔體中所容納的物質(zhì)包括多種形式的情況下，從所述腔體中取 出的物質(zhì)可以包括任何一個(gè)或多個(gè)所述形式。
當(dāng)該浮力致動(dòng)器被應(yīng)用時(shí)，其優(yōu)選定位在水下并距水面 一最小距 離，從而該致動(dòng)器總是被淹沒在水中，除非在異常的大洋中。
最理想的情況是，浮力致動(dòng)器定位在水柱中的一位置處，在該位 置該致動(dòng)器能攔截最多的能量，并且在波能設(shè)備的整個(gè)運(yùn)行過程中能 保持該致動(dòng)器完全被淹沒在水中，只有當(dāng)海洋中波谷通過期間超過了 裝置的運(yùn)行限制，該致動(dòng)器才會(huì)顯露出來。因此，該浮力致動(dòng)器需要 在一深度處被應(yīng)用，從而致動(dòng)器的上表面一般會(huì)在中性水線下方幾米 處。而且，浮力致動(dòng)器與機(jī)械裝置的組合優(yōu)選形成了最小總長(zhǎng)，該機(jī) 械裝置(例如泵)與浮力致動(dòng)器可操作地連接在一起，影響到水深運(yùn) 用的該最小總長(zhǎng)優(yōu)選不少于IO米并且不大于100米。
浮力致動(dòng)器的形狀可能也是本發(fā)明的重要特征。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (CFD )已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用以確定在能量獲取方面何種形狀能產(chǎn)生最佳效果。當(dāng)CFD分析被應(yīng)用到尺寸小于或等于四分之一波長(zhǎng)(該標(biāo)準(zhǔn) 被稱為"點(diǎn)吸收體(point absorber)'，)的致動(dòng)器設(shè)計(jì)時(shí)，該CFD分 析會(huì)排除任何寬厚比過度的致動(dòng)器形狀。因此以點(diǎn)吸收體的觀點(diǎn)來看， 罩蓬狀或降落傘狀致動(dòng)器作為能量聚集裝置效率較低。當(dāng)允許較薄的 罩蓬狀吸收體在點(diǎn)吸收體規(guī)則外延伸時(shí)，即當(dāng)較薄的罩蓬狀吸收體的 長(zhǎng)度大于四分之一波長(zhǎng)時(shí)，這一結(jié)論將不適用于較薄的罩蓬狀吸收體 (例如在前述PCT/AU2006/001187文件中所提到的)。在這些情況中， 優(yōu)化操作是不同的并且罩蓬結(jié)構(gòu)是有用的。而且，罩蓬保留了多個(gè)連 接點(diǎn)，從而其不易于旋轉(zhuǎn)。
對(duì)于點(diǎn)吸收體，CFD分析指出球體、短倒錐體或短圓柱體是帶有 單個(gè)系繩的浮力致動(dòng)器的適合形狀。CFD分析證實(shí)了形狀上越長(zhǎng)越薄， 則越多的能量能夠被轉(zhuǎn)換成浮力致動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)，由此不會(huì)在系繩中產(chǎn) 生有用的張力并且會(huì)導(dǎo)致結(jié)合了波浪擾動(dòng)的較低能量，該系繩可操作 地將浮力致動(dòng)器與機(jī)械裝置連接。考慮到球形的對(duì)稱性，球形是比較 理想的形狀，因?yàn)樵诓ɡ藬_動(dòng)和浮力致動(dòng)器間沒有旋轉(zhuǎn)結(jié)合，由此可 知，升降力被最大地轉(zhuǎn)換成系繩上的線性張力。
當(dāng)其它的因素例如工藝性和穩(wěn)健性也被考慮的時(shí)候，球體、短圓 柱體和短倒錐體之間在能量聚集性能上的區(qū)別并沒有大到把這些形狀 排除在球體之外。因此，有一系列的形狀具有可接受的能量聚集性能 和可接受的穩(wěn)健性等級(jí)。
優(yōu)選地，本體包括柔韌薄膜，該薄膜在腔體邊界處形成了外殼， 該薄膜適于對(duì)本體內(nèi)的物質(zhì)變化作出響應(yīng)并產(chǎn)生偏斜。該偏斜能夠使 得本體的流體動(dòng)力性能產(chǎn)生變化。
優(yōu)選地，所述外殼形成了一個(gè)空腔，該空腔構(gòu)成了腔體并且能夠 通過接口與周圍的海水相連通。該空腔可以包括封閉的水密空腔。腔 體的水密并非必要，只要可以在正常運(yùn)行期間保持和隔離內(nèi)部的海水 體積且具有最小漏出量，從而其如同系留塊般相抵于致動(dòng)器的外部水 力起作用。
在一種布置中，腔體可以是大致的球形結(jié)構(gòu)。通過此布置，所述 腔體可以通過大致球形的壁結(jié)構(gòu)形成，該結(jié)構(gòu)包括由柔韌薄膜形成的
9外殼。該外殼可以由織物加固的聚合物材料的板條粘結(jié)而成。
該壁結(jié)構(gòu)可以進(jìn) 一 步包括在本體上下位置間延伸的加固裝置。該 加固裝置可以包括多個(gè)加固帶，其具有卡箍結(jié)構(gòu)，沿著表面圓周延伸 并穿過所述上下位置。該加固帶的材料可以與外殼材料相同從而材料 混用性和粘附性得到優(yōu)化。致動(dòng)器的頂部和底部具有額外加固的圓環(huán)， 該圓環(huán)也是由相同的織物加固聚合物構(gòu)成。
在本體上底部位置處可以設(shè)置定位點(diǎn)，該定位點(diǎn)用于將浮力致動(dòng) 器拴在適當(dāng)位置處。在本體上頂端處可以設(shè)置提升點(diǎn)。
所述定位點(diǎn)可以包括將加固帶拴在其上的下部孔眼。另 一 根加固 帶還可以穿過下部孔眼并被粘附到球形外殼的底部上。該加固帶以及 另一根帶在正常運(yùn)行過程中承受著負(fù)載。當(dāng)浮力致動(dòng)器通過波動(dòng)被提 升時(shí)，該加固帶繃緊，并且張力通過下部孔眼被向下傳輸?shù)较道K，以 此將提升力傳送到下方的機(jī)械裝置。在波浪通過后，浮力致動(dòng)器受到 由下方機(jī)械裝置所施加的回復(fù)力的影響而下落，并導(dǎo)致下部孔眼上的 負(fù)載減小，加固帶收縮。
由于此設(shè)置，致動(dòng)器中有一些彈性，從而當(dāng)波浪的提升力拖拉系 繩時(shí)，能夠有一些對(duì)波浪負(fù)載的緩沖。
容納在大致球形腔體中的物質(zhì)可以包括被放入的浮力物質(zhì)，這些 浮力物質(zhì)用來向致動(dòng)器提供必要的浮力。該物質(zhì)可以是任何密度小于 致動(dòng)器附近的流體密度的材料和物質(zhì)。該物質(zhì)可以任何適當(dāng)?shù)姆绞椒?入腔體內(nèi)，例如通過設(shè)置在外殼上的接口。
優(yōu)選地，該物質(zhì)包括泡沫材料。該泡沫材料可以由泡沫球體構(gòu)成。
該腔體可以被填充泡沫球體，使得致動(dòng)器的外殼被內(nèi)部泡沫球體 的向外的力拉到緊繃的狀態(tài)，從而促使該致動(dòng)器呈現(xiàn)其設(shè)計(jì)的形狀。 泡沫球體相互之間可以接觸以能夠相互抵靠著滾動(dòng)。該球體可以共同 地作用以保持致動(dòng)器的外形，并且在仍舊保持著致動(dòng)器的形狀的情況 下，該球體受致動(dòng)器上外力的影響彼此抵靠著滾動(dòng)。由于此布置，球 體有效地用作滾動(dòng)軸承，從而如果點(diǎn)負(fù)荷被施加到致動(dòng)器外殼上時(shí)， 任何單個(gè)泡沫球體上都沒有力的集中。
在此方式中，浮力致動(dòng)器可以被制造，以及被進(jìn)行泄漏和負(fù)荷試
10驗(yàn)，之后內(nèi)部不帶有泡沫浮力材料的致動(dòng)器被運(yùn)送。該泡沫可以在補(bǔ) 給站(其可能在船上)被添加，該補(bǔ)給只要在致動(dòng)器在運(yùn)行位置上被 應(yīng)用前完成即可。
泡沫球體所占體積總量仍小于致動(dòng)器的封閉容積總量，每個(gè)球體 周圍存有間隙區(qū)域。這些間隙區(qū)域可以被填充有流體以調(diào)整浮力。
所述浮力可以被設(shè)定或預(yù)先設(shè)定，隨后如果有需要，該浮力可以 通過控制任一種流體容量(例如氣壓或水量，或它們的組合)的方式 被有效地控制。
在另一個(gè)布置方式中，腔體可以是大致圓環(huán)形而不是球形。在此 布置中，本體可以包括圓環(huán)，該圓環(huán)具有環(huán)形外殼，該圓環(huán)形外殼由 與上述球形外殼相似的材料和方法產(chǎn)生。
優(yōu)選地，內(nèi)浮力結(jié)構(gòu)容納在由圓環(huán)的內(nèi)部邊界形成的空間中，優(yōu) 選地，圓環(huán)面的外殼外表面的一部分與該內(nèi)浮力結(jié)構(gòu)粘接。該浮力結(jié) 構(gòu)可以包括兩個(gè)浮力元件(例如剛性泡沫片)，每個(gè)所述浮力元件的 形狀都適配于圓環(huán)從頂部到底部形成的中心孔中。連接器(例如張緊 繩索)在兩個(gè)浮力元件中延伸并與這兩個(gè)浮力元件固定連接。在底部 浮力元件的下側(cè)， 一定位點(diǎn)被結(jié)合到連接器中或被連接在連接器上。
被外殼封閉的該圓環(huán)形空腔可以被充滿流體形式的物質(zhì)，該流體 可以被增壓到 一定程度，以使外殼處于張緊狀態(tài)下并且形狀是剛性的。 優(yōu)選地，流體是水。該流體可以通過接口^皮導(dǎo)入并可^R密封以形成水 密密封。
如果流體是水，當(dāng)浮力致動(dòng)器被充滿流體時(shí)，該致動(dòng)器會(huì)接近中 性浮力。正向浮力通過元件提供給所述致動(dòng)器。
在暴風(fēng)雨?duì)顩r下浮力致動(dòng)器的自動(dòng)關(guān)閉可以通過經(jīng)由所述接口存 取腔體中的流體以及實(shí)時(shí)控制流體壓力來實(shí)現(xiàn)。這可能牽涉到收縮至 少 一部分腔體以使致動(dòng)器具有 一減少的表面區(qū)域，由此其不易受增強(qiáng) 的波浪力的影響。當(dāng)暴風(fēng)雨通過后，該腔體可以再次膨脹。
在另一個(gè)布置中，本體可以包括浮力部件，所述腔體設(shè)置在浮力 部件的下方。腔體可由從浮力部件上垂下來的圓柱形側(cè)壁以及底壁形 成。該側(cè)壁和底壁由柔韌材料構(gòu)成。該底壁可以帶有加固裝置，該加
11固裝置包括從外圍邊界處向內(nèi)延伸至一 中心位置的帶，在該中心位置 處有一定位點(diǎn)，并且所述帶被連接到該定位點(diǎn)。該加固裝置還包括底 壁邊界處的圓環(huán)，可以將所述帶的外端連接到所述圓環(huán)上。
腔體中的物質(zhì)優(yōu)選包括流體，優(yōu)選為來自浮力致動(dòng)器運(yùn)行地點(diǎn)周 圍的水(典型為海水)。該腔體可以通過在一定條件下允許吸入或釋 放流體的裝置來與周圍的水連通。該裝置可以包括閥門裝置，該裝置 具有兩個(gè)閥， 一個(gè)是單向進(jìn)口閥，其只允許流體進(jìn)入腔體，另一個(gè)是 單向出口閥，其只允許流體從腔體中流出并進(jìn)入周圍的海水。
浮力致動(dòng)器的浮力通過腔體上方的浮力部件來提供。該浮力部件 可以包括較短的注入有容積量的圓柱形泡沫。
在一般的運(yùn)行模式下，浮力致動(dòng)器被完全地充滿海水并且兩個(gè)單
向閥都關(guān)閉。波浪擾動(dòng)的升降移動(dòng)作用于本體上，從而導(dǎo)致本體向上
移動(dòng)并在系繩上施加張力，通過該系繩浮力致動(dòng)器被連接到下方的機(jī)
械裝置。由于浮力致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)，材料中有一定程度的固有彈性，從
而致動(dòng)器的 一些彈性伸長(zhǎng)出現(xiàn)在提升的最高點(diǎn)處。這種程度的彈性變
形在系繩承受負(fù)載時(shí)有利于限制系繩的振動(dòng)效應(yīng)。
除了因?yàn)閺椥远谏扉L(zhǎng)上產(chǎn)生的細(xì)小變化，形成腔體的本體的形
狀在一般運(yùn)行期間大致保持不變，并且沒有流體通過各個(gè)閥，包含在 腔體中的流體體積也基本保持不變。
當(dāng)海水的狀態(tài)將浮力增加超過一個(gè)預(yù)定的等級(jí)時(shí)，浮力致動(dòng)器上 的動(dòng)壓負(fù)載也增加，迫使單向出口閥打開并使少量的流體從出口中流 出。同時(shí)，單向進(jìn)口閥仍舊關(guān)閉，因此實(shí)際的效果是腔體中流體的體 積被減少并且腔體容積被壓縮。不再處于內(nèi)部壓力下的外殼材料會(huì)松 弛下來并折疊起來。
施加在致動(dòng)器上的波浪力與致動(dòng)器的容積成比例，所以減少了的 容積狀態(tài)對(duì)應(yīng)于減少了的精確的波能攝取率，該波能攝取率用于在暴 風(fēng)雨期間限制能量吸收。
在暴風(fēng)雨通過之后，波浪的高度逐漸轉(zhuǎn)變成常規(guī)等級(jí)并且腔體外 海水的動(dòng)壓會(huì)變得大于腔體內(nèi)的壓力，單向進(jìn)口閥會(huì)打開以允許流體 流回到致動(dòng)器容積中。這個(gè)過程會(huì)逐步出現(xiàn)直到致動(dòng)器再次完全膨脹，
12此時(shí)不再有任何壓力差橫穿進(jìn)口閥，該進(jìn)口閥將關(guān)閉。在致動(dòng)器處于 全容積時(shí)，該致動(dòng)器以其最大效率響應(yīng)波浪擾動(dòng)。
單向出口閥的功能可以通過使織物外殼的重疊部分用作多個(gè)單向 閥來被增加，甚至可以全部替換。
在先前布置的一變例中，浮力部件下方的腔體可通過向下漸尖的 大致圓錐形的壁結(jié)構(gòu)形成，該壁結(jié)構(gòu)在加固的底部部件處終止， 一定 位點(diǎn)被連接到所述加固的底部部件上。
為了保持浮力的所需等級(jí)，可以向本體提供補(bǔ)充浮力。其可以包 括多個(gè)較小的球形漂浮物，該漂浮物被連接到浮力部件的上表面。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 能量轉(zhuǎn)換裝置和本發(fā)明第一方面的浮力致動(dòng)器，該浮力致動(dòng)器在能量 轉(zhuǎn)換裝置上方的水體中懸浮，以此響應(yīng)于水體中的波動(dòng)的浮力致動(dòng)器 的動(dòng)力提升會(huì)通過浮力致動(dòng)器傳輸給能量轉(zhuǎn)換裝置。
能量轉(zhuǎn)換裝置可以由任何適當(dāng)?shù)姆绞綐?gòu)成，例如流體泵和線性發(fā) 電機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種提取波動(dòng)能量的方法，該方法 包括運(yùn)行本發(fā)明前述方面的波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供一種響應(yīng)波能改變浮力致動(dòng)器的流 體動(dòng)力性能的方法，該方法包括可選擇地改變被包含在浮力致動(dòng)器內(nèi)
腔體中的物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種運(yùn)行浮力致動(dòng)器的方法，該方 法包括可選擇地改變被包含在浮力致動(dòng)器內(nèi)腔體中的物質(zhì)，以改變?cè)?致動(dòng)器的流體動(dòng)力性能。


通過參考下面結(jié)合了附圖的幾個(gè)特定實(shí)施方式的描述，本發(fā)明將
被更好地理解，其中
圖1是第一實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器的示意性正視圖，該致動(dòng)器形
成了利用海洋波能的裝置的 一部分；
圖2是第一實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器的示意性透視圖；圖3是所述浮力致動(dòng)器的側(cè)視圖4是所述浮力致動(dòng)器下部的局部視圖5與圖2相似，其特別示出了浮力致動(dòng)器中的浮力插入物；
圖6是第二實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器的示意性截面圖7是圖6的浮力致動(dòng)器的局部視圖8與圖6相似，區(qū)別僅在于其圖示出了漏氣狀態(tài)下的浮力致動(dòng) 器的腔體；
圖9是第三實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器的截面圖10是圖9的浮力致動(dòng)器的局部視圖11是圖9的浮力致動(dòng)器的另一個(gè)局部視圖12是第四實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器的示意性側(cè)視圖13是圖12的浮力致動(dòng)器的下側(cè)的平面圖14是圖12的浮力致動(dòng)器的剖面透視圖15是圖12所示的浮力致動(dòng)器在漏氣狀態(tài)下的示意性側(cè)視圖16是第五實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器的透視圖17是圖16所示的浮力致動(dòng)器的側(cè)視圖18是圖16所示的浮力致動(dòng)器的平面圖19與圖17相似，其區(qū)別僅在于該浮力致動(dòng)器在漏氣狀態(tài)下；
圖20是圖16所示的浮力致動(dòng)器在膨脹狀態(tài)下的局部側(cè)視圖21與圖20相似，其區(qū)別僅在于該浮力致動(dòng)器在漏氣狀態(tài)下；
圖22是第六實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器的剖面透視圖23是圖22所示浮力致動(dòng)器的側(cè)視圖24是圖22所示浮力致動(dòng)器的平面圖25是圖22所示浮力致動(dòng)器的底面平面視圖26是圖22所示的浮力致動(dòng)器的頂端組件的放大視圖27是圖22所示的浮力致動(dòng)器的底端組件的放大視圖28是圖22所示的浮力致動(dòng)器的底端組件的另一放大視圖；以
及
圖29是所述底端組件的局部視圖，外殼被連接到該底端組件上。
1具體實(shí)施例方式
如圖所示的實(shí)施方式每個(gè)都示出浮力致動(dòng)器10，該浮力致動(dòng)器用
在裝置11中，裝置11利用海洋波能產(chǎn)生動(dòng)力并將所利用的波能轉(zhuǎn)換
成高壓海水，例如通常為100psi以上，優(yōu)選為800psi以上。所述裝置 11產(chǎn)生的高壓海水能夠通過管道被傳送到岸邊以用于任何適當(dāng)?shù)哪?的。在一種應(yīng)用中，所述高壓海水被用來作為電動(dòng)機(jī)流體以驅(qū)動(dòng)渦輪 機(jī)，該渦輪機(jī)中的軸功率被用于產(chǎn)生電力。在另一個(gè)應(yīng)用中，高壓海 水可以被注入反滲透脫鹽裝置(unit)，淡水可以從該裝置中產(chǎn)生。來 自脫鹽裝置的仍在高壓條件下的鹽水濃縮物接著可被注入到渦輪機(jī)中 用于機(jī)械能的提取。如果需要，失去效能的鹽水濃縮物能夠接著返回 到海洋中。
該裝置11被安裝在海水12中，并在海水12中運(yùn)行，該海水12 具有水面13和海床14。泵機(jī)械裝置15相對(duì)于海床14固定。該浮力 致動(dòng)器IO被可操作地連接到泵機(jī)械裝置15上并在所述泵機(jī)械裝置15 上方的海水12中懸浮，但該浮力致動(dòng)器IO在水面13下一定深度處， 從而其上表面通常可以在中性水(neutral water)線下幾米處。此外， 浮力致動(dòng)器IO和與其可操作連接的泵機(jī)械裝置15的結(jié)合優(yōu)選形成一 總長(zhǎng)，該總長(zhǎng)在其最小狀態(tài)下(當(dāng)浮力致動(dòng)器在其行程的最低點(diǎn)處) 適于在一定水深處運(yùn)用，該水深優(yōu)選為不小于十米并不大于一百米。
該浮力機(jī)構(gòu)IO通過包含有系繩17的連接件16可操作地連接到泵 機(jī)械裝置15。
參考圖1-5，第一實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器10包括本體21,該本體 形成了大致球形結(jié)構(gòu)的腔體23。特別地，由大致球形壁結(jié)構(gòu)25形成 腔體23，該球形壁結(jié)構(gòu)25包括由柔韌薄膜構(gòu)成的外殼27。該外殼27 可以由多塊柔韌薄膜材料的板條2 8粘合而成。該柔韌薄膜包括織物加 固的聚合物材料，該材料可以是商業(yè)產(chǎn)品Hypalon ,其廣泛地用于海 洋浮標(biāo)和護(hù)舷的制造。該材料可以被粘到其自身上以形成堅(jiān)韌的防水 連接件，該連接件已被該工藝中有經(jīng)驗(yàn)的人所熟悉。
該壁結(jié)構(gòu)25還包括加固裝置31,該加固裝置31在本體21上的 上下位置間延伸。該加固裝置31包括多個(gè)外部加固帶33,該加固帶33的結(jié)構(gòu)為卡箍35，該卡箍35沿著外殼27的表面圓周延伸并且延伸 通過上下位置。該加固帶33由與外殼25相同的材料構(gòu)成，從而材料 的可混用性和粘合性得到優(yōu)化。
浮力致動(dòng)器10的頂部和底部具有附加的加固物，該加固物為圓環(huán) 37、 39(如圖2所示)形式，仍舊是由同樣的織物加固聚合物構(gòu)成。
定位點(diǎn)41被設(shè)定在本體21的底部上，以用于將浮力致動(dòng)器拴在 適當(dāng)?shù)奈恢锰?。提升點(diǎn)43被設(shè)定在本體21的上端。
該定位點(diǎn)41包括下部孔眼45，加固帶33穿過該孔眼45。另一個(gè) 帶47也可以穿過下部孔眼45并被粘合到球形外殼27的底部上。該加 固帶33以及另一個(gè)帶47承受著正常運(yùn)行條件下的負(fù)載。當(dāng)所述浮力 致動(dòng)器10被波動(dòng)提升時(shí)，帶33、 47被拉緊，并且張力通過孔眼45被 向下傳輸?shù)较道K17以將提升力傳輸?shù)较路降幕钊脵C(jī)械裝置(piston pump mechanism )。在波浪通過后，所述浮力致動(dòng)器IO受到下方的所 述活塞泵機(jī)械裝置15重量的影響而下降，從而促使下部孔眼45上的 負(fù)載減少，并使得帶33、 47緊縮。正常和漏氣的情況如附圖4所示。
由于此布置，致動(dòng)器中帶有一些彈性，從而允許在波浪提升力用 力拉系繩17時(shí)能對(duì)波能負(fù)載進(jìn)行緩沖。
使用孔眼45作為定位點(diǎn)是十分有利的，其允許了致動(dòng)器的 一些旋 轉(zhuǎn)彈性。這是需要的，從而系繩的扭曲在致動(dòng)器的運(yùn)行過程中達(dá)到最 小化。
提升點(diǎn)43通過由織物構(gòu)成的卡箍44來被連接，該卡箍44與圓周 加固帶33中的一個(gè)相接形成。該提升點(diǎn)43被設(shè)計(jì)成能在提升和操作 過程中承受浮力致動(dòng)器IO的干燥靜負(fù)載；其不被設(shè)計(jì)成能承載完整的 動(dòng)力工作負(fù)載，因?yàn)槎ㄎ稽c(diǎn)41被設(shè)計(jì)成具有該作用。
該腔體23包含有物質(zhì)，該物質(zhì)包括被導(dǎo)入的浮力材料，以向浮力 致動(dòng)器IO提供必要的浮力。該物質(zhì)經(jīng)過管接頭51被引入腔體23,該 管接頭51設(shè)置在外殼27上并且能夠被打開和封閉。
在此實(shí)施方式中，所述物質(zhì)包括泡沫浮力材料52，其由多個(gè)泡沫 球體53組成，如圖5所示。該泡沫球體53由防海水的閉孔泡沫聚苯 乙烯構(gòu)成，并且具有一定的直徑范圍。對(duì)于該實(shí)施方式，直徑100毫
16米(4英寸)的球體是合適的。
該腔體23充滿泡沫球體53,從而在內(nèi)部泡沫i求體53的外向壓力 下該浮力致動(dòng)器10的外殼27被拉成緊繃狀態(tài)，由此該致動(dòng)器呈現(xiàn)出
其設(shè)計(jì)形狀。
該泡沫球體53相互接觸，使得它們能夠相互緊靠著滾動(dòng)。這些球 體53可以共同地運(yùn)動(dòng)以保持所述致動(dòng)器10的外部形狀，并且能在保 持所述致動(dòng)器的形狀的同時(shí)響應(yīng)致動(dòng)器上的外力彼此滾動(dòng)。通過此布 置，球體53有效地用作滾動(dòng)軸承，從而在點(diǎn)負(fù)載被施加到致動(dòng)器外殼 上的情況下，任何單個(gè)泡沫球體上都沒有力的集中。
該實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器IO可以被制造并進(jìn)行漏氣和壓力測(cè)試， 之后內(nèi)部不帶有泡沫浮力材料52的致動(dòng)器被運(yùn)送。只要在致動(dòng)器在運(yùn) 行位置上被應(yīng)用之前，該泡沫浮力材料都可以在補(bǔ)給站處(其可能在 所應(yīng)用的船上)被添加。
泡沫球體53占有的總體體積仍舊小于腔體23的總封閉容積，并 且每個(gè)球體53周圍都有間隙區(qū)域55。該間隙區(qū)域55可以充滿流體以 調(diào)節(jié)浮力。
當(dāng)泡沫球體53被放置在腔體23內(nèi)部之后，通過密封浮力管接頭 51,致動(dòng)器是不漏水的。
所述外殼27包含三個(gè)其它的用于與封閉腔體23連通的管接頭。 兩個(gè)這樣的管接頭57、 59被定位為朝向腔體23的頂部。第三個(gè)這樣 的管接頭60被定位為靠近腔體23的底部。
在此方式下，有三種浮力致動(dòng)器的運(yùn)行模式。在第一模式中，浮 力致動(dòng)器IO的腔體23受壓于通過接口 57來自外部的空氣或氣體。接 口 57成為一種單向閥以允許氣體流入腔體23,但不允許泄漏氣體。 接口57是壓力釋放閥，其限制了最大氣體壓力。
所述浮力致動(dòng)器IO可以在特定的氣壓下被固定，此時(shí)與其相連的 氣體補(bǔ)給線被斷開，或氣體補(bǔ)給線可以仍舊被連接著而壓力被有效地 控制。外殼27的輕微體積變化會(huì)導(dǎo)致浮力的變化，而內(nèi)部壓力的變化 會(huì)導(dǎo)致體積的變化。
第二運(yùn)行模式與第 一模式相似，但是其添加物是容置于間隙區(qū)域
1755中固定量的水或液體。這使得凈浮力在氣壓下受到腔體23的膨脹
程度的影響較小，因?yàn)槠潴w積變化較小。
第三運(yùn)行模式與第二模式相似，但是除了水和空氣的混合體之外，
其還增加了第三管接頭60,該管接頭允許流體流進(jìn)或流出腔體23。這 就使得能夠通過改變間隙區(qū)域55中的氣體/流體比率來最大限度的控
制浮力。
該實(shí)施方式的有利特征是浮力能夠被設(shè)定或預(yù)先設(shè)定，并且之后 如果需要，能夠通過控制腔體23中的氣壓或水量，或同時(shí)控制兩者來 對(duì)浮力進(jìn)行有效控制。
參考圖6-8,第二實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器10包括本體71，該本體 形成大致圓環(huán)(toroidal)結(jié)構(gòu)的腔體73。該實(shí)施方式與第一實(shí)施方式 的區(qū)別在于基礎(chǔ)形狀是圓環(huán)形而不是球形。盡管如此，能量轉(zhuǎn)換的效 率仍然是十分好的，因?yàn)樵撔螤钜话闳耘f是短而厚的，并且圓環(huán)形的 外徑僅略大于其垂直高度的兩倍。在此實(shí)施方式中，圓環(huán)形結(jié)構(gòu)的橫 截面大致為圓形。
該本體71包括圓環(huán)形外殼75，該外殼75的材料和制造方法與第 一實(shí)施方式中的球形外殼27相同。
圓環(huán)形外殼75形成了封閉的水密空腔76，該空腔形成了腔體73 并可通過接口 77與周圍的海水連通。
圓環(huán)形外殼75的外表面的一部分被粘接至兩個(gè)剛性浮力元件81、 82,每個(gè)浮力元件包括一片剛性浮力材料，例如泡沫材料。該浮力元 件81、 82的形狀適配于由本體71的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)形成的中心孔， 一個(gè) 浮力元件在頂部，另一個(gè)在底部。包括張緊繩索84的連接器83在兩 個(gè)浮力元件81、 82之間延伸，并且被緊固于這兩個(gè)元件。雖然浮力元 件81、 82可以在它們?cè)谥行南嘟拥奈恢锰幭嗷ソ佑|，優(yōu)選地在它們之 間有小間隙85,以使得張緊繩索84能夠被拉緊。
定位點(diǎn)89在底部浮力元件82下方與所述連接器83結(jié)合。該定位 點(diǎn)89具有孔眼的結(jié)構(gòu)。
所述張緊繩索84穿過所述浮力元件81、 82，并且被現(xiàn)場(chǎng)澆鑄在 所述浮力元件的一個(gè)中而穿過另 一個(gè)浮力元件以利于裝配。張緊繩索
1884使剛性浮力元件81、 82互相連接，并且當(dāng)繩索被調(diào)節(jié)以矯正張力 時(shí)，張緊繩索84允許連接器上的負(fù)載通過分散板91在較寬的區(qū)域上 被分散。在此方式下，整個(gè)組件被剛性制成，負(fù)載施加穿過所述浮力 致動(dòng)器10的質(zhì)量中心，此時(shí)整個(gè)組件穩(wěn)固。
被外殼75封閉的圓環(huán)形空腔76充滿流體形式的物質(zhì)，并且該流 體可以被加壓到一定程度，在該程度下所述外殼被張緊，并且形狀呈 剛性。優(yōu)選地，該流體是水。該流體可以通過接口 77被導(dǎo)入，該接口 可被密封以形成水密密封。
浮力致動(dòng)器70在充滿流體的情況下將接近中性浮力，特別是當(dāng)流 體是水的時(shí)候。通過浮力元件81、 82,正向浮力被提供給所述致動(dòng)器。
在暴風(fēng)雨?duì)顩r下浮力致動(dòng)器70的自動(dòng)關(guān)閉可以通過經(jīng)由所述接 口 77獲取空腔76中的流體以及實(shí)時(shí)控制流體壓力來實(shí)現(xiàn)。該裝置(未 示出)包括柔軟管，該柔軟管通過接口 77在一端與流體空腔76連接， 并且在其另 一 端與控制系統(tǒng)連接，該控制系統(tǒng)可以在所述系統(tǒng)感知3 'J 最大波高被超越時(shí)抽空流體并使空腔76漏氣。漏氣的狀態(tài)如圖8所示。 表面區(qū)域被大量減少的所述浮力致動(dòng)器70較少地受到增強(qiáng)波浪力的 影響，從而其損壞的可能性較少，或?qū)⑦^度的力傳輸給泵的可能性較 少。在暴風(fēng)雨過后，該系統(tǒng)將逐漸使空腔76再次膨脹并充滿流體，直 到該空腔再次被完全受壓并能夠正常工作。
所述浮力致動(dòng)器IO可以在其泄漏狀態(tài)下被壓扁(如圖8所示)以 用于貯存和運(yùn)輸?shù)綉?yīng)用位置。在該位置處，所述空腔76受到流體的壓 力，優(yōu)選是水的壓力，并且接口77封閉，固體形狀再次產(chǎn)生。
參考圖9-11，第三實(shí)施方式的所述浮力致動(dòng)器IO與第二實(shí)施例的 相似，因此相同的標(biāo)記用來指定相對(duì)應(yīng)的部件。在此實(shí)施方式中，形 成大致圓環(huán)形結(jié)構(gòu)腔體73的本體71的橫截面大體上為橢圓形。與第 二實(shí)施方式相比，有利的地方是對(duì)于相同的直徑其能提供更大的深度， 所以其形狀更對(duì)應(yīng)于理想的球形。
參考圖12-15,第四實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器10能夠響應(yīng)暴風(fēng)雨情 況并從該暴風(fēng)雨情況中恢復(fù)，而無需像前述兩個(gè)實(shí)施方式那樣要求助 于外部系統(tǒng)。在此實(shí)施方式中，浮力致動(dòng)器10包括本體101，該本體101具有浮力部件103，在該浮力部件103下方有腔體105。外殼106形成該腔體105,該外殼106包括圓柱形側(cè)壁107和底壁109,側(cè)壁107從浮力部件103上垂下來，而底壁109逐漸向內(nèi)向下變小。側(cè)壁107和底壁109為柔韌材料。特別地，使用與第一實(shí)施方式的外殼27相同的材料和制作方法來構(gòu)成所述側(cè)壁107和底壁109。
所述底壁109包含加固裝置111,該裝置包括帶113,這些帶113連接至圓形加固環(huán)115,并從圓形加固環(huán)115的外部邊界處開始向內(nèi)延伸至中心位置117，在該中心位置117處有一定位點(diǎn)119，所述帶113被連接到該定位點(diǎn)119上。所述定位點(diǎn)119包括孔眼。
腔體105所包含的物質(zhì)包括流體，最好是海水。該腔體105通過閥門裝置120與周圍的海水連通，該閥門裝置120在一定狀態(tài)下允許吸入和放出流體。該閥門裝置120具有兩個(gè)閥，一個(gè)是單向進(jìn)口閥121,其只允許流體進(jìn)入腔體105，另一個(gè)是單向出口閥122，其只允許流體從腔體105中流出并進(jìn)入周圍的海水。
腔體105并不一定要是水密的，相反地其只是在正常運(yùn)行期間保持和隔離其內(nèi)的海水體積并使泄漏最小，從而其如同系留塊(captivemass)般逆著浮力致動(dòng)器IO的外部水力而起作用。這樣的結(jié)構(gòu)會(huì)特別有用，因?yàn)楦×χ聞?dòng)器的制造要求被允許放寬，其不強(qiáng)求100%的水密密封，因此可以有利地節(jié)約成本。
所述浮力致動(dòng)器IO的浮力由腔體105上的浮力部件103提供。該浮力部件103包括較短的圓柱形浮力容積123,該容積123被裝在由織物材料構(gòu)成的外殼125中，該織物材料通?？梢允桥c側(cè)壁107和底壁109相同的材料。所述浮力容積123可以包括泡沫材料，該泡沫材料與用于第一實(shí)施方式的泡沫浮力球體53的材料相似，并且其具有閉孔結(jié)構(gòu)，不可滲透海水?？紤]到所述泡沫材料在海水中能長(zhǎng)時(shí)間保持浮力，織物外殼125的完全水密密封并不是必要的。所述圓柱形側(cè)壁107被連接到織物外殼125的外邊界上，并從該外邊界上垂下。
在常規(guī)運(yùn)行模式下，所述浮力致動(dòng)器10的腔體105被完全充滿海水，兩個(gè)單向閥121， 122都被封閉。波浪擾動(dòng)的升降運(yùn)動(dòng)作用在所述浮力致動(dòng)器10上，由此浮力致動(dòng)器能夠向上移動(dòng)并將張力施加在連接
到下方泵機(jī)械裝置的系繩上。正如在第一實(shí)施方式中的情形，所述浮
力致動(dòng)器10的材料設(shè)有一定程度的彈性，從而在提升的最高點(diǎn)處致動(dòng)
器會(huì)出現(xiàn) 一 些彈性伸長(zhǎng)。因?yàn)樵搹椥宰冃蔚某潭认拗屏顺惺茇?fù)載時(shí)的 系繩以及泵機(jī)械裝置的振動(dòng)效應(yīng)，致動(dòng)器的該彈性變形程度是十分重 要的。其通過限制關(guān)鍵元件上的最高點(diǎn)負(fù)載來協(xié)助提高波能聚集裝置 中組件的壽命。
除了由于材料彈性而在伸長(zhǎng)上產(chǎn)生的小變化，浮力致動(dòng)器10的形 狀在常規(guī)運(yùn)行期間基本保持不變，并且沒有流體通過各個(gè)閥121、 122。 因此，包含在腔體105中的流體體積也基本保持不變。
當(dāng)海洋的狀態(tài)將浮力增加超過一個(gè)預(yù)定的等級(jí)時(shí)，浮力致動(dòng)器10 上的動(dòng)壓負(fù)載也增加，迫使單向出口閥122打開并使少量的流體從出 口中流出。同時(shí)，單向進(jìn)口閥121仍舊關(guān)閉，因此實(shí)際的效果是腔體 105中流體的體積被減少并且腔體容積被壓縮。如圖15所示，不再處 于內(nèi)部壓力下的外殼106的材料會(huì)松弛下來并自身折疊起來。
施加在致動(dòng)器IO上的波浪力與該致動(dòng)器的容積成比例，所以腔體 105中減少了的容積狀態(tài)對(duì)應(yīng)于減少了的精確的波能攝取率，該波能 攝取率用于在暴風(fēng)雨期間限制能量吸收。
在暴風(fēng)雨通過之后，波浪的高度逐漸轉(zhuǎn)變成常規(guī)等級(jí)并且腔體105 外海水的動(dòng)壓會(huì)變得大于腔體105內(nèi)的壓力。因此，單向進(jìn)口閥121 會(huì)打開以允許流體流回到腔體105中。這個(gè)過程會(huì)逐步出現(xiàn)直到腔體 105再次膨脹，并且橫穿進(jìn)口閥121不再有任何壓力差，此時(shí)該進(jìn)口 閥121將關(guān)閉。當(dāng)致動(dòng)器的腔體105處于全容積時(shí)，該致動(dòng)器以其最 大效率響應(yīng)波浪4尤動(dòng)。
單向出口閥122的功能可以通過允許織物外殼106的重疊部分作 為多個(gè)單向閥起作用而被加強(qiáng)，甚至可以被全部替換。這可以通過使
接縫泄漏來實(shí)現(xiàn)，即不沿著它們的整個(gè)長(zhǎng)度密封，而只需板條部件間 的足夠連接，以保證腔體105能在正常運(yùn)行狀態(tài)下基本防止?jié)B漏。當(dāng) 致動(dòng)器100受到過度的波浪負(fù)載時(shí)，織物外殼106的上下擺動(dòng)會(huì)產(chǎn)生 出口以使得從致動(dòng)器中流出的水可以通過。
21200780049172.6 在類似的方式中，通過恰當(dāng)選擇外殼材料厚度、柔韌性、重疊度 和定位點(diǎn)，也可以去除用于流入的單向閥121,并且可以由織物外殼
106中的泄漏部件來執(zhí)行該功能。在外加動(dòng)壓已經(jīng)下降從而水能緩慢 流回致動(dòng)器容積后，必須要確?？椢锝涌p打開足夠長(zhǎng)。
參考圖16-21,第五實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器10與前述實(shí)施方式相 似，因此相同的標(biāo)記用來指定相對(duì)應(yīng)的部件。在此實(shí)施方式中，浮力 部件103下的腔體105由一向下漸尖的大致圓錐形的壁結(jié)構(gòu)131所形 成，該結(jié)構(gòu)在底部加固部件處終止，定位點(diǎn)119 ^:固定在該底部加固 部件上。
為了維持所需的浮力程度，補(bǔ)充浮力被提供給本體。補(bǔ)充浮力可 以由多個(gè)較小的球形漂浮物133來提供，該漂浮物被連接到浮力部件 103的上表面。
該實(shí)施方式的才乘作方式與前述實(shí)施方式相同，也利用閥121， 122。
在該實(shí)施方式中可能無法將泄漏接縫用作單向閥，因?yàn)閳A錐形狀 對(duì)外殼的彎曲度的影響使得難以實(shí)施該技術(shù)。因此使用了常規(guī)單向閥。
在波能裝置運(yùn)行范圍內(nèi)的海洋中，浮力致動(dòng)器130在正常運(yùn)行時(shí) 完全膨脹，如圖16、 17和20所示。流體4皮允許通過單向進(jìn)口閥121 進(jìn)入，而出口閥122保持封閉，因?yàn)闆]有足夠的壓力差可以打開它。
在暴風(fēng)雨條件下，情況正好是相反的，這就如圖19和21所描繪 的那樣。由于內(nèi)部壓力，所述進(jìn)口閥121是封閉的，而所述出口閥122 是打開的以允許流體泄漏出來，從而使所述浮力致動(dòng)器稍微癟下去。 在此實(shí)施方式中，單向進(jìn)口閥121和單向出口閥122被仔細(xì)地設(shè)定有 足夠的滯后量，從而所述致動(dòng)器IO會(huì)保持膨脹用于正常運(yùn)行而不會(huì)過 早地泄漏。典型地，單向閥的調(diào)整可以涉及閥中彈簧張力的設(shè)定。
參考圖22-29,第六實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器10包括形成腔體23 的本體21。特別地，該腔體23由大致球形的壁結(jié)構(gòu)25所形成，該壁 結(jié)構(gòu)25包括柔韌的外殼27,該外殼在剛性的上下部131、 132間延伸。 在所示出的布置中，腔體23具有大致球形的結(jié)構(gòu)，但是顯然也可以是 其它結(jié)構(gòu)，例如圓柱形和截頭圓錐形結(jié)構(gòu)。
剛性上部131和剛性下部132的使用避免了對(duì)于如第一實(shí)施方式
22中所使用的在本體21上下位置間延伸的加固裝置的需求。
外殼27的材料和制作方法與第一實(shí)施方式所述外殼相似。 所述上部131包括頂部組件133，該組件具有外法蘭部件135和 中心蓋板部件137,該中心蓋板部件137適于通過例如螺栓這樣的緊 固件139來被可釋放地緊固在一起。該外法蘭部件135結(jié)合有外圍法 蘭141,外殼27的上邊界被密封地連接到該外圍法蘭141上。提升凸 耳142被結(jié)合到上部131中。
所述下部132包括底部組件143,該組件具有外法蘭部件145和 中心蓋板部件147,該中心蓋板部件147適于通過例如螺栓這樣的緊 固件149來被可釋放地緊固在一起。該外法蘭部件145結(jié)合有外圍法 蘭151，外殼27的下邊界被密封地連接到該外圍法蘭151上。所述中 心蓋板部件147包含有用于連接系繩的定位點(diǎn)153,就如同前述實(shí)施 方式那樣。在所示的布置中，定位點(diǎn)153被結(jié)合在位于中心板部件147 下方的角板155中。另一角板157被設(shè)置在中心板部件147下方并與 角板155交叉。這兩個(gè)角板155、 157包含多個(gè)用于緊急系繩的定位點(diǎn) 161。
外圍法蘭151有邊緣163,外殼27的下邊界165被連接到該邊緣 163上。所述外殼27的下邊界165通過與邊緣163粘合在一起來實(shí)現(xiàn) 與該邊緣163的連接，如圖29所示。所述下邊界165被粘到所述邊緣 163,并且夾在粘附至內(nèi)外表面的兩個(gè)薄膜材料的帶167中間。
外殼27的上邊界以相似的方式被連接到頂部組件133的外圍法蘭 141上。
包括單向進(jìn)口閥121和單向出口閥122的閥門裝置120被結(jié)合在
所述中心蓋板部件147中，如圖25所示。
該實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器以與前述實(shí)施方式相似的方式運(yùn)行。 由前述的內(nèi)容可知，各個(gè)實(shí)施方式顯然提供了簡(jiǎn)單但高效的用于
實(shí)現(xiàn)改變浮力致動(dòng)器的流體動(dòng)力性能的布置，例如浮力的改變(增加
或者減少)或響應(yīng)區(qū)域的改變(例如體積或形狀)，也可用于這些改
變的組合。
應(yīng)該意識(shí)到，本發(fā)明的范圍并不僅限于上述這些實(shí)施方式的范圍。
23另外，需要理解的是，雖然在此揭示的實(shí)施方式的主要目的在于
滿足前述PCT/AU2006/001187中所述波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的性能和可靠性， 本發(fā)明并不受限于這種特別的波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的范圍，也不受限于波能 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的范圍。例如，本發(fā)明可以被用于提供較強(qiáng)的水下浮力以支 撐海面下的結(jié)構(gòu)，例如電纜、管道等，也可以適用于在可變條件下通 過浮力的動(dòng)力補(bǔ)償來保持預(yù)定負(fù)載。
在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以作出任何變化和改進(jìn)。 在說明書中，除非有特別要求，否則，詞語(yǔ)"包括"或者類似意 思的詞語(yǔ)都應(yīng)理解成是暗示包含了所聲明的物體或物體組合，且不將 其它物體或其它物體組合排除在外。
權(quán)利要求
1、一種響應(yīng)波動(dòng)的浮力致動(dòng)器，該浮力致動(dòng)器包括本體，該本體形成容納物質(zhì)的腔體，通過改變腔體中的物質(zhì)，可有選擇地改變所述本體的流體動(dòng)力性能。
2、 如權(quán)利要求1所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述對(duì)流體動(dòng)力性能的所述改變包括對(duì)浮力的改變(增加或者減少)。
3、 如權(quán)利要求1所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述對(duì)流體動(dòng)力性能的所述改變包括對(duì)所述本體的響應(yīng)區(qū)域的改變(例如體積或形狀)。
4、 如權(quán)利要求1所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述對(duì)流體動(dòng)力性能的改變包括對(duì)浮力的改變(增加或者減少)和對(duì)所述本體的響應(yīng)區(qū)域的改變(例如體積或形狀)。
5、 如前述任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述對(duì)物質(zhì)的改變包括將物質(zhì)添加到腔體中，或?qū)⑽镔|(zhì)從腔體中取出。
6、 如前述任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述物質(zhì)包括固體、液體或氣體，或它們之間的任意組合。
7、 如權(quán)利要求6所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述物質(zhì)包括來自所述致動(dòng)器的運(yùn)行環(huán)境中的水。
8、 如權(quán)利要求6或7所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述物質(zhì)包括固體物質(zhì)，并且所述固體物質(zhì)包括一個(gè)或多個(gè)固體插入物。
9、 如權(quán)利要求8所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述固體插入物包括多個(gè)浮力球體。
10、 如權(quán)利要求9所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，被所述球體占有的體積總量小于所述腔體的封閉容積總量，其中所述球體周圍有間隙區(qū)域，該間隙區(qū)域用于容納流體以改變浮力。
11、 如權(quán)利要求9或IO所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述球體被布置成一個(gè)緊靠著另一個(gè)滾動(dòng)。
12、 如前述任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述本體在其底端處設(shè)有定位點(diǎn)，以用于將浮力致動(dòng)器拴在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 13、 如前述任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述本體在其頂端處設(shè)有提升點(diǎn)。
14、 如前述任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述本體包括壁結(jié)構(gòu)，該壁結(jié)構(gòu)在腔體邊界處具有柔韌的外殼，該外殼適于在響應(yīng)所述本體中物質(zhì)的改變時(shí)偏斜。
15、 如權(quán)利要求13所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述腔體由壁結(jié)構(gòu)來形成，該壁結(jié)構(gòu)具有加固裝置，該加固裝置在所述本體上的上下位置間延伸，所述加固裝置包括多個(gè)設(shè)置為卡箍的加固帶，該加固帶沿著表面圓周延伸并穿過所述上下位置。
16、 如權(quán)利要求14所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述壁結(jié)構(gòu)包括在剛性上下部分之間延伸的所述柔韌外殼。
17、 如前述任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述壁結(jié)構(gòu)由大致球形的結(jié)構(gòu)形成。
18、 如權(quán)利要求1到14中任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述腔體大致為圓環(huán)形(toroidal)。
19、 如權(quán)利要求18所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，內(nèi)部浮力結(jié)構(gòu)被容納在由圓環(huán)(torus)的內(nèi)邊界所形成的空間中，所述圓環(huán)的外殼的外表面的 一部分與該內(nèi)部浮力結(jié)構(gòu)粘合。
20、 如權(quán)利要求19所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述內(nèi)部浮力結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)浮力元件，每個(gè)浮力元件的形狀都適配于所述圓環(huán)從頂部到底部形成的中心孔。
21、 如權(quán)利要求20所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于， 一連接器在兩個(gè)浮力元件之間延伸并固定于兩個(gè)浮力元件，其中設(shè)有定位點(diǎn)的裝置與所述連接器結(jié)合或被連接到所述連接器。
22、 如權(quán)利要求1到14中任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述本體包括浮力部件，所述腔體設(shè)置在該浮力部件下方。
23、 如權(quán)利要求22所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述腔體由從浮力部件上垂下的圓柱形側(cè)壁和一底壁形成，所述側(cè)壁是柔韌的。
24、 如權(quán)利要求22所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述腔體由大致圓錐形的側(cè)壁形成，該側(cè)壁是柔韌的。
25、 如前述任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述腔體適于與所述浮力致動(dòng)器運(yùn)行地點(diǎn)周圍的水連通。
26、 如權(quán)利要求25所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，通過允許在一定條件下吸入和釋放水的裝置來與周圍的水連通。
27、 如權(quán)利要求26所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述裝置包括閥門裝置。
28、 如權(quán)利要求27所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述閥門裝置包括兩個(gè)閥， 一個(gè)是單向進(jìn)口閥，該閥只允許周圍的水流入腔體，另 一 個(gè)是單向出口閥，該閥只允許腔體中的水流出到周圍的海水中。
29、 如權(quán)利要求27或28所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述閥門裝置包括形成所述腔體外殼的材料的重疊部分。
30、 一種波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括波能轉(zhuǎn)換裝置和如前述任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，所述浮力致動(dòng)器懸浮在所述波能轉(zhuǎn)換裝置上方的水體中，以此響應(yīng)水體中波動(dòng)的浮力致動(dòng)器的動(dòng)力提升通過浮力致動(dòng)器被傳輸?shù)讲苻D(zhuǎn)換裝置中。
31、 如權(quán)利要求30所述的波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述波能轉(zhuǎn)換裝置包括流體泵。
32、 如權(quán)利要求30所述的波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述波能轉(zhuǎn)換裝置包括線性發(fā)電機(jī)。
33、 一種從波動(dòng)中提取能量的方法，該方法包括運(yùn)行如權(quán)利要求30-32中任一項(xiàng)所述的波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
34、 一種用于響應(yīng)波動(dòng)來改變浮力致動(dòng)器的流體動(dòng)力性能的方法，該方法包括可選地改變被容納在所述浮力致動(dòng)器內(nèi)腔體中的物質(zhì)。
35、 一種運(yùn)行浮力致動(dòng)器的方法，該方法包括可有選擇地改變被容納在所述浮力致動(dòng)器內(nèi)腔體中的物質(zhì)，以此改變?cè)摳×χ聞?dòng)器的流體動(dòng)力性能。
36、 一種運(yùn)行波能轉(zhuǎn)換裝置的方法，該波能轉(zhuǎn)換裝置具有浮力致動(dòng)器，該方法包括可有選擇地改變被容納在所述浮力致動(dòng)器內(nèi)腔體中的物質(zhì)，以此改變?cè)摳×χ聞?dòng)器的流體動(dòng)力性能。
37、 一種大致結(jié)合附圖所描述的浮力致動(dòng)器。
38、 一種大致結(jié)合附圖所描述的波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
39、 一種大致在此描述的從波動(dòng)中提取能量的方法。
40、 一種大致在此描述的改變浮力致動(dòng)器的流體動(dòng)力性能的方法。
41、 一種大致在此描述的運(yùn)行浮力致動(dòng)器的方法。
全文摘要
一種浮力致動(dòng)器(10)，其用在利用海洋波能產(chǎn)生動(dòng)力并將所利用的波能轉(zhuǎn)換成高壓海水的裝置(11)中。該浮力致動(dòng)器(10)包括主體(21)，該主體(21)形成具有柔韌外殼(27)的腔體(23)。所述腔體(23)適于容納物質(zhì)，而所述本體(21)的流體動(dòng)力性能通過改變腔體(23)內(nèi)的物質(zhì)而被可選擇地改變。流體動(dòng)力性能的改變可以包括浮力的改變(增加或者減少)，或本體(21)的響應(yīng)區(qū)域的改變(例如體積或形狀)，也可以是這些改變的組合。所述物質(zhì)的改變可以包括將物質(zhì)添加到所述腔體(23)中，或?qū)⑺銮惑w(23)中的物質(zhì)提取出來。該物質(zhì)可以包括固體、液體或氣體，也可以是它們的任意組合。在所示出的布置方式中，所述物質(zhì)包括泡沫球體(53)。所述外殼(27)通過內(nèi)部泡沫球體(53)的向外壓力被拉到繃緊狀態(tài)，致使所述致動(dòng)器呈現(xiàn)其設(shè)計(jì)的形狀。被所述泡沫球體(53)所占據(jù)的體積總量仍舊小于腔體(23)的封閉容積總量，并且在每個(gè)球體(53)周圍有間隙區(qū)域(55)。該間隙區(qū)域(55)可以充滿流體以調(diào)整浮力。
文檔編號(hào)E02B9/08GK101688512SQ200780049172
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2007年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月3日
發(fā)明者艾倫·羅伯特·伯恩斯 申請(qǐng)人:Reh知識(shí)產(chǎn)權(quán)公司