專利名稱：波能原動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適于主要由海洋的潮汐涌浪來獲取能量的波能原動機。
歐洲專利說明書0365325號公開了一種主要是用于利用海洋浪潮能量的波能原動機。該原動機包括兩個活動浮筒，這兩個浮筒由一個漂浮的慣性體分隔開。每個浮筒都可相對于慣性體獨立地運動并帶動一個泵進行工作。在慣性體上設(shè)置了一個慣性板，使慣性體能不受所處海域盛行的浪頻和/或浪高的影響而在海水中基本保持不動。慣性板通過至少一個桿軸連接到慣性體上，并可相對于慣性體活動。當原動機在水中被拖行時，慣性板升出水面以減少航行阻力。而當原動機處于工作位置時，慣性板降入水中來保持慣性體基本不動。
通常，由這樣的波能原動機所獲得的能量是一種低頻振蕩波。該能量在使用之前，必須先被轉(zhuǎn)化到適用的振蕩頻率和/或能量形式。然而，用于將低頻能量波轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l波的現(xiàn)有技術(shù)都存在固有的低效問題。
本發(fā)明的目的是力求解決上述現(xiàn)有波能原動機所存在的缺陷，并為這樣的原動機提供一種改進的能量吸收及阻尼機構(gòu)。
相應(yīng)地，本發(fā)明提供了一種具有至少兩個浮筒的波能原動機，這些浮筒可彼此相對運動從而致動一個泵，該原動機包括一個能量提取及阻尼結(jié)構(gòu)，該機構(gòu)包括用于將浮筒的運動能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗艿难b置；用于將液壓能調(diào)制成單向直流形式的裝置；用于對液壓能進行調(diào)控的控制裝置；以及一個阻尼裝置，其包括用于改變浮筒阻尼系數(shù)的反饋裝置。
該原動機的最佳實施方式具有兩個活動的浮筒，它們由一個漂浮的慣性體分隔開。
原動機可以錨定在下方的海床上，或用其它的固定方式將其系泊在海水中。為了能產(chǎn)生能量，整個原動機都需要進行系泊，但是系泊必須以這樣的方式進行使得慣性體具有一定的自由度，可在慣性阻尼板的設(shè)定限制范圍內(nèi)上浮和/或搖晃。
在推薦的設(shè)計中，本發(fā)明提供了一種波能原動機，該種原動機包括兩個活動的浮筒，它們由一個漂浮的慣性體分隔開，每個浮筒都可以相對于慣性體自由地活動，從而致動一個液壓泵，慣性體具有一個用來保持其在水中基本不動的慣性板，以及一個能量吸收及阻尼機構(gòu)，該機構(gòu)包括用于將浮筒的運動能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗艿难b置；用于將液壓能調(diào)制成單向形式的裝置；用于對液壓能進行調(diào)控的控制裝置；以及一個用于改變阻尼裝置阻尼系數(shù)的反饋裝置。
用于將浮筒的運動能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗艿难b置包括至少一個線性液壓泵，該液壓泵安裝在活動的浮筒和慣性體之間。
用于對液壓能進行調(diào)制的裝置包括多個至少和一個蓄壓器相連的單向閥。
慣性板最好安裝在一個桿軸的一端，軸銷的另一端連接到慣性體上。最好是該桿軸是可動的，以調(diào)節(jié)慣性板和慣性體之間的距離。
原動機的阻尼系數(shù)受慣性板在水中的深度、及浮筒相對于慣性體的運動自由度兩方面因素的影響。其中線性液壓泵直接影響浮筒振蕩運動的自由度。
反饋裝置包括多個閥，這些閥可進行調(diào)整來對某一個或所有液壓泵的背壓進行調(diào)節(jié)，從而改變慣性體和各個獨立運動浮筒間的相對運動阻尼系數(shù)。
最好是，通過改變一個或所有線性液壓泵的背壓可調(diào)整阻尼系數(shù)。
設(shè)置了一個液壓回路來由各個振蕩浮筒間的相對運動來獲取能量。該回路具有至少一個安裝在慣性體和浮筒之間的線性液壓泵，以及一個壓力總管，當液壓泵在伸長位置和回縮位置之間往復(fù)運動時，液壓能由液壓泵發(fā)出，并沿液壓管路傳輸?shù)皆摽偣苤羞M行存儲。
液壓回路最好為每個液壓泵都設(shè)置一個用于在液壓泵從伸長位置壓回到回縮位置時接收液壓能的第一蓄壓器，一個用于在液壓泵被從回縮位置拉長到伸長位置時接收液壓能的第二蓄壓器；以及多個單向閥，以保證從液壓泵傳出的能量被導(dǎo)向液力總管。
液壓回路最好能被分成兩部分，一部分的工作介質(zhì)采用所儲存的液壓流體，例如液壓油，而另一部分采用原動機所漂浮海域的海水，這兩部分回路由設(shè)置在每個蓄壓器中的阻隔屏障隔開。
多個液壓泵和壓力總管相連。
設(shè)置另一個同樣的液壓回路來獲取由慣性體和另一個浮筒的相對運動而產(chǎn)生的能量。
某一個或所有的壓力總管將壓力流體(最好是水)輸送到一個透平渦輪機來發(fā)出電能，或向一個反滲透裝置輸送高壓水來從海水中提取飲用水。
下文將參照附圖對本發(fā)明作具體的描述，附圖表示了本發(fā)明的能量吸收及阻尼機構(gòu)一種只有示例作用的實施方式。在附圖中

圖1是一個波能原動機的正視圖；圖2是該原動機的俯視圖；圖3a至圖3c分別是該原動機的慣性體的正視圖、后視圖和俯視圖，詳細地表示了包括能量吸收及阻尼機構(gòu)在內(nèi)的液壓回路；圖4是一個線性液壓泵的液壓回路的示意圖；以及圖5是能量傳輸機構(gòu)的立體圖。
下文首先參照圖1和圖2，原動機包括一個漂浮的慣性體或駁倉1，在該慣性體上樞軸連接了兩個獨立漂浮的浮筒2、3。每個浮筒2、3都具有一個鉸鏈5，用于連接到慣性體上的對應(yīng)鉸鏈7。在海洋浪潮的涌動下，浮筒2、3相對于慣性體1發(fā)生運動，從而帶動設(shè)置在慣性體1和浮筒2、3之間的液壓泵。
浮筒2、3的寬度選擇最好要服從于對能量輸出的具體要求，并和選定海域的典型浪頻和/或浪高相適應(yīng)，從而盡可能大地輸出能量。浮筒2、3設(shè)置在慣性體1相對的兩側(cè)。在工作時，原動機被錨拴或系留住，以避免發(fā)生漂流，并由于浮筒相對于慣性體進行了一定的取向，也就是說，他們的縱向軸線相互保持平行，使原動機能自動定位在與浪潮方向成90度角的姿態(tài)，使相對于慣性體獨立工作的浮筒2、3可輸出最大的能量。慣性體的系留不會干擾慣性體在水中的相對位置和阻尼組件(在下文進行描述)的工作，并使慣性體在水中保持垂直方向上的基本不動。
在慣性體1上設(shè)置了一個用于在工作中保持慣性體1在水中基本靜止的組件。該組件包括兩對分開設(shè)置的支腿15a、15b、16a、16b，這些支腿是相互平行的。各個支腿的上端連接到慣性體上，而下端則連接到一個慣性板20上，該組件可借助于絞盤和/或液壓操作裝置(圖中未示出)相對于慣性體上升或下降。慣性板在水中的最佳深度大約為9米。
圖3a到圖3c是慣性體1的詳細視圖。慣性體1是一個基本中空的倉罐，其在兩側(cè)上具有至少兩個鉸鏈連接件24，用于和浮筒2、3相連。在直線式液壓泵10上設(shè)置了連接件26，該液壓泵固定在連接件26和浮筒2、3上的對應(yīng)連接件26a之間。液壓泵10可隨著慣性體1和各個浮筒2、3之間的相對運動而伸長或壓縮，從而在液壓回路中產(chǎn)生液壓能，關(guān)于液壓回路，在附圖4、5中有詳細的表示。
液壓回路通過對活動浮筒2、3的相對運動產(chǎn)生的液壓能進行處理，而從海洋浪潮中獲得能量。每個浮筒都有一套液壓回路。每個液壓回路包括至少兩個液壓泵10；第一蓄壓器32，用于在液壓泵10從伸長位置(圖4中的位置A)壓縮到回縮位置(圖4中的位置B)的過程中接收液壓能量；第二蓄壓器34，用于在液壓泵10從回縮位置拉長到伸長位置過程中接收液壓能量；一個壓力總管35和一系列底閥和單向閥39，使得能量可被儲存在總管35中。在回路的一部分中，某種儲存的液壓流體、例如液壓油被用來傳輸能量，而在回路的另一部分，海水被用作液壓介質(zhì)。兩種流體被布置在蓄壓器32、34中的一個阻隔屏障40隔開。每個蓄壓器包括一個28升容量、345巴壓力的容器。在一種非常有利的結(jié)構(gòu)布置中，每個原動機包括三個朝前的液壓泵和兩個朝后的液壓泵，它們分屬于兩個液壓回路。
如圖4、5所具體表示的那樣，當線性液壓泵10由浮筒的運動所驅(qū)動時，動作排量高達5加侖(22.74升)。在液壓泵從A位置運動到B位置所產(chǎn)生的負壓(真空)作用下，海水通過一個單向底閥37被吸入到第一蓄壓器32中。液壓油被擠出液壓泵而流入到第二蓄壓器34中，迫使在阻隔屏障40另一側(cè)的海水以300巴的壓力通過一個逆止閥壓入到總管35中。相反，當液壓泵10從B位置運動到A位置時，海水從相對側(cè)的底閥37流入到第二蓄壓器34中，且液壓能迫使第一蓄壓器32中的海水通過對應(yīng)的逆止閥39流入到總管35中。由于液壓泵10的往復(fù)運動，液壓能就以可進行調(diào)控的能量形式儲存在總管35中?？蓪⒏邏汉Ｋ煽氐蒯尫懦鰜恚瑏眚?qū)動渦輪機而將機械能轉(zhuǎn)化成電能，或直接被輸送到反滲透裝置中來淡化海水。
通過改變浮筒2、3相對于慣性體1的運動自由度，輸出的液壓能還可用于改變原動機的阻尼特性。通過在液壓泵10上施加一個背壓，原動機的整體剛性就被增加了。該剛性反過來又改變了結(jié)構(gòu)的阻尼系數(shù)，從而改變了原動機的整體吸能效率。通過采用現(xiàn)有的控制技術(shù)對液壓泵10的背壓進行主動調(diào)控，原動機的吸能效率和阻尼系數(shù)可根據(jù)該海域盛行的氣候、浪高、浪頻來進行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明特別適用于飲用水短缺的海島居民區(qū)或海岸居民區(qū)。本發(fā)明很容易地適用于進行發(fā)電或直接制造淡水。本發(fā)明使用了很少數(shù)目的運動件，結(jié)構(gòu)堅固，從而減小了總的成本和波能原動機的維護成本。改變液壓系統(tǒng)背壓的便利性使得阻尼可調(diào)。背壓控制可通過一種閥控反饋回路進行，該回路可采用遠程控制裝置。該原動機可單獨進行使用，也可和其它通過現(xiàn)有的控制技術(shù)和遙感技術(shù)進行遠程控制的多個原動機聯(lián)合起來使用。
當然，可以理解的是本發(fā)明并不僅限定于本文所描述的具體細節(jié)，本文的描述只在于給出一些示例，在所附的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明范圍內(nèi)，可以有多種形式的改動或變型。
權(quán)利要求
1．一種波能原動機，該種原動機具有至少兩個浮筒(2、3)，它們可彼此相對運動從而致動一個液壓泵(10)，該原動機包括一個能量吸收及阻尼機構(gòu)，該機構(gòu)包括用于將浮筒的運動能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗艿难b置(10)；用于將液壓能調(diào)制成單向形式的裝置(32、34、37、39)；用于對液壓能進行調(diào)控的控制裝置；以及一個具有用于改變浮筒阻尼系數(shù)的反饋裝置的阻尼裝置。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的原動機，其特征在于該原動機具有兩個由一個漂浮的慣性體(1)分隔開的活動浮筒，每個浮筒都可以相對于慣性體獨立地運動以致動一個液壓泵，慣性體具有一個慣性板(20)，其作為進一步的阻尼裝置用來限制慣性體在水中的垂直運動。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的原動機，其特征在于所述的轉(zhuǎn)變裝置包括至少一個連接在每個活動浮筒和慣性體之間的線性液壓泵(10)。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的原動機，其特征在于能量吸收及阻尼機構(gòu)中的阻尼裝置包括用于改變每個浮筒相對于慣性體運動自由度的裝置。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的原動機，其特征在于通過改變每個線性液壓泵的背壓來改變阻尼系數(shù)。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的原動機，其特征在于所述的反饋裝置包括多個閥，這些閥可進行調(diào)節(jié)來對某個或所有液壓泵的背壓進行控制，從而通過改變慣性體和各個獨立運動的浮筒間的相對運動來調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)。
7．根據(jù)權(quán)利要求2至6任一項所述的原動機，其特征在于液壓能調(diào)制裝置包括多個與至少一個蓄壓器(32、34)相連的單向閥(37、39)。
8．根據(jù)權(quán)利要求2至7任一項所述的原動機，其特征在于該原動機設(shè)置了至少一個用于從浮筒的相對運動中獲取能量的液壓回路，該回路具有至少一個安裝在慣性體和浮筒之間的線性液壓泵(10)，以及一個壓力總管(35)，當液壓泵在伸長位置和回縮位置之間往復(fù)運動時，液壓能由液壓泵發(fā)出，并沿液壓管路傳輸?shù)皆摽偣苤羞M行存儲。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的原動機，其特征在于液壓回路為每個液壓泵都設(shè)置一個用于在液壓泵從伸長位置壓回到回縮位置時接收液壓能的第一蓄壓器，一個用于在液壓泵被從回縮位置拉長到伸長位置時接收液壓能的第二蓄壓器；以及多個單向閥，以保證從液壓泵傳出的能量被導(dǎo)向液力總管。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的原動機，其特征在于液壓回路被分成兩部分，一部分的工作介質(zhì)采用所儲存的液壓流體，例如液壓油，而另一部分采用原動機所漂浮海域的海水，這兩部分回路由設(shè)置在每個蓄壓器中的阻隔屏障(40)隔開。
11．根據(jù)權(quán)利要求8至10任一項所述的原動機，其特征在于多個液壓泵和壓力總管相連。
12．根據(jù)權(quán)利要求8至11任一項所述的原動機，其特征在于壓力總管將壓力流體(最好是水)輸送到一個透平渦輪機來發(fā)出電能，或向一個反滲透裝置輸送高壓水來從海水中獲得飲用水。
全文摘要
一種波能原動機,包括連接到一個中央慣性駁倉(1)上的一對浮筒(2、3),每個浮筒(2、3)在海浪的涌動下可相對于駁倉(1)轉(zhuǎn)動。一個液壓泵(10)連接在每個浮筒(2、3)和駁倉(1)之間,用于將浮筒(2、3)的動能轉(zhuǎn)化為水壓能。本發(fā)明提供了一種改進的能量吸收及阻尼機構(gòu),用于將以低頻振蕩波形式輸入的能量轉(zhuǎn)化為高頻振蕩波形式,以便于應(yīng)用在發(fā)電機、渦輪、反滲透裝置或類似的裝置中。一個液壓回路(10、32、34、35、37、39)被用來將輸入的能量轉(zhuǎn)化為可進行連續(xù)輸送的單向壓力水形式,從而用來執(zhí)行上述的工作。
文檔編號B01D61/10GK1285896SQ98813056
公開日2001年2月28日 申請日期1998年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月1日
發(fā)明者約瑟夫·穆爾塔 申請人:海德姆技術(shù)有限公司