專利名稱：水母式波浪能利用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離岸漂浮式波浪能利用裝置。
背景技術(shù)：
目前有各種各樣的波浪能發(fā)電裝置，其原因均是依靠波浪運(yùn)動過程中產(chǎn)生的壓差 做功，通過能量轉(zhuǎn)換裝置將波浪能轉(zhuǎn)換成電能。但是，目前的波浪能發(fā)電裝置均存在結(jié)構(gòu)復(fù) 雜、能量轉(zhuǎn)換效率低、不易于維護(hù)、成本高等缺點，不適應(yīng)大規(guī)模推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種便于推廣應(yīng)用的離岸漂浮式波浪能利用裝置。 本發(fā)明能量轉(zhuǎn)換裝置的主體為囊狀泵，裝置的外形類似海洋中的水母，所以取名
為水母式波浪能利用裝置。 本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，裝置上端為體積較大的軟囊l，軟囊1部分露出水 面或全部淹沒于水下，但不宜淹沒過深，軟囊1迎波寬度越大，裝置吸收波浪的能量越多； 軟囊1下部開孔連接管路2 ;管路2末端連接活塞式囊3，活塞式囊3的作用類似于液壓缸 活塞；活塞式囊3的底部作用在塊狀浮體結(jié)構(gòu)4的上端面，塊狀浮體結(jié)構(gòu)4下端面連接裝置 的二級能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5，該機(jī)構(gòu)可以是直線電機(jī)或液壓缸等；活塞式囊3、塊狀浮體結(jié)構(gòu)4、 二級能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5都安裝在桶狀結(jié)構(gòu)物6內(nèi)自成一體；桶狀結(jié)構(gòu)物外側(cè)上配有對稱分布 的浮體7 ;同時桶狀結(jié)構(gòu)物6通過錨鏈8系泊于海底。 本發(fā)明裝置的工作原理是這樣的裝置通過錨鏈系泊于海底，整個裝置懸浮于海 洋之中或軟囊1部分露出海面。裝置上端的軟囊1淹沒于海面之下時，波浪運(yùn)動過程中由于 波高的變化會產(chǎn)生壓力差。軟囊1在波浪運(yùn)動過程中周期性的受到波浪產(chǎn)生的壓力，波浪 處于波峰階段時，軟囊1受到的壓力較大，軟囊1內(nèi)裝的水通過管道2被壓向活塞囊3，活塞 囊3克服塊狀浮體結(jié)構(gòu)4提供的浮力，使原本處于收縮狀態(tài)的活塞囊3在水壓的作用下伸 長，推動塊狀浮體結(jié)構(gòu)4向下運(yùn)動，塊狀浮體結(jié)構(gòu)4推動下端的二級能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5運(yùn)動， 即將波浪能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量，該能量可以用來做功或發(fā)電。波浪處于波谷階段時，軟 囊1受到的壓力變小，塊狀浮體結(jié)構(gòu)4提供的浮力大于波浪產(chǎn)生的壓力，推動活塞囊3向上 運(yùn)動，將活塞囊3內(nèi)的水通過管路2推回到軟囊1，為下一周期向下壓水做好準(zhǔn)備，與此同 時，塊狀浮體結(jié)構(gòu)4提供的浮力拉動二級能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)復(fù)位，為下一周期做功做好準(zhǔn)備。軟 囊1部分露出水面時，軟囊1 一方面受到波高變化產(chǎn)生的壓力變化，另一方面也受波浪沖擊 產(chǎn)生的動壓。 本發(fā)明裝置的技術(shù)要點是1、軟囊1部分露出水面或較淺的淹沒于水下，裝置通 過錨鏈系泊于海底。2、軟囊l在要有較大的體積，受波浪作用的面積越大，獲得的能量也越 大。3、塊狀浮體結(jié)構(gòu)4的浮力起回復(fù)力的作用，但浮力不能過大，否則波浪產(chǎn)生的壓力不足 以克服塊狀浮體結(jié)構(gòu)4產(chǎn)生的浮力，不能使活塞囊3向下運(yùn)動，能量就無法被吸收轉(zhuǎn)化。4、 活塞囊3上端要和桶狀結(jié)構(gòu)物6為固定連接，否則其作用力無法向下傳遞。
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為提高本發(fā)明裝置的能量轉(zhuǎn)換效率和工作狀態(tài)穩(wěn)定性，本發(fā)明裝置可在結(jié)構(gòu)上進(jìn) 一步改進(jìn)，如圖2所示。1、將軟囊1底部增加一板狀結(jié)構(gòu)物9，通過軟繩IO將軟囊1固定在 板狀結(jié)構(gòu)物9之上。2、桶狀結(jié)構(gòu)物6底部增加一面積較大的板狀結(jié)構(gòu)物ll，該板狀結(jié)構(gòu)物 11上固定一垂直于板面和波浪行進(jìn)方向的板狀結(jié)構(gòu)12。 3、板狀結(jié)構(gòu)物9和11上下兩板狀 結(jié)構(gòu)物通過鋼性架13連接，固為一體。 本發(fā)明裝置的主要部件囊結(jié)構(gòu)簡單、無機(jī)械配合精度、安裝方便，因此降低了施工 難度，可使建造成本大幅降低，由于裝置淹沒于海面之下或小部分露于海面，其躲避風(fēng)暴能 力大幅提高，可長期運(yùn)行而不被破壞。 本發(fā)明裝置為開發(fā)波浪能發(fā)電裝置提供了一條簡捷之道，該裝置的成功應(yīng)用將有 利于低成本的轉(zhuǎn)換海洋波浪能。該發(fā)明裝置使用范圍廣，有望成為一種大規(guī)模應(yīng)用的飄浮 式波浪能裝置。


圖1是本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)示意圖之一 ；
圖2是本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)示意圖之二 ； 圖3為本發(fā)明活塞式囊3的一種設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖，其中a、 b分別為活塞式囊向下 做功之前和做功之后的形態(tài)變化示意圖 附圖標(biāo)記說明軟囊l，管路2，活塞式囊3，塊狀浮體結(jié)構(gòu)4，二級能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5， 桶狀結(jié)構(gòu)物6，浮體7，錨鏈8，板狀結(jié)構(gòu)物9，軟繩10，板狀結(jié)構(gòu)物11，板狀結(jié)構(gòu)12，鋼性架 1具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明 如圖1所示，本發(fā)明裝置上端為體積較大的軟囊l，軟囊1部分露出水面或全部淹 沒于水下，但不宜淹沒過深，軟囊1迎波寬度越大，裝置吸收波浪的能量越多；軟囊1下部開 孔連接管路2 ;管路2末端連接活塞式囊3，活塞式囊3的作用類似于液壓缸活塞；活塞式 囊3的底部作用在塊狀浮體結(jié)構(gòu)4的上端面，塊狀浮體結(jié)構(gòu)4下端面連接裝置的二級能量 轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5，該機(jī)構(gòu)為是直線電機(jī)或液壓缸；活塞式囊3、塊狀浮體結(jié)構(gòu)4、二級能量轉(zhuǎn)換機(jī) 構(gòu)5都安裝在桶狀結(jié)構(gòu)物6內(nèi)自成一體；桶狀結(jié)構(gòu)物外側(cè)上配有對稱分布的浮體7 ;同時桶 狀結(jié)構(gòu)物6通過錨鏈8系泊于海底。 為提高本發(fā)明裝置的能量轉(zhuǎn)換效率和工作狀態(tài)穩(wěn)定性，本發(fā)明裝置可在結(jié)構(gòu)上進(jìn) 一步改進(jìn)，如圖2所示。1、將軟囊l底部增加一板狀結(jié)構(gòu)物9，通過軟繩IO將軟囊1固定 在板狀結(jié)構(gòu)物9之上；2、桶狀結(jié)構(gòu)物6底部增加一面積較大的板狀結(jié)構(gòu)物ll，該板狀結(jié)構(gòu) 物11上固定一垂直于板面和波浪行進(jìn)方向的板狀結(jié)構(gòu)12 ;3、上下兩板狀結(jié)構(gòu)物通過鋼性 架13連接，固為一體。 設(shè)一個水母式波浪能裝置的啟動波高為0. 3m(波壓約為P gh = 1025*9. 81*0. 3 =3016. 6Pa)，滿負(fù)荷波壓為2. lm(波壓約為P gh = 1025*9.81*2. 1 = 21116. OPa)。其二 級能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5為1組7個液壓缸，內(nèi)徑63mm(面積為0. 003117m2)、內(nèi)壓為6MPa。驅(qū)動 此液壓缸1個，需要驅(qū)動力0. 003117*6000000 = 18703. 5N。設(shè)計活塞式囊3下的塊狀浮體結(jié)構(gòu)4為圓形，直徑2. 80969m(面積為6. 200m2)。當(dāng)波高達(dá)到0. 3m，活塞式囊3對塊狀浮 體結(jié)構(gòu)4向下的驅(qū)動力為3016. 6Pa*6. 200m2 = 18703. 5N，可以驅(qū)動1個液壓缸。類似的計 算可知，當(dāng)波高達(dá)到2. lm時，可以驅(qū)動7個63mm內(nèi)徑、內(nèi)壓6MPa的液壓缸。
在實施時，將7個液壓缸作為l組，置入桶狀結(jié)構(gòu)物6內(nèi)。每個液壓缸的輸出管路 通過電控閥控制，使其與高壓管路(壓力6MPa)接通，或與回油管(壓力0)接通。7個液壓 缸中有1個永遠(yuǎn)與高壓管路接通，其余的液壓缸則視波浪的大小而定當(dāng)波浪很小時，選擇 是否與高壓管路接通，由此可以控制塊狀浮體結(jié)構(gòu)4向下的驅(qū)動力，以適應(yīng)不同波高。
如圖3所示，活塞式囊3的自然狀態(tài)為圖3 (a)所示，活塞囊3的工作狀態(tài)如圖3 (b) 所示。活塞式囊3為柔性囊，其材料柔韌，抗褶皺疲勞能力強(qiáng)。其自然伸展?fàn)顟B(tài)的容積大于 褶皺狀態(tài)容積。在工作時，其最大容積不超過自然伸展?fàn)顟B(tài)的容積，最小容積不造成影響其 工作壽命的嚴(yán)重褶皺。 活塞式囊3的作用有二 (一)在波面升高時，為整個裝置提供一個集中釋放能量 做功的局部。要想很好地吸收波浪能，軟囊(1)內(nèi)的水的體積必須在波浪壓力作用下變小。 如果不計軟囊(1)內(nèi)水動壓的變化，波浪壓力做功可以表述為 <formula>formula see original document page 5</formula> 其中K和V2分別為軟囊(1)在此波浪作用過程中最大和最小體積，Pi為軟囊(1) 中的壓力，近似等于驅(qū)動塊狀浮體(4)和二級能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)(5)時塊狀浮體(4)上表面的 動壓力?；钊?3)為軟囊(1)提供了體積變換所需要的容積，將波浪能對軟囊(1)所做 的全部功通過管路(2)直接傳遞到塊狀浮體結(jié)構(gòu)。(二)在波面降低時，為軟囊(1)的體積 擴(kuò)張?zhí)峁┧枰娜莘e，以備下一波浪過程做好準(zhǔn)備。
權(quán)利要求
一種水母式波浪能利用裝置，其特征在于裝置上端為體積較大的軟囊(1)，軟囊(1)部分露出水面或全部淹沒于水下，軟囊(1)下部開孔連接管路(2)，管路(2)末端連接活塞式囊(3)，活塞式囊(3)的底部作用在塊狀浮體結(jié)構(gòu)(4)的上端面，塊狀浮體結(jié)構(gòu)(4)下端面連接二級能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)(5)，活塞式囊(3)、塊狀浮體結(jié)構(gòu)(4)、二級能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)(5)都安裝在桶狀結(jié)構(gòu)物(6)內(nèi)自成一體，活塞囊(3)上端和桶狀結(jié)構(gòu)物(6)為固定連接；桶狀結(jié)構(gòu)物外側(cè)上配有對稱分布的浮體(7)；同時桶狀結(jié)構(gòu)物(6)通過錨鏈(8)系泊于海底。
2. 如權(quán)利要求1所述的水母式波浪能利用裝置，其特征在于所述二級能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)(5)為直線電機(jī)或液壓缸。
3. 如權(quán)利要求1所述的水母式波浪能利用裝置，其特征在于在軟囊(1)底部增加一板狀結(jié)構(gòu)物(9)，通過軟繩(10)將軟囊(1)固定在板狀結(jié)構(gòu)物(9)之上；桶狀結(jié)構(gòu)物(6)底部增加一面積較大的板狀結(jié)構(gòu)物(ll)，該板狀結(jié)構(gòu)物(11)上固定一垂直于板面和波浪行進(jìn)方向的板狀結(jié)構(gòu)(12);板狀結(jié)構(gòu)物(9)和(11)上下兩板狀結(jié)構(gòu)物通過鋼性架(13)連接，固為一體。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種便于推廣應(yīng)用的離岸漂浮水母式波浪能利用裝置。本發(fā)明裝置上端為體積較大的軟囊1，軟囊1部分露出水面或全部淹沒于水下，軟囊1下部開孔連接管路2；管路2末端連接活塞式囊3，活塞式囊3的作用類似于液壓缸活塞；活塞式囊3的底部作用在塊狀浮體結(jié)構(gòu)4的上端面，塊狀浮體結(jié)構(gòu)4下端面連接裝置的二級能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5；活塞式囊3、塊狀浮體結(jié)構(gòu)4、二級能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5都安裝在桶狀結(jié)構(gòu)物6內(nèi)自成一體；桶狀結(jié)構(gòu)物外側(cè)上配有對稱分布的浮體7；同時桶狀結(jié)構(gòu)物6通過錨鏈8系泊于海底。活塞囊3上端和桶狀結(jié)構(gòu)物6為固定連接。本發(fā)明裝置安裝方便，降低了施工難度，可使建造成本大幅降低，為開發(fā)波浪能發(fā)電裝置提供了一條簡捷之道。
文檔編號F03B13/22GK101709683SQ20091021422
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者吳必軍, 游亞戈, 盛松偉 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所