專利名稱：將波浪起伏的高低水頭勢能差轉變?yōu)闄C械動能的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的機械裝置，其動能由海面永不停歇的起伏波浪高低水頭勢能差轉化而 成，屬于利用自然能，不排出廢棄物，而且永恒清潔的能源。
背景技術：
把水的波浪轉換為可以利用的能源動力是人們長期的愿望，波浪起伏的高低水頭 勢能差是一種資源豐富、可靠的動能，使用時不排放二氧化碳，是防止全球變暖的對策之 一。波浪是由風、潮汐、洋流等作用力針對水面產生，可以在海洋中傳播幾千公里而沒有明 顯的減弱，也就是說從某段選擇的海面上，我們就可以收集到大洋產生的波浪能，因此某一 海域的波浪能并不受當地有風無風的影響，這片退潮線以外的海面波浪是永恒存在的。在 美國第4134023號專利文中指出有些地方可以達到每平方公里波面7千萬瓦的可利用勢 能。和其它可再生能源，如風能、太陽能相比，由于電力能不可能大規(guī)模儲存，而人們的用 電量卻持續(xù)存在，因此波浪能是人們最需要的穩(wěn)定而高度集中的可再生能源。然而要將波 浪能運用到實際卻非常困難。自1973年英國愛丁堡大學就建立了波浪能研究中心，由肖 特(Salter)教授設計的“點頭鴨式海浪能發(fā)電裝置”專利由英國政府擁有，英國政府能源 部1976年報告說它相信波浪能是所有可更新的能量中最有前途的。在1982年的一份研 究報告中提出，點頭鴨式海浪能發(fā)電裝置的成本會與核發(fā)電的成本差不多；日本是一島國， 有漫長海岸線，對波浪發(fā)電極為重視，據日本人桂井誠主編的《電工實用手冊》介紹，多年來 在其山形縣附近海上都有大型裝置在試驗運行中，但至今尚未聞知取得實效。目前石油價 格高企，碳排放更是聯合國高度重視的問題，我國如算上南沙群島，有世界最長的海岸線， 而沿海城市又是用電大戶，故有“西電東送”的能源布局，如能部分或全部達到沿海城市使 用新能源，不但能解決我國變成碳排放最大國的問題，更是突破經濟瓶頸的新生產力，無疑 能統(tǒng)領世界能源格局。經多年思考發(fā)現當今世界各國在研究海洋波浪新能源的實踐中，一 個尚未得到重視，但卻是最根本的技術制約就是如何在海洋中建立機械裝置做功時的反 作用力平臺，事實證明，這個問題困惑了人們幾十年。按機械常識推理，讓機械裝置在波浪 中同步起伏翻滾，是無法大量獲得波浪能的；而以平方公里的規(guī)模在海洋中向地下打樁建 立反作用力基礎，且結構上要經受臺風等災害的破壞，經濟賬也不劃算，這是至今世界各種 波浪能研究無法取得實效的主因，本發(fā)明的核心權力要求，就是在這個關鍵問題上找到了 解決問題的方法，提供了一種利用波浪能的反作用力平臺，這種反作用力平臺建立的基礎 距離并不遠，就在本裝置下方一定距離的水下，在英國政府擁有的點頭鴨式海浪能發(fā)電裝 置專利報告中提及過波浪能主要集中在水面附近，其能量按水下深度幾何數遞減，離水面 50米以下的水體就基本上沒有波浪能。本發(fā)明的基礎正是這個被人們疏忽的現象，并具此 設計出巧妙利用水下一定深度的水體與水面波浪的起伏差，而形成對整套裝置做功時提供 反作用力平臺的專門部件水下平衡翼流板(1)，并在此基礎上配套設計出將波浪起伏的 高低水頭勢能差轉變?yōu)闄C械動能的裝置。按照本發(fā)明的設計推算造價，同樣功能規(guī)模的發(fā) 電裝置，其綜合成本不但不會和核能發(fā)電成本差不多，甚至會低于火力發(fā)電成本。此外，本裝置如按平方公里規(guī)模進行陣列排布，其沉放于海床的帶錨式墜重物(4)可形成生態(tài)的人 工礁石陣列，在禁漁的條件下建立天然魚類繁殖場。

發(fā)明內容
本發(fā) 明是將波浪起伏的高低水頭勢能差轉變?yōu)闄C械動能的裝置，它在海面水域的 限定條件下，建立支持機械裝置做功時的反作用力平臺，并在這個平臺上設計出能利用波 浪起伏的勢能做功的機件，并將勢能轉化為可利用的動能輸出，同時整體裝置具備能避災 難的功能。本發(fā)明解決上述技術問題所設計的方案是水下平衡翼流板通過加水重心定位連 接槽所注入的水提供重心和墜力，同時帶錨式墜重物上安裝的可收放卷盤卷緊加套自浮式 鋼絲繩，向下牽引水下平衡翼流板，翼流板被克服部分浮力后，半潛至水下一定深度，利用 水下水體與水面波浪的起伏差，形成其上機件做功時的反作用力平臺，伸出水面的中空水 自擺搖梁以搖梁軸承為支點通過固定連接的裝置與翼流板連接，其兩端通過導輪及導軌裝 有自滑式浮箱，搖梁通過兩端的浮箱在依靠波浪起伏做翹翹板式做功時，翼流板為其提供 反作用力平臺，搖梁兩端的自滑式浮箱當一端被浪峰托起時，另一端浮箱依靠自重滑向搖 梁浪谷低端的最低位，最大尺寸地利用波浪起伏的高低水頭勢能差；搖梁內裝的水在搖梁 搖擺時，反復向其低端倒灌，加大搖梁做功力。搖梁兩端裝有聯動桿，聯動桿隨搖梁翹翹板 式做功而反復上提或下壓杠桿的受力端，杠桿軸承以水下密封箱及軸承座為支點，將做功 力數倍放大至杠桿做功端，帶動壓電件或線性發(fā)電機直接發(fā)電，并通過海底電纜輸出電力； 杠桿也可帶動高壓水、氣等裝置做功發(fā)電。本發(fā)明的加水重心定位連接槽每條安裝多架搖 梁，多條連接槽通過法蘭盤相互連接，可組合成本裝置的陣列排布形成規(guī)模，連接槽內裝有 潛水泵和進水以及進排氣設備，與墜重物上的可收放卷盤收緊加套自浮式鋼絲繩配合下， 可將全部裝置沉入海底避過臺風；其后通過排水進氣使裝置上升回位做功。本發(fā)明的將波浪起伏的高低水頭勢能差轉變?yōu)闄C械動能的裝置的效果是全部裝 置都是通過沉入海底的生態(tài)人造礁石陣列上安裝的加套自浮式鋼絲繩軟性聯結，全部利用 的是水面波浪起伏勢能和水下水體的相對穩(wěn)定性提供的反作用力平臺做功，與按能源區(qū)分 的其它發(fā)電方式相比，本發(fā)明具有環(huán)保、功能輸出量穩(wěn)定、不占用陸地、造價低廉，可形成規(guī) 模格局的優(yōu)勢。


附圖是本發(fā)明的整體示意圖。圖中1.水下平衡翼流板，2.中空水自擺搖梁，3.加水重心定位連接槽，4.帶錨式 墜重物，5.加套自浮式鋼絲繩，6.可收放卷盤，7.下固定板，8.水下密封箱及軸承座，9.上 固定板及軸承座，10.搖梁軸承，11.導輪及導軌，12.自滑式浮箱，13.聯動桿，14.杠桿， 15.杠桿軸承，16.折疊型活動密封膠套，17.壓電裝置A，18.壓電裝置B，19.海底輸出電 纜，20.潛水泵，21.連接槽灌注水止回伐，22.進氣管，23.浮子及空氣止回伐，24.連接槽法 蘭盤，25.拉桿。
具體實施例方式沉放于海床的帶錨式墜重物(4)在水中的質量大于本裝置在水中的上浮力，并形 成生態(tài)的人工礁石陣列；其上安裝的可收放卷盤(6)由水下電機控制，可按需要收放加套 自浮式鋼絲繩(5)；鋼絲繩通過與水下平衡翼流板(1)和加水重心定位連接槽(3)的拉桿 (25)連接，拉緊或放松本裝置。以上形成本裝置在海洋中做功的軟性定位基礎。加 水重心定位連接槽(3)通過所入水的質量作為連接其上的水下平衡翼流板(1) 中心線的重心和下潛的重力，連接槽最大裝水量應能使自滑式浮箱(12)進水，造成整套裝 置完全沉入海底，以避過特大臺風等自然災害，其裝水量的多少由內置的連接槽灌注水止 回伐(21)控制，其排水量由潛水泵(20)控制，其空氣量由進氣管(22)和永遠漂浮在水面 的浮子及空氣止回伐(23)控制；臺風過后，可通過潛水泵(20)排水，通過浮子及空氣止回 伐(23)及進氣管(22)供氣，使整套裝置上升回位。加水重心定位連接槽(3)每條安裝多 架中空水自擺搖梁(2)；多條加水重心定位連接槽(3)通過其一體的連接槽法蘭盤(24)相 互連接，組合成本裝置的陣列排布，形成規(guī)模。在加水重心定位連接槽(3)中加注適量的水，并通過可收放卷盤(6)卷緊加套自 浮式鋼絲繩(5)后，將整體裝置克服部分浮力，使連接槽上的水下平衡翼流板(1)半潛至水 下一定的深度，水下相對靜態(tài)的水體使表面積遠大于水面上機件作用力支點的水下平衡流 板(1)被巨大的水阻制約，也保持著與水下水體相同的相對靜態(tài)，利用水下一定深度的水 體與水面波浪的起伏差，水面上的機件隨波浪搖動做功時，其作用力傳導至水下平衡翼流 板(1)的中線上，同量的反作用力被相對靜態(tài)的水下平衡翼流板(1)利用巨大的水阻抵消， 以此形成本裝置做功時的反作用力平臺。水下平衡翼流板(1)沿長度中線向上依次安裝下固定板(7)、水下密封箱及軸承 座(8)、上固定板及軸承座(9)、中空水自擺搖梁(2)長度中線上的搖梁軸承(10)。中空水 自擺搖梁(2)以此為支點隨波浪起伏做翹翹板式做功，上固定板及軸承座(9)同時也對搖 梁設計了晃動止點，以防止風浪過大時對機件的損壞。中空水自擺搖梁(2)長度接近所處 海域浪峰與浪谷的距離，其兩端分別通過導輪及導軌(11)安裝自滑式浮箱(12)，兩側浮箱 水平相向時略高于水平面，當其中一側浮箱被浪峰托起時，另一側浮箱則沿搖梁導軌下斜， 在自重的帶動下，浮箱自滑至浪谷的最深處；當浪峰與浪谷相互轉換時，兩端的浮箱互換自 滑方向，如此反復，最大尺寸地利用波浪起伏的高低水頭勢能差，帶動中空水自擺搖梁(2) 做翹翹板式做功；中空水自擺式搖梁(2)結構中空。并注有一定量的水，在搖梁做翹翹板式 做功時，不斷反復向搖梁低端倒灌，以所注水的質量加大搖梁做功力；中空水自擺搖梁(2) 兩端還分別裝有聯動桿(13)，聯動桿隨搖梁翹翹板式做功而反復上提或下壓杠桿，帶動杠 桿(14)的受力端，杠桿分別以水下密封箱左右側的軸承座⑶和杠桿軸承(15)為支點，通 過折疊型活動密封膠套(16)，杠桿做功端伸入水下密封箱，杠桿數倍放大傳導下來的做功 力后，帶動杠桿做功端上的壓電元件B或線性發(fā)電機的移動子(18)與水下密封箱內固定安 裝的壓電元件A或線性發(fā)電機的定子(17)做相對運動，直接利用做功力發(fā)電，電流通過海 底輸出電纜(19)輸出。杠桿也可帶動高壓水、氣等機械做功發(fā)電。
權利要求
1.一種將波浪起伏的高低水頭勢能差轉變?yōu)闄C械動能的裝置，包括水下平衡翼流板 (1)，其長度中線下方與加水重心定位連接槽(3)、拉桿(25)、加套自浮式鋼絲繩(5)、可收 放卷盤(6)帶錨式墜重物(4)朝下順序連接；水下平衡翼流板(1)長度中線上方與下固定 板(7)、水下密封箱及軸承座(8)、上固定板及軸承座(9)中空水自擺搖梁( 長度正中的 搖梁軸承(10)朝上順序連接，其特征是水下平衡翼流板(1)通過加水重心定位連接槽 (3)所注入的水提供重心和墜力；同時帶錨式墜重物(4)上安裝的可收放卷盤(6)卷緊加 套自浮式鋼絲繩(5)，通過拉桿05)向下牽引水下平衡翼流板(1)，翼流板被克服部分浮力 后，半潛至水下一定深度，表現為X = F-(C+J)式中X =水下平衡翼流板(1)需要的下潛深度；F=本裝置的整體浮力；C =加水重心定位連接槽( 所注入水的自重造成的下墜力；J =帶錨式墜重物(4)上安裝的可收放卷盤(6)卷緊加套自浮式鋼絲繩( 后向下的 牽引力；水下平衡翼流板(1)利用水下一定深度的水體與水面波浪的起伏差，在水下為水面上 的與其相接的機件做功時提供反作用力平臺伸出水平面的中空水自擺搖梁(2)兩端裝有 自滑式浮箱(1 ，當一端浮箱被浪峰托起，一端沉入浪谷帶動搖梁做翹翹板式做功時，其做 功產生的反作用力通過搖梁正中的搖梁軸承(10)、上固定板及軸承座(9)、水下密封箱及 軸承座(8)、下固定板(7)向下傳導到水下平衡翼流板(1)中線，其機件設計中，上固定板及 軸承座(9)作為做功支點，向下傳導做功力的作用面積只能按平方厘米計算，而被水下相 對穩(wěn)定水體全方位形成晃動水阻的水下平衡翼流板(1)，表面積則可全部看成是受力后的 反作用力平臺，其表面積需要用平方米計算，翼流板據此為伸出水面做功的中空水自擺搖 梁(2)做功時提供反作用力平臺，表現為Z = X-T式中z =中空水自擺搖梁O)的單側做功力；X=水下平衡翼流板(1)受力后相應產生的反作用力系數差；(因做功點面積與反作用 力平臺面積相差巨大，且水阻力大，造成此系數差比值太小，以下公式中不再計算，即Z = X)T =水下平衡翼流板(1)半潛深度所處水體與水面波浪同步起伏的傾斜系數。
2.根據權力要求1所述的將波浪起伏的高低水頭勢能差轉變?yōu)闄C械動能的裝置，其特 征是根據海面浪峰的形成處將是下一個浪谷的形成點，而其鄰近的浪谷處又將是下一個 浪峰的生成點的海面水頭高低勢能差的實際，中空水自擺搖梁( 長度接近所處海域浪峰 與浪谷的距離，并以其長度中線下的搖梁軸承(10)和上固定板及軸承座(9)為活動支點做 功，軸承座同時也為搖梁搖擺做功設計了最大止點；為適應海面因風速引起浪峰與浪谷之 間距離的變化，中空水自擺搖梁⑵兩端分別通過導輪及導軌(11)安裝自滑式浮箱(12)， 兩側浮箱水平相向時，其所處高度略高于水平面，當其中一側浮箱被浪峰托起時，別一側浮 箱則沿搖梁導軌下斜，在其自重帶動下，浮箱自滑至浪谷的最深處；當浪峰與浪谷相互轉換 時，搖梁兩端的浮箱互換自滑方向，如此高低反復，最大尺寸地利用波浪起伏的高低水頭勢 能差，帶動中空水自擺搖梁(2)進行翹翹板式做功，此時其單側做功力表現為Z = L-T式中Z =中空水自擺搖梁O)的單側做功力； L =浪峰一側對自滑式浮箱(12)的托力；T =水下平衡翼流板(1)半潛深度所處水體與水面波浪同步起伏的傾斜系數。
3.根據權利要求1所述的將波浪起伏的高低水頭勢能差轉變?yōu)闄C械動能的裝置，其特 征是中空水自擺搖梁(2)結構中空，并注有一定量的水，當搖梁一端被浮箱帶動在浪峰中 托起時，搖梁另一端以長度中線上的軸承為支點，向浪谷傾斜，搖梁內裝的水灌向傾斜低位 端，以水重加大搖梁的做功力；當浪峰與浪谷相互轉換時，搖梁兩端被浮箱帶動，高低位也 隨之轉換，搖梁內裝的水自動灌向搖梁另一端，如此高低反復倒灌，加大搖梁做功力，此時 其單側做功力表現為Z = L-T+S式中Z =中空水自擺搖梁O)的單側做功力； L =浪峰一側對自滑式浮箱(12)的托力；T =水下平衡翼流板(1)半潛深度所處水體與水面波浪同步起伏的傾斜系數； S=中空水自擺搖梁O)內裝水的質量對搖梁低端側的壓重力。
4.根據權利要求1所述的將波浪起伏的高低水頭勢能差轉變?yōu)闄C械動能的裝置，其特 征是在中空水自擺搖梁( 兩端還分別裝有聯動桿(13)，聯動桿(1 隨著搖梁翹翹板式 做功時，反復上提或下壓杠桿，帶動杠桿(14)的受力端工作，杠桿(14)以水下密封箱及軸 承座(8)左右側的軸承座和杠桿軸承(1 為支點，通過折疊式活動密封膠套(16)將杠桿 做功端伸入水下密封箱內，杠桿受力端根據杠桿原理數倍放大聯動桿(1 傳導下來的做 功力后，帶動杠桿做功端及做功端上安裝的壓電元件B或線性發(fā)電機移動子(18)與水下密 封箱內固定安裝的壓電元件A或線性發(fā)電機定子(17)做相對運動，直接利用做功力發(fā)電， 電流通過海底輸出電纜(19)輸出；杠桿(14)也可帶動高壓水、氣等機械做功發(fā)電，本裝置 此時單側做功力的表現為B = ZX (G1/G2) = (L-T+S) X (G1/G2) 式中B =本裝置單側做功力； Z =中空水自擺搖梁O)的單側做功力； L =浪峰一側對自滑式浮箱(12)的托力；T =水下平衡翼流板(1)半潛深度所處水體與水面波浪同步起伏的傾斜系數； S =中空水自擺搖梁O)內裝水的質量對搖梁低端側的壓重力； Gl =杠桿中杠桿軸承(1 至聯動桿(1 的長度； G2 =杠桿中杠桿軸承(1 至壓電元件B(18)的長度；因為本裝置的中空水自擺搖梁( 兩端浮箱分別帶動水下密封箱及軸承座(8)左右兩 側的杠桿(14)上下做功，因此在一個波浪循環(huán)中，本裝置的做功力表現為 BX2式中B =本裝置單側做功力。
5.根據權利要求1所述的將波浪起伏的高低水頭勢能差轉變?yōu)闄C械動能的裝置，其特 征是加水重心定位連接槽C3)通過所注入水的質量作為其上連接的水下平衡翼流板(1) 中心線的重心和下潛的重力，連接槽最大裝水量應能使自滑式浮箱(1 進水，整套裝置可以完全沉入海底，以避免特大臺風等自然災害；其裝水量的多少由內置的連接槽灌注水止 回伐21)控制，其排水量由潛水泵00)控制，其空氣量由進氣管0 和永遠漂浮在水面的 浮子及空氣止回伐控制；臺風過后可通過潛水泵OO)排水、通過浮子及空氣止回伐 (23)及進氣管0 供氣，使整套裝置上升回位做功；加水重心定位連接槽C3)每條安裝多 架中空水自擺搖梁O)，多條加水重心定位連接槽C3)通過其一體的連接槽法蘭盤04)相 互連接，可組合成本裝置的陣列排布，形成規(guī)模。
6.根據權利要求1所述的將波浪起伏的高低水頭勢能差轉變?yōu)闄C械動能的裝置，其 特征是沉放于海床的帶錨式墜重物(4)在水中的質量大于本裝置在水中的上浮力，并在 沉放海床時有意識地形成生態(tài)的人工礁石陣列；其上安裝的可收放卷盤(6)由水下電機控 制，可按需要收放加套自浮式鋼絲繩(5)；鋼絲繩通過與水下平衡翼流板(1)和加水重心 定位連接槽C3)連接的拉桿0 連接，拉緊或放松本裝置，形成本裝置在海洋中做功的定 位基礎，而這個定位基礎因通過加套自浮式鋼絲繩(5)的牽引實現，因此整體裝置是可隨 洋流隨意以帶錨式墜重物(4)為半徑圓芯范圍內移動，是一種軟性的定位基礎，當風速造 成浪峰浪谷在水面發(fā)生點產生變動時，整體裝置可隨時隨浪峰浪谷推動著自動糾偏，表現 為P = T式中P =本裝置的自動糾偏距離；T =水下平衡翼流板(1)半潛深度所處水體與水面波浪同步起伏的傾斜系數。
7.根據權利要求1所述的將波浪起伏的高低水頭勢能差轉變?yōu)闄C械動能的裝置，其特 征是加套自浮式鋼絲繩(5)的鋼絲繩外圈用相互分節(jié)充氣各自密封的塑料套環(huán)狀包裹， 上浮力可保持鋼絲繩不會下沉，表現為A = M式中A =鋼絲繩質量；M=分節(jié)充氣密封塑料套的浮力；塑料套能經受可收放卷盤(6)的擠壓和磨擦而保持密封性和上浮力。
全文摘要
本發(fā)明公開一種將波浪起伏的高低水頭勢能差變?yōu)闄C械動能的裝置，水下平衡翼流板在加水重心定位連接槽的水壓和海床墜重物上鋼絲繩拉力下，被克服部分浮力半潛至水下，利用水下水體與水面波浪不同的起伏差，翼流板成為其沿長度中線安裝板上的中空水自擺式搖梁進行翹翹板式做功時的反作用力平臺；搖梁兩端分別通過導輪導軌安裝自滑式浮箱；搖梁中空注水，用水重加大搖擺幅度；搖梁兩端分別用聯動桿帶動杠桿，杠桿將做功力再數倍放大后，帶動水下密封箱內壓電元件或線性發(fā)電機直接產生電流并通過電纜輸出；也可帶動高壓水、氣等機械做功；本裝置通過連接槽中線安裝多具中空水自擺式搖梁，其法蘭盤相互連接又可將多條連接槽形成陣列規(guī)模。
文檔編號F03B13/16GK102128126SQ201010019440
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月19日 優(yōu)先權日2010年1月19日
發(fā)明者王嘯風, 王謝林 申請人:王嘯風, 王謝林