專利名稱：波浪能轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及能量轉(zhuǎn)換裝置的技術領域，尤其涉及波浪能轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術：
地球上將近70%的面積是水域，其中在海洋和大型湖泊存在很大的波浪，這些波浪中蘊含著巨大的能量，在能源短缺的今天，如何有效的利用這些取之不盡的可再生能源，已經(jīng)成為人們所關注的焦點。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了多種波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其中著名且接近實用的有索爾特波浪能裝置、PELAMIS波浪能轉(zhuǎn)換裝置、沉箱擺板式波浪能轉(zhuǎn)換裝置、海底液壓缸式波浪能轉(zhuǎn)換裝 置和岸基蝸輪潮汐電站等。由于這些裝置在可靠性、經(jīng)濟性、穩(wěn)定性和能量捕獲效率方面存在缺點，目前還不能大規(guī)模的利用海洋波浪能。波浪由深海向海岸傳播時會發(fā)生變形，會發(fā)生波浪破碎，這對岸上建筑有巨大的沖擊破壞，因此，現(xiàn)時建立在岸基的波浪能轉(zhuǎn)換裝置必須建設的非常牢固，即不經(jīng)濟，也不可靠，另外，由于潮位的變化，建立在岸基的波浪能轉(zhuǎn)換裝置I的輸出也不穩(wěn)定。PELAMIS波浪能轉(zhuǎn)換裝置是浮在海面上的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其不容易被海浪擊毀，但為了穩(wěn)定、有效地輸出高壓液壓能，其浮桶的長度和直徑的尺度比較大，因此只能捕獲大波浪波陡的波浪能，且該波浪能轉(zhuǎn)換裝置的液壓缸的活塞桿受極大的壓力，由于材料強度和結(jié)構尺寸的制約，其使用壽命較短，可靠性也差。海底液壓缸式波浪能轉(zhuǎn)換裝置的主要部件都固定在水面以下，其維護麻煩，能量輸出也麻煩。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供波浪能轉(zhuǎn)換裝置，旨在解決現(xiàn)有技術中的波浪能轉(zhuǎn)換裝置可靠性差、不經(jīng)濟、波浪捕捉效率低以及能量輸出不穩(wěn)定的問題。本實用新型是這樣實現(xiàn)的，波浪能轉(zhuǎn)換裝置，包括懸浮于水面上或水中的懸浮架、連接于所述懸浮架且可將水上波浪的起伏運動耦合為自身運動的波浪振動耦合機構以及能量轉(zhuǎn)換結(jié)構，所述波浪振動耦合機構中具有液壓缸，所述液壓缸中具有可隨波浪起伏運動而上下移動的活塞桿，所述能量轉(zhuǎn)換機構通過油路連通于所述液壓缸。進一步地，所述懸浮架包括兩個平行設置且可通過內(nèi)部注壓載水懸浮于水中的浮筒以及跨設于所述兩個浮筒上方且呈拱起狀的框架。進一步地，所述框架內(nèi)側(cè)設有懸掛梁，所述波浪振動耦合機構包括所述液壓缸以及隨波浪的起伏運動可帶動所述活塞桿上下移動的質(zhì)量體，所述液壓缸的上端連接于所述懸掛梁，所述質(zhì)量體連接于所述活塞桿。進一步地，所述質(zhì)量體外形為方形狀，其寬度方向與波浪的波向線平行設置。進一步地，還包括用于平衡以及儲能的平衡儲能器，所述平衡儲能器連通所述液壓缸的下腔。[0013]進一步地，所述能量轉(zhuǎn)換機構包括連通所述油路且可由所述油路中的液體介質(zhì)驅(qū)動運動的液壓馬達以及連通于所述油路且用于盛裝液體介質(zhì)的容器。進一步地，所述油路中還設有可穩(wěn)定液體介質(zhì)于所述油路中的壓力的穩(wěn)壓儲能器。進一步地，所述浮筒的外側(cè)或內(nèi)側(cè)設有相對應向外延伸或向內(nèi)延伸的穩(wěn)定片板。進一步地，所述波浪振動耦合機構包括數(shù)個所述質(zhì)量體以及數(shù)個所述分別與所述質(zhì)量體對應的液壓缸，所述數(shù)個質(zhì)量體并列平行設置。 進一步地，沿所述質(zhì)量體的寬度方向，所述相鄰質(zhì)量體通過柔性件連接。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型中的波浪能轉(zhuǎn)換裝置是懸浮在海面上的，其不會受到波浪的沖擊破壞，建設成本低，且可靠性差，在進行波浪能轉(zhuǎn)換的過程中，其能量輸出較為穩(wěn)定，不會受潮位影響，且該裝置用于對重力波的捕捉，其捕捉效率高。

圖I為本實用新型實施例提供的波浪能轉(zhuǎn)換裝置的立體示意圖；圖2為本實用新型實施例提供的波浪能轉(zhuǎn)換裝置的剖視示意圖；圖3為本實用新型實施例提供的波浪能轉(zhuǎn)換裝置的主視示意圖；圖4為本實用新型實施例提供的波浪能裝換裝置的工作原理圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。本實用新型提供了波浪能轉(zhuǎn)換裝置，包括懸浮于水面上或水中的懸浮架、連接于所述懸浮架且可將水上波浪的起伏運動耦合為自身運動的波浪振動耦合機構以及能量轉(zhuǎn)換結(jié)構，所述波浪振動耦合機構中具有液壓缸，所述液壓缸中具有可隨波浪起伏運動而上下移動的活塞桿，所述能量轉(zhuǎn)換機構通過油路連通于所述液壓缸。本實用新型中，波浪能轉(zhuǎn)換裝置可避免波浪的沖擊破壞，建設成本低，較為可靠，且其能量輸出較為穩(wěn)定，不會受潮位影響，另外，該裝置用于對重力波的捕捉，其捕捉效率聞。以下的波浪能轉(zhuǎn)換裝置可以用于對海洋或湖泊的波浪能進行轉(zhuǎn)換，并不僅限制于海洋中的波浪能，以下結(jié)合具體附圖對本實用新型的實現(xiàn)進行詳細的描述。如圖I 4所示，為本實用新型提供的一較佳實施例。本實施例中的波浪能轉(zhuǎn)換裝置I放置在懸浮在海上，當然，但其用于對湖泊中的波浪能時，其則是懸浮在湖面上。優(yōu)先考慮布置在波浪發(fā)生破碎之前的波浪場，其包括懸浮在海面上或海水中的懸浮架10、連接于所述懸浮架10上的波浪振動耦合機構11以及能量轉(zhuǎn)換機構13，其中，懸浮架10的下端浸泡在海水中，該部分浸泡在海水中的體積所產(chǎn)生的浮力，可以使得整個波浪能轉(zhuǎn)換裝置I懸浮在海面上；波浪振動耦合機構11可以隨波浪的起伏運動而上下移動，即將波浪的起伏運動(即振動)耦合為自身運動，該波浪振動耦合機構11中具有液壓缸112，由于波浪的起伏運動耦合到波浪振動耦合機構11的上下移動，波浪振動耦合機構11中的液壓缸112的活塞桿則也會隨著波浪的起伏運動而來回移動，從而推動液壓缸112中的液壓油運動；能量轉(zhuǎn)換機構13通過可供液壓油流動的油路連接在波浪振動耦合機構11的液壓缸112上，其可以將液壓油的運動能量進行轉(zhuǎn)換。在上述的波浪能轉(zhuǎn)換裝置I中，海面上的波浪一直在起伏運動，波浪振動耦合機構11，則可以將波浪的起伏運動轉(zhuǎn)換為液壓油的運動能，液壓油通過油路流動，并帶動能量轉(zhuǎn)換機構13中其它設備的運動，從而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。該波浪能轉(zhuǎn)換裝置I懸浮在海面上，其不會受到波浪的沖擊破壞，建設較為經(jīng)濟，也 可靠性高，在進行波浪能的轉(zhuǎn)換過程中，其不會受到潮位的變化影響，故其能量輸出也較為穩(wěn)定，波浪按其長短不同分類，可以分為表面張力波、短周期重量波、重量波、長周期重量波、長周期波、超潮波，其中重量波所含的能量占海洋波浪能的大部分，該波浪能轉(zhuǎn)換裝置I捕捉的是波浪的起伏運動的能量，即重量波的能量，其捕捉效率高。上述中的懸浮架10包括兩個平行設置的浮筒101以及跨設在兩個浮筒101之間的框架103，該框架103的兩端分別連接在兩個平行的浮筒101上，且向上拱起呈弧形狀。浮筒101中可以注水壓載，從而使得浮筒101完全浸沒在水面下，這樣，懸浮架10的吃水線則處于浮筒101的框架103處，這樣，可以減少懸浮架10吃水線所在平面的截面積，從而增加整個懸浮架10在波浪中的穩(wěn)定性，提高波浪振動耦合機構11的效率，上述中配有兩個浮筒101，增加了系統(tǒng)的跨度，同樣是為了穩(wěn)定。本實施例中，上述的框架103中設有監(jiān)控艙105和設備艙106，可以在監(jiān)控艙105中放置一些監(jiān)控設備，用于監(jiān)控整個波浪能轉(zhuǎn)換裝置I的運作，而設備艙106則可以放置一些該波浪能轉(zhuǎn)換裝置I需要用到的設備配件。監(jiān)控艙105和設備艙106設置在框架103的上端上，這樣，可以避免海水對設備配件等的影響。該波浪能轉(zhuǎn)換裝置I懸浮在海面上，海水不斷在波動，為了增強該波浪能轉(zhuǎn)換裝置I在海面上的穩(wěn)定性，上述的兩個浮筒101的外側(cè)都設有向外延伸的穩(wěn)定片板102，增加該波浪能轉(zhuǎn)換裝置I和海水的接觸面積。當然，也可以在兩個浮筒101的內(nèi)側(cè)設置向內(nèi)延伸的穩(wěn)定片板，具體的設置可視實際情況而定。為了安裝波浪振動耦合機構11，上述的框架103上設有懸掛梁104，該懸掛梁104設置在框架103的內(nèi)側(cè)，相當于懸掛在框架103上，而上述的波浪振動耦合機構11則是直接連接在懸掛梁104上。本實施例中，波浪振動耦合機構11包括質(zhì)量體111以及液壓缸112，液壓缸112上端懸掛在懸掛梁104上，質(zhì)量體111則連接在液壓缸112下端的活塞桿上，且質(zhì)量體111的下端泡浸在海水中，這樣，隨著海水波浪的到來，波浪起伏運動，質(zhì)量體111泡浸在海水中的體積會發(fā)生變化，這樣，海水對質(zhì)量體111的浮力也會發(fā)生變化，且由于質(zhì)量體111的質(zhì)量是不變的，其重量也是不變的，這樣，質(zhì)量體111對液壓缸112的活塞桿的拉力也會發(fā)生變化，并不恒定，由此，隨著波浪的起伏運動，質(zhì)量體111也會帶動液壓缸112的活塞桿上下移動，從而，推動液壓油的運動，而液壓油運動至能量轉(zhuǎn)換機構13中，從被進行能量轉(zhuǎn)換，可以轉(zhuǎn)換為其它運動能，也可以是其它類型的能量輸出。本實施例中，浮筒101通過注水壓載，完全浸沒在水面以下，減小懸浮架10的吃水線所在平面的截面積(水線面積)，從而增加整個懸浮架101在波浪中的穩(wěn)定性，當波浪在上下起伏運動時，整個懸浮架10不會隨波浪起伏變化，同時，質(zhì)量塊111則會及時地隨著波浪起伏運動，質(zhì)量體111和懸浮架10之間產(chǎn)生相對運動，進而才有可能把能量收集。本實施例中，質(zhì)量體111的外形是規(guī)則，為方形體，這樣，可以便于制造，也便于對其重量和海水對其浮力的計算。當然，質(zhì)量體111的外形也可以為不規(guī)則形狀，具體可視實際情況需要而定。假設質(zhì)量體111的重量為G，橫截面積為A，高度為H，進入海水中的深度為h，這樣，質(zhì)量體111對液壓缸112的活塞桿的拉力為F = G-A*h*g*p ,質(zhì)量體111對液壓缸112的活塞桿的最小拉力為Fmin = G-A*H*g*P ,最大拉力則為Fmax = G0為了能夠和波長較小的震動波浪耦合，本實施例中的質(zhì)量體111的寬度方向和波向線平行，當然，在結(jié)構允許的情況下，質(zhì)量體111的寬度則是越小越好。寬度越小，其反應則是越靈敏。 為了使得該質(zhì)量體111能夠和波高較小的波浪耦合，質(zhì)量體111的外形設計為扁平狀，其面積A則應該盡量設計為較大值，這樣，其對波高較小的波浪的耦合才會越靈敏。在質(zhì)量體111的作用下，為了使得活塞桿推動的液壓油的運動較為穩(wěn)定，本實施例中，波浪振動耦合機構11還包括平衡儲能器114，該平衡儲能器114連通液壓缸112的下腔，其可以保證液壓缸112的液壓缸112下腔的壓力穩(wěn)定，用于平衡和儲能。其作用原理是這樣的在波浪向上運動時，質(zhì)量體111所受的浮力增大，平衡儲能器114中存儲的能量推動活塞桿向上運動，并將高壓的液壓油從液壓缸112上腔泵出，同時活塞桿拉動質(zhì)量體111，活塞桿的拉力和浮力一起使質(zhì)量體111向上運動；在波浪向下運動時，由于浮力減小，質(zhì)量體111的重力拉動活塞桿向下運動，液壓缸112的上腔吸入低壓的液壓油，同時壓縮平衡儲能器114的氣體，平衡儲能器114進行儲能。在上述整個循環(huán)過程中，液壓缸112的活塞桿內(nèi)部始終只受到拉應力，這可保證波浪能轉(zhuǎn)換裝置I的工作可靠性，且由于平衡儲能器114的氣體響應速度非?？?，在波浪起伏的極短的時間內(nèi)，只有平衡儲能器114才能提供大流量的液壓油，保證藕荷的靈敏性。本實施例中，波浪振動耦合機構11包括有數(shù)個并列設置的質(zhì)量體111，當然，也包括了數(shù)個液壓缸112，每個質(zhì)量體111和每個活塞桿配對，形成多對并列設置的質(zhì)量體111和液壓缸112。上述中的質(zhì)量體111的重量為G，為了能夠輸出的液壓油具有更高的壓力以及提高效率，在穩(wěn)壓儲能器穩(wěn)壓能力允許的條件下，質(zhì)量體111的重量G越大越好。上述中質(zhì)量體111通過鋼索連接在液壓缸112的活塞桿上，而為了避免相鄰部分的質(zhì)量體111之間由于碰撞而被破壞，質(zhì)量體111的前后表面上設有緩沖塊，緩沖塊可以為柔性材料制成，例如，橡膠材料等。為了避免質(zhì)量體111之間晃動而相互破壞，沿質(zhì)量體111的寬度方向,相鄰質(zhì)量體111的左右兩側(cè)分別通過柔性件113連接，這樣，成列設置的質(zhì)量體111通過柔性件113連成一體，可以避免質(zhì)量件在上下運動的過程發(fā)生擺轉(zhuǎn)。當然，上述中的柔性件113可以是鋼繩，也可以為其它類型的繩子。本實施例中，質(zhì)量體111的數(shù)量為32個，分成兩列設置，當然，液壓缸112的數(shù)量也是32個，和質(zhì)量體111的數(shù)量對應。能量轉(zhuǎn)換機構13包括連通油路且可由液壓油帶動運動的液壓馬達135以及用于儲存液壓油的容器137，該液壓馬達135和容器137分別連通油路，這樣，可以保證液壓缸112中由活塞桿推動的液壓油可以對液壓馬達135進行做功，以進行能量轉(zhuǎn)換，當然，容器137則可以用于盛裝液壓油，以保證整個油路中，液壓油的循環(huán)流動。當然，能量轉(zhuǎn)換機構13還包括發(fā)電機，其連接在液壓馬達135上，可由液壓馬達135帶動做功，將液壓馬達135的動能轉(zhuǎn)換為電能。為了使得液壓油在油路中的單向流動，避免發(fā)生逆流現(xiàn)象，油路中還設有單向閥132，該單向閥132只允許液壓油往單一方向流動。且單向閥132和單個液壓缸112之間可以形成柱塞式液壓泵。為了使得液壓油在油路上壓力穩(wěn)定，本實施例中，油路中還設有穩(wěn)壓儲存器133，該穩(wěn)壓儲能器可以對液壓缸112輸出的高壓液壓油進行濾波，進而使得液壓油在油路中保持壓力穩(wěn)定，進而，液壓馬達135的運動也較為穩(wěn)定。油路中還設有可控制液壓油流量的節(jié)流閥134，依液壓油流入液壓馬達135的方向，節(jié)流閥134是設置在液壓馬達135的后方的，這樣，可保證節(jié)流閥134可以對流入液壓馬達135的液壓油的流量進行控制。為了安全起見，本實施例中的油路中設有安全閥136，當油路中的液壓油壓力過大，超出液壓馬達135的承受能力時，該安全閥136可以打開，從而卸去部分壓力，以保證整個油路的安全。上述中的安全閥136設于油路中，且和液壓馬達135并聯(lián)設置，這樣，在液壓油不超過安全閥136設定的值時，液壓油進入液壓馬達135，帶動液壓馬達135做功，當液壓油超過安全閥136設定的值時，安全閥136則會打開，從而卸掉液壓油的部分壓力。上述中所描述的液壓油僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型，其它液體介質(zhì)同樣適用，比如海水。以下對500KW的波浪能轉(zhuǎn)換裝置I的設計進行介紹液壓缸112選擇缸徑為D = 60麗、活塞桿直徑為d = 54MM、行程為s = 500麗的高壓液壓缸112，平衡用的儲能器選用氣囊式儲能器。在浮力為零時的極端情況下，也就是質(zhì)量體111沒有浸入海水中，在質(zhì)量體111的拉力作用下，液壓缸112的活塞桿運動到最下端，平衡儲能器114中最高壓力取28MPa ;在浮力最大的情況下，液壓缸112的活塞桿運動到接近最上端時，仍然能夠輸出最大16MPa的高壓液壓油，這樣，可以計算出質(zhì)量體111的重量為11. 62噸，取13噸。液壓缸112的活塞桿向上運動到接近最上端時，需要10.37噸的浮力平衡輸出液體時的壓力，質(zhì)量體111的體積取12M3，此時平衡儲能器114需要有27. 4MPa的壓力來平衡液壓油的輸出壓力、重量和浮力。相應地，如果平衡儲能器114的初始充氣壓力取25MPa，則平衡儲能器114的最小容積是117升，取標準型號的儲能器容量為150升。將兩列共32只液壓缸112和32只平衡用的平衡儲能器114安裝在懸掛梁104上，質(zhì)量體111用鋼板焊接成長6米、寬2米、高I米，體積為12M3的長方形水箱，注滿水配重后使其重量達到13噸。如果按周期為3秒，波高I. 5米的海浪估算，32只液壓缸112能夠輸出高壓液體的流量為2035升/分。如果按16MPa輸出壓力計算，總功率為570KW，選用4臺流量為1000升的標準軸向柱塞變量馬達，配4臺250KW的發(fā)電機。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型、的保護范圍之 內(nèi)。
權利要求1.波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括懸浮于水面上或水中的懸浮架、連接于所述懸浮架且可將水上波浪的起伏運動耦合為自身運動的波浪振動耦合機構以及能量轉(zhuǎn)換結(jié)構，所述波浪振動耦合機構中具有液壓缸，所述液壓缸中具有可隨波浪起伏運動而上下移動的活塞桿，所述能量轉(zhuǎn)換機構通過油路連通于所述液壓缸。
2.如權利要求I所述的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述懸浮架包括兩個平行設置且可通過內(nèi)部注壓載水懸浮于水中的浮筒以及跨設于所述兩個浮筒上方且呈拱起狀的框架。
3.如權利要求2所述的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述框架內(nèi)側(cè)設有懸掛梁，所述波浪振動耦合機構包括所述液壓缸以及隨波浪的起伏運動可帶動所述活塞桿上下移動的質(zhì)量體，所述液壓缸的上端連接于所述懸掛梁，所述質(zhì)量體連接于所述活塞桿。
4.如權利要求3所述的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述質(zhì)量體外形為方形狀，其寬度方向與波浪的波向線平行設置。
5.如權利要求I至4任一項所述的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，還包括用于平衡以及儲能的平衡儲能器，所述平衡儲能器連通所述液壓缸的下腔。
6.如權利要求I至4任一項所述的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述能量轉(zhuǎn)換機構包括連通所述油路且可由所述油路中的液體介質(zhì)驅(qū)動運動的液壓馬達以及連通于所述油路且用于盛裝液體介質(zhì)的容器。
7.如權利要求I至4任一項所述的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述油路中還設有可穩(wěn)定液體介質(zhì)于所述油路中的壓力的穩(wěn)壓儲能器。
8.如權利要求2至4任一項所述的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述浮筒的外側(cè)或內(nèi)側(cè)設有相對應向外延伸或向內(nèi)延伸的穩(wěn)定片板。
9.如權利要求3或4所述的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述波浪振動耦合機構包括數(shù)個所述質(zhì)量體以及數(shù)個所述分別與所述質(zhì)量體對應的液壓缸，所述數(shù)個質(zhì)量體并列平行設置。
10.如權利要求9所述的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，沿所述質(zhì)量體的寬度方向，所述相鄰質(zhì)量體通過柔性件連接。
專利摘要本實用新型涉及能量轉(zhuǎn)換裝置，公開了波浪能轉(zhuǎn)換裝置，包括懸浮于水面上或水中的懸浮架、連接于所述懸浮架且可將水上波浪的起伏運動耦合為自身運動的波浪振動耦合機構以及能量轉(zhuǎn)換結(jié)構，所述波浪振動耦合機構中具有液壓缸，所述液壓缸中具有可隨波浪起伏運動而上下移動的活塞桿，所述能量轉(zhuǎn)換機構通過管路連通于所述液壓缸。本實用新型中的波浪能轉(zhuǎn)換裝置是懸浮在海面上的，其不會受到波浪的沖擊破壞，建設成本低，且可靠性高，在進行波浪能轉(zhuǎn)換的過程中，其能量輸出較為穩(wěn)定，不會受潮位影響，且該裝置用于對重力波的捕捉，其捕捉效率高。
文檔編號F03B13/22GK202483790SQ20122004190
公開日2012年10月10日 申請日期2012年2月9日 優(yōu)先權日2012年2月9日
發(fā)明者譚軍 申請人:譚軍