CN102261304B - 摇臂式海洋波浪驱动活塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明摇臂活塞式海洋波浪驱动海水泵是安装在大海靠近岸边水深2-5米冬季无结冰的地方，主是利用海洋表面波浪峰谷落差所形成的能量驱动工作浮筒，使工作浮筒随海平面高低变化上下运动，连接在工作浮筒上的杠杆摇臂随浮筒上升和下降运动做功，带动杠杆摇臂上活塞泵的活塞杆运动。活塞压缩泵体内海水做功。本泵将海浪能转换成机械能，将机械能转换成液压能，将海水自过滤器逆止阀吸入，经排水管路逆止阀压出，向海岸边需要场所提供一定压力的海水能源，供岸边海水养殖、海水提炼、海水发电等功能使用。

Description

摇臂式海洋波浪驱动活塞泵

技术领域：

本发明产品适用于靠近海岸水深2-5米的海水中，利用海浪峰谷产生落差的动能势能进行转换，推动摇臂式海洋波浪驱动活塞泵的摇臂杠杆上下移动做功，两个带动活塞式海水泵的活塞上下移动吸水和压迫泵体内的海水，将具有一定压力的海水输送到岸边具有一定高度的位置进行海水提炼、海水养殖和海水发电的需要部门。本发明产品具有结构简单，安全可靠，不消耗其它能源，而且将海洋波浪能转换成新的资源和能源的特点。摇臂式海洋波浪驱动活塞泵历属于海洋工程，也属于低碳环保的新能源工程，因本泵为海浪能驱动，故此，它对周围没有环境污染和影响，也不需要消耗其它能量。而是将海浪能转换成机械能，再将机械能转换成海水的液压动能服务于人类的海水提炼、海水养殖，海水发电和其它海水的利用。

背景技术：

海洋波浪蕴藏着无以穷尽的能量。但是，由于潮汐，气候，天气的无规则的变化，波浪能难以转换利用。目前没有较成熟的海浪能利用技术。本人发明的摇臂式海洋波浪驱动活塞泵就是利用海洋表面波浪峰谷落差所形成的能量而驱动工作浮筒，将连接在工作浮筒上的摇臂杠杆随着工作浮筒的高低变化上下运动做功，带动摇臂杠杆上的活塞泵的活塞杆和活塞运动。活塞压缩泵体内的海水，将海浪能转换成机械能，海浪泵再将机械能转换成液压动能，将海水自过滤器及进水逆止阀吸入泵体内，然后通过排水管路的逆止阀压出，经过管路向海岸边的所需场所提供一定压力的海水资源和能源，供岸边的有关部门进行海水提炼、海水养殖、海水发电和其它功能的海水利用。

发明内容：

摇臂式海洋波浪驱动活塞泵是安装在大海靠近岸边水深2-5米冬季无结冰的地方，主要是利用海洋表面波浪峰谷落差所形成的能量而驱动工作浮力筒，使工作浮力筒在海平面高低变化下而上下运动，而连接在工作浮筒上的工作摇臂杠杆随着工作浮力筒的上升和下降上下运动做功，带动摇臂杠杆上的活塞水泵的活塞杆和活塞运动。活塞压缩泵体内的海水，将海浪能转换成机械能，将机械能转换成液压动能，将海水自过滤器及进水逆止阀吸入泵体内，然后通过连通管道，经排水逆止阀压出，向海岸边的所需场所提供一定压力的海水资源和能源，供岸边海水养殖、海水提炼、海水发电和其它海水的利用。

本发明摇臂式海洋波浪驱动活塞泵由泵体总程、垂直海面的四根圆管柱形滑道、摇臂杠杆、工作浮筒、水位浮筒、活塞水泵、过滤器及进水逆止阀、排水逆止阀、各种管路、浮力控制装置、混凝土预制基础等组成。

A、摇臂式海洋波浪驱动活塞泵是根据海洋表面所形成的波浪峰谷落差具有的波浪能而设计的浮筒式杠杆和活塞水泵，以及泵体总程与圆管柱形滑道和水位浮筒，为了提高水泵工作效率和防止台风大浪造成损失设计了由空气压缩机和水泵组成的浮力控制装置，为了防止海洋生物和杂质堵塞管路设计了过滤器及进水逆止阀和排水逆止阀。

B、摇臂式海洋波浪驱动活塞泵是设计固定在海洋靠近海岸低潮水深2-5米的地方。由于海洋波浪的波峰波谷不断转换，而海平面高度不断变化，本摇臂式海洋波浪驱动活塞泵也随着海浪变化而工作。当海平面高度随海浪波峰来到提高时，工作浮筒时由于水位的不断提高，工作浮筒下部的压力增大，当浮力大于工作浮筒、工作摇臂杠杆本身自重、活塞摩擦力时，工作浮筒的位置提高，当海浪达到波峰时，工作浮筒也达到最高临界位置。在这一过程中固定连接在工作浮筒上的摇臂杠杆，以摇臂杠杆轴为圆心带动向上移动，在摇臂杠杆上部的活塞杆和活塞也向上运动，泵体内的压力增大，这时处于过滤器的进水逆止阀关闭，处于主管道的排水逆止阀开启，将具有一定压力的海水送到主管道。在摇臂杠杆下部的活塞杆和活塞也向上运动，泵体内的压力减小，这时处于过滤器的进水逆止阀开启，处于主管道的排水逆止阀关闭，将海水吸入泵体内。同时，处于泵体总程对面的工作浮筒、杠杆和活塞在海水高度变化的作用之下也做上下运动做功。

当工作浮筒海平面高度随海浪波谷到达时降低时，工作浮筒时由于水位的降低，工作浮筒下部的压力减小，当浮力和活塞摩擦力小于工作浮筒、工作摇臂杠杆本身自重时，工作浮筒的位置降低，当达到海浪波谷时，工作浮筒也达到最低临界位置。在这一过程中固定连接在工作浮筒上的摇臂杠杆，以摇臂杠杆轴为圆心带动向下移动，在工作摇臂杠杆上部的活塞杆和活塞也向下运动，泵体内的压力减小，这时处于过滤器的进水逆止阀开启，处于主管道的排水逆止阀关闭，将海水吸入泵内。在摇臂杠杆下部的活塞杆和活塞也向下运动，泵体内的压力增大，这时处于过滤器的进水逆止阀关闭，处于主管道的排水逆止阀开启，将具有一定压力的海水送到主管道。同时，处于泵体总程对面的工作浮筒、杠杆和活塞在海水高度变化的作用之下也做上下运动。

C、工作浮筒和摇臂杠杆是摇臂式海洋波浪驱动活塞泵的主要动力转换部分，也是摇臂式海洋波浪驱动活塞泵的杠杆力点，泵体总程和活塞水泵是摇臂式海洋波浪驱动活塞泵的支点和工作点，所以，泵体总程和活塞水泵、水位浮筒、过滤器及进水逆止阀、排水逆止阀的总浮力和总重力都要大于工作浮筒和工作摇臂杠杆的浮力和重力。同时泵体总程的四根无缝钢管与四根圆管柱形滑道之间由于设计不对称和水平力不断变化造成角度增加而磨擦力也增大，致使泵体总程及其相连部件运动位移减小，从而提高摇臂式海洋波浪驱动活塞泵的工作效率。

D、海洋的潮汐变化很大，一般潮汐落差在5-8米，为了提高摇臂活塞式海洋波浪驱动海水泵的工作效率，能在全天工作，四根滑道高度设计在6-8米，由于泵体总程和水位浮力筒连成一体，可随该位置海平面高度变化而上下运动，故此可使潮汐的最高位置和最低位置均能进行工作，克服潮汐落差对摇臂式海洋波浪驱动活塞泵工作的影响。

E、摇臂式海洋波浪驱动活塞泵的混凝土基础制成台形，在上面固定安装四块预埋铁，用螺栓与垂直海面的四根圆管柱形滑道相固定，在四根圆管柱形滑道的上面用螺栓固定公用架。形成摇臂式海洋波浪驱动活塞泵的固定基础主体。

F、海洋的天气和气候变化很大。当台风和巨浪来临时，摇臂式海洋波浪驱动活塞泵设计了岸边控制的浮力控制装置：就是岸基水泵和空气压缩机，用管道与工作浮筒和水位浮筒相连接，当台风和巨浪来临时开起水泵向工作浮筒和水位浮筒注水，消除浮力使摇臂式海洋波浪驱动活塞泵沉入水下避免造成损失。当台风和巨浪解除时开起空气压缩机向工作浮筒和水位浮筒注入空气恢复浮力，调整摇臂式海洋波浪驱动活塞泵正常工作，恢复能源供应。并能根据工作状况选择摇臂式海洋波浪驱动活塞泵的浮出水面开启运行和沉入水中停止工作的状态。

附图说明：

图1.摇臂式海洋波浪驱动活塞泵结构图

其中①代表混凝土基础；②代表泵体总程；③代表摇臂杠杆；④代表水位浮筒；⑤代表工作浮筒；⑥代表活塞水泵；⑦代表过滤器及进水逆止阀；⑧代表圆管柱形滑道；⑨代表公用架；⑩代表排水逆止阀；

代表连接管道；A通过管道连接岸边水泵和空气压缩机，伸入浮筒中的管道连接水泵，未伸入浮筒中的管道连接空气压缩机；B代表通过排水逆止阀的海水由主管道送至海边相应标高或相应位置；

图2.泵体运动工况原理示意图一

→代表工作浮筒和水位浮筒运动方向；

代表海水在摇臂式海洋波浪驱动活塞泵中的流动方向

图3.泵体运动工况原理示意图二

→代表工作浮筒和水位浮筒运动方向；

代表海水在摇臂式海洋波浪驱动活塞泵中的流动方向

图4.泵体运动工况原理示意图三(工作浮筒、水位浮筒下沉至水平面下)

图5.泵体总程主视图

图6.泵体总程俯视图

图7.泵体总程左视图

图8.水位浮筒主视图

图9.水位浮筒俯视图

图10.水位浮筒左视图

图11.工作浮筒主视图

图12.工作浮筒俯视图

图13.工作浮筒左视图

图14.公用架俯视图

图15.公用架主视图

图16.公用架左视图

图17.活塞水泵主视图

图18.活塞水泵左视图

图19.活塞水泵俯视图

图20.排水逆止阀主视图

图21.排水逆止阀左视图

图22.排水逆止阀俯视图

图23.过滤器及进水逆止阀主视图

图24.过滤器及进水逆止阀左视图

图25.过滤器及进水逆止阀俯视图

图26.混凝土基础平面图

图27.混凝土基础立面图

图28.圆管柱形滑道主视图

图29.圆管柱形滑道俯视图

图30.摇臂杠杆主视图

图31.摇臂杠杆左视图

图32.摇臂杠杆俯视图

图33.海水运动流程图

其中a代表海水；b过滤器及进水逆止阀；c代表活塞水泵；d代表出水逆止阀；e代表输送管道；f代表岸边相应设施

图34.摇臂式海洋波浪驱动活塞泵主视图

具体实施方式

1、摇臂式海洋波浪驱动活塞泵的说明

摇臂式海洋波浪驱动活塞泵是安装在大海靠近岸边水深2-5米冬季无冰的地方，主要是利用海洋表面波峰谷落差所形成的能量而驱动工作浮筒，使工作浮筒由于海平面高低变化而上下运动，而连接在工作浮筒上的杠杆摇臂随着工作浮筒的升起和下降上下运动做功，带动杠杆摇臂上的活塞泵的活塞杆运动。压缩泵体内的海水，将海浪能转换成机械能，海浪泵将机械能转换成液压动能，将海水自过滤器的进水逆止阀吸入泵体内，然后经排水管路的逆止阀压出，通过输送管道向海岸边的所需场所或者设施提供一定压力的海水资源，供岸边海水提炼、海水养殖、海水发电和其它海水的利用。

2、摇臂式海洋波浪驱动活塞泵的结构组成：

摇臂式海洋波浪驱动活塞泵由泵体总程、垂直海面的四根圆管柱形滑道、工作摇臂杠杆、工作浮筒、水位浮筒、活塞水泵、过滤器及进水逆止阀、排水逆止阀、各种连接和输送管道、公用架、浮力控制装置、混凝土基础等组成。

3、摇臂式海洋波浪驱动活塞泵混凝土基础：

由于摇臂式海洋波浪驱动活塞泵设计在靠近海岸水深2-5米的地方，此地的地质比较松软，多是泥砂地质，垂直海面的四根圆管柱形滑道要求垂直于海面，因此垂直安装在台形基础上，为了定位精准，同时防止四根圆管柱形滑道晃动，在台形基础上四根圆管柱形滑道位置用螺栓固定安装四块预埋铁，用钢筋混凝土制成的台形基础，以加强圆管柱形滑道的稳定性和抗击风浪的性能。

4、摇臂式海洋波浪驱动活塞泵泵体总程：

泵体总程是在四根垂直滑道控制内安装摇臂杠杆、水位浮筒、活塞水泵、过滤器及进水逆止阀的主要部件。泵体总程主要由四根无缝钢管组成，两侧用工型钢板焊接相连，并在工型钢板中间焊接两块带有两孔的加强板，用于安装摇臂杠杆。在前后和上下各有两根型钢连接，在型钢上各固定一根纵向横梁，横梁的两端焊有水泵体的固定装置，在每根金属钢管套外侧各焊有两根槽钢，用螺栓固定水位浮筒。在上部槽钢连接一根角铁，用以安装过滤器及进水逆止阀。

5、摇臂式海洋波浪驱动活塞泵摇臂杠杆：

摇臂杠杆是按照一类杠杆设计的。杠杆的一端是力臂的支点，由管套和销轴组成。另一端是：力点由用于安装工作浮筒，主要由工作浮筒固定装置组成。力臂是用钢管焊接而成。力臂靠近泵体总程的部分焊接有活塞水泵的安装装置，用以安装活塞水泵。摇臂杠杆是摇臂式海洋波浪驱动活塞泵的动力传导装置。

6、摇臂式海洋波浪驱动活塞泵水位浮筒：

水位浮筒是安装泵体总程的两侧，用型钢和螺栓固定，水位浮筒由钢板卷成筒状焊接而成，上部有两个开孔，其中一个在浮筒内的最高点，是浮力控制装置连接压缩空气的管道开口。另一个用钢管通到浮筒内的低点位置，是浮力控制装置的连接水泵的进水管道开口。用以调整泵体总程的工作位置。

7、摇臂式海洋波浪驱动活塞泵工作浮筒：

工作浮筒是安装在摇臂杠杆的作用力端，用螺栓和压板固定，水位浮筒也是由钢板卷成筒状焊接而成，在中部横向焊接两根相通钢管，用于安装摇臂杠杆。在上部有两个开孔，其中一个在浮筒内的最高点，是浮力控制装置连接压缩空气的管道的开口。另一个用钢管通到浮筒内的最低点，是浮力控制装置的连接水泵的进水管道的开口。用以调整的摇臂杠杆工作位置。使摇臂杠杆获得更大的海浪能量。

8、摇臂式海洋波浪驱动活塞泵活塞水泵：

活塞水泵的泵体由铸铁或玻璃钢制成，在泵体顶部有凸出部和安装孔用销轴与泵体总程的安装装置相连接，活塞水泵的泵体上有两个孔，其中一个是进水孔直接通往过滤器及进水逆水阀。另一个是出水孔，直接通往压力管道的排水逆水阀。活塞由压板和正反两块胶碗组成。活塞杆的一端有螺纹，用螺母与活塞固定，另一端有销轴孔，用销轴与摇臂杠杆的活塞水泵的安装装置相连接。将海浪驱动浮力的机械能直接转换成液压动能。

9、摇臂式海洋波浪驱动活塞泵过滤器及进水逆止阀

过滤器是防止海洋生物和海洋微生物进入管道影响水泵正常工作的装置。过滤器由金属壳和过滤层组成。金属壳上装有进水逆水阀和安装装置。过滤层由多层过滤材料制成，将海洋生物杂质过滤掉。保证摇臂式海洋波浪驱动活塞泵正常工作。

10、摇臂式海洋波浪驱动活塞泵圆管柱形滑道：

圆管柱形滑道是由四根圆管柱制成，主要是控制泵体总程根据潮汐水位变动而上下浮动的位置。圆管柱形滑道要求与泵体总程的四根套管之间的间隙应保持相应距离，以保证泵体总程在圆管柱形滑道的控制范围内上下浮动。四根圆管柱内加入混凝土以加强管柱的强度。管柱的下部与基础横梁的连接用子口法兰螺栓连接固定。上部用于口螺栓和公用架连接。

11、摇臂式海洋波浪驱动活塞泵公用架：

四根圆管柱的上部与公用架连接。公用架由四根槽钢焊接制成。四角分别打四个有内孔的孔，用于安装固定螺栓，在孔的对面焊有四根工艺管，安装时用于控制四根圆管柱的相对位置。

12、摇臂式海洋波浪驱动活塞泵浮力控制装置：

浮力控制装置各由一台小型空气压缩机和水泵组成，安装在岸边，用管路连接工作浮筒和水位浮筒，用截门控制，当需要调整浮力时，开启小型空气压缩机或水泵，根据需要控制截门将水输入浮筒或者抽出浮筒以调整浮筒的浮力位置。

13、摇臂式海洋波浪驱动活塞泵排水逆止阀：

摇臂式海洋波浪驱动活塞泵的排水逆水阀由阀体、出水总管、排水逆水阀管路和两个耳状固定装置组成。

阀体上焊接出水总管、排水逆水阀管路和两个耳状固定装置。

Claims (9)

1.一种摇臂式海洋波浪驱动活塞泵，其特征在于，包括混凝土制成的基础、公用架、泵体总成、四根圆管柱形滑道、摇臂杠杆、工作浮筒、水位浮筒、活塞水泵、过滤器、进水逆止阀、排水逆止阀和浮力调整装置，泵体总成包括四根套于圆柱形滑道的管套，在四根管套的两侧分别焊接有一根工型钢，在工型钢中部各有两个孔，用于安装摇臂杠杆，在四根管套的前后、上下各焊接有两根钢管用于支撑泵体总成的主体，在两根钢管的上面和下面中部各焊接有一根钢梁，钢梁两端焊接有安装装置，用于安装活塞水泵体；在上面钢梁中部焊接有两根有孔扁钢，用于安装排水逆止阀；在四根管套的外侧分别焊接四根有孔槽型钢，用于安装水位浮筒；上面的两根槽型钢焊接有一根有孔角型钢，用于安装过滤器及进水逆止阀，泵体总成是所述活塞泵的活动总体，所有运动件都安装在泵体总成上； 

所述活塞泵能够安装在大海靠近岸边冬季无结冰的海水中，工作浮筒与摇臂杠杆固定，通过摇臂杠杆与泵体总成连接，利用海洋表面波浪峰谷落差所形成的能量而驱动工作浮筒，使工作浮筒在海平面高低变化下而上下运动，同时连接在工作浮筒上的摇臂杠杆随着工作浮筒的上升和下降上下运动做功，带动摇臂杠杆上的活塞水泵的活塞杆和活塞运动，活塞压缩泵体内的海水，将海浪能转换成机械能，将机械能转换成液压能，将海水自过滤器的进水逆止阀吸入泵体内，然后经排水管路的排水逆止阀压出； 

泵体总成和水位浮筒连成一体，由圆管柱形滑道控制泵体总成在其范围内上下浮动，使泵体总成和水位浮筒可随所处位置海平面高度变化而上下运动，从而调整泵体总成的工作位置，使其在潮汐的最高位置和最低位置范围内均能进行工作，在大浪和台风来临时，工作浮筒和水位浮筒内能够注满水，使所述活塞泵沉入水下，减少损失，过后工作浮筒和水位浮筒内能够注入空气，使所述活塞泵能够恢复工作。 

2.根据权利要求1所述的活塞泵，其特征在于，混凝土基础制成台形，在上面固定安装四块预埋铁，用螺栓与垂直海面的四根圆管柱形滑道相固定，在四根圆管柱形滑道的上面用螺栓固定公用架，形成所述活塞泵的固定主体。 

3.根据权利要求1所述的活塞泵，其特征在于，摇臂杠杆包括两根平行钢管，其后部焊接有一根管套用于与泵体总成安装连接，在距离前部和后部一米的位置上分别焊接两根钢管，在后部钢管的中部上下分别焊接有安装装置，用于安装活塞水泵的活塞杆，前部钢管控制工作浮筒的位置，两根平行钢管的前部一米用于插入工作浮筒的套管，端头内有螺纹用于固定工作浮筒，摇臂杠杆用于传导工作浮筒的浮力和重力，上下运动做功，将海浪能转换成机械能，驱动活塞水泵进行工作，形成所述活塞泵的工作杠杆。 

4.根据权利要求1所述的活塞泵，其特征在于，工作浮筒是用钢板卷制焊接而成的密封圆筒，其横向焊接有两个管套用于安装固定在摇臂杠杆的前部，其上部焊接两根管路，其中一根直接焊接在工作浮筒的外壁上并开孔，连接空气压缩机，用于调整工作浮筒的浮力，另一根直接插入工作浮筒内的较低位置，连接水泵，用于调整工作浮筒的重力，工作浮筒是将海洋波浪的峰谷浮力和重力的海浪能转换成机械能的主要装置。 

5.根据权利要求1所述的活塞泵，其特征在于，水位浮筒是用钢板卷制焊接而成的密封圆筒，其上部焊接两根管路，其中一根直接焊接在水位浮筒的外壁上并开孔，连接空气压缩机，用于调整水位浮筒的浮力，另一根直接插入水位浮筒内的较低位置，连接水泵，用于调整水位浮筒的重力，水位浮筒固定在泵体总成上，通过四根圆管柱形滑道控制可以上下滑动，调整泵体总成的工作水位，是控制所述活塞泵在最佳水位上做功的装置。 

6.根据权利要求1所述的活塞泵，其特征在于，活塞水泵是用不锈钢和玻璃钢，或铸铁制成的筒型泵体，其上部有一凸块，设置有孔用于将其安装在泵体总成上下横梁的端部安装装置上，在活塞水泵体上部还有 两根管路，其中一根是进水管，通往过滤器及进水逆止阀，另一根是出水管通往排水逆止阀，活塞水泵体内安装活塞，活塞体上安装两个橡胶皮碗，用于密封泵体，在活塞上有活塞杆，活塞杆一端有螺纹用于固定活塞，另一端有孔，用于安装在摇臂杠杆后部钢管的中部安装装置上，活塞随摇臂杠杆上下运动而运动，改变泵体内压力，从而使海水通过进水逆止阀压入泵体内，再由泵体内压出，通过排水逆止阀压至输水管路，是所述活塞泵的机械能转换成液压能的主要部件。 

7.根据权利要求1所述的活塞泵，其特征在于，用钢板和角钢焊接成过滤器的主体，在外部安装多孔铝板，多孔铝板外部安装过滤层，在过滤器的主体上部安装有两根管路，分别通往活塞水泵的进水管，管路内装有进水逆止阀，在过滤器的主体上部焊接有一有孔角钢，安装在泵体总成两侧槽型钢焊接的有孔的角型钢上，过滤器是所述活塞泵的水质保证装置。 

8.根据权利要求1所述的活塞泵，其特征在于，排水逆止阀用钢板和角钢焊接成方形主体，其下部安装有四根管路，分别通往活塞水泵的出水管，管路内装有逆止阀，在方形主体的两侧焊接有有孔角钢，安装在泵体总成上部钢梁靠近中部的两根扁钢上，在方形主体的上面焊接有出水总管，连接通往岸边。 

9.根据权利要求1所述的活塞泵，其特征在于，浮力控制装置由安装在岸边的空气压缩机和水泵组成，采用空气压缩机和水泵工作改变工作浮筒和水位浮筒内部储水量来改变浮筒浮力、重力，使所述活塞泵发挥较大工作效率，在大浪和台风来临时，将所述活塞泵沉入水下，减少损失，并能根据工作状况选择所述活塞泵的浮出水面开启运行和沉入水中停止工作的状态。 

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