CN102434371B - 海流能捕获系统的对水装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海流能捕获系统的对水装置，其特征在于：它包括对水装置主体机架（6）、海流方向探测机构（8）、换向机构（9）、增压机构（5）、蓄能机构（7）、液压旋转缸（11）、储液箱（2）和底座（1）；海流方向探测机构（8）与换向机构（9）相连，换向机构（9）分别与增压机构（5）、液压旋转缸（11）和储液箱（2）通过管道连接；蓄能机构（7）通过三通接头连接在增压机构（5）与换向机构（9）相连的管道上；液压旋转缸（11）安装在储液箱（2）上，液压旋转缸（11）的转轴固定在对水装置主体机架（6）上，储液箱（2）固定在海底的底座（1）上。本发明提供了一种结构简单，稳定性高的海流能捕获系统的对水装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种海流能捕获系统，具体是指一种海流能捕获系统的对水装置。
背景技术
随着世界能源结构的变化，无污染的海流能越来越被人们重视，各种海流能的捕获装置也开始广泛运用。海流能主要包括潮流能和波浪能，众所周知潮流和波浪的方向是经常变化的，这也要求海流能的捕获装置能根据海流能方向的变化进行对水调整，现有技术多采用大型的尾翼结构或是复杂的电子对水系统来根据海流能方向的变化进行对水调整，然而这两种对水装置都存在较大的不稳定性。大型尾翼的体积很大，容易受到不规则海流的冲击而损坏；电子对水系统包括多个传感器、电动机和控制电路，结构复杂还需要长期在水下使用，一旦发生漏电或是电力供应故障，整个系统就会崩溃。所以现在迫切需要一种结构简单，稳定性高的海流能捕获系统的对水装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种结构简单，稳定性高的海流能捕获系统的对水装置。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种海流能捕获系统的对水装置，其特征在于：它包括对水装置主体机架、海流方向探测机构、换向机构、增压机构、蓄能机构、液压旋转缸、储液箱和底座；海流方向探测机构与换向机构通过传动机构连接，换向机构上设有四个接口，四个接口分别与增压机构的输出口、液压旋转缸第一接口、液压旋转缸的第二接口和储液箱的进口通过管道连接；蓄能机构通过三通管道接头连接在增压机构与换向机构相连的管道上；液压旋转缸安装在储液箱上，液压旋转缸的转轴的延长段固定在对水装置主体机架上，储液箱固定在海底的底座上。
以上结构设计简单，无需复杂的电子系统，也不需要采用结构庞大的尾翼，对环境的适应能力强，不容易受海流冲击的损坏；本发明通过一些常见的机械部件巧妙连接即可实现自动对水功能；纯机械结构连接，装置工作稳定可靠，对水准确，执行速度快而且本装置设有蓄能机构，即使在外界能源供应中断的情况下，系统仍然可以正常工作。
作为改进，它还包括桨叶和增速器；桨叶的转轴与增速器通过传动机构连接，增速器与增压机构通过传动机构连接；该结构可以使系统的能量直接来自捕获的海流能，无需附加另外的能量源，装置工作更稳定，同时也简化了增压机构的结构，使之不用再另接电能或其它能源，对整个装置起了优化作用。
作为优选，所述海流方向探测机构为带旋转轴的尾舵结构；尾舵结构对海流方向感应的灵敏度高，只要有侧向海流它就会偏转，使装置反应更迅速。
作为优选，所述增压机构为液压泵；液压泵为成熟的增压机构，能使系统工作更稳定。
作为改进，蓄能机构与增压机构相连的管道上设有用于防止流体从蓄能机构流向增压机构的单向阀；该结构能防止高压液体倒流，有效保护增压机构的输出端，同时还可以在单向阀和增压机构之间引出一路高压流体用于做其他功能的扩展等用途，增加了装置的可利用率。
作为优选，换向机构为转轴式换向阀，阀体上设有四个接口，换向阀的阀芯上设有用于改变接口连通方式的环形沟槽；该结构简单实用，成本低，工作可靠，提高了装置的稳定性，同时降低了生产成本。
作为改进，储液箱的外围设有用于保护储液箱的外壳，外壳上设有用于穿过液压旋转缸的转轴的延长段的中心孔，外壳上还设有用于穿过与储液箱相连的管道的过孔； 该结构能有效的保护储液箱不受海水的侵蚀，同时也不会影响到管道和液压旋转缸与储液箱的连接。
作为进一步改进，所述外壳的上端面上设有用于保持对水装置主体机架平稳转向的转向轴承；该结构能确保装置在对水过程中旋转更平稳。
作为进一步改进，它还包括背压阀，背压阀串接在换向机构与储液箱相连的管道上；该结构可以提供给液压旋转缸一定的缓冲背压，能防止液压旋转缸在高压液体的作用下转动过快。
附图说明
图1是本发明海流能捕获系统的对水装置的结构剖面结构示意图。
图2是本发明海流能捕获系统的对水装置的液压系统原理图。
图3是本发明海流能捕获系统的对水装置的换向机构剖面示意图。
图4是本发明海流能捕获系统的对水装置的液压旋转缸剖面示意图。
图中所示：1、底座，2、储液箱，3、桨叶，4、增速器，5、增压机构，6、对水装置主体机架，7、蓄能机构，8、海流方向探测机构，9、换向机构，9.1、阀体外壳，9.2、阀芯，9.3、阀芯转轴，10、转向轴承，11、液压旋转缸，11.1、挡板，11.2、缸体，11.3、液压旋转缸转轴，12、输能管，13、单向阀，14、背压阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
一种海流能捕获系统的对水装置，它包括对水装置主体机架6、海流方向探测机构8、换向机构9、增压机构5、蓄能机构7、液压旋转缸11、储液箱2和底座1；海流方向探测机构8与换向机构9通过传动机构连接，换向机构9上设有四个接口，四个接口分别与增压机构5的输出口、液压旋转缸11第一接口Ⅰ、液压旋转缸11的第二接口Ⅱ和储液箱2的进口通过管道连接；蓄能机构7通过三通管道接头连接在增压机构5与换向机构9相连的管道上；液压旋转缸11安装在储液箱2上，液压旋转缸11的转轴11.3的延长段固定在对水装置主体机架6上，储液箱2固定在海底的底座1上。它还包括桨叶3和增速器4；桨叶3的转轴与增速器4通过传动机构连接，增速器4与增压机构5通过传动机构连接。海流方向探测机构8为带旋转轴的尾舵结构。所述增压机构5为液压泵。所述蓄能机构7与增压机构5相连的管道上设有用于防止流体从蓄能机构流向增压机构的单向阀13。换向机构9为转轴式换向阀，阀体上设有四个接口，换向阀的阀芯上设有用于改变接口连通方式的环形沟槽。储液箱2的外围设有用于保护储液箱2的外壳，外壳上设有用于穿过液压旋转缸11的转轴11.3的延长段的中心孔，外壳上还设有用于穿过与储液箱2相连的管道的过孔。所述外壳的上端面上设有用于保持对水装置主体机架6平稳转向的转向轴承10。它还包括背压阀14，背压阀14串接在换向机构9与储液箱2相连的管道上。
本发明在具体实施时，底座1可以是海底平台，也可以是海底搭建的高台或是悬浮在海水中的移动平台。蓄能机构7可采用专用的高压储液缸，液压系统的所有连接管道可以采用耐高压的软管，软管的耐压值高于10MPa为佳；液压系统的液压油可以采用标准液压油，如68号的液压油，桨叶3可以采用双向运转的桨叶。海流方向探测机构8为带旋转轴的尾舵结构，旋转轴的长度以能使尾舵结构能高出桨叶3所能达到的最高的水平线为佳。换向机构9为转轴式换向阀，如附图3中所示，换向阀包括阀体外壳9.1、阀芯9.2和阀芯转轴9.3，该换向阀通过阀芯转轴9.3的转动，带动阀芯9.2转动，在阀芯9.2转动时，会改变阀体外壳9.1上四个接口的连通方式；该换向阀在市面上有销售，在具体实施时为了提高换向阀对本发明的控制精度，也可以对市面上买到的换向阀做适当的改装，如继续参照图3，改装时可将阀芯9.2的两个环形沟槽的长度加长，使每个环形沟槽更加接近与之相邻的接口，同时还可以在阀芯9.2上加涂些润滑油，这样阀芯9.2只要略有转动就会改变各接口的连接方式，提高了装置的灵敏度。储液箱2的外围设有用于保护储液箱2的外壳，外壳上涂有防海水腐蚀的涂料，外壳的上端面上设有两个对称的用于保持对水装置主体机架6平稳转向的转向轴承10。转向轴承10市面上已经有相当成熟的产品在销售，此处可选用圆环形的外围带密封的转向轴承。
结合附图1，进一步说明，本发明在具体实施时可以按如下方式进行：将整个对水装置的主体机架设计成中空的圆柱形，尾部装上半球形后盖，前端安装有桨叶3，桨叶3的具体尺寸可根据设计需要自行确定，桨叶3的转轴与置于主体机架内的增速器4通过传动齿轮连接，增速器4可采用输入端与输出端的传动比在1：15以上的增速器。增速器4的输出转轴与置于主体机架内的增压机构5的驱动装置通过传动齿轮连接，增压机构5可以采用普通的齿轮泵。增压机构5上设有进液、出液两路管道，进液管道伸入储液箱2的内部，管道的出口位置与储液箱2的底部距离在5～10cm左右。管道为耐高压软管，且在安装时预留一定的长度，以能保证对水装置主体机架能自由旋转一周为宜。出液管道与蓄能机构7通过三通接头连接，三通的另一出口接到换向机构9的一个接口上（如附图2中所示的ⅰ接口），换向机构9的第二个接口（如附图2中所示的ⅱ接口）通过管道与液压旋转缸11的第二接口（如附图2中所示的Ⅱ接口）相连，换向机构9的第三个接口（如附图2中所示的ⅲ接口）通过管道与背压阀14的进口相连，换向机构9的第四个接口（如附图2中所示的ⅳ接口）通过管道与液压旋转缸11的第一接口（如附图2中所示的Ⅰ接口）相连。背压阀14的出口通过管道伸入储液箱2的内部，管道的出口位置与储液箱2的底部距离在5～10cm左右。在蓄能机构7与增压机构5之间还设有一个单向阀13，单向阀13用来确保液体只能从增压机构5流向蓄能机构7。在单向阀13与增压机构5的连接管道上还可以通过三通接头引出一路供能管线（如附图2中所示的输能管12），用于将桨叶3捕获的海流能输出给发电系统或是其他系统。本发明涉及装置将在水下运行，所以，所有直接与海水接触的部件都需要做防海水腐蚀处理，同时外围各部件的接口处需做防水处理，关于类似的防水和防腐技术，现在已经是常规技术此处不再详述。
本发明工作原理，结合附图1～4，当海流方向与图1中海流方向探测机构8的尾舵所处的方向有一定夹角（此处所述的夹角是指一个圆周的范围内的夹角，不包括0度（某种意义上也是360度）和180度）时，海流方向探测机构8的尾舵会在海流的作用下发生偏转，直到尾舵与海流方向一致为止。海流方向探测机构8的尾舵顺时针偏转时，根据上述的结构换向机构9的阀芯9.2同时也会发生顺时针偏转，且偏转角度与海流方向探测机构8的尾舵相同。如图3所示，当阀芯9.2发生顺时针偏转时，只要有个微小的偏转量，换向机构9的ⅰ接口与ⅱ接口连通，ⅲ接口与ⅳ接口连通，如图2所示，从增压机构5或是蓄能机构7输出的高压液体由ⅰ接口流进，再经ⅱ接口流出，然后流入液压旋转缸11的Ⅱ接口，此时根据图4可以看出，高压流体会在腔室Ⅳ聚集，当流体聚集到一定量时，会对挡板11.1产生一个压力，此压力将推动挡板11.1旋转，从图4可知挡板11.1将同时带动液压旋转缸转轴11.3朝顺时针方向转动，再结合图1，液压旋转缸转轴11.3将带动对水装置主体机架6一起朝顺时针方向转动。因为具体实施时会将上述各转动部件的输入与输出的传动比设置到1：1的比例，所以对水装置主体机架6转动的角度将与海流方向探测机构8转动的角度一致，最终两者与海流的方向一致，使得海流能捕获系统的捕获机构（如桨叶3）与海流的方向成正对关系。
当海流方向探测机构8的尾舵逆时针偏转时，换向机构9的阀芯9.2同时也会发生逆时针偏转，只要有个微小的偏转量，换向机构9的ⅰ接口与ⅳ接口连通，ⅲ接口与ⅱ接口连通，如图2所示，从增压机构5或是蓄能机构7输出的高压液体由ⅰ接口流进，再经ⅳ接口流出，然后流入液压旋转缸11的Ⅰ接口，此时根据图4可以看出，高压流体会在腔室Ⅲ聚集，当压力达到一定值时，会对挡板11.1产生一个压力，此压力将推动挡板11.1旋转，从图4可知挡板11.1将同时带动液压旋转缸转轴11.3朝逆时针方向转动，再结合图1，液压旋转缸转轴11.3将带动对水装置主体机架6一起朝逆时针方向转动。和顺时针转动一样，最后对水装置主体机架6与海流的方向一致，使得海流能捕获系统的捕获机构，如桨叶3与海流的方向成正对关系。
当海流方向与图1中海流方向探测机构8的尾舵所处的方向的夹角为0度（某种意义上也是360度）时，说明此时海流能捕获系统的捕获机构（如桨叶3）与海流的方向成正对关系。当海流方向与图1中海流方向探测机构8的尾舵所处的方向的夹角为180度时，海流将从海流能捕获系统的捕获机构（如桨叶3）正后方冲击而来，此时如果海流能捕获系统的捕获机构（如桨叶3）采用的是可双向运转机构，如双向桨叶等，系统将会正常工作，否则系统需要在外力作用下转动海流方向探测机构8使之旋转180度，此时可以通过微型步进电机等控制设备来实现，也可以等到海流方向再次发生偏转时对水装置自行调整。
需要说明的是当首次使用本发明装置时，需要手动将对水装置主体机架6放置到与海流方向成正对关系，然后让海流能捕获系统运转一段时间，使其给蓄能机构7充满高压液体后，便可让其自动运行。在本发明装置正常运转时，需要对其做定期检查，也可以通过水下摄像装置进行监控以便在第一时间发现故障。本实施例中增压机构5的能量来取自桨叶3在海流冲击作用下转动产生的机械能，但增压机构5的能量来源方式可以是多样的，并不局限于本实施例中的一种方式，它还可以通过蓄电池或其他方式提供能量。本发明的其它很多部件也可以允许多种变化和同功能产品的替代变换，如换向机构9可以用多种换向阀来代替，而且同类换向阀的接口也不一定局限于四个，有人可能采用五个接口或是六个接口的，将其中两个用堵头堵住或是用管道将两个并做一个使用。还有海流方向探测机构8与换向机构9，此两个机构必需配套使用，但并不限于轴转式的机械机构，它还可以是能检测流体方向的电子传感器和与之配套的旋转电机。很明显这些变化都是基于本发明的构思之上的变化，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种海流能捕获系统的对水装置，其特征在于：它包括对水装置主体机架（6）、海流方向探测机构（8）、换向机构（9）、增压机构（5）、蓄能机构（7）、液压旋转缸（11）、储液箱（2）和底座（1）；海流方向探测机构（8）与换向机构（9）通过传动机构连接，换向机构（9）上设有四个接口，四个接口分别与增压机构（5）的输出口、液压旋转缸（11）第一接口（Ⅰ）、液压旋转缸（11）的第二接口（Ⅱ）和储液箱（2）的进口通过管道连接；蓄能机构（7）通过三通管道接头连接在增压机构（5）与换向机构（9）相连的管道上；液压旋转缸（11）安装在储液箱（2）上，液压旋转缸（11）的转轴（11.3）的延长段固定在对水装置主体机架（6）上，对水装置主体机架（6）的旋转直接由液压旋转缸（11）驱动，储液箱（2）固定在海底的底座（1）上；换向机构（9）为转轴式换向阀，阀体上设有四个接口，换向阀的阀芯上设有用于改变接口连通方式的环形沟槽；所述的海流能捕获系统的对水装置还包括桨叶（3）和增速器（4）；桨叶（3）的转轴与增速器（4）通过传动机构连接，增速器（4）与增压机构（5）通过传动机构连接，所述的桨叶（3）为可双向运转的桨叶。
2.根据权利要求1所述海流能捕获系统的对水装置，其特征在于：所述海流方向探测机构（8）为带旋转轴的尾舵结构。
3.根据权利要求1所述海流能捕获系统的对水装置，其特征在于：所述增压机构（5）为液压泵。
4.根据权利要求1所述海流能捕获系统的对水装置，其特征在于：蓄能机构（7）与增压机构（5）相连的管道上设有用于防止流体从蓄能机构流向增压机构的单向阀（13）。
5.根据权利要求1所述海流能捕获系统的对水装置，其特征在于：储液箱（2）的外围设有用于保护储液箱（2）的外壳，外壳上设有用于穿过液压旋转缸（11）的转轴（11.3）的延长段的中心孔，外壳上还设有用于穿过与储液箱（2）相连的管道的过孔。
6.根据权利要求5所述海流能捕获系统的对水装置，其特征在于：所述外壳的上端面上设有用于保持对水装置主体机架（6）平稳转向的转向轴承（10）。
7.根据权利要求1所述海流能捕获系统的对水装置，其特征在于：它还包括背压阀（14），背压阀（14）串接在换向机构（9）与储液箱（2）相连的管道上。
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Non-Patent Citations (1)
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| JP昭56-29074A 1981.03.23 * |
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| CN102434371A (zh) | 2012-05-02 |
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