CN102597494A - 泵送装置 - Google Patents

Abstract

描述了一种定位于水域中的波力驱动式泵送装置。所述泵送装置包括可潜水气缸，所述气缸锚固到水域的河床，气缸限定镗体。水下漂浮物作用于气缸上并且布置为在水中推挤气缸成竖直取向。表面漂浮物布置为在使用时漂浮于水域的表面或者足够靠近水域的表面以便依照波的运动和潮汐运动而在水域中上下移动。细长构件悬接于表面漂浮物。细长构件可伸缩地延伸到可潜水气缸的镗体中以在气缸内限定泵送室。泵送室的容积在泵送循环中随着波的运动而变化，以便在细长构件的上行冲程将流体抽入泵送室并且在细长构件的下行冲程将流体抽出泵送室。通过使细长构件相对于气缸延伸或收缩，泵送室的长度随着潮汐运动而变化以适应于变化的潮汐深度，同时使有效的泵送循环在遍及潮汐范围内持续，而无需使气缸相对于水域的河床移动。在细长构件收缩到气缸的镗体中的程度上，细长构件占据了镗体的截面积的大部分。

Description

泵送装置

技术领域

本发明涉及波力驱动式泵送装置。更具体地，本发明涉及用于潮水的泵送装置。

背景技术

波力驱动式泵送装置是已知的。通常，这些装置包括由位于水域表面(例如位于海面)的漂浮物的垂直位移驱动的泵。波力驱动式泵送装置可用于泵送水通过涡轮机以产生水力发电，或者这些波力驱动式泵送装置可用于将水泵送到向岸水库，储存于水库中以便于后期使用，例如，根据需求用于产生水力发电。

在申请人的已授权专利GB 2453670B中描述了一种已知泵送装置的实施例，本文图1中示出了该已知泵送装置。参照图1，已知泵送装置包括支撑在水中平台30上的泵。平台30通过锁链28与海底31耦合，并且通过水下漂浮物21竖直地支撑在水中。所述泵包括活塞12，活塞12布置为在气缸9内往复运动。连接构件5将活塞12与布置在海面上的加重漂浮物2连接。

在使用时，加重漂浮物2随着波高度的增加而升起并且随着波的经过而在重力作用下落下。随着波的经过加重漂浮物2的垂直位移驱动气缸9内活塞12和连接构件5的往复运动。泵双向作用并且按如下方式运行：在活塞12的上行冲程，水通过入口阀14被抽入气缸9内，同时水经由歧管10通过出口阀8从气缸9排出；相反地，在活塞12的下行冲程，水通过入口阀7被抽入气缸9内，同时水经由歧管10通过出口阀13从气缸9排出。

平台30可在水中升起或下降以调节泵的高度，从而适应各种潮汐条件。为此目的，平台30包括充气柱件22，充气柱件22能够相对于满溢式气缸23可伸缩地运动。当水域中水位上升时，例如涨潮时，加重漂浮物2也上升并且相对于气缸9提升连接构件5。一旦连接构件5达到其距气缸9的最大延伸度，加重漂浮物2随着涨潮的持续向上行进使得充气柱件22相对于满溢式气缸23延伸。

在其基底，满溢式气缸23包括吸气减压入口阀25和卸压出口阀26。在充气柱件22随着涨潮而延伸时，水通过吸气减压入口阀25被抽入柱件22和气缸23之间的室。相反地，为了使柱件22随着退潮而收缩以降低泵的高度，水通过卸压出口阀26从室中排出。吸气减压入口阀25和卸压出口阀26被设置为提供液压封闭以将柱件22保持在允许泵9在其正常冲程内运行的位置。

调节泵在水中的高度是重要的，因为这样确保泵在正确高度处正常地运行，即，加重漂浮物2能够上下移动，并且确保保护泵送装置的部件免受极高负荷和力的损害。例如，如果泵的高度是固定的，那么在高潮时泵将处于水中过低的位置。这将导致加重漂浮物2的平衡位置离泵太远，这样将防止活塞12在全上行冲程运行。

在高潮时，如果加重漂浮物2的平衡位置离泵太远，连接构件5将在长时间内自泵大幅度延伸出。在此延伸出的位置处，连接构件5将不受气缸9保护，并且将会由于水中的波动而暴露于严重的横向力。连接构件5由金属制成并且与气缸9的内径相比具有小直径。连接构件5延伸贯通泵送室，并且因此要求具有小的直径从而使得在向上的泵送冲程中装置的泵送容量最大。由于其具有小的直径，如果连接构件5长时间内从气缸9延伸出，则连接构件5会在横向力的作用下弯曲或屈曲。结果，需要具有高度可调平台来防止连接构件5在长时间内从气缸9延伸出。

尽管上面参照图1描述的系统运行良好，本发明的目的是提供简化构造的可选泵送装置。

发明概述

根据本发明的第一方案，提供用于定位在水域中的波力驱动式泵送装置，所述泵送装置包括：可潜水气缸，其被锚固到所述水域的河床，所述气缸限定镗体；水下漂浮物，其作用于气缸上，所述水下漂浮物布置为在水中推挤气缸成竖直取向；表面漂浮物，其布置为在使用时漂浮于水域表面或足够靠近水域表面，以便依照波的运动和潮汐运动而在水域中上下移动；以及细长构件，其悬接于所述表面漂浮物，所述细长构件可伸缩地延伸到可潜水气缸的镗体中以在所述气缸内限定泵送室；其中：泵送室的容积在泵送循环中随着波的运动而变化，以在细长构件的上行冲程将流体抽入泵送室并且在细长构件的下行冲程将流体抽出泵送室；通过使细长构件相对于气缸延伸或收缩，泵送室的长度随着潮汐运动而变化以适应于变化的潮汐深度，同时有效的泵送循环在遍及潮汐范围内持续，而无需使气缸相对于水域的河床移动；并且在细长构件收缩到气缸的镗体内的程度上，细长构件占据镗体的截面积的大部分。

与现有技术的系统相比，本发明更加简单、廉价且更加高效。成本方面的节省至少部分地归因于使用与已知系统相比较少的零件。例如，本发明不需要使气缸在水中升降以适应潮汐变化的单独的高度可调平台及其相关的阀。而是，本发明使细长构件相对于气缸可伸缩地延伸或收缩以补偿潮汐变化。在高潮时，细长构件将从气缸大幅度延伸出，而在退潮时细长构件主要收缩在气缸内。

细长构件比已知系统的相应的细长构件(或连接杆)明显大。与现有技术系统相对比，本发明的细长构件具有大的直径并且在收缩于气缸内的情况下占据了镗体的截面积的大部分。

大直径的细长构件能够抵制当从其气缸延伸出时在水中所经受的强的横向力所致的弯曲或屈曲。以此方式抵制变形的能力使得与现有技术系统相比使得细长构件能够较长时间地保持在高度延伸出或暴露的位置处。结果，本发明的装置能够可伸缩地调节潮汐变化，而现有技术系统通常使用高度可调气缸来防止连接杆长时间地延伸出。

通常，细长构件具有为镗体的直径的至少90％的直径。镗体的直径可在500-1600mm的范围内。优选地，镗体具有至少550mm的直径。细长构件的直径可以在500-1500mm的范围内。当然，可理解的是，如果装置将要在极深的水中或者在具有极大波动或具有潮汐范围的水域中，则装置可以更大。装置还可按比例放大以泵送甚至更大体积的流体。结果，可构思的是，各种部件的尺寸可能超出这些范围。

细长构件可沿其长度具有大致圆形的截面和/或大致均匀的截面积。细长构件起到活塞的作用。活塞头可设置在细长构件的下端处，所述下端远离表面漂浮物。活塞头可以为与细长构件耦合的单独零件，或者活塞头可由细长构件的封闭的下端限定。在其它实施方案中，可以采用开端式细长构件。出口可设置在细长构件的上端处。出口可与安装到细长构件上方的发电机连通。

优选地，装置配置为使得细长构件的下行冲程为主(或者可能是唯一的)工作冲程。在细长构件具有封闭下端的实施方案中，当气缸竖直时，主泵送室位于细长构件的下方。然而，在细长构件为开端时，泵送室可在细长构件内向上延伸。在两种情况下，当气缸竖直时，泵送室的至少大部分有利地位于气缸的最上端的下方。而且，在两种情况下，细长构件不占据泵送室或延伸贯通泵送室，因此在本发明中不需要限制细长构件的尺寸。

为了便于可伸缩潮汐调节，细长构件限显著长于现有技术的连接杆。类似地，气缸显著高于现有技术的气缸。通常，气缸和细长构件各自为十至二十米长，但是可制造出更长或更短的零件来适应特定水域的具体特性。优选地，气缸和细长构件至少为十米长。该装置适用于潮汐引起深度极度变化的水域。例如，在一些水域中发生高至十二米的深度变化。为了适应这种潮汐范围，可以使用十五米的气缸和十五米的细长构件。这仍将在高潮时使得细长构件的波力驱动往复运动进一步行进三米。当然，可使得气缸和细长构件更长以根据需要适应高潮时甚至更大的波。

细长构件可由金属或混凝土制成。可选地，细长构件可由塑料材料制成。优选地，细长构件由高密度聚乙烯(HDPE)制成。细长构件可以具有复合构造。特别地，细长构件可由纤维增强复合材料制成。例如，细长构件可由纤维增强塑料材料形成，例如玻璃增强HDPE或尼龙纤维增强HDPE。

为了方便，细长构件可以为空心的，或者可以其它方式来限定内腔。例如，细长构件可以管状并且具有大致圆形的截面。诸如集料、水、金属或其它这种稠密材料等压重料可设置在腔内以使细长构件在水中稳定。压重料增加了细长构件的重量并且辅助下行泵送冲程。

在镗体内限定在气缸和细长构件之间的间隙区域可以为环状的。间隙区域可具有小于细长构件的直径的百分之五的宽度。优选地，间隙区域的宽度小于细长构件的直径的百分之二，并且更优选地小于百分之一点五。典型地，间隙区域的宽度在五毫米至十毫米的范围内。优选地，间隙区域的宽度约为七毫米。

细长构件优选地为镗体内的滑配件。轴承可设置在间隙区域内以便于滑配合。第一轴承可安装到细长构件的外表面上。第一轴承可安装到细长构件的下端部处。第二轴承可安装到气缸的内壁。第二轴承可位于气缸的上端部内。轴承的这种配置有助于以同心关系将细长构件保持在气缸内。

该装置可配置为使得在使用时植物或海藻积聚在间隙区域中以使细长构件在气缸内的运动润滑。刮器可设置在间隙区域的入口处以便在细长构件在气缸内运动期间去除多于厚度的植物或海藻。所述刮器还防止藤壶、软体动物类等沉积在气缸的此部分上。该装置可配置为使得在使用时间隙区域中的水膜使细长构件在气缸内的运动润滑。

表面漂浮物可以包括漂浮部和压重部。漂浮部可充气。压重部可包括液槽，液槽可收容作为压重料的集料或水。如果使用水，则可动态控制液槽中的水量以根据需要来改变压重料。例如，在有暴风雨的状态下，可允许足量的水进入液槽中以使表面漂浮物下沉到海面以下。当状态较平静时，空气可从例如聚液槽泵送到液槽中，以从液槽中排出一些水或全部水以使表面漂浮物再次升起。可选地，如果希望的话，可使表面漂浮物在正常使用时下沉到表面以下，而保持足够靠近表面以便依照波的运动做往复运动。压重部可另外地或可选地包括由水泥或例如铸铁等金属制成的重物。

气缸可通过诸如绳子、锁链、缆线等系物锚固到水域的河床。当与硬质耦合件相比，使用系物是方面且廉价的。然而，本发明还可构思出硬质耦合件，诸如使得气缸能够绕着竖直位置枢转的球形接头。系物使得能够根据需要来确定和/或调节气缸在水域中的高度。气缸可以包括凸缘，系物能够附接至凸缘。气缸可具有单个系物点，一个或多个系物能够附接至所述系物点。优选地，单个系物用于将气缸与水域的河床耦合。使用单个系物允许装置绕着锚固件自由地移动，从而适应于盛行流。单个系物防止‘攫取’，在多系物系统中‘攫取’会成问题。

水下漂浮物具有相当大的、足够的浮力来抵制在向下泵送冲程期间细长构件和表面漂浮物的向下的力。对于系物系统而言，水下漂浮物具有足量的浮力来确保在向下泵送冲程期间系物仍保持拉紧。此配置与大多数现有技术系统形成对比，现有技术系统必须与水域的河床硬性耦合或者如果下行冲程用作工作冲程则与固定的平台硬性耦合。结果，本发明的泵送装置可自由直立且自我支撑。与许多现有技术系统相对比，泵送装置不需要附加的稳定装置来将其竖直地支撑在水中。

水下漂浮物适当地作用于气缸的上端。在本发明的优选实施方案中，水下漂浮物为紧固到气缸的上端周围的护套的形式。护套可以充气。在此配置中，在细长构件为闭端的情况下，镗体的限定泵送室的部分在气缸内延伸至水下漂浮物以下的水平。类似地，在细长构件为开端的情况下，泵送装置的大部分仍将位于水平漂浮物以下。这与许多现有技术系统形成对比，在现有技术系统中等同的镗体和泵送室位于水下漂浮物的上方。有利的是，本发明提供了低的重心，因此比自由直立的现有技术装置更加稳定。

泵送装置包括与泵送室连通的出口。管或软管可与出口连接，用于将泵送的流体输送到远程位置。有利的是，出口可设置在气缸的下端区域处。将出口设置在低水平处确保管或软管不会拉动气缸而远离其在水中的竖直位置。另外，将出口设置在低水平处意味着所述装置自冲洗：在向下泵送冲程，下沉到气缸底部的淤泥或其它碎屑能够通过出口被冲出。

泵送装置还可以包括与泵送室连通的入口。类似地，入口可设置在气缸的下端区域。在此位置处，由于深度，周围的水处于相对高压下。因此，通过入口进入泵送室的流体在上行冲程辅助且加速细长构件的向上移动。将入口设置在足够低的水平确保对于所有的潮汐状态实现这种效果，包括当细长构件最大程度地收缩于气缸内时处于低潮。将入口设置在低水平处的附加益处是，这使得入口最小程度地直接暴露于直接的太阳光，并且因此使得在入口上以及周围杂草生长以及植物、海藻、软体动物类、藤壶等的积聚最小化。

泵送装置优选地配置为泵送来自水域周围的水。在此情况下，入口可与周围的水连通。泵送的水可用于例如水力发电或用于脱盐。可选地，泵送装置可配置为通过将入口与适当的流体储器连接来泵送其它类型的流体，例如油或气体。

优选地，所述装置为单向作用。然而，双向作用的装置也在本发明的范围内。

根据本发明的第二方案，提供一种利用波力驱动式泵送装置来泵送流体的方法，所述泵送装置包括：潜水气缸，通过浮力朝向竖直位置推挤所述潜水气缸；细长构件，其以可伸缩关系位于气缸内；以及漂浮物，其布置在气缸上方并且与细长构件连接，所述漂浮物和所述细长构件布置为随着水域中的波运动和潮汐运动而相对于气缸往复运动，其中所述方法包括：在波力驱动泵送循环内泵送流体，由此水域中的波运动使得漂浮物和细长构件以一频率相对于气缸往复运动并且在一定程度上由水域中波的频率和幅值驱动；以及在整个潮汐期间内保持泵送流体的波力驱动泵送循环的同时，通过使细长构件相对于气缸可伸缩地延伸或收缩，在潮汐期间内适应于水域中的潮汐变化。

海中连续波峰之间的时间可取的范围在七秒至十二秒之间；更常见地，在八秒至九秒之间，通常大约为8.5秒。波力驱动泵送循环将具有大致等于连续波峰之间的时间间隔的时间长度。

此处限定为连续高潮之间的时间的潮汐周期取决于水域，但是通常近似为十二个半小时。当置于具有这种潮汐周期的水域中时，细长构件自气缸的平均延伸度在大约每十二个半小时高潮时为最大值。

所述方法可以包括：使装置在具有高至十二米的潮汐范围的水域中运行。潮汐范围是指低潮和高潮之间水的平均深度的变化。将理解的是，水域中的潮汐范围随着阴历周期而变化，最大潮汐范围发生于大潮，而最小潮汐范围发生于小潮。气缸和细长构件优选地足够长以适应整个潮汐范围，包括大潮，而甚至在高潮时允许波力驱动的往复运动继续。结果，所述方法可以包括：使细长构件自气缸延伸出多达十二米(在大潮期间可能更远)以适应于高潮，而允许细长构件自气缸延伸出更远以适应高潮时的波力驱动往复运动。在风力六级条件下，即强风条件下，海中波的波峰至波谷的高度通常在三米至四米之间。在风力九级的条件下，即，在烈风条件下，波的高度可高至七米至十米，而在风力十一级或十二级的情况下，即，在暴风或飓风条件下，波的高度可达到十六米。因此，该方法可包括：使泵送装置在具有此量级的波的水域中运行。

该方法可以包括：在潮汐周期内，基本保持气缸在水域中的高度。保持气缸的高度可涉及保持水域的河床和气缸基底之间的大致恒定的分离。

创造性构思包含单向作用的波力驱动式泵送装置，其包括：可潜水气缸，其系固到水域的河床并且通过水下漂浮物竖直地支撑在水中；气缸，其限定镗体，细长活塞可伸缩地容纳在所述镗体内；活塞构件，其在上端处与布置在气缸上方的表面漂浮物连接以便依照波的运动在水中往复运动，从而驱动镗体内的活塞构件；活塞构件沿着其长度的在使用时容纳在镗体内的至少那部分呈大体均匀的截面，并且其中，所述截面占据了镗体的截面积的大部分。

创造性构思还包括利用波力驱动式泵送装置泵送流体的方法，所述方法包括：将气缸浸入水域中，所述气缸限定镗体；将气缸锚固至水域的河床；利用水下漂浮物将气缸保持为大体竖直的取向；将表面漂浮物布置在水域的表面或者足够靠近水域的表面，以使表面漂浮物依照波的运动和潮汐运动在水域中上下移动；使细长构件可伸缩地延伸到气缸的镗体中以在气缸内限定泵送室，所述系构件在上端处与表面漂浮物连接；随着波高度增加，使用细长构件的上行冲程来将流体抽入泵送室中；随着波高度下降，利用细长构件的下行冲程将流体从泵送室抽出；以及使细长构件随着潮汐运动相对于气缸延伸或收缩以改变泵送室的长度，从而在使有效的泵送循环在遍及潮汐范围内持续的同时使装置适用于变化的潮汐深度。

附图说明

已经以本发明背景技术的方式参照了图1，其示出了已知的泵送装置。

为了更易于理解本发明，现在将通过实施例的方式参照下面的图，其中：

图2a为根据本发明的第一实施方案的单向作用泵送装置的截面侧视图，其中装置处于低潮状态下；

图2b为沿着图2a中的线A-A截取的剖面；

图2c对应于图2a，但是示出了处于高潮状态下的泵送装置；

图3为根据本发明的第二实施方案的单向作用泵送装置的截面侧视图；

图4为根据本发明的第三实施方案的单向作用泵送装置的截面侧视图；以及

图5为根据本发明的第四实施方案的双向作用泵送装置的截面侧视图。

发明详述

参照图2a，显示出依照本发明的第一实施方案的泵送装置100位于海中。通过综述的方式，泵送装置100包括管状气缸102，气缸102沉浸到海的表面104以下。气缸102经由锁链110系固到海底108的混凝土块106，并且通过水下漂浮物114大体竖直地支撑在水112中。气缸102具有由气缸102的圆形内壁117限定的柱形镗体116。细长构件118可伸缩地容纳在镗体116内。细长构件118具有与活塞头122连接的下端120，以及与布置在海的表面104的表面漂浮物126连接的上端124。随着表面漂浮物126在由波运动驱动的水112中上下移动时，活塞头122和细长构件118在镗体116内往复运动。正如所示，在低潮时，细长构件118处于其下行冲程的底部。

现在将对泵送装置的各个部件进行更加详细地说明，仍参照图2a。应当理解的是，此图不是按比例绘制。

表面漂浮物126具有近似十米的直径并且包括充气的漂浮部128以及收容海水的液槽形式的压重部130。可动态控制液槽中的水的量以便根据需要来调节压重料。例如，在暴风雨状态下，可允许足量的水进入液槽中，从而使表面漂浮物126下沉到海的表面104以下。当状态较为平静时，可将空气自例如聚液槽抽送到液槽中，从液槽中排出一些水或全部水从而使表面漂浮物126再次升起。

气缸102大约十五米长且从闭合的下端132朝向开放的上端134延伸。下端132具有倒Y的形状，倒Y的臂件136、137朝向海底108向下且向外延伸。开放的上端134限定通往镗体116的进口138。当气缸102如图所示为竖直时，进口138面向海的表面104。

气缸102包括入口140和出口142，入口140和出口142由倒Y形下端132的各个臂件136、137限定。入口140和出口142包括相应的入口阀144和出口阀146，入口阀144和出口阀146与限定在镗体116内的泵送室148连通。用于将泵送流体输送到远程地点的出口管150或传递软管附接至气缸102的出口支管137。连接凸缘152设置在Y形下端132的臂件136、137之间。锁链110的上端154附接至连接凸缘152，而锁链110的下端156附接至海底108上的混凝土块106以将气缸102锚固到海底108。

管状的细长构件118大约十五米长并且由高密度聚乙烯(HDPE)制成。细长构件118的内腔158收容集料160，集料160用作将细长构件118稳定在水112中的压重料。

第一导向轴承162从外部安装到细长构件118的下端120，而第二导向轴承164从内部安装到镗体116内气缸102的开放式上端134处。第一和第二导向轴承162、164将细长构件118和气缸102保持为同心关系，并且当细长构件118及其相关活塞头122在镗体116内往复运动时，辅助细长构件118及其相关的活塞头122的平稳行进。

参照图2b，该图示出了沿着图2a中的线A-A截取的通过气缸102和细长构件118的截面。窄的间隙区域166限定在细长构件118的外表面167和气缸102的内壁117之间。气缸102和细长构件118之间的径向间隙由箭头168表示，所述径向间隙大约为七毫米，恰好足够大以容纳图2a中所示的第一导向轴承162。镗体116的直径由双头箭头170表示，为550mm。细长构件118的外径由双头箭头172表示，为536mm。结果，细长构件118具有占据镗体116的截面积的大部分的截面积。重要的是，注意到此配置可与如图1所示的装置的现有技术系统形成对比，现有技术系统的装置使用了比相应的镗体的直径小很多的直径的细长构件5。结果是，该细长构件5占据了该镗体的截面积的小部分。

再次参照图2a，水下漂浮物114为连接于气缸102的上端134周围的套圈的形式。水下漂浮物114具有巨大的浮力，足以在水112中竖直地支撑气缸102，以使锁链110保持拉紧，即使镗体116内的细长构件118及其相关的活塞头122处于猛力的下行冲程。

活塞头122为盘形并且位于与镗体116的纵轴线174正交的平面中。环状密封圈(未示出)环绕活塞头122并且抵接气缸117的内壁以在泵送室148和间隙区域166之间形成密封。

当气缸102如图2a所示竖直时，具有各种容积的泵送室148位于活塞头122下方。当细长构件118及其相关的活塞头122在镗体116往复运动时，泵送室148的容积依照气缸102的活塞排量而变化。活塞排量取决于表面漂浮物126的往复运动，表面漂浮物126的往复运动依次取决于在任意既定时刻水112中波的高度。

现在将再次参照图2a和图2c对泵送装置100的运行进行说明。

首先参照图2a，在使用时，随着波的高度在海面104增加，表面漂浮物126的浮力使其随着升起的波向上移动。此向上移动提升镗体116内的细长构件118和活塞头122。在此上行冲程期间，升起的活塞头122在泵送室148内形成负压，这使得入口阀构件144移动而远离其阀座，并且使水通过入口144被抽入泵送室148。

随着波经过，在压重部130的重量以及细长构件118和收容于其中的集料160的重量辅助下，表面漂浮物126在重力作用下向下落。表面漂浮物126的这种向下运动驱动细长构件118和活塞头122在镗体116内向下运动。在此下行冲程期间，活塞头122使泵送室148中的水增压，这使得出口阀构件146移动而远离其阀座并且使水通过出口142从泵送室148排出。水被泵送通过出口管150朝向水力发电涡轮机(未示出)或者泵送到储器(未示出)，水储存到储器中以便后期使用。可选地，泵送装置100可用于泵送水通过逆渗透脱盐系统。

下行冲程继上行冲程构成了泵送装置100的一个完整循环。注意的是，图2a中的泵送装置100为单向作用并且利用了细长构件118和活塞头122的下行冲程作为主泵送冲程或主工作冲程。这与大多数现有技术的单向作用泵送装置形成对比，现有技术的泵送装置通常利用细长构件和活塞头的上行冲程作为工作冲程；这种装置遭遇的缺点是，细长构件占据了泵送室的部分，并且因此减少了泵送室的有效容积。通过在图2a中所示的配置中利用下行冲程作为主泵送冲程，细长构件118不占据泵送室148，并且因此在主工作冲程泵送的水的量对应于活塞头122作用于气缸102的整个活塞排量。

而且，与许多现有技术装置相比，图2a的单向作用的泵送装置100在气缸102的开放式上端134不要求气缸102和细长构件118之间的密封，因为由于活塞头122周围的密封圈所提供的密封而不用担心在此点处的压力损失。泵送装置100自润滑并且利用周围的水112作为润滑剂。另外，装置100自冲洗：在向下的泵送冲程，下沉到气缸102底部的淤泥或其它碎屑通过出口142和出口管150被冲出。

现在将参照图2c对泵送装置100对于涨潮和退潮的自调节能力进行说明。参照图2c，随着涨潮水112的深度增大，表面漂浮物126提升起细长构件118和相关的活塞头122以在水112中建立新的平衡位置。在此高潮平衡位置，细长构件118从气缸102大幅度延伸出。在此延伸出的位置上，细长构件118的大部分在几个小时内暴露于来自波运动的横向力。然而，与现有技术系统相比，由于其大的直径细长构件118能够承受这些力，其直径几乎如气缸102的直径一样大。

锁链110确保随着装置100自适应于涨潮和退潮气缸102的下端132和海底108之间的分离保持基本恒定；换句话说，气缸102的高度保持基本固定，而细长构件118可伸缩地适用于涨潮和退潮。

参照图3，此图示出了依照本发明的第二实施方案的泵送装置176。在图3和图2a中使用相同的附图标记表示等同的部件。除了泵送装置176不包括位于细长构件118的下端120处的活塞头之外，泵送装置176在多方面与图2a的泵送装置100相似。而是，细长构件118具有开放式下端120。与第一实施方案共同之处是，细长构件118是空心的。结果，泵送室148另外向上延伸到细长构件118内的细长内部178中。

在这个实施方案中，密封件180设置在气缸102和细长构件118之间气缸102的上端134处以防止水从间隙区域166逸出。该实施方案不包括细长构件118和气缸102的内壁117之间的轴承。而是，间隙区域116内的海水膜使得细长构件118在气缸102的镗体116内的滑动运动润滑。此外，海藻或植物积聚在间隙区域166中，其可用作附加的润滑剂。虽然图3中省略了与海底耦合的出口管，但是应当理解的是这些部件可与图2a中所示的部件相似。

参照图4，该图示出了依照本发明的第三实施方案的泵送装置182。在图4中使用相同的附图标记表示与图3和图2a中的部件等同的部件。就泵送装置无轴承而言，图4的泵送装置182与图3中的泵送装置176相似，并且在气缸102的上端134处具有开端式细长构件118和密封件180。然而，已经对图4中的泵送装置182进行了改进以使表面递送出口184设置在细长构件118的上端124处。

表面递送出口184与细长构件118的细长内部178连通，表面递送出口184是泵送室148的部分。球阀元件186设置在表面递送出口184内以用于控制流体流经其中。表面递送出口184可与船上发电机或其它表面设备连通。由于在此实施方案中不需要，已经封锁了在气缸102的下端132处的出口142。尽管在图4中再次省略了与海底的耦合，但是应理解的是可以采用与如图2a所示相似的布置。

现在参照图5，该图示出了依照本发明的第四实施方案的泵送装置200。在图5和图2a中使用相同的附图标记来表示等同的部件。除了将泵送装置200改进以使其为双向作用之外，泵送装置200在多方面与图2a的泵送装置100相似。因此，与第一实施方案相比，泵送装置200在细长构件118和相关的活塞头122的上下冲程和下行冲程泵送水。

除了上文关于图2a所述的主要部件之外，图5中的泵送装置包括与气缸102平行延伸并且在气缸102外部的导管202形式的歧管。导管具有下端204，下端204包括与气缸102的出口142连通的歧管出口阀206。导管202的上部208延伸通过水下漂浮物114并且终止于上端210处，上端210与水下漂浮物114的上表面212基本平齐。导管202的上端210经由歧管入口阀214与周围的海水112连通。导管202的上部208还包括与气缸102和细长构件118之间的间隙区域166连通的歧管馈送通道216。在此实施方案中，密封件218设置在气缸102和细长构件118之间气缸102的上端134处以防止水从间隙区域166逸出。

在下行冲程，下降的细长构件118和相关的活塞头122以与图2a中的装置100极相似的方式迫使水通过出口142并且沿着出口管150离开泵送室148。然而，图5的泵送装置200还在下行冲程中抽送水经由歧管入口阀214并且通过歧管馈送通道216进入密封的间隙区域166。

在上行冲程中，除了经由气缸入口140将水抽送到泵送室148内之外，升起的细长构件118和相关的活塞头122迫使水离开间隙区域166，通过歧管馈送通道216，向下通过导管202，通过歧管出口阀206和气缸出口142并且沿着出口管150。

随着间隙区域166变窄，泵送装置200在下行冲程中比上行冲程中泵送更多的水。然而，在上行冲程中泵送的水的贡献有利地增大了由泵送装置200泵送的水的累积量。

第四实施方案构造为以与上述第一实施方案相同的方式可伸缩地适应于涨潮和退潮。

可以在不偏离如所附的权利要求限定的本发明的范围的情况下对上述实施例做出各种改进。例如，尽管上面的实施例描述了利用锁链110将气缸102与海底108耦合，但是将理解的是，气缸102可以其它方式附接至海底108。例如，气缸102可由活塞耦合件保持。

而且，尽管上述一些实施方案包括与细长构件118的下端120耦合的盘形活塞头122，但是应理解的是，在本发明的其它实施方案中，活塞头122可与细长构件118一体形成。例如，活塞头122可由细长构件118的下端120限定。

此外，尽管上述装置100、176、182、200配置为从水域中泵送水112，应理解的是，可通过将入口140与适当的流体储器连接来泵送例如油或气体等其它流体。

Claims (36)

1.一种定位于水域中的波力驱动式泵送装置，所述泵送装置包括：

可潜水气缸，其锚固到所述水域的河床，所述气缸限定镗体；

水下漂浮物，其作用于所述气缸上，所述水下漂浮物布置为在水中推挤所述气缸成竖直取向；

表面漂浮物，其布置为在使用时漂浮于所述水域的表面或者足够靠近所述水域的表面，以便依照波的运动和潮汐运动在所述水域中上下移动；以及

细长构件，其悬接于所述表面漂浮物，所述细长构件可伸缩地延伸到所述可潜水气缸的所述镗体内以在所述气缸内限定泵送室；其中：

所述泵送室的容积在泵送循环中随着波的运动而变化，以便在所述细长构件的上行冲程将流体抽入所述泵送室中并且在所述细长个哦家的下行冲程将流体抽出所述泵送室；

通过使所述细长构件相对于所述气缸延伸或收缩，所述泵送室的长度随着潮汐运动而变化以适应于变化的潮汐深度，同时使有效的泵送循环在遍及潮汐范围内持续，而无需使所述气缸相对于所述水域的河床移动；并且

在所述细长构件收缩到所述气缸的所述镗体中的程度上，所述细长构件占据了所述镗体的截面积的大部分。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置配置为使得所述细长构件的所述下行冲程为主工作冲程或唯一工作冲程。

3.如权利要求1或权利要求2所述的装置，其中，所述装置为单向作用。

4.如任一前述权利要求所述的装置，其中，当所述气缸竖直时，所述泵送室限定在所述镗体的位于所述细长构件下方的区域中。

5.如任一前述权利要求所述的装置，进一步包括位于所述细长构件的下端处的活塞，所述下端远离所述表面漂浮物。

6.如任一前述权利要求所述的装置，其中，所述水下漂浮物作用于所述气缸的上端，并且所述镗体在所述气缸内延伸至所述水下漂浮物以下的水平。

7.如任一前述权利要求所述的装置，进一步包括位于所述气缸的下端区域的出口，所述出口与所述泵送室连通。

8.如权利要求7所述的装置，其中，所述出口与出口导管连通，以将流体从所述泵送室运送到远程位置。

9.如任一前述权利要求所述的装置，进一步包括位于所述气缸的下端区域的入口，所述入口与所述泵送室连通并且配置为允许流体在所述细长构件的上行冲程进入所述泵送室。

10.如任一前述权利要求所述的装置，其中，所述细长构件由塑料材料制成。

11.如任一前述权利要求所述的装置，其中，所述细长构件具有内腔。

12.如权利要求11所述的装置，其中，所述腔收容压重料。

13.如任一前述权利要求所述的装置，其中，间隙区域限定在所述镗体内所述气缸和所述细长构件之间。

14.如权利要求13所述的装置，其中，所述间隙区域具有比所述细长构件的直径的2％小的宽度。

15.如权利要求14所述的装置，其中，所述间隙区域的所述宽度在5-10mm的范围内。

16.如权利要求13至15中的任一项所述的装置，其中，所述细长构件为所述镗体的滑配件。

17.如权利要求16所述的装置，其中，轴承设置在所述间隙区域内。

18.如权利要求17所述的装置，其中，第一轴承安装到所述细长构件的外表面上。

19.如权利要求18所述的装置，其中，所述第一轴承安装到所述细长构件的下端部处。

20.如权利要求17至19中的任一项所述的装置，其中，第二轴承安装到所述气缸的内壁。

21.如权利要求20所述的装置，其中，所述第二轴承位于所述气缸的上端部内。

22.如权利要求13至21中的任一项所述的装置，其中，所述装置配置为使得在使用时植物或海藻积聚在所述间隙区域中以使所述细长构件在所述气缸内的运动润滑。

23.如权利要求22所述的装置，其中，刮器设置在通往所述间隙区域的入口处以便在所述细长构件在所述气缸内运动时去除植物的多余厚度。

24.如权利要求13至23中的任一项所述的装置，其中，所述装置配置为使得在使用时所述间隙区域中的水膜使得所述细长构件在所述气缸内的运动润滑。

25.如任一前述权利要求所述的装置，其中，所述气缸包括单个系物点，系物能够附接至所述单个系物点以将所述气缸锚固到所述水域的河床。

26.如任一前述权利要求所述的装置，其中，所述气缸具有至少10m的长度。

27.如任一前述权利要求所述的装置，其中，所述细长构件具有至少10m的长度。

28.如任一前述权利要求所述的装置，其中，所述细长构件具有为所述镗体的直径的至少90％的直径。

29.如权利要求28所述的装置，其中，所述细长构件的直径在500-1500mm的范围内。

30.一种利用波力驱动式泵送装置泵送流体的方法，所述泵送装置包括：潜水气缸，通过浮力朝向竖直位置推挤所述潜水气缸；细长构件，其以可伸缩关系位于所述气缸内；以及漂浮物，其布置在所述气缸的上方并且与所述细长构件连接，所述漂浮物和所述细长构件布置为随着所述水域内的波运动和潮汐运动而相对于所述气缸往复运动，其中所述方法包括：

在波力驱动泵送循环期间泵送流体，由此所述水域中的波运动使得所述漂浮物和所述细长构件以一频率相对于所述气缸往复运动并且达到由所述水域中的波的所述频率和幅值驱动的程度；以及

在保持所述波力驱动泵送循环以在整个潮汐期间泵送流体的同时，通过使所述细长构件相对于所述气缸可伸缩地延伸或收缩，在潮汐期间内适应于所述水域中的潮汐变化。

31.如权利要求30所述的方法，进一步包括：在潮汐期间内，基本保持所述气缸在所述水域内的高度。

32.如权利要求30或权利要求31所述的方法，进一步包括：使所述泵送装置在水域中运行，其中在高潮和低潮之间水的平均深度的变化达到12m。

33.如权利要求32所述的方法，进一步包括：使所述细长构件自所述气缸延伸出12m以适应于高潮，同时允许所述细长构件自所述气缸延伸出更远以便在高潮时适应所述水域中的波。

34.如权利要求30至33中的任一项所述的方法，进一步包括：使所述泵送装置在具有波峰至波谷高度为6-8m的波的水域中运行。

35.参照附图中的图2a至图5中的任一图或者如这些图所示的大致如本文所述的波力驱动式泵送装置。

36.参照附图中的图2a至图5中的任一图大致如本文所述的泵送流体的方法。

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