CN103423074A

CN103423074A - 浮体绳轮波浪动力采集装置

Info

Publication number: CN103423074A
Application number: CN2013101779808A
Authority: CN
Inventors: 曲言明
Original assignee: 曲言明
Current assignee: Anhui D & Automation Equipment Co Ltd
Priority date: 2012-05-20
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2033-05-15
Also published as: WO2013174220A1; CN103423074B; CN103423070A; CN103423070B; WO2013174221A1

Abstract

浮体绳轮波浪动力采集装置。本发明涉及一种波浪动力采集装置，包括浮体、卷筒、锚基或固定平台、绳索，浮体为全封闭壳体；卷筒的主轴通过穿过浮体壳上的孔进入浮体腔内，穿入处有密封圈；还包括收绳机构、导向轮组及其支架；导向轮组为两个紧挨的定滑轮，绳索被夹在之间，导向轮组在浮体下方一定距离处，通过支架固定在浮体上；绳索一端系在锚基或固定平台上，另一端通过导向轮组后缠绕在卷筒上；卷筒与收绳机构通过主轴轴连；设计有斜拉杆，斜拉杆一端与浮体的底面龙骨连接，另一端连接导向轮组的支架底端，该装置抗冲击能力强，自校正、易维护、成本低。

Description

浮体绳轮波浪动力采集装置

技术领域

本发明涉及一种波浪动力采集装置，特别涉及一种使用浮体、绳索、卷筒将波浪动力转变为旋转动力的波浪能采集装置。

背景技术

海洋波浪能源是一种无穷无尽的可再生能量资源，如何利用这样丰富的能量资源为人类服务，是前人和现代人一直在研究的重要课题，利用波浪能发电就是其中一大课题。

要利用波浪能，首先要有波浪能采集装置，就目前而言，波浪能采集装置主要有振荡水柱、摆板、摇臂、利用两个浮体角度变化的筏式、利用竖直方向上两个浮体的相对运动的振荡浮子等等。

另外还有一种波浪动力采集装置，使用的是浮体、绳索、卷筒作为波浪动力采集装置，其原理是一根绳索一端系在锚基上，另一端缠绕在浮体上的卷筒上，在浮体跟随波浪上升时，浮体与锚基距离不断增大，于是绳索受拉带动卷筒旋转，卷筒通过带动下游传动系统，驱动发电机运转，在浮体跟随波浪下降时，浮体与锚基距离不断缩小，由于卷筒与下游传动系统间有超越离合器机构，下游传动系统有止退棘爪或者是液压系统的单向阀不能倒转，这样下游传动机构的反向作用力无法逆行传递，所以卷筒与下游传动机构脱离，这样卷筒只在收绳装置的作用下倒转收绳。专利申请CN101963125A浮体基绳轮海浪发电系统，专利申请CN2099205U波浪发电原动装置属于这一类，但这些技术方案都主要是关于波浪能的传动与转换的，而对于采集部分，则只是概念化的、原理层面的，并没有给出的具体采集装置结构，没有考虑海况的复杂性和恶劣性，离实用还差一段距离。

发明内容

本发明的目的是提供一种实用的波浪动力采集装置，它能够将波浪动力转化为旋转动力，具有良好的抗风浪能力。

本发明的技术方案：

该波浪动力采集装置，包括浮体、卷筒、锚基或固定平台、绳索，其特征在于：浮体为全封闭壳体；卷筒的主轴通过穿过浮体壳上的孔进入浮体腔内，穿入处有密封圈；

还包括收绳机构、导向轮组及其支架；

导向轮组为两个紧挨的凹槽定滑轮，绳索被夹在之间，导向轮组在浮体下方一定距离处，通过支架固定在浮体上；

绳索一端系在锚基或固定平台上，另一端通过导向轮组后缠绕在卷筒上；卷筒与收绳机构通过主轴轴连；

收绳机构的结构是：细绳轮与主轴轴连，上缠有细绳，细绳另一端连接配重或气弹簧，产生的拉力在细绳轮上产生的扭矩方向为卷筒的回收绳索方向；或者是蜗簧，蜗簧一端固定在主轴上，另一端固定在机架上，蜗簧在主轴上产生扭矩方向与收绳方向相同；或为与卷筒轴连的受控电机；

还可以在导向轮组与浮体底面架设斜拉杆，即：斜拉杆一端与浮体的底面龙骨连接，另一端连接导向轮组的支架底端。

另外绳索也可为锁链代替，卷筒为链轮代替，还包括导链轮，压在锁链进出链轮的地方，浮体下挂链桶，锁链一端系在锚基或固定平台上，另一端通过导向轮组、导链轮、链轮、导链轮后堆积在链桶内；

只有一个导向轮组位于浮体中心下方处，斜拉杆呈中心点对称分布。

卷筒通过与其轴连的超越离合器带动下游传动系统。

浮体壳上有凹槽或两个凸包，主轴两端穿过凹槽壁或两个凸起进入浮体腔内；可选的是在浮体壳凹槽或凸包处下方紧贴一竖管，垂直方向上竖管将凹槽或凸包容纳其中。

凹槽壁或凸包壁与导向轮组的支架上端连接，主轴以凹槽壁或凸包壁作为支架，在插入孔处的密封圈处套有轴承。

斜拉杆上有收紧器。

导向轮组为两对轴向互相垂直放置的定滑轮，下面的一对定滑轮长度较大；

卷筒可在主轴上轴向滑动，卷筒的两侧有可伸缩波纹管，连接轴与卷筒端面；缠绕在卷筒上的绳索被夹在压辊与卷筒的绳槽之间，压辊的支架可在两条导轨或单根非圆截面导轨上滑动。

从锚基到接近水面的永不缠绕的那一部分绳索用锁链代替，锁链的底端与锚基连接，上端与潜浮子绑定，锁链上端有挂环，与波浪采集单元的绳索下端的挂钩扣合；锁链也可用长杆代替。

多个采集装置串联工作，浮体与浮体之间连接通过挂环或者是十字架万向轴，十字架中间有孔，液压管或电线、通讯电缆等从中间穿过。

本发明具有以下优点：

1）浮体，即作为波浪能的采集部件，又作为整个装置的外壳，一物两用，所以降低成本，且全部核心构件都在浮体腔内，易维护。因为浮体下挂导向轮组，使得绳索进入卷筒的方向稳定，从而不致于出现绳索大角度斜向拉卷筒，增加了工作的稳定性和可靠性。导向轮组在浮体下方种设计，使得浮体在倾斜时具有自动归正的能力。因为使用了斜拉杆，使得波浪的作用力能通过斜拉杆汇聚到导向轮组的支架上，使得浮体不致于受到非常大的弯矩，避免了应力集中，增强了浮体的抗冲击性，同时在出现浮体倾斜时，斜拉杆使得导向轮组支架只承受压力,不会受到倾覆力矩导致折弯。

2）如采用锁链作为绳索，则因锁链强度大、耐磨，使得波浪采集能力、持久性和可靠性大大增强，链桶来存储回收来的锁链，可以避免锁链互相缠绕。

3）只有一个导向轮组位于浮体中心下方处，斜拉杆呈中心点对称分布，可以使得浮体受力均衡，如果浮体两端各下置一个导向轮组，会引起浮体中心受到弯矩。

4）浮体的开口下接一竖管，可以封住部分空气，从而最大限度的减少海水侵入密封圈处。

5）主轴直接以凹槽或凸包壁为支架，导向轮组的支架与凹槽或凸包壁直接连接，则使得力的传递路径最短，从而增强了可靠性。

6）斜拉杆上的收紧器使得生产环节易于调节，也易于装配后使用中的调节。

7）导向轮组采用两对定滑轮组，下面的长度长，比只使用一对定滑轮组的好处是，使得绳索不会对下层的滑轮组产生轴向的压力。

8）卷筒可以在主轴上轴向滑动，使得卷筒可以自动的调节绳索的偏斜角度，避免轴向偏斜太大。

9）水下的绳索部分用锁链，并由浮子向上拉，可以使得绳索的刚性增强，减少弹性形变、蠕变，而挂环挂钩设计使得浮体可以脱离锚基限制，便于维护。

10）浮体间的十字架连接设计，可以使得管线受到保护。

附图说明

图1：波浪能采集部件外观图

图2：浮体倾斜归正受力分析图

图3：导向轮组、收紧器结构图

图4：凸包、凹槽与轴结构示意图

图5：链轮、锁链、链桶位置关系示意图

图6：凹槽+压辊+滑移卷筒结构图

图7：长杆、纫带、浮体悬吊绳轮机电单元结构示意图

图8：锁链代替部分动力绳示意图

图9：浮体串联结构示意图

1—浮体壳

2—绳索

3—卷筒

4—主轴

25—支架

26—斜拉杆

27—导向轮组

28—动滑轮

29—静滑轮

30—锁链

32—潜浮子

33—长杆

34—纫带

35—挂钩

36—挂环

37—滑轨

38—压辊

41—平键限位凸起

42—伸缩波纹管

43—密封圈

44—凹槽壁

49—粗绳

51—压辊轴支架

57—锚基

72—管线

73—竖管

74—空心十字架

75—挂环

76—收紧器

77—链轮

78—链桶

79—导链轮

80—短滑轮

81—长滑轮

82—龙骨

83—密封垫

84—轴承

85—凸包

86—收绳蜗簧

87—超越离合器

88—止退棘爪

89—柱塞泵

90—单向阀

具体实施方式

本发明不涉及采集后的动力的传动与发电，仅限于波浪动力的采集。

还包括收绳机构、导向轮组及其支架；

卷筒通过与其轴连的超越离合器带动下游传动系统。

斜拉杆上有收紧器。

下面结合附图来进一步说明。

见图6、图8，该波浪动力采集装置，包括浮体壳1、卷筒3、锚基57或固定平台、绳索2，浮体为全封闭壳体；卷筒的主轴4通过穿过浮体壳1上的孔进入浮体腔内，穿入处有密封圈43；还包括收绳机构、导向轮组27及其支架25；

见图1，导向轮组为两个紧挨的凹槽定滑轮80（见图3），绳索2被夹在之间，导向轮组27在浮体下方一定距离处，通过支架25固定在浮体1上；

见图8，绳索2一端系在锚基57或固定平台上，另一端通过导向轮组27后缠绕在卷筒3上；卷筒3与收绳机构通过主轴4轴连；

在这里，收绳机构的结构是蜗簧86（见图6），蜗簧一端固定在主轴上，另一端固定在机架上，蜗簧在主轴上产生扭矩方向与收绳方向相同。

关于收绳机构的更多的结构图，可参照专利申请CN101963125A。

见图2，因为浮体下挂导向轮组27，使得绳索2进入卷筒3的方向会限制住，从而避免出现绳索2大角度斜向拉卷筒3，增加了工作的稳定性和可靠性。且导向轮组置于浮体下方一定距离处这种设计，使得浮体1在倾斜时具有自动归正的能力。在浮体1发生倾斜时，绳索2被折弯，于是绳索2便对导向轮组27施加了一个压力，这个压力通过支架26，产生矫正力矩，使得浮体壳1能归正，这一点很重要，因为在翻滚的波涛中，因为浮体壳1的稳定关系到发电的可靠性。

见图1，还可以增加斜拉杆26，斜拉杆一端与浮体的底面龙骨82连接，另一端连接导向轮组27的支架25底端。

这样，波浪的作用力作用在浮体壳1上，然后传递集中到龙骨82上，龙骨82就对斜拉杆26施加了拉力，多个斜拉杆26就把拉力集中到了导向轮组27上（见图6），绳索2对主轴4施加了一个向下的拉力，主轴通过凹槽壁44、支架25，向下压导向轮组27，这样便实现了力的平衡。斜拉杆26最好对称分布，有利于浮体底面龙骨的力分布均衡。因为实际作业中浮体的面积往往比较大，而波浪的冲击力很大，而工作中浮体壳1中心处又被绳索2向下拉，所以如果没有斜拉杆26，则龙骨82上必然产生一个很大的弯矩，浮体1边缘向上翘。通过斜拉杆26、龙骨82、支架27组成三角形结构，这样龙骨82只需要承受水平的压力，斜拉杆承受拉力即可，这就大大增强了浮体1的抗冲击性。而在出现浮体1发生倾斜时（见图2），绳索2在打弯处，会对导向轮组27施加一个压力，会让左边斜拉杆26承受拉力增加，而右边斜拉杆26承受拉力减小，而支架25只承受压力，不致于受到倾覆力矩导致折弯。

另外绳索也可为锁链30（见图5），卷筒为链轮77，还包括导链轮79，压在锁链30进出链轮77的地方，浮体下挂链桶78，锁链30一端系在锚基57或固定平台上，另一端通过导向轮组、导链轮79、链轮77、导链轮79后堆积在链桶78内；因为锁链比起绳子强度大、耐磨，使得波浪采集能力、持久性和可靠性大大增强。

从图1中可以看出，该采集装置只有一个导向轮组位于浮体中心下方处，斜拉杆呈中心点对称分布，这样可以使得浮体受力均衡，如果浮体两端各下置一个导向轮组，会引起浮体中心受到弯矩，容易折断。

见图4，浮体壳1上有凹槽44或两个凸包85，主轴两端穿过凹槽壁44或两个凸起85进入浮体腔内，凹槽44或凸包85，可以是与浮体壳分离的零件，但在凹槽或凸包的端面与浮体壳的贴合面处有密封垫83或加注密封胶；凹槽44或凸包85与浮体壳1为单独的零件，有利于生产、装配。

见图1、图6，可以在浮体壳凹槽或凸包处下方紧贴一竖管73，垂直方向上竖管将凹槽44或凸包85容纳其中，在贴合处有密封垫83或加注密封胶，通过螺栓将凹槽44或凸包85、浮体壳1、竖管73固定在一起。这样做的好处是，竖管73内可以封住部分空气，从而最大限度的减少海水侵入密封圈43处。

见图6，凹槽壁44或凸包壁85与导向轮组27的支架25上端连接，主轴4以凹槽壁44或凸包壁85作为支架，插入孔处的密封圈43内侧有轴承84。导向轮组27的支架25与凹槽44或凸包壁85直接连接，使得力的传递路径最短，从而增强了可靠性。

见图3，斜拉杆26上有收紧器76；使得生产环节易于调节，也易于装配后使用中的调节。导向轮组27为两对轴向互相垂直放置的定滑轮，下面的一对定滑轮81长度较大；两对定滑轮组，比只使用一对定滑轮组的好处是：绳索2不会对滑轮组产生轴向的压力,而下面的长度长，是为了让绳索2在出现沿下层滑轮组的轴向偏斜时，绳索2碰不到下层滑轮组，不会对下层滑轮组产生轴向压力，绳索2的打弯处处于上层滑轮组处，因对抗偏斜力的任务交由上层滑轮组。

见图6，卷筒3可在主轴4上轴向滑动，卷筒的两侧有伸缩波纹管42，连接轴4与卷筒3端面；缠绕在卷筒3上的绳索2被夹在压辊38与卷筒3的绳槽之间，压辊38的支架可在两条导轨37或单根非圆截面导轨上滑动。

卷筒3可以在主轴4上轴向滑动，使得卷筒3可以自动的调节绳索2的偏斜角度，避免轴向偏斜太大，压辊38可以防止绳索2从卷筒3的绳槽里脱离。

见图8，从锚基57到接近水面的永不缠绕的那一部分绳索用锁链30代替，锁链30的底端与锚基57连接，上端与潜浮子32绑定，锁链30上端有挂环36，与波浪采集单元的绳索2下端的挂钩扣合；锁链30也可用长杆33（图7）代替。

水下的绳索部分用锁链30，并由潜浮子向上拉，这样可以使得绳索30的刚性增强，减少蠕变，而挂环36挂钩35设计使得浮体1可以脱离锚基限制，易于维护。

见图9，多个采集装置串联工作，浮体1与浮体1之间连接通过挂环36或者是十字架万向轴74，十字架中间有孔，液压管或电线、通讯电缆等管线72从中间穿过。浮体间的十字架连接设计，可以使得管线受到保护，不致于裸露在浮体外侧，在发生碰撞时遭到损坏。

另外见图7，是采用浮体下挂动力舱的方式，这种情况，相当于将上述的装置挂在一个大的浮体下面。这里绳索2为纫带34，来采集波浪的动力，因为下挂这种方式，上下浮体之间通过绳索连接，具备自动顺着受力方向调向功能，所以可以不用导向轮组27。

本发明将波浪动力转化为旋转动力的过程是这样的（见图1、图6）：当波浪上升时，在浮力和波浪推动力的作用下，浮体1也随着上升，这时浮体1与锚基57之间的距离增大，于是绳索2便拉动卷筒3旋转，卷筒3通过超越离合器85带动下游传动系统、发电机。波浪的动力便转化成了旋转动力，这个过程中收绳装置也被主轴4带动，积蓄了能量（比如收紧了弹簧或抬高了配重、压缩了气弹簧）；

在波浪下落时，浮体1在重力的作用下跟随波面下落，浮体1与锚基57之间的距离缩短。波浪不再推动浮体1上升，消失了。因为在卷筒3与下游传动系统之间设有超越离合器85、止退棘爪机构86（见图6），单向棘爪机构86的作用是为了防止下游传动系统在反作用力矩的作用下倒转，超越离合器85的作用是使得卷筒在反转时能够与下游传动系统脱离，不然就因为止退棘爪机构86的作用，也不能倒转了。所以在浮体1下落过程中，卷筒只在收绳装置蜗簧86的作用下倒转收绳。

也可以采用液压方式（见图4），即卷筒3通过超越离合器与柱塞泵89轴连，柱塞泵89的出油口增设止回单向阀90，这样泵出的高压液压油就不可能逆行驱动柱塞泵89倒转了，柱塞泵89自己也无法反转，因为它不可能将输出端抽成真空。借助超越离合器87的单向不传动功能，卷筒3与柱塞泵89此时分离。这样，在波浪下降浮体下落时，绳索2便变得松弛，这时在收绳装置蜗簧86的反向力矩作用下，卷筒倒转将绳索2收回，对于锁链来说，是链轮77在蜗簧86的反向力矩下倒转，将锁链收回到链桶78（图9）里。

然后就是波浪再上升，绳索2再次拉动卷筒3，再下落，再收回，如此不断循环。

Claims

1.一种波浪动力采集装置，包括浮体、卷筒、锚基或固定平台、绳索，其特征在于：

浮体为全封闭壳体；卷筒的主轴通过穿过浮体壳上的孔进入浮体腔内；还包括收绳机构、导向轮组及其支架；

2.根据权利要求1所述的波浪动力采集装置，其特征在于：绳索为锁链，卷筒为链轮，还包括导链轮，压在锁链进出链轮的地方，浮体下挂链桶，锁链一端系在锚基或固定平台上，另一端通过导向轮组、导链轮、链轮、导链轮后堆积在链桶内。

3.根据权利要求1、2所述的波浪动力采集装置，其特征在于：只有一个导向轮组位于浮体中心下方处,斜拉杆呈中心点对称分布。

4.根据权利要求1、2所述的波浪动力采集装置，其特征在于：浮体壳上有凹槽或两个凸包，主轴两端穿过凹槽壁或两个凸起进入浮体腔内；可选的是在浮体壳凹槽或凸包处下方紧贴一竖管，垂直方向上竖管将凹槽或凸包容纳其中。

5.根据权利要求1、2、4所述的波浪动力采集装置，其特征在于：凹槽壁或凸包壁与导向轮组的支架上端连接，主轴以凹槽壁或凸包壁作为支架，在插入孔处的密封圈处套有轴承。

6.根据权利要求1、2所述的波浪动力采集装置，其特征在于：斜拉杆上有收紧器。

7.根据权利要求1、2所述的波浪动力采集装置，其特征在于：导向轮组为两对轴向互相垂直放置的定滑轮，下面的一对定滑轮长度较大。

8.根据权利要求1、4所述的波浪动力采集装置，其特征在于：卷筒可在主轴上轴向滑动，卷筒的两侧有可伸缩波纹管，连接轴与卷筒端面；缠绕在卷筒上的绳索被夹在压辊与卷筒的绳槽之间，压辊的支架可在两条导轨或单根非圆截面导轨上滑动。

9.根据权利要求1、2所述的波浪动力采集装置，其特征在于：从锚基到接近水面的永不缠绕的那一部分绳索用锁链代替，锁链的底端与锚基连接，上端与潜浮子绑定，锁链上端有挂环，与波浪采集单元的绳索下端的挂钩扣合；锁链也可用长杆代替。

10.根据权利要求1、2所述的波浪动力采集装置，其特征在于：多个采集装置串联工作，浮体与浮体之间连接通过挂环或者是十字架万向轴，十字架中间有孔，液压管或电线、通讯电缆等从中间穿过。