CN104500324B - 波浪能和潮流能捕获装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波浪能和潮流能捕获装置，它包括基座(1)、安装架(2)、浮子(3)和伸缩气缸(4)，所述安装架(2)固定于基座(1)上，伸缩气缸(4)的缸体与安装架(2)铰接，伸缩气缸(4)的活塞杆与浮子(3)铰接，所述伸缩气缸(4)的缸体上设有气体只能从外界进入缸体内的第一单向阀(4.1)和出气口(4.2)，其特征在于：所述浮子(3)的下端设有潮流能采集器(5)，潮流能采集器(5)与浮子(3)之间通过若干连接杆(6)固定。本发明提供一种可以捕获垂直方向的波浪能和水平方向的潮流能，且利用率高的波浪能和潮流能捕获装置。

Description

波浪能和潮流能捕获装置
技术领域
本发明涉及海洋能的开发和转用技术领域，具体地是一种波浪能和潮流能捕获装置。
背景技术
随着现代化的高速发展，绿色新能源的开发利用已经成为可持续化发展的重要组成部分，而海洋占据着地球总面积的71％，其将会成为未来可再生能源利用的重要来源。现有技术中对于海洋新能源的开发主要是通过机械或者液压装置将波浪能和/或潮流能转化成可控制的机械能和/或液压能，从而供给执行机构。例如授权公告号为CN 102562424 B的发明专利——波浪能捕获装置，其通过摆动液压缸和伸缩液压缸同时完成对于水平方向和垂直方向的海洋能的捕获，但是该现有技术中，其伸缩液压缸受到单一方向的水平力时只能完成一次伸长或者压缩，也就是说，上述的现有技术中的波浪能捕获装置对于水平流向的潮流能只能在其流向交变过程中才能完成一次活塞运动，因此其对于水平方向的潮流能的利用率是非常低的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种可以捕获垂直方向的波浪能和水平方向的潮流能，且利用率高的波浪能和潮流能捕获装置。
本发明所采取的技术方案是：提供一种波浪能和潮流能捕获装置，它包括基座、安装架、浮子和伸缩气缸，所述安装架固定于基座上，伸缩气缸的缸体与安装架铰接，伸缩气缸的活塞杆与浮子铰接，所述伸缩气缸的缸体上设有气体只能从外界进入缸体内的第一单向阀和出气口，所述浮子的下端设有潮流能采集器，潮流能采集器与浮子之间通过若干连接杆固定。
作为优选，所述潮流能采集器包括壳体、叶轮、发电机和带有密封腔的密封罩，所述壳体内设有供水流通过的通道，密封罩固定于通道内，发电机设于密封罩的密封腔内，所述叶轮设于通道内，且叶轮中心轴的一端通过一支架与壳体转动配合，叶轮中心轴的另一端与密封罩的外壁转动配合，所述密封罩内近叶轮的位置设有第一磁盘，所述第一磁盘的中心与发电机的转轴固定，叶轮上设有与第一磁盘相对应的第二磁盘，第二磁盘与叶轮固定，且第二磁盘轴线的延长线与叶轮轴线的延长线共线。
作为一种改进，所述壳体内的通道呈竖直方向设置，通道的下方设有用于使水平流向的水流沿竖直方向进入通道的挡块，挡块的轴线与通道中轴线的延长线共线，所述挡块与壳体之间通过若干第二连接杆固定。
进一步地，所述挡块为圆锥形，且挡块沿自身中轴线的纵截面的母线朝中轴线所在位置内凹呈弧线。
作为另一种改进，所述浮子包括下端带有开口的本体，本体的开口端设有用于密封本体的弹性密封片，所述本体上设有可以使本体内的空腔与外界相连通的电磁开关阀。
作为优选，所述的弹性密封片包括基础弹性层和加强层，所述加强层有若干弹性块组成，弹性块的一端与基础弹性层的位于本体的空腔所在一侧的内壁固定，弹性块的另一端的横截面面积小于弹性块近基础弹性层一侧的横截面面积，且全部的弹性块近基础弹性层的横截面面积之和大于本体开口端的横截面面积。
作为最后一种改进，所述伸缩气缸的活塞杆与浮子铰接是指，伸缩气缸与浮子之间设有一延长杆和辅助定位杆，延长杆的一端与浮子固定，辅助定位杆的一端与基座和/或安装架铰接，延长杆的另一端和辅助定位杆的另一端以及伸缩气缸的活塞杆均与同一销轴铰接。
采用以上结构后，本发明的波浪能和潮流能捕获装置与现有技术相比具有以下优点：首先，通过伸缩气缸可以有效收集垂直方向的波浪能，通过另外的潮流能采集器可以有效收集水平方向的潮流能，同时完成水平和垂直方向的能量采集，其次，通过将潮流能采集器设于浮子下端可以很好的起到重锤的作用，防止浮子翻滚扭曲，使浮子很好的立于水面上。
优选地，所述潮流能采集器通过叶轮带动发电机作功产生电能，尤其在于，通过密封罩隔绝了海水对于发电机的各零部件的侵蚀，并且配合第一磁块和第二磁块的联动作用下，发电机的转轴无需直接与叶轮连接，由此可以实现发电机与叶轮分体式结构，可以使发电机直接伸入水下作业。最终减少了由于海水对于发电机转轴的腐蚀。另外，由于轴上无需设置密封圈，因此减少了密封圈对于轴的摩擦力，能源利用率高，并且避免了由于密封圈过紧导致的发电机转轴上的摩擦力较大，以及密封圈过松导致的泄露的问题。
优选地，所述挡块可以将任意水平方向的水流均转化成朝向通道流入的竖直方向的水流，因此，无论水平方向的潮流能如何变向均不会影响对于潮流能的采集。
优选地，将锥形挡块的斜面设置成凹弧型，减少了水流撞击挡块的作用力。
优选地，通过弹性密封片可以在浮力过大时，自动减少浮子的内腔体积，同时在弹性 密封片失效的情况下，通过电磁开关阀自动泄压浮子内的空气，减少浮子的浮力，由此通过弹性密封片和电磁开关阀的二重保护，避免涨潮过程中由于浮子的浮力过大导致的连接件损坏。
通过基础弹性层可以起到收缩扩张的作用，通过弹性块的相互抵靠挤压形成加强层，只有当外界水压到达一定程度时才能屈服弹性块相互挤压到极限位置，从而使弹性密封片朝浮子的空腔内形成内凹。
优选的，当仅仅依靠伸缩气缸连接浮子和安装架时，在水平潮流能流速较大的情况下，所述的伸缩气缸将呈倾斜状态，此时伴随着波浪能的上下浮动，所述伸缩气缸只会绕安装架上的铰接点来回摆动，而无法实现伸缩气缸的有效作功。而通过辅助定位杆的限位，因此伸缩气缸的活塞杆只能沿辅助定位杆的周向运动，故此可以减少水平潮流能对于伸缩气缸采集波浪能的影响。
附图说明
图1是本发明的波浪能和潮流能捕获装置的结构示意图。
图2是本发明的波浪能和潮流能捕获装置的另一种结构示意图。
图3是本发明的波浪能和潮流能捕获装置的还一种结构示意图。
图4为图2中“A”区域的局部放大示意图。
图5是本发明的弹性密封片的第一工作状态示意图。
图6是本发明的弹性密封片的第二工作状态示意图。
图7 是本发明的弹性密封片的第三工作状态示意图。
其中，1、基座，2、安装架，3、浮子，3.1、本体，3.2、电磁开关阀，4、伸缩气缸，4.1、第一单向阀，4.2、出气口，5、潮流能采集器，5.1、壳体，5.1.1、通道，5.2、叶轮，5.2.1、第二磁盘，5.3、发电机，5.4、密封罩，5.4.1、第一磁盘，5.5、支架，6、连接杆，7、挡块，8、第二连接杆，9、弹性密封片，9.1、基础弹性层，9.2、弹性块，10、延长杆，11、辅助定位杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明所述的基座1可以漂浮于海平面上，也可以固定于海岸线的陆地上。
如图所示，本发明提供一种波浪能和潮流能捕获装置，它包括基座1、安装架2、浮子3和伸缩气缸4，所述安装架2固定于基座1上，伸缩气缸4的缸体与安装架2铰接，伸缩气缸4的活塞杆与浮子3铰接，所述伸缩气缸4的缸体上设有气体只能从外界进入缸 体内的第一单向阀4.1和出气口4.2，所述出气口4.2可以与外部的执行机构连接，也可以在基座1上设置储能器用于收集伸缩气缸4转换的波浪能。当然，所述的出气口4.2上设有气体只能从缸体内排出的第二单向阀。进一步地，所述的伸缩气缸4的位于活塞两端的两个气缸内均各自设有一个第一单向阀4.1和出气口4.2，从而使活塞杆完成一次往复运动时就完成两次压缩气体。所述浮子3的下端设有潮流能采集器5，潮流能采集器5与浮子3之间通过若干连接杆6固定。
所述潮流能采集器5包括壳体5.1、叶轮5.2、发电机5.3和带有密封腔的密封罩5.4，所述壳体5.1内设有供水流通过的通道5.1.1，即所述的壳体5.1为两头连通的中空管状壳体。所述密封罩5.4固定于通道5.1.1内，即密封罩通过若干固定杆与壳体通道的内壁固定。发电机5.3设于密封罩5.4的密封腔内，所述叶轮5.2设于通道5.1.1内，且叶轮5.2中心轴的一端通过一支架5.5与壳体5.1转动配合，叶轮5.2中心轴的另一端与密封罩5.4的外壁转动配合。也就是说，所述的叶轮置于通道5.1.1内并位于密封罩5.4外，所述叶轮的中心轴的两端分别与支架5.5和密封罩5.4的壳体外壁转动配合，所述的支架5.5为三角架。所述密封罩5.4内近叶轮5.2的位置设有第一磁盘5.4.1，所述第一磁盘5.4.1的中心与发电机5.3的转轴固定，叶轮5.2上设有与第一磁盘5.4.1相对应的第二磁盘5.2.1，第二磁盘5.2.1与叶轮5.2固定，且第二磁盘5.2.1轴线的延长线与叶轮5.2轴线的延长线共线。也就是说，所述第二磁盘5.2.1、叶轮5.2、第一磁盘5.4.1和发电机5.3的转轴的各中轴线均共线。所述叶轮转动带动第二磁盘转动，通过磁耦合原理，实现非接触式的传动。
所述壳体5.1内的通道5.1.1呈竖直方向设置，通道5.1.1的下方设有用于使水平流向的水流沿竖直方向进入通道5.1.1的挡块7，挡块7的轴线与通道5.1.1中轴线的延长线共线，所述挡块7与壳体5.1之间通过若干第二连接杆8固定。通过锥形设置的挡块可以使同一水平面的任意方向上的水平水流均涌入通道5.1.1内，实现潮流能的收集。由此避免了由于潮流能流向的改变导致的潮流能采集效率降低或者失效的情况。
所述挡块7为圆锥形，且挡块7沿自身中轴线的纵截面的母线朝中轴线所在位置内凹呈弧线。具体地，所述的挡块7近似于圆锥形，其在圆锥形的基础上，其侧面朝挡块的重心所在位置内凹，形成一环形凹弧面。
所述浮子3包括下端带有开口的本体3.1，本体3.1的开口端设有用于密封本体3.1的弹性密封片9，所述本体3.1上设有可以使本体3.1内的空腔与外界相连通的电磁开关阀3.2。所述本体3.1内设有压力感应器，所述的电磁开关阀、压力感应器均与控制器电连接，所述的控制器可以是设于本体3.1内单片机，也可以是设于基座上的控制器。
所述的弹性密封片9包括基础弹性层9.1和加强层，所述加强层有若干弹性块9.2组成，弹性块9.2的一端与基础弹性层9.1的位于本体3.1的空腔所在一侧的内壁固定，弹性块9.2的另一端的横截面面积小于弹性块9.2近基础弹性层9.1一侧的横截面面积，且全部的弹性块9.2近基础弹性层9.1的横截面面积之和大于本体3.1开口端的横截面面积。具体地，如图1或图2或图3并结合图5所示，所述浮子正常工作状态时，所述弹性密封片9朝本体3.1空腔的外侧凸起，各相邻弹性块9.2均抵靠构成完整的加强层，该加强层作为骨架撑起所述的弹性密封片，使其呈外凸状，当涨潮过程中，浮子沉入水中，其受到的浮力过大时，外部水压作用于基础弹性层9.1上，驱使弹性块9.2相互挤压变形，当全部的弹性块9.2构成的加强层与本体3.1的开口端平行时，即如图6所示的工作状态，所述加强层的挤压力产生的分力与外部作用力不再平衡，所述加强层朝本体3.1的腔体内内凹，由此是弹性密封片9呈如图7所示的状态。另外，当外部作用力减少时，在本体3.1内部的高压空气的作用下弹性密封片9又恢复到如图5所示的状态。当然，在此过程中，也可以通过电磁开关阀配合增减气压，控制弹性密封片9的内凹或者外凸。
所述伸缩气缸4的活塞杆与浮子3铰接是指，伸缩气缸4与浮子3之间设有一延长杆10和辅助定位杆11，延长杆10的一端与浮子3固定，辅助定位杆11的一端与基座1和/或安装架2铰接，延长杆10的另一端和辅助定位杆11的另一端以及伸缩气缸4的活塞杆均与同一销轴铰接。如图1所示，当水平方向的作用力较小时，所述的浮子在垂直方向的波浪能的作用下可以很好的完成伸缩气缸的上下滑动，但是当水平方向的作用力较大时，所述伸缩气缸呈倾斜状态，此时，垂直方向的波浪能将会有极大一部分转换为伸缩气缸的缸体摆动作无用功，造成波浪能的浪费。通过辅助定位杆11的设置，使气缸4受到约束，因此任意作用于活塞杆上的力均会转换成活塞杆的推力，避免了上述单纯的缸体的摆动作无用功。作为优选，如图3所示，所述延长杆10和基座直接还设有辅助连接杆，该辅助连接杆的一端与延长杆10固定，辅助连接杆的另一端与辅助定位杆11通过同一销轴与基座上的铰接座转动配合。
以上就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化，凡在本发明独立要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种波浪能和潮流能捕获装置，它包括基座(1)、安装架(2)、浮子(3)和伸缩气缸(4)，所述安装架(2)固定于基座(1)上，伸缩气缸(4)的缸体与安装架(2)铰接，伸缩气缸(4)的活塞杆与浮子(3)铰接，所述伸缩气缸(4)的缸体上设有气体只能从外界进入缸体内的第一单向阀(4.1)和出气口(4.2)，其特征在于：所述浮子(3)的下端设有潮流能采集器(5)，潮流能采集器(5)与浮子(3)之间通过若干连接杆(6)固定；
所述浮子(3)包括下端带有开口的本体(3.1)，本体(3.1)的开口端设有用于密封本体(3.1)的弹性密封片(9)，所述本体(3.1)上设有可以使本体(3.1)内的空腔与外界相连通的电磁开关阀(3.2)。
2.根据权利要求1所述的波浪能和潮流能捕获装置，其特征在于：所述潮流能采集器(5)包括壳体(5.1)、叶轮(5.2)、发电机(5.3)和带有密封腔的密封罩(5.4)，所述壳体(5.1)内设有供水流通过的通道(5.1.1)，密封罩(5.4)固定于通道(5.1.1)内，发电机(5.3)设于密封罩(5.4)的密封腔内，所述叶轮(5.2)设于通道(5.1.1)内，且叶轮(5.2)中心轴的一端通过一支架(5.5)与壳体(5.1)转动配合，叶轮(5.2)中心轴的另一端与密封罩(5.4)的外壁转动配合，所述密封罩(5.4)内近叶轮(5.2)的位置设有第一磁盘(5.4.1)，所述第一磁盘(5.4.1)的中心与发电机(5.3)的转轴固定，叶轮(5.2)上设有与第一磁盘(5.4.1)相对应的第二磁盘(5.2.1)，第二磁盘(5.2.1)与叶轮(5.2)固定，且第二磁盘(5.2.1)轴线的延长线与叶轮(5.2)轴线的延长线共线。
3.根据权利要求2所述的波浪能和潮流能捕获装置，其特征在于：所述壳体(5.1)内的通道(5.1.1)呈竖直方向设置，通道(5.1.1)的下方设有用于使水平流向的水流沿竖直方向进入通道(5.1.1)的挡块(7)，挡块(7)的轴线与通道(5.1.1)中轴线的延长线共线，所述挡块(7)与壳体(5.1)之间通过若干第二连接杆(8)固定。
4.根据权利要求3所述的波浪能和潮流能捕获装置，其特征在于：所述挡块(7)为圆锥形，且挡块(7)沿自身中轴线的纵截面的母线朝中轴线所在位置内凹呈弧线。
5.根据权利要求1所述的波浪能和潮流能捕获装置，其特征在于：所述的弹性密封片(9)包括基础弹性层(9.1)和加强层，所述加强层有若干弹性块(9.2)组成，弹性块(9.2)的一端与基础弹性层(9.1)的位于本体(3.1)的空腔所在一侧的内壁固定，弹性块(9.2)的另一端的横截面面积小于弹性块(9.2)近基础弹性层(9.1)一侧的横截面面积，且全部的弹性块(9.2)近基础弹性层(9.1)的横截面面积之和大于本体(3.1)开口端的横截面面积。
6.根据权利要求1所述的波浪能和潮流能捕获装置，其特征在于：所述伸缩气缸(4)的活塞杆与浮子(3)铰接是指，伸缩气缸(4)与浮子(3)之间设有一延长杆(10)和辅助定位杆(11)，延长杆(10)的一端与浮子(3)固定，辅助定位杆(11)的一端与基座(1)和/或安装架(2)铰接，延长杆(10)的另一端和辅助定位杆(11)的另一端以及伸缩气缸(4)的活塞杆均与同一销轴铰接。
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