CN104696150A - 一种依托固有水上结构物的浮式波浪能提取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种依托固有水上结构物的浮式波浪能提取装置，属于海洋可再生能源利用技术领域。其结构包括底座、横杆、纵杆、浮体、液压缸，底座、纵杆与两根横杆形成平行四边形连杆机构；浮体安装在纵杆下端，带动平行四边形连杆机构纵向运动为底座与横杆之间的液压缸提供能量；浮体能与纵杆之间发生相对转动，为浮体与纵杆之间的液压缸提供能量。支座和模块化的浮体-连接臂-能量转化系统单元组成。利用平行四边形机构形成连接臂，与浮体组合成模块化单元；连接臂既可保持浮体按预定方式运动，又可把能量提取系统架高，远离海水。本设置在防波堤、护岸、海洋平台、桥墩、自然或人工岛礁上，不需要建造专门的大型支撑结构，降低造价。
Description
技术领域
本发明涉及一种海水波浪能的提取装置，具体是指一种依托固有水上结构物的浮式波浪能提取装置，属于海洋可再生能源利用技术领域。
背景技术
波浪能是一种开发前景广阔的海洋可再生能源。从20世纪70年代以来，经过几十年的发展，波浪能的提取技术日臻成熟，而且形式多样。国际上著名的波能装置，如LIMPET振荡水柱式波能电站，Oyster摆式波能装置等，通常依托海岸岩壁建造，或需要构造坚实的海底基床，土建工程量很大，水上施工费用尤其高昂。波面筏式装置如Pelamis为离岸的大型浮式装置，由多段浮力舱组成，在波浪从头至尾经过时，各浮力舱跟随波面运动，多段浮力舱之间产生相对转动，驱动液压装置来提取能量。根据其运行原理，波面筏式装置的长度一般要达到波长的尺度，往往超过一百米，而且液压舱段处于水中，液压活塞杆等活动部件穿透舱壁，结构复杂，需要严格的密封和防海水腐蚀措施，以上原因使得其造价十分昂贵。浮子式装置如Powerbuoy，也是离岸的浮式装置，其尺寸比波面筏式小的多，部署更灵活，但单机提取的波浪能少，而且液压和发电机等部分也位于水上的密封舱中，与波面筏式装置面临的问题类似，同样造价昂贵。
开发一种既造价低廉、易于安装和维护、能量提取效率高的波浪能转换装置，对于推广波浪能的利用，是十分有意义的。
发明内容
本发明把浮式的波浪能提取装置安装于固有的水上结构物，包括并不限于防波堤、护岸、海洋平台、桥墩、自然或人工岛礁上，不需要建造专门的大型支撑结构，降低造价；利用平行四边形机构形成连接臂，与浮体组合成模块化单元；连接臂既可保持浮体按预定方式运动，又可把能量提取系统架高，远离海水，使其可靠性和可维护性大大提高。
本发明所采用的技术方案是：
一种依托固有水上结构物的浮式波浪能提取装置，包括支座、连接臂、浮体和能量转化单元；连接臂包括横杆和纵杆；能量转化单元包括用于垂直方向能量转化的液压缸a和用于浮体与纵杆的相对转角能量转化的液压缸b
支座安装在水上结构物上，等长的两个横杆分别通过并列的两个铰接点安装在支座上，两个横杆的另一端分别通过并列的两个铰接点连接在纵杆上。支座上的两个铰接点的间距与纵杆上两个铰接点的间距相等，使支座、纵杆、两个横杆和四个铰接点组成平行四边形机构。
浮体安装在平行四边形机构的下端，铰接于纵杆下端，液压缸等能量转换系统部件位于水面以上。
平行四边形机构保证了浮体沿竖向移动，保持了浮体与岸壁的距离。由于平行四边形机构的特点，在运动中，四边形机构的两组对边始终保持平行，利用平行四边形机构各边之间的相对转动提取能量。
当波浪经过浮体时，受浮力变化的作用，浮体可产生垂直方向的升降，带动横杆相对于支座转动，驱动能量转化系统把提取的波浪能转化为液压能，再通过常规手段把液压能转化为电能等其他形式能源。
浮体也可随波面形状纵摇，产生相对于纵杆的转动，同样可以驱动另一组液压缸b提取更多的波浪能。
作为连接臂的横杆与浮体之间可用铰接，也可以固定连接，可使浮体能够相对于连接臂转动，也可根据需要使其不转动。
本发明安装固定在固有水上结构物上，不必建设专门的固定设施，减少建造费用，可以根据安装地点空间条件和波浪条件灵活增减单元数量，达到优化的运行状态。平行四边形机构连接臂保证浮体在预定的轨迹上运动而不会漂移走，不需要为浮体设置锚链；纵杆轴线方向始终不变，在允许浮体垂向运动的前提下，可以为安装浮体纵摇运动能量的提取装置提供安装位置，还可以确保垂直方向细长的浮体轴线方向不变，始终处于水动力特性最好的方位；能量转化系统始终位于水面以上高处，防止海水腐蚀，提高了装置可靠性和可维护性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本装置进一步说明。
图1是本发明的浮式波浪能提取装置主视图。
图2是本发明单个单元的立体图。
图3是本发明三个单元浮体主视图。
图4是本发明三个单元浮子主视图。
图中：1支座；2横杆；3纵杆；4浮体；5液压缸a；6液压缸b。
具体实施方式
下面结合附图，以包含支座和筏式浮体的一个模块单元的装置为例，对本装置进行具体说明，参见图1所示。支座1固定安装于固有的水上结构物上，平行四边形结构上下两根横杆2分别铰接在固定的支座1上，纵杆3与支座1、横杆2组成平行四边形。因为支座1为竖向垂直结构，根据平行四边形对边平行原理，因此纵杆3只能上下移动，保证了浮体的上下位移。浮体4安装在纵杆3的下端，液压缸a5连接在横杆与支座之间，液压缸b6连接在浮体与纵杆之间。
当浮体为浮体时，海面波浪上下波动，浮体4随海面上下浮动，带动两根横杆2、纵杆3与支座1所构成平行四边形连杆机构的上下移动，使位于横杆与支座之间的液压缸a5往复运动，产生液压能；同时浮体4与纵杆3之间发生相对角位移，让位于浮体与纵杆之间的液压缸b6往复运动，产生液压能。这样既收集收集浮体的垂向运动的机械能，又收集浮体的相对转动的机械能。
当浮体为浮子时，浮子与纵杆3之间固定，浮子上下运动，带动两根横杆2、纵杆3与支座1所构成平行四边形连杆机构的上下移动，其中纵杆只能上下竖直运动，使浮子始终保持竖直状态，以获取最大功率的能量。液压缸a位于横杆与支座之间，获取浮子上下运动所产生的动能和势能，产生液压能。
上述实施方式的描述，是本装置较佳的实施方式，但不能以此限定本装置的保护范围，但凡以此方式所做的变化及修饰，均在本装置的保护范围内。
Claims (2)
1.一种依托固有水上结构物的浮式波浪能提取装置，其特征在于，
该浮式波浪能提取装置包括支座、连接臂、浮体和能量转化系统；连接臂包括横杆和纵杆；能量转化系统包括用于垂直方向能量转化的液压缸a和用于浮体与纵杆的相对转角能量转化的液压缸b；
支座安装在水上结构物上，等长的两个横杆分别通过并列的两个铰接点安装在支座上，两个横杆的另一端分别通过并列的两个铰接点连接在纵杆上；支座上的两个铰接点的间距与纵杆上两个铰接点的间距相等，使支座、纵杆、两个横杆和四个铰接点组成平行四边形机构；
浮体安装在平行四边形机构的下端，铰接于纵杆下端，能量转换系统部件位于水面以上。
2.根据权利要求1所述的浮式波浪能提取装置，其特征在于，连接臂与浮体之间用铰接或固定连接，使浮体能够相对于连接臂转动，或根据需要使其不转动。
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