CN104884785B - 波浪动力转换器 - Google Patents

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Abstract

一种波浪动力转换器包括具有底部和顶部的波浪动力转换器外壳，所述底部和所述顶部之间具有距离限制结构，且中心轴穿过所述底部和所述顶部，且其中完全或部分地在所述波浪动力转换器外壳外部存在至少一个优选伸长的桨，所述桨具有第一母线的纵向方向且具有下端和上端，且所述桨通过第一连接件与第一动力转换器连接，第一动力转换器具有与所述中心轴成一定角度(优选为直角)的旋转轴并在所述顶部紧固至所述波浪动力转换器外壳。所述第一动力转换器通过至少一个活塞杆与至少一个第二动力转换器相互作用，这是因为所述活塞杆的第一端通过柔性接头紧固至所述第一动力转换器，且所述活塞杆的第二端具有适于沿第二母线在所述至少一个第二动力转换器内做线性运动的活塞，所述至少一个第二动力转换器包括由室外罩围绕的线性室，所述室外罩上设置有在所述底部至所述波浪动力转换器外壳的可旋转和枢转连接件，作为第二母线的延续。

Description

波浪动力转换器
发明领域
本发明涉及一种波浪动力转换器，其包括具有底部和顶部的波浪动力转换器外壳，底部和顶部之间具有距离限制结构，中心轴贯穿该距离限制结构，且其中至少一个优选伸长的桨完全或部分地存在于波浪动力转换器外壳外部，该桨具有第一母线的纵向方向并具有下端和上端，且该桨通过第一连接件与第一动力转换器连接，第一动力转换器具有优选与中心轴成直角的旋转轴并在所述顶部紧固至波浪动力转换器外壳。第一动力转换器通过至少一个活塞杆与至少一个第二动力转换器相互作用，这是由于活塞杆的第一端通过柔性接头紧固至第一动力转换器，且活塞杆的第二端具有适于沿第二母线在至少一个第二动力转换器内做线性运动的活塞，第二动力转换器包括由室外罩围绕的线性室，室外罩上设置有沿第二母线的延长线连接至波浪动力转换器外壳的底部的可旋转和枢转连接件。
发明背景
将存储在介质中的能量转换成工业可用的能量具有十分重要的意义。
由于水中的能量密度高于空气中的能量密度，因此转换能量波(优选在海上)极具吸引力。
然而，水波中的高能量密度对于构造的耐久性而言也是一种挑战。在暴风雨或其它极端天气期间，要减轻非常强的物理影响。
专利申请WO 0052331指出了一种利用海洋波浪产生能量的系统，其中波浪中的能量通过连接至曲柄装置的桨传输至室外罩中的往复活塞。
发明目的
本发明的目的是指出提供解决或减轻一个或多个上述技术问题的波浪动力转换器的技术方案。
本发明进一步的目的是指出提供尽可能简单的操作的技术方案。
本发明进一步的目的是指出通过或多或少湍流运动的波浪质点运动或者或多或少简谐运动的波浪质点运动操作的技术方案。
本发明进一步的目的是指出可尽可能简单地保持的技术方案。
发明概要
上述目的通过一种波浪动力转换器实现，其包括：
-具有底部和顶部的波浪动力转换器外壳，底部和顶部之间具有距离限制结构，中心轴贯穿该距离限制结构，且完全或部分地位于波浪动力转换器外壳外部：
-至少一个优选伸长的桨，其具有第一母线的纵向方向并具有下端和上端，且桨通过第一连接件连接至：
-第一动力转换器，其具有与中心轴成一定角度(优选成直角)的旋转轴并在所述顶部紧固至波浪动力转换器外壳，且其中
-由于活塞杆的第一端通过柔性接头紧固至第一动力转换器，且活塞杆的第二端具有适于沿第二母线在至少一个第二动力转换器内做线性运动的活塞，因此第一动力转换器通过至少一个活塞杆与至少一个第二动力转换器相互作用，第二动力转换器包括由室外罩围绕的线性室，室外罩上设置有沿第二母线的延长线连接至波浪动力转换器外壳的底部的可旋转和枢转连接件。
波浪能从而通过至少一个桨优选水平的运动转换，该至少一个桨将枢转并从而跟随或多或少为简谐或不规则的优选水平运动，并将该水平运动转变成活塞在室内的线性位移，由此流体被加压和/或开始运动，因此在可用于驱动机器的状况下提供流体。
在室外罩的延长线上且连接至波浪动力转换器外壳的底部的可旋转和枢转连接件致使第二母线可在圆锥体内运动，圆锥体顶点的位置由连接件的可枢转部分确定。
根据本发明，可将桨理解为波浪质点运动的吸收器。
根据优选实施方案，桨被设计成伸长的板。在本发明的范围内，板的形状可改变以最佳地吸收波浪质点运动。
根据实施方案，桨为柔性的，且可在纵向方向上弯曲。
在可替代的实施方案中，桨由一个或多个杆组成，杆在下端与第一动力转换器连接，且其在上端具有浮体。浮体可以是塑性材料的球形壳。
根据进一步的实施方案，波浪动力转换器由形成风扇状的桨制成。
在实施方案中，波浪动力转换器外壳为具有底部和顶部的圆柱形外壳，其中顶部具有开口，第一动力转换器通过开口与第二动力转换器相互作用。
在可替代的实施方案中，距离限制结构为在顶部与底部之间提供结构刚性的一个或多个杆。
在实施方案中，沿第二母线的延长线连接至波浪动力转换器外壳的底部的可旋转和枢转连接件由连接件组成，其中可旋转部分原则上可位于室外罩的端部与波浪动力转换器外壳的底部之间的任何点。
在实施方案中，沿第二母线的延长线连接至波浪动力转换器外壳的底部的可旋转和枢转连接件由连接件组成，其中可枢转部分原则上可位于室外罩的端部与波浪动力转换器外壳的底部之间的任何点。
此外，连接件的可旋转和枢转部分可设置成固定至室外罩和波浪动力转换器外壳的元件。
然而，自然且明显的是，优选连接件的可旋转部分和可枢转部分设置在室外罩与波浪动力转换器外壳底部之间的连接件之间的过渡内或周围。
根据优选的实施方案，在室内使用基于周围的水且因此通常为海水的流体。
根据实施方案，使用的流体为液体。
根据特殊的实施方案，使用的流体为气体。
根据进一步的实施方案，波浪动力转换器的特殊之处在于可旋转和枢转连接件被设计成具有在承窝轴承内起作用的球头；被设计成安装在旋转轴承内的铰链；被设计成具有安装在旋转轴承内的弹簧；或相应的构件。
在优选的实施方案中，形成可旋转和枢转连接件是因为沿第二母线且在室外罩外部抵靠波浪动力转换器外壳的底部具有轴形式的隔离件，隔离件以球头结束，球头在波浪转换器外壳底部的承窝轴承内起作用。
在实施方案中，承窝轴承设置在波浪转换器外壳底部的中心轴通道内或附近。
在实施方案中，多个承窝轴承和球头设置在波浪转换器外壳底部。
根据波浪动力转换器的实施方案，室外罩与球头之间设置有弹簧装置，该弹簧装置可以是线性机械弹簧、气动弹簧或任何其它类型的弹簧装置。
该弹簧装置可具有弹性动作(主要在室外罩的纵向方向上)以及与室外壳的纵向方向成一定角度的回弹动作。
根据优选的实施方案，球头在由两个轴承部件组成的承窝轴承内起作用。轴承部件设置为与底部相连或位于底部，以便球头可插入该轴承部件和随后部分地围绕球头的部件，并从其内移除。
根据实施方案，用于润滑轴承的构件被设置为与球头和承窝轴承相连。
根据可替代的实施方案，波浪力转换器的特殊之处在于可旋转和枢转连接件被设计成安装在旋转轴承内的铰链。
铰链从而提供连接件的可枢转部分，而旋转轴承提供连接件的可旋转部分。
在优选的实施方案中，旋转轴承设置在波浪转换器外壳的底部，且铰链安装在其内。
根据可替代的实施方案，波浪力转换器的特殊之处在于可旋转和枢转连接件被设计成具有安装在旋转轴承内的弹簧或相应装置。
弹簧从而提供连接件的可枢转部分，而旋转轴承提供连接件的可旋转部分。
在优选的实施方案中，旋转轴承设置在波浪转换器外壳的底部。
根据进一步的实施方案，波浪动力转换器的特殊之处在于波浪动力转换器外壳内的第一动力转换器安装在优选为圆形的旋转轴承中以便旋转轴绕中心轴自由旋转。
桨的母线与其上部且自由端以及母线下端的固定点将基本上描绘出圆锥体，圆锥体的顶点在第一动力转换器周围。母线的上部且自由端将在圆锥体的优选水平剖面上的椭圆所包围的曲线上的各点之间移动。
桨从而可吸收绕中心轴360°的波浪质点运动和优选在水平面上的波浪质点运动。
根据实施方案，旋转轴承被制成互补形状以装配在转盘内作为第一动力转换器上的底脚。在优选的实施方案中，转盘的外部区域为圆形以便在旋转轴承内进行完整旋转。旋转轴承也为圆形。
转盘和旋转轴承中分别可具有以一个或多个凹槽形式存在的一个或多个引导件。引导件或凹槽构成整个圆形或圆形的一部分。
根据可替代的实施方案，旋转轴承与转盘之间设置有润滑或一个或多个球轴承或滚珠轴承。
根据实施方案，旋转轴承由下部和上部组成，下部与上部分开以便插入并移除转盘本身。由此，第一动力转换器可与第二动力转换器分开。
根据实施方案，旋转轴承和转盘由金属合金制成，金属合金可包括青铜、铝、镍、钢或其组合。
根据进一步的实施方案，波浪动力转换器的特殊之处在于第一动力转换器为曲柄。
由于桨形成了至曲柄臂的连接，因此桨的枢转运动将传输至相对于曲柄的旋转轴偏心地偏置的曲柄销，且当活塞杆的一端与曲柄销相互作用时，活塞杆的另一端将进行线性往复运动，这是因为活塞杆的另一端在固定在一个点的线性室内移动。
根据可替代的实施方案，一个或多个圆盘紧固在曲柄的轴颈上以与桨和轴颈连接。
在优选的实施方案中，曲柄的轴颈与旋转轴重合。
在优选的实施方案中，活塞杆的一端设置有孔眼，孔眼围绕曲柄的曲柄销以便活塞杆绕曲柄销原则上自由旋转。孔眼从而在曲柄与活塞杆之间形成柔性联接。
在可替代的实施方案中，活塞杆的一端设置有弹簧，弹簧连接至曲柄销并构成柔性接头。活塞杆从而可绕曲柄销枢转。因此，力在活塞杆的线性方向上的动作可被吸收和分布。
在优选的实施方案中，曲柄销设置在相对于轴颈优选与纵向方向成直角的位置处，由此桨的偏转有效地致使活塞在活塞杆的纵向方向上纵向位移。
在可替代的实施方案中，轴颈与曲柄销之间的径向距离可变以便活塞沿活塞杆的纵向方向的纵向位移可变。
在实施方案中，相对于轴颈以各种角度设置了多个曲柄销。每一个曲柄销通过活塞杆连接至圆柱形室，圆柱形室反过来紧固至波浪转换器外壳的底部。
根据进一步的实施方案，波浪动力转换器的特殊之处在于第一动力转换器为摆动板。
绕中心轴的枢转和旋转运动因此转化成线性往复运动。
在实施方案中，摆动板被设计成具有板，该板面向底部的面上装配有几个(优选三个以上)活塞杆，每一个活塞杆的活塞在其室内移动。活塞杆通过球窝接头在其上端与摆动板的板相互作用。
根据进一步的实施方案，波浪力转换器的特殊之处在于活塞将室分成上部室和下部室。
根据优选的实施方案，室外罩设置有在室外罩的上端处的端件，端件压力紧密地围绕活塞杆以线性引导活塞杆穿过端件。由此，在端件与活塞之间形成了上部室。
由此实现了活塞从底部的运动导致压力增大或上部室内的流体发生位移。
由此实现了活塞抵靠室外罩下端以及上端的运动致使压力上升或流体发生位移。
根据进一步的实施方案，波浪动力转换器的特殊之处在于每个室具有门。
由此，为每一个室设置了开口，通过该开口可将流体提供至每一个室。
在实施方案中，门设置有允许流体通过门进入室内的阀门。
在实施方案中，门设置有阻挡被压出通过门的流体返回的单向阀。
在实施方案中，门设置有防止颗粒(如沙砾、植物残渣、碎石以及其它固体材料)进入室内的过滤器。
根据进一步的实施方案，波浪动力转换器的特殊之处在于波浪动力转换器紧固至基座。
波浪动力转换器从而可锚固至海床或湖床。
根据优选的实施方案，基座为重力基础，所谓的重力基础是指质量和质量密度仅够用于将基座与波浪动力转换器保持在期望的位置。在优选的实施方案中，基座由混凝土制成。
根据实施方案，基座被设计成圆锥体的一部分，圆锥体具有基座(面积较大，在海床或湖床上提供稳定支撑)和面积较小的顶部，其中波浪动力转换器外壳紧固至或插入基座。
根据实施方案，基座的侧面被制成具有合适的角度，以便位于其最外位置处的具有第二且自由端的桨支撑在海床或湖床上，且桨不与基座接触。
根据实施方案，基座的侧面被制成具有保护层，用于容置位于其最外位置处的桨，以便桨本身支撑在基座上。
根据进一步的实施方案，基座被设计成具有腔的壳体。
当腔内存在空气时，基座内获得了一定的浮力，然后基座便更容易移动和运输。在基座的最终位置，腔内充满来自海床或湖床的沙子或石头。
根据进一步的实施方案，基座设置有用于紧固滑轮和锚固装置的构件。
根据优选的实施方案，基座设置有用于装配波浪转换器外壳的空间。在此意味着波浪动力转换器外壳可嵌入基座，由此可实现对一个或多个部件的保护。
在具体实施方案中，基座内的空间的形状为具有开口端的圆柱形，且波浪动力外壳可插入该圆柱形内。波浪动力转换器外壳通过螺栓紧固至基座。
根据进一步的实施方案，波浪动力转换器的特殊之处在于至少一个桨浮在水中。
由此实现了桨的上端将向水面移动，且仍在水中的静止位置将使桨处于垂直位置。通过与水流或波浪相关的波浪质点运动，桨因此将吸收传播至第一动力转换器的这些运动。
根据可替代的实施方案，浮力可变，这是因为桨具有可充注空气或水的腔。因此，桨的动态特性从而可改变且从而桨吸收波浪质点运动的能力可改变。
在特殊实施方案中，桨被设置成杆，杆的下端安装在第一动力转换器上，且上端连接至浮体。
在现有波浪动力转换器的范围内，本领域的技术人员可利用不同实施方案以及桨的组合(位置和浮力发生变化)来进行试验。
根据进一步的实施方案，波浪动力转换器的特殊之处在于波浪动力转换器由一种或多种耐蚀材料制成。
在优选的实施方案中，波浪动力转换器中的元件由不锈钢制成，例如双相不锈钢或超级不锈钢。就强度和/或耐蚀性而言，它在应用具有相应性能的材料的材料选择的范围内。
此外，当然可使用具有相应或更好的强度、灵活性或耐蚀性的其它材料。
根据实际的实施方案，波浪动力转换器被制成具有大约长30米的桨。室的直径为大约0.35米，且活塞在室内的冲程为大约0.70米。每一个室内的流体为海水。通过简单的机械过滤器将海水引入室内。
本实施方案的波浪力转换器尤其可用在海水深度为30米至50米的区域内。
根据进一步的实施方案，波浪动力转换器的特殊之处在于至少一个波浪动力转换器具有至与至少一个发电机相互作用的至少一个机器的连接件。
流体在波浪动力转换器的室内的压缩或移位致使驱动机器，机器通过电磁装置与发电的发电机相互作用。
由此，来自波浪质点运动的能量通过波浪动力转换器被传输至机器和发电机，发电机将该能量转化成电能。
根据优选的实施方案，波浪动力转换器与发电机之间的连接件为将流体传导至涡轮机的管道或管道系统，涡轮机与输送电的发电机相互作用。
管道系统由耐蚀材料制成。
附图简述
在以下附图的实施方案中示出了本发明，其中：
图1示出具有嵌入位于海床上的基座的桨的波浪动力转换器；
图2示出桨与基座附近的第一动力转换器之间的过渡；
图3示出第一动力转换器与嵌入基座的第二动力转换器相互作用。
发明实施方案详细描述
图1示出连接至位于床3的基座2的波浪动力转换器1的等距视图，床3可以是海床或大湖的湖床。
在所示的实施方案中，波浪动力转换器1设置有桨4，桨4具有下端5和自由上端6。在第一端5处，桨4连接至第一动力转换器7，第一动力转换器7在文中示为紧固至基座2。
在静止位置处，波浪动力转换器1具有中心轴8，在具体实施方案中，中心轴8在水(应理解为海水或湖水)10中与重力方向平行并与被定向在浮力方向9上的方向平行，且从而与重力方向相反。
桨4具有第一母线11的纵向方向和在其直角处的横向方向12，桨4在横向方向12上具有桨面13。
第一动力转换器7具有旋转轴14，旋转轴14位于与中心轴8垂直的平面内，且桨4绕旋转轴14枢转地紧固，以便桨4且从而第一母线11可优选地绕中心轴8以偏转角15枢转。
第一动力转换器7绕中心轴8进行中心轴自由旋转16。
与图1相比，图2示出与基座2相连的波浪动力转换器1的细节。
桨4的下端5通过第一连接件17连接至第一动力转换器7，第一连接件17可通过螺栓18释放。
在文中，第一动力转换器7为曲柄19，且在所示的实施方案中，第一连接件17紧固至安装在轴颈21上的两个曲柄臂20、20'(在该情况下为两个)的上边缘区域，轴颈21在保持器23、23'中的轴承22、22'内起作用，保持器23、23'安装在转盘24内，转盘24在旋转轴承25内起作用。轴承22、22'限定旋转轴14并被布置成与转盘24等距，由此旋转轴14在与中心轴8垂直的平面内以中心轴自由旋转16的方式旋转。
在曲柄臂20与20'之间，曲柄19设置有曲柄销26，曲柄销26相对于轴颈21-旋转轴14偏心地偏置。
图3示出在图1和2的情况下的波浪动力转换器1和基座2的垂直剖面。
可以看到波浪动力转换器1的第一动力转换器7(在文中为可旋转的曲柄19)与第二动力转换器27相互作用。
在具体实施方案中，第二动力转换器27与第一动力转换器19通过活塞杆28相互作用，活塞杆28的第一端设置有柔性接头29，柔性接头29被设计成与曲柄销26的横截面互补的旋转轴承，且活塞杆28的另一端以活塞30结束，活塞30被构造成沿第二母线31在由室外罩33围绕的室32内做线性运动直达室外罩33的室外罩上端34，室外罩上端34在所示的实施方案中为开口端。室外罩33的室外罩下端35通过隔离件36连接至球头37，球头37反过来在紧固至波浪动力转换器外壳39的底部40的承窝轴承38内起作用。球头37的中心点从而形成第二母线31的固定点。隔离件36、球头37和承窝轴承38从而在室外罩33与波浪转换器外壳39之间形成形状配合连接件。该形状配合连接件可绕中心轴8枢转和旋转。
波浪动力转换器外壳39具有包围室外罩33的壁，且壁在第二动力转换器27与第一动力转换器19之间构成距离限制结构41，第一动力转换器19紧固在波浪动力转换器外壳39的顶部42，同样转盘24在安装在波浪动力转换器外壳39的顶部42的旋转轴承25内起作用。
在具体实施方案中，波浪动力转换器外壳39嵌入基座2并通过旋转轴承25紧固至基座2，由此波浪动力转换器外壳39可被松开并移出基座2。

Claims (10)

1.一种波浪动力转换器(1)，其包括：
波浪动力转换器外壳(39)，其具有底部(40)和顶部(42)，所述底部(40)与所述顶部(42)之间具有距离限制结构(41)，中心轴(8)贯穿所述距离限制结构(41)，且完全或部分地位于所述波浪动力转换器外壳(39)外部：
-至少一个桨(4)，其具有第一母线(11)的纵向方向且具有下端(5)和上端(6)，所述桨(4)可枢转地紧固在旋转轴(14)上，旋转轴(14)在垂直于中心轴(8)的平面内，使得所述桨(4)以及所述第一母线(11)能够绕中心轴(8)以偏转角(15)枢转，并且所述桨(4)通过第一连接件(17)连接至：
-第一动力转换器(7)，其具有旋转轴(14)，所述旋转轴(14)的方向为与所述中心轴(8)呈一定角度，由此旋转轴(14)在垂直于中心轴(8)的平面内旋转，并且所述第一动力转换器(7)在所述顶部(42)紧固至所述波浪动力转换器外壳(39)；
其中所述第一动力转换器(7)通过至少一个活塞杆(28)与至少一个第二动力转换器(27)相互作用，这是由于所述活塞杆(28)的第一端通过柔性接头(29)紧固至所述第一动力转换器(7)，且所述活塞杆(28)的第二端具有适于沿第二母线(31)在所述至少一个第二动力转换器(27)内做线性运动的活塞(30)，所述至少一个第二动力转换器(27)包括由室外罩(33)围绕的线性室(32)，而所述第二母线为线性室(32)的中心轴，其特征在于：所述室外罩(33)具有沿所述第二母线(31)的延长线连接至所述波浪动力转换器外壳(39)的所述底部(40)的可旋转和枢转连接件(36、37、38)。
2.根据权利要求1所述的波浪动力转换器(1)，其特征在于所述室外罩(33)的所述可旋转和枢转连接件(36、37、38)包括波浪动力转换器外壳(39)的底部(40)与球头(37)之间的隔离件(36)，球头(37)反过来在承窝轴承(38)内作用为枢转连接件，而所述枢转连接件被设计成具有在承窝轴承(38)内起作用的球头(37)。
3.根据权利要求1或2所述的波浪动力转换器(1)，其特征在于所述波浪动力转换器外壳(39)内的所述第一动力转换器(7)安装在圆形的旋转轴承(25)内以便所述旋转轴(14)绕所述中心轴(8)自由旋转。
4.根据权利要求1或2所述的波浪动力转换器(1)，其特征在于所述第一动力转换器(7)为曲柄(19)。
5.根据权利要求1或2所述的波浪动力转换器(1)，其特征在于所述第一动力转换器(7)为摆动板。
6.根据权利要求1或2所述的波浪动力转换器(1)，其特征在于所述活塞(30)将所述室(32)分成上部室(32′)和下部室(32″)。
7.根据权利要求1或2所述的波浪动力转换器(1)，其特征在于所述波浪动力转换器外壳(39)紧固至基座(2)。
8.根据权利要求1或2所述的波浪动力转换器(1)，其特征在于至少一个桨(4)浮在水中。
9.根据权利要求1或2所述的波浪动力转换器(1)，其特征在于所述波浪动力转换器(1)由一种或多种耐蚀材料制成。
10.一种由根据权利要求1或2所述的至少一个波浪动力转换器组成的波浪动力装置，其特征在于至少一个波浪动力转换器(1)具有至与至少一个发电机相互作用的至少一个机器的连接件。
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