CN105257466B - 用于波浪能采集的漂浮装置 - Google Patents

Abstract

本发明创造公开一种用于波浪能采集的漂浮装置，具有若干节硬筒状连接单元，相邻硬筒状连接单元之间设有采集单元，硬筒状连接单元内设有用于与外部水箱连通的进出液总管路，所述采集单元具有软管外壳Ⅰ、软管外壳Ⅱ、位于软管外壳Ⅰ和Ⅱ之间的硬质圆形浮筒，硬质圆形浮筒内设有加强套筒，加强套筒的外壁上沿其周向设有若干个活塞缸单元，活塞缸单元中的进液口通过支管路与汇集器Ⅰ连接，活塞缸体单元中的出液口通过支管路与汇集器Ⅱ连接，汇集器Ⅰ和汇集器Ⅱ分别通过支管路与总管路连接。具有波浪能采集效率高，成本低，节能环保，应用灵活，便于广泛推广应用等优势。

Description

用于波浪能采集的漂浮装置

技术领域

本发明创造属于波浪能采集领域，具体涉及一种用于波浪能采集的漂浮装置

背景技术

随着新能源成为人们关注的热点，海洋能发电技术以其独特优势和战略地位吸引了人们的注意，世界各主要海洋国家目前普遍重视对海洋的开发利用。波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，而波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源，但是波浪能量巨大，存在广泛，因此自古吸引着沿海的能工巧匠们，想尽各种办法，企图驾驭海浪为人所用。目前的将波浪能收集起来并转换成电能或其他形式能量的波能装置有设置在岸上的和漂浮在海里的两种，但是现有漂浮在海里的波能装置，具有成本高，采集效率低，结构强度不高，经不起大风浪的颠覆，易损坏，使用范围有限等缺陷。

发明内容

本发明创造针对现有技术的不足，提供一种用于波浪能采集的漂浮装置，该装置通过在内部增加加强套筒，分散用于连接活塞缸体支架的受力范围，从而增加装置结构的强度。且该漂浮装置还具有波浪能采集效率高，成本低，节能环保，应用灵活，便于广泛推广应用等优势。

本发明创造采用的技术方案为：

用于波浪能采集的漂浮装置，具有若干节硬筒状连接单元，相邻硬筒状连接单元之间设有采集单元，硬筒状连接单元内设有用于与外部水箱连通的进出液总管路，所述采集单元具有软管外壳Ⅰ、软管外壳Ⅱ和硬质圆形浮筒，所述硬质圆形浮筒位于软管外壳Ⅰ和Ⅱ之间，硬质圆形浮筒内设有加强套筒，加强套筒的外壁上沿其周向设有若干个活塞缸单元，所述活塞缸单元至少包含一个活塞缸，所述活塞缸具有缸体和与缸体配合的活塞杆；所述硬质圆形浮筒的左右两侧分别设有法兰Ⅰ和法兰Ⅱ，软管外壳Ⅰ的左端与法兰Ⅰ连接，软管外壳Ⅰ的右端与硬质圆形浮筒的左端部连接；软管外壳Ⅱ的左端与硬质圆形浮筒的右端部连接，软管外壳Ⅱ的右端与法兰Ⅱ连接；法兰Ⅰ与加强套筒之间设有用于驱动活塞缸单元中活塞杆做功的连接组件Ⅰ，法兰Ⅱ与加强套筒之间设有用于驱动活塞缸单元中活塞杆做功的连接组件Ⅱ；活塞缸单元中的进液口通过支管路与汇集器Ⅰ连接，活塞缸体单元中的出液口通过支管路与汇集器Ⅱ连接，汇集器Ⅰ和汇集器Ⅱ分别通过支管路与总管路连接。

所述的用于波浪能采集的漂浮装置，所述连接组件Ⅰ包括位于法兰Ⅰ与加强套筒之间的两套连接支杆Ⅰ，两套连接支杆Ⅰ上分别设有一轴承Ⅰ，两轴承Ⅰ相对设置，杠杆轴Ⅰ安装在两轴承Ⅰ之间；杠杆轴Ⅰ上设有支撑杆Ⅰ，所述支撑杆Ⅰ的两端分别设有十字轴连杆，活塞缸单元中的活塞杆通过十字轴连杆与支撑杆Ⅰ连接，支撑杆Ⅰ以杠杆轴Ⅰ为支点通过十字轴连杆带动与之相连的活塞杆运动；连接组件Ⅱ包括位于法兰Ⅱ与加强套筒之间的两套连接支杆Ⅱ，两套连接支杆Ⅱ上分别设有一轴承Ⅱ，两轴承Ⅱ相对设置，杠杆轴Ⅱ安装在两轴承Ⅱ之间；杠杆轴Ⅱ上设有支撑杆Ⅱ，所述支撑杆Ⅱ的两端分别设有十字轴连杆，活塞缸单元中的活塞杆通过十字轴连杆与支撑杆Ⅱ连接，支撑杆Ⅱ以杠杆轴Ⅱ为支点通过十字轴连杆带动与之相连的活塞杆运动。

所述的用于波浪能采集的漂浮装置，所述十字轴连杆具有杆Ⅰ和杆Ⅱ，杆Ⅰ的一端部设有半圆环型连接件Ⅰ，半圆环型连接件Ⅰ的两端部之间设有轴Ⅰ，轴Ⅰ的两端通过轴承Ⅲ安装半圆环型连接件Ⅰ的两端部上；杆Ⅱ的一端部设有半圆环型连接件Ⅱ，半圆环型连接件Ⅱ的两端部之间设有轴Ⅱ，轴Ⅱ的两端通过轴承Ⅳ安装半圆环型连接件Ⅱ的两端部上；轴Ⅰ和轴Ⅱ成十字交叉连接；杆Ⅱ的另一端部设有轴承Ⅴ；杆Ⅰ的另一端部与活塞杆连接，轴承Ⅴ安装在与之对应的支撑杆Ⅰ或Ⅱ上。

所述的用于波浪能采集的漂浮装置，所述若干活塞缸单元在加强套筒的外壁上交错放置；加强套筒的外壁上沿其周向均布设有四个活塞缸单元，每个活塞缸单元具有一个活塞缸，四个活塞缸在加强套筒的外壁上交替设置，即一个活塞缸中的活塞杆朝向法兰Ⅰ，与之相邻的活塞缸中的活塞杆朝向法兰Ⅱ。

所述的用于波浪能采集的漂浮装置，所述法兰Ⅰ上设有用于限制活塞杆活动行程的限位杆Ⅰ；法兰Ⅱ上设有用于限制活塞杆活动行程的限位杆Ⅱ。

所述的用于波浪能采集的漂浮装置，漂浮装置的头部外轮廓为近似海鲨头部的圆锥弧状体，圆锥弧状体上设有数条弧形棱。

所述的用于波浪能采集的漂浮装置，漂浮装置的尾部设有上翘式倾斜打水板，所述打水板距水平面的倾斜角度为15°-45°。

所述的用于波浪能采集的漂浮装置，漂浮装置的尾部还设有水气两用泵，水气两用泵的一端通过管路与漂浮装置内部连通，水气两用泵的另一端通过管路与外部水箱连通；水气两用泵通过线路与外部的控制器连接；漂浮装置的头部的上端还设有排气孔，所述排气孔通过排气管与位于漂浮装置外部的进排气机构连接，所述进排气机构为进排气漂浮球。

所述的用于波浪能采集的漂浮装置，所述活塞缸为活塞水缸，缸体为304不锈钢缸体。

一种波浪能采集系统，具有上述用于波浪能采集的漂浮装置，还具有增压缸，变量水马达和控制器，漂浮装置内出液总管路通过管道与增压缸连接，增压缸通过管道与变量水马达连接，变量水马达通过管道与水箱连接；漂浮装置内的水气两用泵通过线路与控制器连接，增压缸和变量水马达分别通过线路与控制器连接。

本发明创造具有以下有益效果：

1、本发明创造通过在采集单元中设置内部加强套筒，使得漂浮装置中的软连接强度增强，通过设置硬质圆形浮筒把活塞缸体部分做成硬连接，只有伸缩杆的部分为软连接，有效地缩短软连接长度，至少能缩短软连接一半的长度。

2、本发明创造利用十字轴连杆连杆替代现有的球头万向节，解决了活塞缸中活塞杆行程距离短的问题，通过将软连接中的支点改为两个十字轴连杆，可以确保活塞杆行程距离，使排液量增大，压力升高，扭距加大，不仅避免了采用球头万向节自身消耗功率大，强度不高的问题，还提高活塞缸的采集效率。通过十字轴连杆与杠杆轴两端的轴承配合，使得该采集单元在对波浪能采集时达到360度无死角的目的，极大提高波浪能的采集效率。

3、若干个活塞缸单元首尾交替式安装在加强套筒上，分散了连接活塞缸体支架的受力范围。

4、漂浮装置的头部外轮廓为近似海鲨头部的圆锥弧状体，圆锥弧状体上设有数条弧形棱。一是使得该漂浮装置的头部不易被海浪打沉，二是便于海浪冲击时给予漂浮装置头部一个向下的压力，从而带动漂浮装置中软连接打弯，从而带动位于软连接内部的活塞缸做功。漂浮装置头上弧形棱的设置，有效提高了漂浮装置的头部的排水性能，便于漂浮装置的头部能很快地从海浪中漂浮起来。

5、漂浮装置的尾部设有上翘式倾斜打水板，增加了该漂浮装置的采集性能。

6、在漂浮装置的尾部设置水气两用泵，用于保护该漂浮装置，避免在大海浪时易损坏的问题，更加确保几十年不遇的海啸。若海上风浪过大，对该漂浮装置构成威胁时，可以启动该水气两用泵，对该漂浮装置的内部进行充水，使该漂浮装置下沉对其进行保护。避开风浪后，再启用水气两用泵将漂浮装置的内部水抽出，该漂浮装置重新漂浮到海面上进行工作，达到对该漂浮装置进行有效保护的目的。

7、该漂浮装置中的活塞缸为活塞水缸，缸体为304不锈钢缸体。该漂浮装置利用水替代油，避免了缸体损坏油外泄等问题，真正达到节能环保的目的。

附图说明

图1为用于波浪能采集的漂浮装置的结构示意图。

图2为用于波浪能采集的漂浮装置中采集单元的结构示意图。

图3为图2所示去掉硬质圆形浮筒的结构示意图。

图4为采集单元的剖视结构示意图。

图5为十字轴连杆的结构示意图。

图6为用于波浪能采集的漂浮装置中液体管路图。

图7为一种波浪能采集系统的工作原理图。

其中1-硬筒状连接单元，2-采集单元，3-软管外壳Ⅰ，4-软管外壳Ⅱ，5-硬质圆形浮筒，6-加强套筒，7-法兰Ⅰ，8-法兰Ⅱ，9-连接支杆Ⅰ，10-轴承Ⅰ，11-杠杆轴Ⅰ，12-支撑杆Ⅰ，13-十字轴连杆，131-杆Ⅰ，132-杆Ⅱ，133-半圆环型连接件Ⅰ，134-轴承Ⅲ，135-轴承Ⅳ，136-半圆环型连接件Ⅱ，137-轴承Ⅴ，14-活塞杆，15-汇集器Ⅰ，16-汇集器Ⅱ，17-水箱，18-缸体，19-连接支杆Ⅱ，20-轴承Ⅱ，21-杠杆轴Ⅱ，22-限位杆Ⅰ，23-限位杆Ⅱ，24-圆锥弧状体，25-弧形棱，26-打水板，27-水气两用泵，28-控制器，29-漂浮装置，30-增压缸，31-变量水马达，32-活塞缸。

具体实施方式

如图1-7所示，用于波浪能采集的漂浮装置29，包括若干节硬筒状连接单元1，相邻的硬筒状连接单元1之间设有采集单元2，硬筒状连接单元1内设有用于与外部水箱17连通的进出液总管路，其中采集单元2用于波浪能采集，具有软管外壳Ⅰ3、软管外壳Ⅱ4、位于软管外壳Ⅰ3和Ⅱ4之间的硬质圆形浮筒5，硬质圆形浮筒5内设有加强套筒6，加强套筒6的外壁上沿其周向设有若干个活塞缸单元，每个活塞缸单元至少包含一个活塞缸，该活塞缸具有缸体18和活塞杆14，活塞缸单元在加强套筒6的外壁上首尾交错放置；所述在硬质圆形浮筒5的左右两侧分别设有法兰Ⅰ7和法兰Ⅱ8，软管外壳Ⅰ3的左端与法兰Ⅰ8连接，软管外壳Ⅰ3的右端与硬质圆形浮筒5的左端部连接；软管外壳Ⅱ4的左端与硬质圆形浮筒5的右端部连接，软管外壳Ⅱ4的右端与法兰Ⅱ8连接；法兰Ⅰ7与加强套筒6之间设有两套连接支杆Ⅰ9，每套连接支杆Ⅰ9上均设有一轴承Ⅰ10，两个轴承Ⅰ10分别在两套连接支杆Ⅰ9上相对设置，杠杆轴Ⅰ11安装在两轴承Ⅰ10之间；杠杆轴Ⅰ11上设有支撑杆Ⅰ12，所述支撑杆Ⅰ12的两端分别设有十字轴连杆13，首端朝向法兰Ⅰ7的活塞缸单元中的活塞杆14通过十字轴连杆13与支撑杆Ⅰ12连接，支撑杆Ⅰ12以杠杆轴Ⅰ11为支点通过十字轴连杆13带动活塞杆14运动；相应地法兰Ⅱ8与加强套筒6之间设有两套连接支杆Ⅱ19，两套连接支杆Ⅱ19上分别设有一轴承Ⅱ20，两轴承Ⅱ20相对设置，杠杆轴Ⅱ21安装在两轴承Ⅱ20之间；杠杆轴Ⅱ20上设有支撑杆Ⅱ，所述支撑杆Ⅱ的两端分别设有十字轴连杆13，首端朝向法兰Ⅱ8的活塞缸单元中的活塞杆14通过十字轴连杆13与支撑杆Ⅱ连接，支撑杆Ⅱ以杠杆轴Ⅱ21为支点通过十字轴连杆13带动活塞杆14运动；如图6所示活塞缸单元中活塞缸32缸体18的进液口通过支管路与汇集器Ⅰ15连接，活塞缸体单元中活塞缸缸体的出液口通过支管路与汇集器Ⅱ16连接，汇集器Ⅰ15通过支管路与进液总管路连接，支管路上设有单向阀；汇集器Ⅱ16通过支管路出液总管路连接，支管路上设有单向阀。汇集器Ⅰ15位于法兰Ⅰ7的左侧，通过支杆固定安装在加强套筒6上；汇集器Ⅱ16位于法兰Ⅱ8的右侧，通过支杆固定安装在加强套筒6上。

如图2-4所示加强套筒6的外壁上沿其周向均布设有四个活塞缸单元，每个活塞缸单元具有一个活塞缸，四个活塞缸在加强套筒6的外壁上首尾交替设置。法兰Ⅰ7上设有用于限制活塞缸中活塞杆14活动行程的限位杆Ⅰ22；法兰Ⅱ8上设有用于限制活塞缸中活塞杆活动行程的限位杆Ⅱ23。

如图5所示所述十字轴连杆13具有杆Ⅰ131和杆Ⅱ132，杆Ⅰ131的一端部设有半圆环型连接件Ⅰ133，半圆环型连接件Ⅰ133的两端部之间设有轴Ⅰ，轴Ⅰ的两端通过轴承Ⅲ134安装半圆环型连接件Ⅰ133的两端部上；杆Ⅱ132的一端部设有半圆环型连接件Ⅱ136，半圆环型连接件Ⅱ136的两端部之间设有轴Ⅱ，轴Ⅱ的两端通过轴承Ⅳ135安装半圆环型连接件Ⅱ136的两端部上；轴Ⅰ和轴Ⅱ成十字交叉连接；杆Ⅱ132的另一端部设有轴承Ⅴ137；杆Ⅰ131的另一端部与活塞杆14连接，轴承Ⅴ137安装在与之对应的支撑杆Ⅰ12或Ⅱ上。

如图1所示该用于波浪能采集的漂浮装置29的头部外轮廓为圆锥弧状体24近似海鲨头部的形状，圆锥弧状体24上设有数条弧形棱25。漂浮装置29的尾部设有上翘式倾斜打水板26，所述打水板26距水平面的倾斜角度为α，α为15°-45°。

优选地，漂浮装置29的尾部还设有水气两用泵27，水气两用泵27的一端通过管路与漂浮装置29内部连通，水气两用泵27的另一端通过管路与外部水箱17连通；水气两用泵27通过线路与外部的控制器28连接；漂浮装置29的头部的上端还设有排气孔，所述排气孔通过排气管与位于漂浮装置29外部的进排气机构连接，该进排气机构为进排气漂浮球。该漂浮装置29通过锁链与海底基础连接。为了需要可将若干个漂浮装置29连接成近竹筏排状进行波浪能的采集。

如图7所示一种波浪能采集系统，具有上述用于波浪能采集的漂浮装置29，漂浮装置29中的活塞缸为活塞水缸，缸体为304不锈钢缸体。该系统具有增压缸30，变量水马达31和控制器28，漂浮装置29内出液总管路通过管道与增压缸30连接，增压缸30通过管道与变量水马达31连接，变量水马达31通过管道与水箱17连接；优选地，增压缸30与变量水马达31之间还设有储能器，用于稳定增压缸30与变量水马达31之间的压力。漂浮装置29内的水气两用泵27通过线路与控制器28连接，增压缸30和变量水马达31分别通过线路与控制器28连接。该系统优先选用水压进行力传递，也可选用油压进行力传递。

工作原理，漂浮装置29在波浪运动特性的作用下，漂浮装置29中软管外壳Ⅰ和Ⅱ对波浪进行横纵向的采集，软管外壳通过连接组件带动活塞缸工作，将活塞缸中的液体泵出，泵出的液体通过单向阀输送到汇集器Ⅱ16中，然后通过出液总管路输送至增压缸30内，通过增压缸30对液体增压，然后将增压后的液体通过储能器(蓄能器)稳压，液体多少来转换变量马达31的排量，最后输入至变量水马达31中，使变量水马达31输出机械能。从变量水马达31中排出的液体通过管路回收至水箱17中，循环使用。

Claims (9)

1.用于波浪能采集的漂浮装置，具有若干节硬筒状连接单元，相邻硬筒状连接单元之间设有采集单元，硬筒状连接单元内设有用于与外部水箱连通的进出液总管路，其特征在于，所述采集单元具有软管外壳Ⅰ、软管外壳II和硬质圆形浮筒，所述硬质圆形浮筒位于软管外壳Ⅰ和II之间，硬质圆形浮筒内设有加强套筒，加强套筒的外壁上沿其周向设有若干个活塞缸单元，所述活塞缸单元至少包含一个活塞缸，所述活塞缸具有缸体和与缸体配合的活塞杆；所述硬质圆形浮筒的左右两侧分别设有法兰Ⅰ和法兰II，软管外壳Ⅰ的左端与法兰Ⅰ连接，软管外壳Ⅰ的右端与硬质圆形浮筒的左端部连接；软管外壳II的左端与硬质圆形浮筒的右端部连接，软管外壳II的右端与法兰II连接；法兰Ⅰ与加强套筒之间设有用于驱动活塞缸单元中活塞杆做功的连接组件Ⅰ，法兰II与加强套筒之间设有用于驱动活塞缸单元中活塞杆做功的连接组件II；活塞缸单元中的进液口通过支管路与汇集器Ⅰ连接，活塞缸体单元中的出液口通过支管路与汇集器II连接，汇集器Ⅰ和汇集器II分别通过支管路与总管路连接；

所述连接组件Ⅰ包括位于法兰Ⅰ与加强套筒之间的两套连接支杆Ⅰ，两套连接支杆Ⅰ上分别设有一轴承Ⅰ，两轴承Ⅰ相对设置，杠杆轴Ⅰ安装在两轴承Ⅰ之间；杠杆轴Ⅰ上设有支撑杆Ⅰ，所述支撑杆Ⅰ的两端分别设有十字轴连杆，活塞缸单元中的活塞杆通过十字轴连杆与支撑杆Ⅰ连接，支撑杆Ⅰ以杠杆轴Ⅰ为支点通过十字轴连杆带动与之相连的活塞杆运动；连接组件II包括位于法兰II与加强套筒之间的两套连接支杆II，两套连接支杆II上分别设有一轴承II，两轴承II相对设置，杠杆轴II安装在两轴承II之间；杠杆轴II上设有支撑杆II，所述支撑杆II的两端分别设有十字轴连杆，活塞缸单元中的活塞杆通过十字轴连杆与支撑杆II连接，支撑杆II以杠杆轴II为支点通过十字轴连杆带动与之相连的活塞杆运动。

2.根据权利要求1所述的用于波浪能采集的漂浮装置，其特征在于，所述十字轴连杆具有杆Ⅰ和杆II，杆Ⅰ的一端部设有半圆环型连接件Ⅰ，半圆环型连接件Ⅰ的两端部之间设有轴Ⅰ，轴Ⅰ的两端通过轴承Ⅲ安装半圆环型连接件Ⅰ的两端部上；杆II的一端部设有半圆环型连接件II，半圆环型连接件II的两端部之间设有轴II，轴II的两端通过轴承Ⅳ安装半圆环型连接件II的两端部上；轴Ⅰ和轴II成十字交叉连接；杆II的另一端部设有轴承Ⅴ；杆Ⅰ的另一端部与活塞杆连接，轴承Ⅴ安装在与之对应的支撑杆Ⅰ或II上。

3.根据权利要求1所述的用于波浪能采集的漂浮装置，其特征在于，所述若干活塞缸单元在加强套筒的外壁上交错放置；加强套筒的外壁上沿其周向均布设有四个活塞缸单元，每个活塞缸单元具有一个活塞缸，四个活塞缸在加强套筒的外壁上交替设置，即一个活塞缸中的活塞杆朝向法兰Ⅰ，与之相邻的活塞缸中的活塞杆朝向法兰II。

4.根据权利要求1所述的用于波浪能采集的漂浮装置，其特征在于，所述法兰Ⅰ上设有用于限制活塞杆活动行程的限位杆Ⅰ；法兰II上设有用于限制活塞杆活动行程的限位杆II。

5.根据权利要求1所述的用于波浪能采集的漂浮装置，其特征在于，漂浮装置的头部外轮廓为近似海鲨头部的圆锥弧状体，圆锥弧状体上设有数条弧形棱。

6.根据权利要求1所述的用于波浪能采集的漂浮装置，其特征在于，漂浮装置的尾部设有上翘式倾斜打水板，所述打水板距水平面的倾斜角度为15°-45°。

7.根据权利要求1-6任一所述的用于波浪能采集的漂浮装置，其特征在于，漂浮装置的尾部还设有水气两用泵，水气两用泵的一端通过管路与漂浮装置内部连通，水气两用泵的另一端通过管路与外部水箱连通；水气两用泵通过线路与外部的控制器连接；漂浮装置的头部的上端还设有排气孔，所述排气孔通过排气管与位于漂浮装置外部的进排气机构连接，所述进排气机构为进排气漂浮球。

8.根据权利要求7所述的用于波浪能采集的漂浮装置，其特征在于，所述活塞缸为活塞水缸，缸体为304不锈钢缸体。

9.一种波浪能采集系统，具有权利要求8所述的用于波浪能采集的漂浮装置，其特征在于，还具有增压缸，变量水马达和控制器，漂浮装置内出液总管路通过管道与增压缸连接，增压缸通过管道与变量水马达连接，变量水马达通过管道与水箱连接；漂浮装置内的水气两用泵通过线路与控制器连接，增压缸和变量水马达分别通过线路与控制器连接。