CN107167298A - 一种柔性管构件波浪能试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及波浪能试验技术领域，具体来说是一种通过柔性管构件来验证波浪能的柔性管构件波浪能试验装置及其试验方法，柔性管构件波浪能试验装置包括灌有水的水箱、活塞组件、动力组件和柔性管构件，柔性管构件与水箱的出口相连，在水箱内的活塞组件和动力组件的作用下，连接出口的柔性管构件内产生不同周期的稳定、连续的规则激突波，以达到试验的目的。

Description

一种柔性管构件波浪能试验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及波浪能试验技术领域，具体来说是一种通过柔性管构件来验证波浪能的柔性管构件波浪能试验装置及其试验方法。

背景技术

随着社会的发展进步，人类对能源的需求量逐年增加，常规能源已经难以满足人们的需求，有些能源的利用还会对人类的生存环境造成破坏。波浪能作为一种清洁、无污染的可再生能源，具有巨大的发展优势，由于波浪能具有良好的品质和开发利用的价值，深受科研工作人员广泛关注，各种形式的波浪能发电装置得以研发和试验。

柔性管是波浪能试验装置中需进行测量的重要的一项，在波浪、海流等因素的影响下，其动力效应直接影响到波浪能发电装置的效率。因此在选用柔性管的材料作为波浪能的试验装置中，对柔性管的特性做测试是非常重要的一环，目前市场上缺乏对柔性管测试的简易机械试验装置。

发明内容

本发明的目的在于针对上述的柔性管构件在波浪能试验上的问题，提供一种结构简单、成本低廉、测试效率高、效果好的柔性管构件波浪能试验装置及其试验方法，通过活塞组件和动力组件配合产生所需的不同规则波，以达到在波浪运动过程对柔性管的特性进行试验的目的。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种柔性管构件波浪能试验装置，包括灌有水的水箱、活塞组件、动力组件和柔性管构件，

所述的活塞组件包括活塞套筒及活塞，活塞套筒内腔中设置有与动力组件相连的活塞，活塞套筒一端固定在水箱侧壁并与水箱相通，活塞套筒的另一端连接有柔性管构件；

所述的动力组件包括曲柄、滑杆及与驱动机构相连的偏心轮，所述的偏心轮上开设有不同偏心距的偏心孔，在偏心孔内可拆卸地连接有曲柄，曲柄的另一端固定有滑杆，在曲柄分别与不同偏心距的偏心孔相连的情况下，所述的滑杆由偏心轮和曲柄带动，推动活塞在活塞套筒内做不同周期、不同行程的直线往复运动，使水箱内的水在柔性管构件中形成不同的规则波。

进一步地，所述的偏心轮上设置有一偏心轮轴，偏心轮轴一端固定在偏心轮上，另一端与驱动机构相连，所述的偏心轮轴在驱动机构的作用下带动偏心轮转动。

进一步地，所述的试验装置还包括支撑组件，支撑组件包括基座、轴承支座及轴承，所述的基座固定在水箱底板上，基座上设置有平行且呈同轴心布置的两个轴承支座，每一轴承支座上分别固定连接有一轴承，两轴承的另一端连接偏心轮轴的两侧，使所述动力组件通过支撑组件固定在水箱箱体内。

进一步地，所述的偏心轮轴与两轴承的连接处分别设有第一限位件和第二限位件，所述的第一限位件为轴端挡圈，所述的第二限位件为偏心轮凸台。

进一步地，所述的驱动机构包括电动机、同步带及同步带轮，所述的同步带轮固定在偏心轮一侧的偏心轮轴上，同步带轮上套设有同步带，同步带的另一端连接电动机，所述的电动机通过同步带带动同步带轮转动，从而使偏心轮转动。

进一步地，所述的波浪能试验装置还包括滑杆支撑座，滑竿支撑座下端固定在基座上，滑杆支撑座的上端设置有直线导轨，所述的滑杆沿直线导轨在水箱内做往复直线运动。

进一步地，所述的曲柄通过轴肩螺栓与不同的偏心孔相连。

进一步地，所述的柔性管构件包括柔性管和立管，所述的柔性管的一端套设在活塞套筒上，柔性管的另一端与带有拐角的立管相连，并使得所述立管的出口朝上设置。

本试验装置由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.结构简单紧凑，布局合理，制造成本低廉，通过动力组件即可改变活塞组件的运动周期和运动行程，从而使水箱内的水能在柔性管构件中形成不同的规则波，达到对波浪能进行试验的目的；

2.通过在偏心轮上开不同位置的偏心孔，并利用轴肩螺栓使曲柄能与不同的偏心孔可拆卸连接，完成曲柄与偏心轮的快速安装与拆卸，从而可以快速、方便地改变活塞进行不同行程、不同周期的直线往复运动；

3.本发明在带动活塞活动的滑杆的运动轨迹上装设有直线导轨，通过直线导轨和活塞套筒使活塞能够精准的沿直线前后往复运动，以便能在柔性管构件中形成的稳定的规则波；

4.本发明中的动力组件和驱动机构通过同步带传动，偏心轮的运转稳定，在滑杆带动活塞前后往复运动过程中，有效保证了造波的连续性和稳定性，且驱动机构设置的位置不受限制，无需与传动轴在保持在同一水平面。

根据上述的柔性管构件波浪能试验装置的试验方法，所述的试验方法具体包括以下步骤：

S1.在水箱内灌满水，组装柔性管构件波浪能试验装置，将曲柄套入偏心轮上的一偏心孔内；

S2.将柔性管的一端套在活塞套筒上，柔性管上设置有用于测量柔性管膨胀率的应变片，柔性管的另一端连接立管，并使立管的出口朝上设置，在立管一侧放置用于测量波浪升降变化的浪高仪；

S3.调整电动机至设定频率；

S4.启动电动机，电动机带动偏心轮转动，曲柄随着偏心轮的转动而转动，并带动滑杆在水箱内做往复直线运动，滑杆推动一侧连接的活塞在活塞套筒中做往复运动，从而使活塞套筒上套设的柔性管内产生规则波，利用应变片和浪高仪记录此时的柔性管膨胀率和波浪升降变化；

S5.当需要改变规则波时，将设置在该偏心轮上的曲柄卸下，调整滑杆的伸缩位置，使曲柄调整并连接至另一偏心孔处，改变活塞在活塞套筒内运动的行程距离和周期，重复步骤S4，以测量不同规则波时柔性管构件的膨胀率和波浪升降变化。

进一步地，当改变规则波时，活塞在活塞套筒内运动的行程距离与偏心孔的偏心距相同，活塞运动周期与偏心轮的转动周期相同。

本波浪能试验方法具有以下的优点和积极效果：

在组装柔性管构件波浪能试验装置并在水箱内灌满水后，通过拆卸、安装曲柄至不同的偏心孔来完成曲柄与偏心轮的快速安装与拆卸，快速、方便地改变活塞进行不同行程、不同周期的直线往复运动，从而使水箱内的水能在柔性管构件中形成连续、稳定的不同规则波，从而利用测得的柔性管的膨胀率和波浪升降变化来验证增益波浪能的可行性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明水箱与柔性管构件连接示意图；

图3是实施例中曲柄处于偏心孔a位置时的示意图；

图4是实施例中曲柄处于偏心孔b位置时的示意图；

符号说明：

1.电动机 2.水箱 3.曲柄 4.偏心轮 5.同步带 6.活塞套筒 7.滑杆 8.滑杆支撑座 9.同步带轮 10.轴承支座 11.轴承 12.基座 13.偏心轮轴 14.直线导轨 15.活塞 16.柔性管 17.立管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的技术方案进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例1

参见图1及图2，本发明中的柔性管构件波浪能试验装置主要包括水箱2、活塞组件、动力组件和柔性管构件。其中，在试验过程中，需使水箱2内保持有水的状态，活塞组件和动力组件设置在水箱2内，柔性管构件则与水箱2的出口相连，在水箱2内的活塞组件和动力组件的作用下，连接出口的柔性管构件内产生不同周期的稳定、连续的规则激突波。

本发明中的动力组件包括曲柄3、滑杆7及与驱动机构相连的偏心轮4，根据不同的活塞行程在偏心轮4上开设不同的位置的偏心孔，在偏心孔内可拆卸地连接有曲柄3。具体地，曲柄3的一端铰接有轴肩螺栓，曲柄3通过轴肩螺栓与偏心孔相连，曲柄3的另一端则通过轴肩螺栓与滑杆7铰接，使其可以在很小的间隙配合下自由的转动，滑杆7另一端则连接活塞组件，控制活塞组件的运动。曲柄3通过轴肩螺栓与不同的偏心孔固定，可以实现活塞15不同行程的直线往复运动，并利用轴肩螺栓固定可实现曲柄3与偏心轮4的快速安装与拆卸，从而达到快速变换活塞行程的目的。

活塞组件包括活塞套筒6及活塞15，活塞套筒6一端固定在水箱2侧壁并与水箱2相通，使水箱2内的水能通过活塞套筒6流出，活塞套筒6的另一端连接有柔性管构件，在活塞套筒6内腔中设置有与动力组件相连的活塞15。具体地，活塞15与动力组件中的滑杆7相连，由滑杆7带动其在活塞套筒6内进行往复运动，从而在活塞套筒6内产生波浪能试验所需的波浪。

偏心轮4上设置有偏心轮轴13，偏心轮轴13一端固定在偏心轮4上，另一端与驱动机构相连，偏心轮轴13在驱动机构的作用下带动偏心轮4转动。偏心轮轴13一方面是作为偏心轮4与驱动机构之间的连接构件，另一方面还与本试验装置中的支撑组件相连，以支撑动力组件。

驱动机构包括电动机1、同步带5及同步带轮9，同步带轮9一端通过轴肩固定在偏心轮4一侧的偏心轮轴13上，并通过键连接传动，同步带轮9上套设有同步带5，同步带5的另一端通过键连接实现与电动机1的连接。电动机1转动时，通过同步带轮9和同步带5带动偏心轮轴13转动，与偏心轮轴13一端固定的偏心轮也4随着转动，由此，当需要调节活塞15的运动频率时，只需调节电动机1的频率即可。当然，也可采用其他连接方式，在此不做限定。

支撑组件包括基座12、轴承支座10及轴承11，基座12固定在水箱2底板上，基座12上设置有平行且呈同轴心布置的两个轴承支座10，每一轴承支座10上分别固定连接有一轴承11，两轴承11的另一端连接偏心轮轴13的两侧，使动力组件通过支撑组件固定在水箱2箱体内。轴承11通过紧固螺栓固定在轴承支座10上，以方便拆卸及调整两轴承11之间的间距和位置，当然，轴承11与轴承支座10的连接结构也可采用其他固定形式，在此不做限定。

在本实施例中，偏心轮轴13与两轴承11的连接处分别设有第一限位件和第二限位件，第一限位件为轴端挡圈，第二限位件为偏心轮凸台。第一限位件和第二限位件主要是用于防止偏心轮轴13在运转过程中不稳定，以保证整个装置的正常运行。

进一步地，本实施例中的波浪能试验装置还包括滑杆支撑座8，滑杆支撑座8下端固定在基座12上，滑杆支撑座8的上端设置有直线导轨14，滑杆7沿直线导轨14在水箱2内做往复直线运动。在本实施例中，滑杆支撑座8是通过螺栓固定在基座12上，与基座12连为一体。为了保证曲柄3带动的滑杆7和活塞15做直线运动的稳定性，滑杆7利用直线滑轨14和活塞套筒6的导向作用，使其能够沿直线导轨14在活塞套筒6内做往复直线运动，保证造波的连续性和稳定性。此外，本实施例中，还可在直线滑轨14放入的一端设置孔用挡圈，防止滑杆7在前后往复运动的过程中直线滑轨14滑出滑杆支撑座8，保证滑动装置的正常运行。

本实施例中的柔性管构件包括柔性管16和立管17，柔性管16的一端套设在活塞套筒6上，主要用于测试柔性管16的膨胀率，柔性管16的膨胀率可通过在柔性管16上贴设应变片来实现；柔性管16的另一端与带有拐角的立管17相连，并使得立管17的出口朝上设置，主要是用于测试波浪升降变化，波浪升降变化可在立管测设置浪高仪来测得。当然，柔性管16的膨胀率和波浪升降变化也可采用其他测量设备或仪器，在此不做限定。

柔性管构件波浪能试验装置在曲柄3分别与不同偏心距的偏心孔相连的情况下，电动机1启动，带动偏心轮4转动，从而带动曲柄3和滑杆7运动，滑杆7推动活塞15在活塞套筒6内做不同周期、不同行程的直线往复运动，使水箱2内的水在柔性管构件中形成不同的规则波。活塞15的运动周期与偏心轮4的转动周期相同，行程距离与偏心孔的偏心距相同，因此，利用可拆卸的曲柄3与不同偏心孔连接，即可实现快速变换柔性管构件波浪能试验装置的运行行程和周期，以此产生试验所需的不同种类的波浪。

利用上述的柔性管构件波浪能试验装置来进行波浪能的验证试验，试验方法大体分为以下几步：

1.在进行试验前，在水箱2内灌满水，组装柔性管构件波浪能试验装置，将曲柄3套入偏心轮4上的一偏心孔内，将柔性管16的一端套在活塞套筒6上，柔性管16上设置有用于测量柔性管膨胀率的应变片，柔性管16的另一端连接立管17，并使立管17的出口朝上设置，在立管17一侧放置用于测量波浪升降变化的浪高仪，调整电动机1至设定频率；

2.启动电动机1，电动机1带动偏心轮4转动，曲柄3随着偏心轮4的转动而转动，并带动滑杆7在水箱2内做往复直线运动，滑杆7推动一侧连接的活塞15在活塞套筒6中做往复运动，从而使活塞套筒6上套设的柔性管16内产生规则波，利用应变片和浪高仪记录此时的柔性管膨胀率和波浪升降变化；

3.当需要改变规则波时，将设置在该偏心轮4上的曲柄3卸下，调整滑杆7伸缩位置，使曲柄3调整并连接至另一偏心孔处，改变活塞15在活塞套筒6内运动的行程距离和周期，再重启电动机1，测量变化后的规则波在柔性管构件中的膨胀率和波浪升降变化。

现以图3及图4为例对本发明的原理及试验过程进行说明，当进行波浪能试验时，将电动机1调整需要设定的频率，电动机1转动，通过同步带轮9和同步带5带动偏心轮轴13转动，与偏心轮轴13一端固定的偏心轮4也随之转动，由于偏心轮4的侧面根据需要的活塞行程分别开设有偏心距为a mm、b mm、c mm、d mm的偏心孔，先将曲柄3套入偏心距a mm的偏心孔内，曲柄3随着偏心轮4的转动而转动，并带动与之固定的滑杆7沿直线导轨14做往复直线运动，滑杆7推动另一端的活塞15在活塞套筒6中做往复运动，从而在活塞套筒6内产生波浪能试验所需的一种规则波，规则波冲击柔性管构件使其状态发生变化，从而测试柔性管内激波、膨胀率和波浪升降变化；当需要变换活塞套筒6中的规则波时，先将曲柄3从a mm的偏心孔处卸下，调整滑杆7伸缩的位置使曲柄3连接固定到b mm偏心孔处，重新启动电动机1后，活塞15的运动行程即从a mm更改成b mm在活塞套筒6中做往复运动，从而在活塞套筒6内产生波浪能试验所需的另外一种规则波。以此方式来改变活塞15推进的运动行程和周期产生不同类型的所需规则波。

本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围，以上公开的仅为本发明优选实施例。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (10)

1.一种柔性管构件波浪能试验装置，其特征在于，包括灌有水的水箱、活塞组件、动力组件和柔性管构件，

所述的活塞组件包括活塞套筒及活塞，活塞套筒内腔中设置有与动力组件相连的活塞，活塞套筒一端固定在水箱侧壁并与水箱相通，活塞套筒的另一端连接有柔性管构件；

所述的动力组件包括曲柄、滑杆及与驱动机构相连的偏心轮，所述的偏心轮上开设有不同偏心距的偏心孔，在偏心孔内可拆卸地连接有曲柄，曲柄的另一端固定有滑杆，在曲柄分别与不同偏心距的偏心孔相连的情况下，所述的滑杆由偏心轮和曲柄带动，推动活塞在活塞套筒内做不同周期、不同行程的直线往复运动，使水箱内的水在柔性管构件中形成不同的规则波。

2.根据权利要求1所述的一种柔性管构件波浪能试验装置，其特征在于，所述的偏心轮上设置有一偏心轮轴，偏心轮轴一端固定在偏心轮上，另一端与驱动机构相连，所述的偏心轮轴在驱动机构的作用下带动偏心轮转动。

3.根据权利要求1或2所述的一种柔性管构件波浪能试验装置，其特征在于，所述的试验装置还包括支撑组件，支撑组件包括基座、轴承支座及轴承，所述的基座固定在水箱底板上，基座上设置有平行且呈同轴心布置的两个轴承支座，每一轴承支座上分别固定连接有一轴承，两轴承的另一端连接偏心轮轴的两侧，使所述动力组件通过支撑组件固定在水箱箱体内。

4.根据权利要求3所述的一种柔性管构件波浪能试验装置，其特征在于，所述的偏心轮轴与两轴承的连接处分别设有第一限位件和第二限位件，所述的第一限位件为轴端挡圈，所述的第二限位件为偏心轮凸台。

5.根据权利要求1或2所述的一种柔性管构件波浪能试验装置，其特征在于，所述的驱动机构包括电动机、同步带及同步带轮，所述的同步带轮固定在偏心轮一侧的偏心轮轴上，同步带轮上套设有同步带，同步带的另一端连接电动机，所述的电动机通过同步带带动同步带轮转动，从而使偏心轮转动。

6.根据权利要求1或2所述的一种柔性管构件波浪能试验装置，其特征在于，所述的波浪能试验装置还包括滑杆支撑座，滑竿支撑座下端固定在基座上，滑杆支撑座的上端设置有直线导轨，所述的滑杆沿直线导轨在水箱内做往复直线运动。

7.根据权利要求1所述的一种柔性管构件波浪能试验装置，其特征在于，所述的曲柄通过轴肩螺栓与不同的偏心孔相连。

8.根据权利要求1所述的一种柔性管构件波浪能试验装置，其特征在于，所述的柔性管构件包括柔性管和立管，所述的柔性管的一端套设在活塞套筒上，柔性管的另一端与带有拐角的立管相连，并使得所述立管的出口朝上设置。

9.根据权利要求1所述的一种柔性管构件波浪能试验装置的试验方法，其特征在于，所述的试验方法具体包括以下步骤：

S1.在水箱内灌满水，组装柔性管构件波浪能试验装置，将曲柄套入偏心轮上的一偏心孔内；

S2.将柔性管的一端套在活塞套筒上，柔性管上设置有用于测量柔性管膨胀率的应变片，柔性管的另一端连接立管，并使立管的出口朝上设置，在立管一侧放置用于测量波浪升降变化的浪高仪；

S3.调整电动机至设定频率；

S4.启动电动机，电动机带动偏心轮转动，曲柄随着偏心轮的转动而转动，并带动滑杆在水箱内做往复直线运动，滑杆推动一侧连接的活塞在活塞套筒中做往复运动，从而使活塞套筒上套设的柔性管内产生规则波，利用应变片和浪高仪记录此时的柔性管膨胀率和波浪升降变化；

S5.当需要改变规则波时，将设置在该偏心轮上的曲柄卸下，调整滑杆的伸缩位置，使曲柄调整并连接至另一偏心孔处，改变活塞在活塞套筒内运动的行程距离和周期，重复步骤S4，以测量不同规则波时柔性管构件的膨胀率和波浪升降变化。

10.根据权利要求9所述的一种柔性管构件波浪能试验装置的试验方法，其特征在于，当改变规则波时，活塞在活塞套筒内运动的行程距离与偏心孔的偏心距相同，活塞运动周期与偏心轮的转动周期相同。