CN110439791B - 海洋上风能泵水设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海洋上风能泵水设备，其包括海底基础、海底连接件、下浮箱、两个以上竖直支撑柱、固定缸总成、上伸缩缸总成和下伸缩缸总成，上伸缩缸总成落潮时将海水输送至海水平面之上，所述的两个以上竖直支撑柱的顶端设置有平台，平台的上方具有压缩气体控制部，平台附近设置有多个高于海平面的立柱，每个立柱的顶端具有风能压缩气体制备单元，风能压缩气体制备单元制备的压缩气体通入压缩气体控制部，所述的下伸缩缸总成包括下伸缩缸本体和沿着竖直支撑柱上下位移的水气分离式潜水箱体，所述的下伸缩缸总成上升时通过固定缸总成将海水输送至海水平面之上。本发明海洋上风能泵水设备能提高海水输送至海水平面之上的效率。

Description

海洋上风能泵水设备
技术领域
本发明涉及海洋上风能泵水设备。
背景技术
月球引力的变化会引起潮汐现象，潮汐导致海水平面周期性地升降，因海水潮落及海水流动所产生的能量，称为潮汐能。海洋潮汐能作为一种清洁能源，人们已经致力于海洋潮汐能的利用，中国专利公开了一种海洋潮汐能伸缩缸水泵，包括浮体总成、伸缩缸和下底座缸，所述的浮体总成位于伸缩缸的上方，所述的下底座缸位于伸缩缸的下方，所述的下底座缸具有排水口，所述的伸缩缸由两个法兰盘和伸缩缸本体组成，伸缩缸本体位于两个法兰盘之间，所述的浮体总成具有多个中空的浮筒部，所述的浮筒部的空腔内落潮时具有增加浮筒部重量的海水。所述的浮体总成设置有上支撑缸，所述的多个中空的浮筒部与上支撑缸连为一体，所述的上支撑缸上具有伸缩缸进水控制阀。所述的伸缩缸的两个法兰盘分别由螺栓螺母连接副与上支撑缸和下底座缸连接，所述的浮筒部的顶部具有浮筒部通气管，浮筒部的底部具有浮筒部进排水控制阀。所述的下底座缸下方固接有底板，底板上固定有支撑柱，所述的支撑柱穿过下底座缸边缘及上支撑缸边缘。所述的下底座缸的排水口处设置有伸缩缸排水控制阀。这样的海洋潮汐能伸缩缸水泵虽然可广泛应用于海洋潮汐储水发电、海水淡化、海水养殖、海水晒盐等方面。但只在落潮时利用海洋潮汐的落差，通过控制浮筒部在高潮位时装进海水增加进排水浮筒整体重量，实现在落潮过程中，压缩伸缩缸使下底座缸中的海水产生高压，实现泵水。这样结构的海洋潮汐能伸缩缸水泵由于在海上实施，运输及安装费用高，如何提高海水输送至海水平面之上的效率具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种海洋上风能泵水设备，该种海洋上风能泵水设备能提高海水输送至海水平面之上的效率，能适应海洋地理环境，降低使用成本。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种海洋上风能泵水设备，其包括海底基础、海底连接件、下浮箱、两个以上竖直支撑柱、固定缸总成、上伸缩缸总成、下伸缩缸总成，两个以上竖直支撑柱的下端与下浮箱固接，海底连接件的上端连接下浮箱，海底连接件的下端连接海底基础，固定缸总成包括固接于竖直支撑柱上的固定缸和与固定缸连通的水管组件，上伸缩缸总成位于固定缸总成的上部，下伸缩缸总成位于固定缸总成的下部，上伸缩缸总成和下伸缩缸总成均沿着竖直支撑柱上下位移，所述的上伸缩缸总成落潮时将海水输送至海水平面之上，所述的两个以上竖直支撑柱的顶端设置有平台，平台的上方具有压缩气体控制部，平台附近设置有多个高于海平面的立柱，每个立柱的顶端具有风能压缩气体制备单元，风能压缩气体制备单元制备的压缩气体通入压缩气体控制部，所述的下伸缩缸总成包括下伸缩缸本体和沿着竖直支撑柱上下位移的水气分离式潜水箱体，所述的水气分离式潜水箱体位于下伸缩缸本体的下方，所述的水气分离式潜水箱体由多个风能压缩气体制备单元制备的压缩气体驱动上升下降，所述的下伸缩缸本体的上部与固定缸相通，所述的竖直支撑柱的下部设置有支撑水气分离式潜水箱体的限位件，所述的下伸缩缸总成上升时通过固定缸总成将海水输送至海水平面之上。
所述的风能压缩气体制备单元包括风轮组件、风轮组件输出轴、转动盘、风能打气筒固定座、风能导气管和多个风能打气筒，所述的风轮组件位于立柱上方，所述的风轮组件具有风轮组件输出轴，风轮组件输出轴的伸出端上设置有转动盘，多个风能打气筒固接于风能打气筒固定座上，每个风能打气筒产生的压缩气体经风能导气管输出，每个风能打气筒的活塞杆的中心线与风轮组件输出轴的中心线平行，每个风能打气筒的活塞杆的伸出端与转动盘相接，转动盘的端面具有多个相间的平滑过渡的突起区和凹陷区，当风轮组件输出轴带动转动盘转动，风能打气筒的活塞杆的伸出端始终与转动盘的端面接合。
每个所述的风能打气筒的活塞杆的中心线均位于以转动盘的中心线为圆心的同心圆上。
所述的水气分离式潜水箱体包括压缩气体储存腔、气排水腔、导气件和压缩气体导入件，所述的压缩气体储存腔为位于水气分离式潜水箱体中部的封闭空间，所述的压缩气体储存腔内盛有压缩气体，所述的气排水腔内具有海水，所述的压缩气体储存腔的顶部连通有压缩气体导入件和通入气排水腔的导气件，压缩气体通过压缩气体导入件进入压缩气体储存腔，所述的压缩气体储存腔的压缩气体通过导气件进入气排水腔上部。
所述的导气件具有潜水箱体进气排水控制阀，所述的气排水腔的顶部具有气排水腔进气口控制阀，所述的气排水腔的下部具有气排水腔进排水口，所述的压缩气体导入件具有潜水箱体进气单向阀。
所述的压缩气体储存腔设置有呈竖直状态的套管，所述的竖直支撑柱穿过套管。
所述的水气分离式潜水箱体由压缩气体储存部、三个以上相同结构的浮沉部和固定座组装而成，所述的压缩气体储存部具有压缩气体储存腔，所述的浮沉部具有气排水腔，三个以上的浮沉部围绕着压缩气体储存部，三个以上的浮沉部通过固定座与压缩气体储存部连成一体。
所述的上伸缩缸总成包括上伸缩缸本体、上支撑缸和浮筒部，上支撑缸位于上伸缩缸本体的上方，上伸缩缸本体的下部与固定缸相通，上支撑缸和浮筒部连为一体。
本发明海洋上风能泵水设备采用这样的结构，增加了位于海平面之下的下伸缩缸总成，下伸缩缸总成通过气浮原理沿着竖直支撑柱上下位移，以调整水气分离式潜水箱体上升和下降，再通过固定缸总成将海水输送至海水平面之上。本发明一种海洋上风能泵水设备能提高海水输送至海水平面之上的效率，由于在海上实施，运输及安装费用高，提高海水输送至海水平面之上的效率意义重大。
附图说明
下面结合附图对本发明海洋上风能泵水设备作进一步详细地说明；
图1为本发明海洋上风能泵水设备的结构示意图；
图2为图1所示的水气分离式潜水箱体连接结构示意图；
图3为图1所示的风能压缩气体制备单元结构示意图；
在图1、图2、图3中，1、浮筒部；2、平台；3、伸缩缸进水控制阀；4、上支撑缸；5、浮筒部进排水控制阀；6、水管组件；7、下伸缩缸本体；8、竖直支撑柱；9、风能压缩气体制备单元；10、立柱；11、浮筒部通气管；12、压缩气体导入件；13、限位件；14、下浮箱；15、海底连接件；16、海底基础；17、水气分离式潜水箱体；18、上伸缩缸本体；19、固定缸；20、固定缸固紧件；22、气排水腔进气口控制阀；23、潜水箱体进气排水控制阀；24、导气件；25、潜水箱体进气单向阀；26、压缩气体储存腔；27、套管；28、气排水腔；29、气排水腔进排水口；30、风轮组件；31、风轮组件输出轴；32、转动盘；33、风能打气筒；34、风能打气筒固定座；35、风能导气管。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，海洋上风能泵水设备，包括海底基础16、海底连接件15、下浮箱14、两个以上竖直支撑柱8、固定缸总成、上伸缩缸总成、下伸缩缸总成、平台2和风能制备压缩气体装置，两个以上竖直支撑柱8的顶端具有平台2，两个以上竖直支撑柱8的下端与下浮箱14固接，海底连接件15的上端连接下浮箱14，海底连接件15的下端连接海底基础16，固定缸总成包括固接于竖直支撑柱8上的固定缸19和与固定缸连通的水管组件6，固定缸19通过固定缸固紧件20固接于竖直支撑柱8上，上伸缩缸总成位于固定缸总成的上部，下伸缩缸总成位于固定缸总成的下部，上伸缩缸总成和下伸缩缸总成均沿着竖直支撑柱8上下位移。
上伸缩缸总成包括上伸缩缸本体18、上支撑缸4和浮筒部1，上支撑缸4位于上伸缩缸本体18的上方，上伸缩缸本体18的下部与固定缸19相通，上支撑缸4和浮筒部1连为一体，浮筒部1具有多个中空的浮筒部，浮筒部的空腔内落潮时具有增加浮筒部重量的海水，上支撑缸4设置有伸缩缸进水控制阀3，上伸缩缸本体18与上支撑缸4之间具有法兰盘，竖直支撑柱8穿过上支撑缸4，浮筒部1的顶部具有浮筒部通气管11，浮筒部1的底部具有浮筒部进排水控制阀5，上伸缩缸总成落潮时将海水输送至海水平面之上。
下伸缩缸总成包括下伸缩缸本体7和沿着竖直支撑柱8上下位移的水气分离式潜水箱体17，水气分离式潜水箱体17位于下伸缩缸本体7的下方，水气分离式潜水箱体17由压缩气体驱动上升下降，下伸缩缸本体7的上部与固定缸19相通，竖直支撑柱8的下部设置有支撑水气分离式潜水箱体17的限位件13，下伸缩缸总成上升时通过固定缸总成将海水输送至海水平面之上。水气分离式潜水箱体17包括压缩气体储存腔26、气排水腔28、导气件24和压缩气体导入件12，压缩气体储存腔26为位于水气分离式潜水箱体17中部的封闭空间，压缩气体储存腔26内盛有压缩气体，气排水腔28内具有海水，压缩气体储存腔26的顶部连通有压缩气体导入件12和通入气排水腔28的导气件24，海洋能制备压缩气体装置提供的压缩气体通过压缩气体导入件12进入压缩气体储存腔26，压缩气体储存腔26设置有呈竖直状态的套管27，竖直支撑柱8穿过套管27。压缩气体储存腔26的压缩气体通过导气件24进入气排水腔28上部，导气件24具有潜水箱体进气排水控制阀23，气排水腔28的顶部具有气排水腔进气口控制阀22，气排水腔28的下部具有气排水腔进排水口29，压缩气体导入件12具有潜水箱体进气单向阀25。
水气分离式潜水箱体17不局限于上述结构，当体积较大时，为了便于运输和安装，水气分离式潜水箱体17由压缩气体储存部、三个以上相同结构的浮沉部和固定座组装而成，压缩气体储存部具有压缩气体储存腔，浮沉部具有气排水腔，三个以上的浮沉部围绕着压缩气体储存部，三个以上相同结构的浮沉部通过固定座与压缩气体储存部连成一体。水气分离式潜水箱体17还可以做成压缩气体储存腔在外、气排水腔在内的结构。
在本发明的描述中，需要说明的是上伸缩缸本体和下伸缩缸本体应做广义理解，上伸缩缸本体和下伸缩缸本体可以由多个柔性伸缩缸组成，柔性伸缩缸可以具有伸缩缸连接法兰盘和伸缩缸单元连接板，通过连接件连接成一体，也可以焊接为一体。
风能制备压缩气体装置包括平台2附近设置的多个高于海平面的立柱10、每个立柱10顶端安装的风能压缩气体制备单元9和压缩气体控制部，压缩气体控制部位于平台2的上方，风能压缩气体制备单元制备的压缩气体通入压缩气体控制部。风能压缩气体制备单元包括风轮组件30、风轮组件输出轴31、转动盘32、风能打气筒固定座34、风能导气管35和多个风能打气筒33，风轮组件采用风力发电的成熟技术，风轮组件30具有风轮组件输出轴31，风轮组件输出轴31的伸出端上设置有转动盘32，多个风能打气筒33固接于风能打气筒固定座34上，每个风能打气筒33产生的压缩气体通过风能导气管35，每个风能打气筒33的活塞杆的中心线与风轮组件输出轴31的中心线平行，每个风能打气筒33的活塞杆的伸出端与转动盘32相接，转动盘32的端面具有多个相间的平滑过渡的突起区和凹陷区，当风轮组件输出轴31带动转动盘32转动，风能打气筒33的活塞杆的伸出端始终与转动盘32的端面接合，每个风能打气筒33的活塞杆的中心线均位于以转动盘32的中心线为圆心的同心圆上。由于每个风能打气筒33的位置固定，转动盘32转动，每个风能打气筒活塞杆的顶端当处于转动盘32凹陷区最低位置时，风能打气筒活塞杆伸出最长，当处于转动盘32突起区最高位置时，风能打气筒活塞杆伸出最短，转动盘的直径可以根据需要确定较大的尺寸。
本发明采用这样的结构，与现有技术相比，在潮汐能泵水装置的基础上增加了位于海平面之下的下伸缩缸总成，下伸缩缸总成通过气浮原理沿着竖直支撑柱上下位移，以调整水气分离式潜水箱体上升和下降，再通过固定缸总成将海水输送至海水平面之上。
利用风能产生压缩气体，压缩气体通过压缩气体导入件进入水气分离式潜水箱体的压缩气体储存腔，当水气分离式潜水箱体处于最低位置时，水气分离式潜水箱体由限位件支撑，压缩气体储存腔的高压气体通过导气件进入气排水腔，此时气排水腔进气口控制阀处于关闭状态，气排水腔在压强的作用下通过气排水腔进排水口向外排水，水气分离式潜水箱体的重量减小，在浮力的作用下水气分离式潜水箱体持续上升，下伸缩缸本体的体积逐渐减小，海水在压强的作用下通过水管组件不断地输送至海水平面之上一定高度，当水气分离式潜水箱体处于高位时，气排水腔进气口控制阀打开，气排水腔内压强减小，海水通过气排水腔进排水口涌进气排水腔，水气分离式潜水箱体的重量增加，水气分离式潜水箱体在重力的作用下沿着竖直支撑柱下降，下伸缩缸本体体积逐渐增大，海水通过下固定缸侧壁的下伸缩缸进水控制阀进入下伸缩缸本体，随着下伸缩缸本体体积逐渐增大，海水进入下伸缩缸本体，随着气排水腔内的海水不断涌进，水气分离式潜水箱体到达低位与限位件接触，完成一次循环。本发明主要利用风能产生压缩气体，下伸缩缸总成通过气浮原理沿着竖直支撑柱上下位移，调整水气分离式潜水箱体上升、下降，下伸缩缸总成上升时通过固定缸总成将海水输送至海水平面之上。水气分离式潜水箱体能够组装而成，减少了施工、运输和安装难度。

Claims (7)

1.一种海洋上风能泵水设备，其包括海底基础、海底连接件、下浮箱、两个以上竖直支撑柱、固定缸总成、上伸缩缸总成和下伸缩缸总成，两个以上竖直支撑柱的下端与下浮箱固接，海底连接件的上端连接下浮箱，海底连接件的下端连接海底基础，固定缸总成包括固接于竖直支撑柱上的固定缸和与固定缸连通的水管组件，上伸缩缸总成位于固定缸总成的上部，下伸缩缸总成位于固定缸总成的下部，上伸缩缸总成和下伸缩缸总成均沿着竖直支撑柱上下位移，所述的上伸缩缸总成落潮时将海水输送至海水平面之上，其特征在于：所述的两个以上竖直支撑柱的顶端设置有平台，平台的上方具有压缩气体控制部，平台附近设置有多个高于海平面的立柱，每个立柱的顶端具有风能压缩气体制备单元，风能压缩气体制备单元制备的压缩气体通入压缩气体控制部，所述的下伸缩缸总成包括下伸缩缸本体和沿着竖直支撑柱上下位移的水气分离式潜水箱体，所述的水气分离式潜水箱体位于下伸缩缸本体的下方，所述的水气分离式潜水箱体由多个风能压缩气体制备单元制备的压缩气体驱动上升下降，所述的下伸缩缸本体的上部与固定缸相通，所述的竖直支撑柱的下部设置有支撑水气分离式潜水箱体的限位件，所述的下伸缩缸总成上升时通过固定缸总成将海水输送至海水平面之上，所述的风能压缩气体制备单元包括风轮组件、风轮组件输出轴、转动盘、风能打气筒固定座、风能导气管和多个风能打气筒，所述的风轮组件位于立柱上方，所述的风轮组件具有风轮组件输出轴，风轮组件输出轴的伸出端上设置有转动盘，多个风能打气筒固接于风能打气筒固定座上，每个风能打气筒产生的压缩气体经风能导气管输出，每个风能打气筒的活塞杆的中心线与风轮组件输出轴的中心线平行，每个风能打气筒的活塞杆的伸出端与转动盘相接，转动盘的端面具有多个相间的平滑过渡的突起区和凹陷区，当风轮组件输出轴带动转动盘转动，风能打气筒的活塞杆的伸出端始终与转动盘的端面接合。
2.根据权利要求1所述的海洋上风能泵水设备，其特征在于：每个所述的风能打气筒的活塞杆的中心线均位于以转动盘的中心线为圆心的同心圆上。
3.根据权利要求1或2所述的海洋上风能泵水设备，其特征在于：所述的水气分离式潜水箱体包括压缩气体储存腔、气排水腔、导气件和压缩气体导入件，所述的压缩气体储存腔为位于水气分离式潜水箱体中部的封闭空间，所述的压缩气体储存腔内盛有压缩气体，所述的气排水腔内具有海水，所述的压缩气体储存腔的顶部连通有压缩气体导入件和通入气排水腔的导气件，压缩气体通过压缩气体导入件进入压缩气体储存腔，所述的压缩气体储存腔的压缩气体通过导气件进入气排水腔上部。
4.根据权利要求3所述的海洋上风能泵水设备，其特征在于：所述的导气件具有潜水箱体进气排水控制阀，所述的气排水腔的顶部具有气排水腔进气口控制阀，所述的气排水腔的下部具有气排水腔进排水口，所述的压缩气体导入件具有潜水箱体进气单向阀。
5.根据权利要求4所述的海洋上风能泵水设备，其特征在于：所述的压缩气体储存腔设置有呈竖直状态的套管，所述的竖直支撑柱穿过套管。
6.根据权利要求4所述的海洋上风能泵水设备，其特征在于：所述的水气分离式潜水箱体由压缩气体储存部、三个以上相同结构的浮沉部和固定座组装而成，所述的压缩气体储存部具有压缩气体储存腔，所述的浮沉部具有气排水腔，三个以上的浮沉部围绕着压缩气体储存部，三个以上的浮沉部通过固定座与压缩气体储存部连成一体。
7.根据权利要求6所述的海洋上风能泵水设备，其特征在于：所述的上伸缩缸总成包括上伸缩缸本体、上支撑缸和浮筒部，上支撑缸位于上伸缩缸本体的上方，上伸缩缸本体的下部与固定缸相通，上支撑缸和浮筒部连为一体。
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