CN111878295A - 一种基于波浪能发电的近海用航标 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于波浪能发电的近海用航标，属于近海航标领域，一种基于波浪能发电的近海用航标，本方案通过U型环槽与密封帘的配合和泄水槽与密封环的配合，实现对过渡气室内的残留海水液面高度的控制，使之处于动态平衡，可以实现减少海水挟带的海水在航标上的残积，不易影响中心管进出气，不易影响对称翼气轮机的正常工作，不易造成对称翼气轮机损坏或直接失效，同时通过配重环的设立使航标主体、浮块和外浮罩整体类似不倒翁，不易海水冲击下侧倒倾覆，而主罩体与配重环之间的防波纤维帘的设立可以实现对海浪的分流，使得外浮罩内部的液面变化较为平稳，使得航标主体和浮块更加稳定。

Description

一种基于波浪能发电的近海用航标

技术领域

本发明涉及近海航标领域，更具体地说，涉及一种基于波浪能发电的近海用航标。

背景技术

航标是助航标志的简称，指标示航道方向、界限与碍航物的标志，包括过河标、沿岸标、导标、过渡导标、首尾导标、侧面标、左右通航标、示位标、泛滥标和桥涵标等。是帮助引导船舶航行、定位和标示碍航物与表示警告的人工标志。

波浪能发电是以波浪的能量为动力生产电能。海洋波浪蕴藏着巨大的能量，正弦波浪每米波峰宽度的功率P≈HTkW/m。式中，H为波高，T为波周期。通过某种装置可将波浪的能量转换为机械的、气压的或液压的能量，然后通过传动机构、气轮机、水轮机或油压马达驱动发电机发电，其中按能量中间转换环节主要分为机械式、气动式和液压式三大类，机械式装置多是早期的设计，往往结构笨重，可靠性差，未获实用，而液压式对地形条件依赖性强，应用受到局限，气动式装置使缓慢的波浪运动转换为气轮机的高速旋转运动，机组缩小，且主要部件不和海水接触，提高了可靠性，采用对称翼气轮机的气动式装置是迄今最成功的波浪能发电装置之一。

荡水柱气动式装置，固定气室的内水位在波浪激励下升降，形成排气、吸气过程。四组吸、排气阀相应开启和关闭，使交变气流整流成单向气流通过冲动式气轮机，驱动发电机发电，是双作用的装置，在吸、排气过程都有功率输出。气动式装置使缓慢的波浪运动转换为气轮机的高速旋转运动，机组缩小，且主要部件不和海水接触，提高了可靠性气动式装置在日本益田善雄发明的导航灯浮标用波浪能发电装置上获得成功的应用，1976年，英国的威尔斯发明了能在正反向交变气流作用下单向旋转做功的对称翼气轮机，省去了整流阀门系统，波浪激励升降在中心管内进行，使气动式装置大为简化。

然而在航标利用波浪能发电过程中，过高的波浪所挟带的海水极易拍打到航标上，部分海水会在航标上残积，易囤积在波浪发电装置的中心管相连通的气室内，轻则影响中心管进出气，影响对称翼气轮机的正常工作，重则会造成对称翼气轮机长时间浸泡在海水中，造成对称翼气轮机损坏或直接失效。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于波浪能发电的近海用航标，它可以实现减少海水挟带的海水在航标上的残积，不易影响中心管进出气，不易影响对称翼气轮机的正常工作，不易造成对称翼气轮机长时间浸泡在海水中，不易造成对称翼气轮机损坏或直接失效。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种基于波浪能发电的近海用航标，包括航标主体和浮块，所述航标主体固定连接在浮块的上侧，所述航标主体的外侧套接有外浮罩，所述外浮罩与浮块固定连接，所述外浮罩内设有分隔板，将外浮罩内部空间分为中心管和过渡气室两部分，所述中心管位于过渡气室外侧，所述分隔板远离航标主体的一端固定连接有安装台，所述安装台上固定安装有发电机组，所述发电机组包括电动机和叶轮等部分，组成影响对称翼气轮机，所述分隔板上开凿有通气孔，所述通气孔连通中心管和过渡气室，且发电机组的叶轮位于通气孔内，所述外浮罩靠近航标主体的一端开凿有U型环槽，所述U型环槽内插接有与自身相匹配的密封帘，所述密封帘包括弹性胶板和轻质塑板，所述弹性胶板的外壁上套接有浮环，所述浮环与弹性胶板之间固定连接有多个连接滑块，所述外浮罩上开凿有多个与连接滑块相匹配的限位滑槽，且连接滑块位于吸纳为滑槽内，所述浮块上开凿有泄水槽，所述泄水槽的上部与过渡气室相连通，所述泄水槽的侧部与中性管相连通，所述泄水槽的的侧壁上套接有与自身相匹配的密封环，所述密封环与泄水槽底板之间固定连接有多个压缩弹簧，所述泄水槽侧部开口处固定连接有与自身相匹配的防护网，可以实现减少海水挟带的海水在航标上的残积，不易影响中心管进出气，不易影响对称翼气轮机的正常工作，不易造成对称翼气轮机长时间浸泡在海水中，不易造成对称翼气轮机损坏或直接失效。

进一步的，所述弹性胶板选用高韧性的软胶材料制成，所述轻质塑板选用轻质的硬塑料制成，使得弹性胶板便于弯曲，不易在弯曲部发生断裂，可以较为顺畅的在U型环槽内活动，而硬塑料制成的轻质塑板可以有效起到隔绝作用，同时自身质量较轻也不易因自身重量影响浮环在海水上的沉浮，减小自身的配重影响。

进一步的，所述泄水槽选用深口设计，即泄水槽上部的直线通道较长，在过渡气室，内残存少量海水时，也会因海水深度较高而造成液压上升，易于推动密封环向下运动，在航标主体和浮块正常工作过程中，不易在过渡气室内形成较多的海水残留。

进一步的，所述泄水槽内固定连接有多个限位柱，所述限位柱插接在压缩弹簧内，所述限位柱的一端贯穿密封环，限位柱可以有效的保护压缩弹簧，使得压缩弹簧不易在外力作用下发生非工作向形变，不易造成压缩弹簧损坏。

进一步的，所述限位柱与密封环之间连接有耐磨环，所述耐磨环与密封环固定连接，耐磨环可以有效减小密封环与限位柱之间的磨损，使密封环与限位柱之间的连接不易出现晃动。

进一步的，所述外浮罩包括主罩体，所述主罩体的下侧设有与自身相匹配的配重环，所述主罩体与配重环之间固定连接有多个连接杆，配重环的存在可以使航标主体、浮块和外浮罩的整体中心下降，使得航标主体、浮块和外浮罩整体浮于海面之上时如同一个不倒翁，不易被海浪打翻侧倒，同时主罩体与配重环之间间隙为海水流动提供间隙路径，减小海水对外浮罩硬性冲击造成的损伤。

进一步的，所述主罩体与配重环之间固定连接有防波纤维帘，所述防波纤维帘包括多个弹性纤维，多个所述弹性纤维之间相互纠缠交接在一起形成多个相通的隔间，防波纤维帘具有引导海浪的功能，经过多个相通隔间的引导，使得原本方向集中的海浪变为方向四散的多个分流，减小海浪对航标主体和浮块的集中冲击，使得航标主体和浮块更加稳定，同时防波纤维帘也可以有效防止海生生物在主罩体与配重环之间的位置筑巢生长或直接寄生在外浮罩上，使得主罩体与配重环之间的间隙不易被海洋生物堵塞。

进一步的，所述弹性纤维内开凿有空腔，为空心结构，且空腔内填充氮气，增加弹性纤维的弹性，不易在海水冲刷下发生断裂，同时在海浪相对减弱时，弹性纤维可以快速复原。

进一步的，所述弹性纤维的外侧固定连接有毛细纤维，相邻的弹性纤维之间的毛细纤维纠缠交接在一起，所述连接杆的外部开凿有磨砂面，增加相邻弹性纤维之间的连接强度，同时增加防波纤维帘与连接杆之间的连接强度，不易在海浪冲刷下造成防波纤维帘快速变形失效。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本方案通过U型环槽与密封帘的配合和泄水槽与密封环的配合，实现对过渡气室内的残留海水液面高度的控制，使之处于动态平衡，可以实现减少海水挟带的海水在航标上的残积，不易影响中心管进出气，不易影响对称翼气轮机的正常工作，不易造成对称翼气轮机长时间浸泡在海水中，不易造成对称翼气轮机损坏或直接失效，同时通过配重环的设立使航标主体、浮块和外浮罩整体类似不倒翁，不易海水冲击下侧倒倾覆，而主罩体与配重环之间的防波纤维帘的设立可以实现对海浪的分流，使得外浮罩内部的液面变化较为平稳，使得航标主体和浮块更加稳定。

附图说明

图1为本发明的近海航标主要结构的爆炸图；

图2为本发明的近海航标的结构示意图；

图3为本发明的近海航标的正面剖视图；

图4为图3中A处的结构示意图；

图5为图3中B处的结构示意图

图6为图3中C处的结构示意图；

图7为图3中D处的结构示意图。

图中标号说明：

1航标主体、2浮块、3外浮罩、301主罩体、302配重环、303连接杆、304防波纤维帘、305安装台、4密封帘、401弹性胶板、402轻质塑板、403连接滑块、404浮环、5发电机组、6泄水槽、7防护网、8密封环、9限位柱、10压缩弹簧、11耐磨环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-6，一种基于波浪能发电的近海用航标，包括航标主体1和浮块2，航标主体1固定连接在浮块2的上侧，航标主体1整体在浮块2的浮力作用下漂浮在海面上，航标主体1的外侧套接有外浮罩3，外浮罩3与浮块2固定连接，外浮罩3内设有分隔板，将外浮罩3内部空间分为中心管和过渡气室两部分，中心管位于过渡气室外侧，分隔板远离航标主体1的一端固定连接有安装台305，安装台305上固定安装有发电机组5，发电机组5包括电动机和叶轮等部分，组成影响对称翼气轮机，分隔板上开凿有通气孔，通气孔连通中心管和过渡气室，且发电机组5的叶轮位于通气孔内，外浮罩3靠近航标主体1的一端开凿有U型环槽，U型环槽内插接有与自身相匹配的密封帘4，密封帘4包括弹性胶板401和轻质塑板402，弹性胶板401的外壁上套接有浮环404，浮环404与弹性胶板401之间固定连接有多个连接滑块403，外浮罩3上开凿有多个与连接滑块403相匹配的限位滑槽，且连接滑块403位于吸纳为滑槽内，浮块2上开凿有泄水槽6，泄水槽6的上部与过渡气室相连通，泄水槽6的侧部与中性管相连通，泄水槽6的的侧壁上套接有与自身相匹配的密封环8，密封环8与泄水槽6底板之间固定连接有多个压缩弹簧10，泄水槽6侧部开口处固定连接有与自身相匹配的防护网7。

特别的，航标正常工作除了本方案中公开的结构外，还需另设固定用的锚定装置，由于锚定装置为本领域技术人员的公知技术，故未在本方案中详细说明，在本方案的航标主体1和浮块2正常工作时，外浮罩3的中心管部与海水相连通，而外浮罩3内海面高度会随着海浪高度呈近似三角函数正余弦函数的周期性变化，海面高度会有明显的波峰波谷，在海面从波峰位置向波谷位置移动时，中心管内空余空间增加，气压下降，会从过渡气室内吸入空气，带动发电机组5的叶轮部转动发电，而在海面从波谷位置向波峰位置移动时，中心管内空余空间减小，气压上升，会向过渡室排出空气，带动发电机组5的叶轮部转动发电，实现利用波浪能发电，

在海水波浪挟带的海水在外浮罩3的内侧和过渡气室内残积时，随着过渡气室内液面升高，会带动密度降低的浮环404一起上浮，而浮环404则会连带连接滑块403、弹性胶板401和轻质塑板402一起运动，其中位于浮环404远端的轻质塑板402会向下运动，直至密封过渡气室，断绝过渡气室与外界之间的连通，防止过渡气室内液面进一步升高，使发电机组5不易被海水浸泡，而与此同时，随着过渡气室内液面升高，海水对密封环8的压强上升，会推动密封环8向下运动，直至泄水槽6与密封环8之间出现孔隙，排出过渡气室残留的海水，而随着过渡气室内海水液面的下降，浮环404带动连接滑块403和弹性胶板401一起下降，位于浮环404远端的轻质塑板402上升，解除对过渡气室的密封，特别的，上述密封帘4与密封环8的运动是同时进行的，本方案中为了描述方便将密封帘4和密封环8的运动拆分成两部分，在航标主体1实际工作的过程中，通常情况下密封帘4和密封环8的位置处于动态平衡中，确保过渡气室内液面位于较低的水平，只有在航标主体1遇到交到风浪，过渡气室内一下冲入过量海水时，连接滑块403才会运动到上述密封位置并长时间保持，在过渡气室内海水通过泄水槽6流出大部后，密封帘4和密封环8重新回到正常工作，回到上述的动态平衡，可以实现减少海水挟带的海水在航标上的残积，不易影响中心管进出气，不易影响对称翼气轮机的正常工作，不易造成对称翼气轮机长时间浸泡在海水中，不易造成对称翼气轮机损坏或直接失效。

请参阅图5-6，弹性胶板401选用高韧性的软胶材料制成，轻质塑板402选用轻质的硬塑料制成，使得弹性胶板401便于弯曲，不易在弯曲部发生断裂，可以较为顺畅的在U型环槽内活动，而硬塑料制成的轻质塑板402可以有效起到隔绝作用，同时自身质量较轻也不易因自身重量影响浮环404在海水上的沉浮，减小自身的配重影响，泄水槽6选用深口设计，即泄水槽6上部的直线通道较长，在过渡气室，内残存少量海水时，也会因海水深度较高而造成液压上升，易于推动密封环8向下运动，在航标主体1和浮块2正常工作过程中，不易在过渡气室内形成较多的海水残留，泄水槽6内固定连接有多个限位柱9，限位柱9插接在压缩弹簧10内，限位柱9的一端贯穿密封环8，限位柱9可以有效的保护压缩弹簧10，使得压缩弹簧10不易在外力作用下发生非工作向形变，不易造成压缩弹簧10损坏，限位柱9与密封环8之间连接有耐磨环11，耐磨环11与密封环8固定连接，耐磨环11可以有效减小密封环8与限位柱9之间的磨损，使密封环8与限位柱9之间的连接不易出现晃动。

请参阅图7，外浮罩3包括主罩体301，主罩体301的下侧设有与自身相匹配的配重环302，主罩体301与配重环302之间固定连接有多个连接杆303，配重环302的存在可以使航标主体1、浮块2和外浮罩3的整体中心下降，使得航标主体1、浮块2和外浮罩3整体浮于海面之上时如同一个不倒翁，不易被海浪打翻侧倒，同时主罩体301与配重环302之间间隙为海水流动提供间隙路径，减小海水对外浮罩3硬性冲击造成的损伤，主罩体301与配重环302之间固定连接有防波纤维帘304，防波纤维帘304包括多个弹性纤维，多个弹性纤维之间相互纠缠交接在一起形成多个相通的隔间，防波纤维帘304具有引导海浪的功能，经过多个相通隔间的引导，使得原本方向集中的海浪变为方向四散的多个分流，减小海浪对航标主体1和浮块2的集中冲击，使得航标主体1和浮块2更加稳定，同时防波纤维帘304也可以有效防止海生生物在主罩体301与配重环302之间的位置筑巢生长或直接寄生在外浮罩3上，使得主罩体301与配重环302之间的间隙不易被海洋生物堵塞，弹性纤维内开凿有空腔，为空心结构，且空腔内填充氮气，增加弹性纤维的弹性，不易在海水冲刷下发生断裂，同时在海浪相对减弱时，弹性纤维可以快速复原，弹性纤维的外侧固定连接有毛细纤维，相邻的弹性纤维之间的毛细纤维纠缠交接在一起，连接杆303的外部开凿有磨砂面，增加相邻弹性纤维之间的连接强度，同时增加防波纤维帘304与连接杆303之间的连接强度，不易在海浪冲刷下造成防波纤维帘304快速变形失效。

本方案通过U型环槽与密封帘4的配合和泄水槽6与密封环8的配合，实现对过渡气室内的残留海水液面高度的控制，使之处于动态平衡，可以实现减少海水挟带的海水在航标上的残积，不易影响中心管进出气，不易影响对称翼气轮机的正常工作，不易造成对称翼气轮机长时间浸泡在海水中，不易造成对称翼气轮机损坏或直接失效，同时通过配重环302的设立使航标主体1、浮块2和外浮罩3整体类似不倒翁，不易海水冲击下侧倒倾覆，而主罩体301与配重环302之间的防波纤维帘304的设立可以实现对海浪的分流，使得外浮罩3内部的液面变化较为平稳，使得航标主体1和浮块2更加稳定。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于波浪能发电的近海用航标，包括航标主体(1)和浮块(2)，所述航标主体(1)固定连接在浮块(2)的上侧，其特征在于：所述航标主体(1)的外侧套接有外浮罩(3)，所述外浮罩(3)与浮块(2)固定连接，所述外浮罩(3)内设有分隔板，所述分隔板将外浮罩(3)内部空间分为中心管和过渡气室两部分，所述中心管位于过渡气室外侧，所述分隔板远离航标主体(1)的一端固定连接有安装台(305)，所述安装台(305)上固定安装有发电机组(5)，所述发电机组(5)包括电动机和叶轮等部分，组成影响对称翼气轮机，所述分隔板上开凿有通气孔，所述通气孔连通中心管和过渡气室，且发电机组(5)的叶轮位于通气孔内，所述外浮罩(3)靠近航标主体(1)的一端开凿有U型环槽，所述U型环槽内插接有与自身相匹配的密封帘(4)，所述密封帘(4)包括弹性胶板(401)和轻质塑板(402)，所述弹性胶板(401)的外壁上套接有浮环(404)，所述浮环(404)与弹性胶板(401)之间固定连接有多个连接滑块(403)，所述外浮罩(3)上开凿有多个与连接滑块(403)相匹配的限位滑槽，且连接滑块(403)位于吸纳为滑槽内，所述浮块(2)上开凿有泄水槽(6)，所述泄水槽(6)的上部与过渡气室相连通，所述泄水槽(6)的侧部与中性管相连通，所述泄水槽(6)的的侧壁上套接有与自身相匹配的密封环(8)，所述密封环(8)与泄水槽(6)底板之间固定连接有多个压缩弹簧(10)，所述泄水槽(6)侧部开口处固定连接有与自身相匹配的防护网(7)。

2.根据权利要求1所述的一种基于波浪能发电的近海用航标，其特征在于：所述弹性胶板(401)选用高韧性的软胶材料制成，所述轻质塑板(402)选用轻质的硬塑料制成。

3.根据权利要求1所述的一种基于波浪能发电的近海用航标，其特征在于：所述泄水槽(6)选用深口设计，即泄水槽(6)上部的直线通道较长。

4.根据权利要求1所述的一种基于波浪能发电的近海用航标，其特征在于：所述泄水槽(6)内固定连接有多个限位柱(9)，所述限位柱(9)插接在压缩弹簧(10)内，所述限位柱(9)的一端贯穿密封环(8)。

5.根据权利要求4所述的一种基于波浪能发电的近海用航标，其特征在于：所述限位柱(9)与密封环(8)之间连接有耐磨环(11)，所述耐磨环(11)与密封环(8)固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于波浪能发电的近海用航标，其特征在于：所述外浮罩(3)包括主罩体(301)，所述主罩体(301)的下侧设有与自身相匹配的配重环(302)，所述主罩体(301)与配重环(302)之间固定连接有多个连接杆(303)。

7.根据权利要求6所述的一种基于波浪能发电的近海用航标，其特征在于：所述主罩体(301)与配重环(302)之间固定连接有防波纤维帘(304)，所述防波纤维帘(304)包括多个弹性纤维，多个所述弹性纤维之间相互纠缠交接在一起形成多个相通的隔间。

8.根据权利要求7所述的一种基于波浪能发电的近海用航标，其特征在于：所述弹性纤维内开凿有空腔，为空心结构，且空腔内填充氮气。

9.根据权利要求7所述的一种基于波浪能发电的近海用航标，其特征在于：所述弹性纤维的外侧固定连接有毛细纤维，相邻的弹性纤维之间的毛细纤维纠缠交接在一起，所述连接杆(303)的外部开凿有磨砂面。

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