CN112616765B - 一种波浪能海底供氧装置 - Google Patents
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Abstract
一种波浪能海底供氧装置,包括浮力结构、波浪推动旋转机构、转动与线性往复运动转换机构、往复泵、蓄水池及海表水输送管道,波浪推动旋转机构耦合到转动与线性往复运动转换机构,后者的输出端耦合到往复泵的驱动端,波浪推动旋转机构在波浪的推动下进行旋转,转动与线性往复运动转换机构将波浪推动旋转机构的旋转运动转换成线性往复运动并驱动往复泵,往复泵与蓄水池的进水口相连,将高氧的海表水泵送至蓄水池内,蓄水池设置在海表且蓄水池的进水口高于海表面,蓄水池通过海表水输送管道连通海底水域,借助管道内外的压强差将蓄水池内的高氧海表水输送到海底。本该装置可向较深的海底供给含氧量较高的海水,且其结构简单,节约能源。
Description
技术领域
本发明涉及海底供氧,特别是涉及一种波浪能海底供氧装置。
背景技术
鱼类、扇贝、海参等是养殖业中重要的经济物种,海底含氧量偏低会制约底栖生物的养殖,沿岸流入侵等现象会进一步加剧海底的缺氧,这将会导致底栖或养殖生物的大量死亡,对环境造成损害,对养殖业造成损失。
目前浅水中养殖主要使用搅拌的方式进行供氧,虽然不适用于较深的海域。较深水域向水底供氧方式主要是靠水面的空气压缩机向水底供给压缩空气,由于水压较大,对海底供氧将消耗大量能量,十分不经济、效率低下。还有一种方式是使用循环泵向海底供给海表面氧含量较高的水,因为养殖面积较大,循环水的含氧量有限,一般对没法有效改善海底缺氧情况。
通常利用泵向海底供氧的方法就需要进行供电,但是海底养殖区域往往比较大,电缆铺设费用将会较为昂贵,且电费成本高;同时,机电在海水腐蚀的作用下老化较快,需要大量的维护、也可能发生漏电事故,是一种不经济也不安全的方法。
专利文献201410527289.2公开一种利用水平运动浮子的波浪能供氧装置,专利文献201410456818.4公开一种利用多浮子的波浪能供氧装置,上述专利都是利用波浪能将空气压入海底,然而这样的工作方式需要较大的空气压力,耗费了大量能量,而且在水深较大的情况下该装置无法工作。
需要说明的是,在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解,因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述背景技术存在的问题,提供一种波浪能海底供氧装置。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种波浪能海底供氧装置,包括浮力结构、设置在所述浮力结构上的波浪推动旋转机构、转动与线性往复运动转换机构、往复泵、蓄水池以及海表水输送管道,所述波浪推动旋转机构耦合到所述转动与线性往复运动转换机构,所述转动与线性往复运动转换机构的输出端耦合到所述往复泵的驱动端,所述波浪推动旋转机构用于在波浪的推动下进行旋转,所述转动与线性往复运动转换机构用于将所述波浪推动旋转机构的旋转运动转换成线性往复运动并驱动所述往复泵,所述往复泵与所述蓄水池的进水口相连,所述往复泵用于将高氧的海表水泵送至所述蓄水池内,所述蓄水池设置在海表且所述蓄水池的进水口高于海表面,所述蓄水池通过所述海表水输送管道连通海底水域,借助所述蓄水池内水位高度高于海表面产生的管道内外的压强差将所述蓄水池内的高氧海表水输送到海底。
进一步地:
所述波浪推动旋转机构包括旋转轴和连接在所述旋转轴上向外辐射延伸的多个旋转挡板。
所述转动与线性往复运动转换机构包括曲柄和连杆,所述曲柄安装在所述波浪推动旋转机构上,所述曲柄通过所述连杆耦合到所述往复泵的活塞上,所述波浪推动旋转机构带动所述曲柄旋转,所述曲柄带动所述连杆运动,所述连杆推动所述活塞做往复运动。
所述转动与线性往复运动转换机构包括曲柄和连杆,所述曲柄安装在所述旋转轴上,所述曲柄通过所述连杆耦合到所述往复泵的活塞上,所述旋转轴带动所述曲柄旋转,所述曲柄带动所述连杆运动,所述连杆推动所述活塞做往复运动。
所述转动与线性往复运动转换机构还包括棘轮,所述棘轮安装在所述旋转轴上,用于限制所述旋转挡板只能向一个方向转动。
所述往复泵包括泵体、安装在所述泵体上的活塞、以及设置在所述泵体上的第一单向阀和第二单向阀,所述第一单向阀设置在所述泵体的海水入口上,所述第二单向阀设置在所述泵体的海水出口上。
所述第一单向阀设置成淹没于海水中,优选地,所述第一单向阀和所述第二单向阀设置在同一水平面上。
所述海表水输送管道为立管,所述立管竖直安装在海水中。
所述立管的上端和下端分别通过缆绳固定在海底。
还包括锚定装置,所述波浪能海底供氧装置通过所述锚定装置在海底锚定。
本发明具有如下有益效果:
本发明提供一种利用波浪能给海底供氧的装置,本发明利用波浪能产生动力,利用往复泵将海面的高氧海水抽到与海底通过管道相通的表面蓄水池中,表面蓄水池,形成管道内外的压强差,通过压强差将海表高氧水向下输送,从而实现对海底生物供氧,有效解决海底生物养殖区存在海底的水体缺氧的问题。本装置不需要额外供电,节约能源。本装置输送海水所需压力差较小,可向较深的海底供给含氧量较高的海水,同时本发明结构简单,架设容易,没有复杂传动装置,长时间工作只需要很少的维护。
利用本发明的供氧方式将表层富含氧气的水输送到底层,与传统供氧方式相比,可以对较深海底供氧,同时需要的压差较小,有较小的能量消耗。同时,本发明使用波浪能量进行供氧,更加节能环保。本发明结构简单、成本更低、可靠性更好,适合大规模的布放。
附图说明
图1为本发明一种实施例的一种波浪能海底供氧装置的结构示意图。
图2为本发明一种实施例的局部结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外,连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实施例和简化描述,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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
参阅图1和图2,在一种实施例中,一种波浪能海底供氧装置,包括浮力结构13、设置在所述浮力结构13上的波浪推动旋转机构、转动与线性往复运动转换机构、往复泵4、蓄水池11以及海表水输送管道12,所述波浪推动旋转机构耦合到所述转动与线性往复运动转换机构,所述转动与线性往复运动转换机构的输出端耦合到所述往复泵4的驱动端,所述波浪推动旋转机构用于在波浪的推动下进行旋转,所述转动与线性往复运动转换机构用于将所述波浪推动旋转机构的旋转运动转换成线性往复运动并驱动所述往复泵4,所述往复泵4与所述蓄水池11的进水口相连,所述往复泵4用于将高氧的海表水泵送至所述蓄水池11内,所述蓄水池11设置在海表且所述蓄水池11的进水口高于海表面,所述蓄水池11通过所述海表水输送管道12连通海底水域,借助所述蓄水池11内水位高度高于海表面产生的管道12内外的压强差将所述蓄水池11内的高氧海表水输送到海底水域。
工作时,往复泵4将表面高氧海水抽到表面蓄水池11中,形成管道内外的压强差从而将海表水输送到海底,解决海底缺氧问题。利用波浪能产生动力,利用往复泵4将海表高氧水向下输送,从而实现对海底生物供氧。
在优选的实施例中,所述波浪推动旋转机构包括旋转轴和连接在所述旋转轴上向外辐射延伸的多个旋转挡板1。应理解,波浪推动旋转机构不限于采用该优选形式,只要能够被波浪推动进行旋转的结构对于本发明都是适用的。
在优选的实施例中,所述转动与线性往复运动转换机构包括曲柄9和连杆8,所述曲柄9安装在所述波浪推动旋转机构如所述旋转轴上,所述曲柄9通过所述连杆8耦合到所述往复泵4的活塞7上,所述波浪推动旋转机构带动所述曲柄9旋转,所述曲柄9带动所述连杆8运动,所述连杆8推动所述活塞7做往复运动。应理解,转动与线性往复运动转换机构亦不限于采用该优选形式。
在优选的实施例中,所述转动与线性往复运动转换机构还包括棘轮2,所述棘轮2安装在所述旋转轴上,用于限制所述旋转挡板1只能向一个方向转动。
上述优选实施例的装置利用波浪推动旋转挡板1,而旋转挡板1产生的动力通过旋转轴传递给曲柄9、连杆8的转轴。通过曲柄连杆机构将转动转换为往复泵4的活塞7的往复运动。借助棘轮2使得旋转挡板1只向一个方向转动。
在优选的实施例中,所述往复泵4包括泵体、安装在所述泵体上的活塞7、以及设置在所述泵体上的第一单向阀6和第二单向阀5,所述第一单向阀6设置在所述泵体的海水入口上,所述第二单向阀5设置在所述泵体的海水出口上。
在更优选的实施例中,所述第一单向阀6设置成淹没于海水中。优选地,所述第一单向阀6和所述第二单向阀5设置在同一水平面上。应理解,第一单向阀6也可以通过额外的管道12接入海水,因此也可以不淹没于海水中。此外,第二单向阀5也可以不与第一单向阀6设置在同一水平面上。
波浪推动旋转机构、转动与线性往复运动转换机构、往复泵4可以通过安装柱3安装在浮力结构13上。
在优选的实施例中,所述海表水输送管道12为立管,所述立管竖直安装在海水中。应理解,竖直的立管并不是必须的,也可以采用能够向海底输送水的其他管道形式。
在优选的实施例中,所述立管的上端和下端分别通过缆绳固定在海底。
在优选的实施例中,波浪能海底供氧装置还包括锚定装置,所述波浪能海底供氧装置通过所述锚定装置在海底15锚定。
应理解,锚定装置是为了使波浪能海底供氧装置能够更加稳固和稳定的工作,对于实现本发明并不是必须的。
利用本发明实施例的波浪能海底供氧装置将表层富含氧气的水输送到底层,与传统供氧方式相比,可以对较深海底供氧,同时需要的压差较小,有较小的能量消耗。同时,本发明使用波浪能量进行供氧,更加节能环保。本发明的结构简单,架设容易,没有复杂传动装置,长时间工作只需要很少的维护,成本更低,可靠性更好,适合大规模的布放。
以下进一步举例描述本发明的具体实施例。
一个具体实施例的该波浪能海底供氧装置包括旋转挡板1、棘轮2、曲柄9、连杆8、往复泵4、海表蓄水池11、连通海底的海表水输送管道12、浮力结构13以及锚定装置等。海表水输送管道12采用竖直安装在海水中的立管,上端利用浮力结构13提供浮力,立管的上端和下端分别通过缆绳14固定在海底。旋转挡板1和往复泵固定在立管上,往复泵4竖直安装,往复泵4上的第一单向阀6淹没在海表以下,第二单向阀5和第一单向阀6设在同一水平面上。
海水质点在波浪的往复运动将推动旋转挡板1进行转动。旋转挡板1的旋转轴上安装有棘轮2,使旋转挡板1在海浪的作用下只能向一个方向转动。旋转挡板1产生的动力通过旋转轴带动曲柄9旋转,曲柄9带动连杆8运动,连杆8推动往复泵4的活塞7做往复运动,引起泵体内容积的周期性变化,从而产生泵体内外压强差。当活塞7向外运动时,泵体7内部压强小于外部压强,这时单向阀5关闭,海水通过第一单向阀6被吸入泵体内。当活塞向往复泵4内运动时,泵体内的压强升高,这时第一单向阀6关闭,海水将通过第二单向阀5连接的排水管10向蓄水池11排放。蓄水池11中海水的累积水位高度高于海表面会产生立管内外的压强差,将表面高氧水输送到海底,解决海底缺氧问题。
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息,而不一定是描述现有技术。因此,在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型,而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中,参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点,但应当理解,在不脱离专利申请的保护范围的情况下,可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
Claims (10)
1.一种波浪能海底供氧装置,其特征在于,包括浮力结构、设置在所述浮力结构上的波浪推动旋转机构、转动与线性往复运动转换机构、往复泵、蓄水池以及海表水输送管道,所述波浪推动旋转机构耦合到所述转动与线性往复运动转换机构,所述转动与线性往复运动转换机构的输出端耦合到所述往复泵的驱动端,所述波浪推动旋转机构用于在波浪的推动下进行旋转,所述转动与线性往复运动转换机构用于将所述波浪推动旋转机构的旋转运动转换成线性往复运动并驱动所述往复泵,所述蓄水池设置在海表且所述蓄水池的进水口高于海表面,所述蓄水池通过所述海表水输送管道连通海底水域,所述往复泵与所述蓄水池的进水口相连,所述往复泵用于将高氧的海表水泵送至所述蓄水池内使所述蓄水池中海水的累积水位高度高于海表面,借助所述蓄水池内水位高度高于海表面产生的管道内外的压强差将所述蓄水池内的高氧海表水输送到海底。
2.如权利要求1所述波浪能海底供氧装置,其特征在于,所述波浪推动旋转机构包括旋转轴和连接在所述旋转轴上向外辐射延伸的多个旋转挡板。
3.如权利要求1所述波浪能海底供氧装置,其特征在于,所述转动与线性往复运动转换机构包括曲柄和连杆,所述曲柄安装在所述波浪推动旋转机构上,所述曲柄通过所述连杆耦合到所述往复泵的活塞上,所述波浪推动旋转机构带动所述曲柄旋转,所述曲柄带动所述连杆运动,所述连杆推动所述活塞做往复运动。
4.如权利要求2所述波浪能海底供氧装置,其特征在于,所述转动与线性往复运动转换机构包括曲柄和连杆,所述曲柄安装在所述旋转轴上,所述曲柄通过所述连杆耦合到所述往复泵的活塞上,所述旋转轴带动所述曲柄旋转,所述曲柄带动所述连杆运动,所述连杆推动所述活塞做往复运动。
5.如权利要求2或4所述波浪能海底供氧装置,其特征在于,所述转动与线性往复运动转换机构还包括棘轮,所述棘轮安装在所述旋转轴上,用于限制所述旋转挡板只能向一个方向转动。
6.如权利要求1至4任一项所述波浪能海底供氧装置,其特征在于,所述往复泵包括泵体、安装在所述泵体上的活塞、以及设置在所述泵体上的第一单向阀和第二单向阀,所述第一单向阀设置在所述泵体的海水入口上,所述第二单向阀设置在所述泵体的海水出口上。
7.如权利要求6所述波浪能海底供氧装置,其特征在于,所述第一单向阀设置成淹没于海水中,所述第一单向阀和所述第二单向阀设置在同一水平面上。
8.如权利要求1至4任一项所述波浪能海底供氧装置,其特征在于,所述海表水输送管道为立管,所述立管竖直安装在海水中。
9.如权利要求8所述波浪能海底供氧装置,其特征在于,所述立管的上端和下端分别通过缆绳固定在海底。
10.如权利要求1至4任一项所述波浪能海底供氧装置,其特征在于,还包括锚定装置,所述波浪能海底供氧装置通过所述锚定装置在海底锚定。
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