CN117108432A - 海波能收集铺展模块的摇臂浮萍结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了海波能收集铺展模块的摇臂浮萍结构，包括震荡浮萍和动力摇臂；动力摇臂的其中一端设有摇臂摆动铰接点安装部和用于与发电模块联动的传力节点，传力节点以摇臂摆动铰接点安装部为摆动中心；动力摇臂的另一端与震荡浮萍的中部铰接。本发明提供的海波能收集铺展模块的摇臂浮萍结构，结构简单，生产成本和维护成本低，维护方便，而且使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及海波能发电领域，尤其涉及海波能收集铺展模块的摇臂浮萍结构。
背景技术
海洋拥有巨大的可再生能源，其中海波能的平均能量密度是太阳能或风能的三十倍左右。海波能发电具有全天候无间歇超稳定发电的凸出优势，其发电质量与核电、火电一样属于高质量电源。海波能发电属于绿色能源，与水电、风电、太阳能发电等绿色能源相比，发电质量最好，对环境影响最小。因此如何产业化高效收集海波能并转化为电能一直是发明人努力的方向。
为了最大限度利用海波能，未来需要大规模建设海波能收集系统，因此，海波能收集系统的结构需要能实现快速模块化建设。
经过多年的研究和发展，涵盖专利2021108861066、2021110153959、2021108875302、2021108875302等技术的“海波能发电”项目已在上海交通大学通过仿真数理研究(可提供研发报告)。在此基础上发展出“漂浮铺展式模块化海波能收集与发电单元”。其中，“漂浮铺展式模块化海波能收集与发电单元”包括“海波能收集铺展模块的摇臂浮萍结构”。
“海波能收集铺展模块的摇臂浮萍结构”需要实现以下目的：
1、模块化生产，降低制造、安装、维修成本。
2、上下呈扁锥形震荡浮体，将有效减少浮萍上下震动的阻力，最终体现为负载浮萍的行程更长一点、能量收集效率更高。
3、配载震荡浮萍双向集能，大幅提升集能效果。
4、配载震荡浮萍、摇臂、配重浮筒钢龙带自由度软连接使系统能够在严酷海况下能够耐久稳定运行。
5、摇臂浮萍通过齿盘与双向柱塞泵实现软连接，避免双向柱塞泵遭受海浪冲击的硬损伤。
本发明可以有效解决现在海波能开发利用所面临的难题，为海波能大规模工业化利用铺平道路。
发明内容
本发明的目的是提供能解决上述技术问题的海波能收集铺展模块的摇臂浮萍结构。
为实现上述目的，本发明提供海波能收集铺展模块的摇臂浮萍结构，包括震荡浮萍和动力摇臂；动力摇臂的其中一端设有摇臂摆动铰接点安装部和用于与发电模块联动的传力节点，传力节点以摇臂摆动铰接点安装部为摆动中心；动力摇臂的另一端与震荡浮萍的中部铰接。
作为本发明的进一步改进，所述震荡浮萍包括设有中空内腔的第一浮体外壳和第一内嵌骨架；所述动力摇臂的一端与第一内嵌骨架铰接；所述第一浮体外壳底部两侧均设有浮体迎波弧面，两侧的浮体迎波弧面分别位于动力摇臂与第一内嵌骨架铰接点的两侧。
作为本发明的更进一步改进，所述第一浮体外壳内设有将其内腔分隔成若干第一配重格和第一浮力格的第一浮体内结构格板；所述第一配重格位于第一浮体外壳内腔中部，第一浮力格位于第一浮体外壳内腔中靠外的部分。
作为本发明的更进一步改进，所述第一内嵌骨架包括相连接的第一横向骨架和第一竖向骨架；所述第一浮体外壳的内腔中设有裹骨架加劲肋板，裹骨架加劲肋板包裹在第一横向骨架外侧；第一竖向骨架一端伸出至第一浮体外壳外且与所述动力摇臂一端相铰接。
作为本发明的更进一步改进，所述传力节点设有用于与发电模块联动的传力齿盘，传力齿盘以所述摇臂摆动铰接点安装部为摆动中心。
作为本发明的更进一步改进，所述动力摇臂包括摇臂主架，所述摇臂摆动铰接点安装部和传力节点设置在摇臂主架一端，摇臂主架另一端与震荡浮萍的中部铰接；摇臂主架上通过浮萍限位部连杆连接有第一浮萍限位部和第二浮萍限位部，第一浮萍限位部和第二浮萍限位部分别位于摇臂主架与震荡浮萍铰接点的两侧。
作为本发明的更进一步改进，所述摇臂主架上还设有摇臂仰角限位支点和摇臂俯角限位支点。
作为本发明的更进一步改进，所述动力摇臂与震荡浮萍的铰接点位于震荡浮萍的上方；震荡浮萍的第一浮体外壳顶部设有浮体上部斜面，动力摇臂与震荡浮萍的铰接点位于浮体上部斜面的最高点。
有益效果
本发明的海波能收集铺展模块的摇臂浮萍结构的优点为：
1、震荡浮萍与动力摇臂铰接，动力摇臂能承受较大的冲击力，结构简单，模块化生产，降低制造、安装、维修成本，而且使用寿命长。此外，震荡浮萍与动力摇臂铰接，能确保震荡浮萍随动力摇臂在一定范围内不管摆动至哪个角度，震荡浮萍均能基本呈水平布置，确保其与水面的接触面积最大，海波能转化为机械能的效率高。
2、第一内嵌骨架可确保第一浮体外壳质量较轻时，震荡浮萍整体仍具有较大的强度，延长其使用寿命。
3、设置浮体迎波弧面有利于震荡浮萍遇到横向波浪时向上浮起，降低震荡浮萍由于被海浪压入水面以下而不能正常浮起的几率。
4、通过向第一配重格内放入适当的重物(例如水或固体重物)，可调节震荡浮萍的整体质量，从而方便选择最合适的入水深度并让其随海浪起伏时能够双向做功，进一步提升集能效率。
5、通过传力齿盘往复摆动，可带动齿条往复移动，从而驱使如齿杆双向柱塞泵的活塞工作，利用活塞给液压油加压，让液压油驱使发电模块发电。该过程无论震荡浮萍上升还是下降，都能驱使发电模块发电，发电效率高。
6、摇臂主架上的摇臂仰角限位支点和摇臂俯角限位支点可限制其摆动幅度，第一浮萍限位部和第二浮萍限位部也能限制震荡浮萍的摆动幅度。
7、动力摇臂与震荡浮萍的铰接点位于震荡浮萍的上方，防止动力摇臂泡在海水中，减少被海水腐蚀的速度，延长使用寿命。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为震荡浮萍的俯视图；
图2为震荡浮萍的主视图；
图3为震荡浮萍的侧视图；
图4为图1的A-A视图；
图5为凸2的B-B视图；
图6为动力摇臂的主视图；
图7为动力摇臂的俯视图；
图8为浮萍的抬升状态图；
图9为浮萍的位于中立位置的状态图；
图10为浮萍的下降状态图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例。
实施例
本发明的具体实施方式如图1至图9所示，海波能收集铺展模块的摇臂浮萍结构，包括震荡浮萍1和动力摇臂2。动力摇臂2的其中一端设有摇臂摆动铰接点安装部23和用于与发电模块联动的传力节点，传力节点以摇臂摆动铰接点安装部23为摆动中心。动力摇臂2的另一端与震荡浮萍1的中部铰接。
震荡浮萍1包括设有中空内腔的第一浮体外壳11和第一内嵌骨架2。动力摇臂2的一端与第一内嵌骨架2铰接。第一浮体外壳11底部两侧均设有浮体迎波弧面112，两侧的浮体迎波弧面112分别位于动力摇臂2与第一内嵌骨架2铰接点的两侧，具体的，第一浮体外壳11前后成弧尖体，以减少波浪的冲击损害同时将部分水平冲击能量也转化为浮萍的震动，最终体现为浮萍更耐久、能量收集效率更高一些。
动力摇臂2与震荡浮萍1的铰接点位于震荡浮萍1的上方。震荡浮萍1的第一浮体外壳11顶部设有浮体上部斜面111，动力摇臂2与震荡浮萍1的铰接点位于浮体上部斜面111的最高点。浮体上下呈扁锥体，上部斜面111是具有一定排水坡度(一般为3％)的斜面，下部则为扁弧锥面。该设计将有效减少浮萍上下震动的阻力，最终体现为负载浮萍的行程更长一点、能量收集效率更高。
第一浮体外壳11内设有将其内腔分隔成若干第一配重格15和第一浮力格16的第一浮体内结构格板13。第一配重格15位于第一浮体外壳11内腔中部，第一浮力格16位于第一浮体外壳11内腔中靠外的部分。本实施例中，第一配重格15内进行注水配重，此外也可以通过放固体重物进行配重。第一浮力格16内设置防水泡沫塑料以防止变形。第一浮体外壳11和第一浮体内结构格板13由耐腐蚀塑料为主体结构材料。
震荡浮萍1通过配重，要做到当整个震荡浮萍1被全部淹没时的浮力等于整个浮萍完全脱离水面时的重量，以实现双向等效做功的功能。
第一内嵌骨架2包括相连接的第一横向骨架122和第一竖向骨架121。第一内嵌骨架2的第一横向骨架122和第一竖向骨架121均采用方钢，管内灌入混凝土。管表面应作防腐处理，内灌入混凝土则是为了增钢管刚度。第一横向骨架122置于浮萍的中心。
第一浮体外壳11的内腔中设有裹骨架加劲肋板14，裹骨架加劲肋板14包裹在第一横向骨架122外侧，传递浮萍巨大的负载。第一竖向骨架121一端伸出至第一浮体外壳11外且与动力摇臂2一端相铰接。本实施例中，第一竖向骨架121上设有连接轴孔1211，摇臂主架21一端设有连接孔22，第一转轴穿过震荡浮萍1的连接轴孔1211和摇臂主架21的连接孔22，使浮萍可相对摇臂有一定的转动自由度，可以大幅缓冲大浪的冲击，提高其运行平稳度和耐久性。其中，连接孔22内壁与第一转轴之间设有第一聚四氟乙烯套环，减少摩擦阻力和提高活动部耐久性。
传力节点设有用于与发电模块联动的传力齿盘24，传力齿盘24以摇臂摆动铰接点安装部23为摆动中心。本实施例中，摇臂摆动铰接点安装部23为摇臂摆动连接孔，第二转轴穿过摇臂摆动铰接点安装部23并与铺展钢龙架模块4连接，使动力摇臂2可绕铺展钢龙架模块4上下摆动。摇臂摆动铰接点安装部23的摇臂摆动连接孔内壁与第二转轴之间设有第二聚四氟乙烯套环231，起到润滑作用。铺展钢龙架模块4底部连接有配重浮筒5，配重浮筒5浮在海面，将铺展钢龙架模块4支撑起来。
动力摇臂2包括摇臂主架21，摇臂摆动铰接点安装部23和传力节点设置在摇臂主架21一端，摇臂主架21另一端与震荡浮萍1的中部铰接。摇臂主架21上通过浮萍限位部连杆27连接有第一浮萍限位部28和第二浮萍限位部29，第一浮萍限位部28和第二浮萍限位部29分别位于摇臂主架21与震荡浮萍1铰接点的两侧。摇臂主架21采用钢架结构，其钢管内灌注混凝土以提高管件的刚度，在同等性能情况下降到建造成本。摇臂主架21呈长三角体钢架传力机构。第一浮萍限位部28和第二浮萍限位部29均为限位筒。浮萍限位筒将浮萍的转动限制在一定范围内，防止由于浮萍的过度转动造成损害。
摇臂主架21上还设有摇臂仰角限位支点25和摇臂俯角限位支点26，将摇臂的摇动角度控制在设计范围内，防止在极限情况下，浮萍与铺展钢龙架模块4之间出现折叠翻滚破坏。震荡浮萍1在海浪作用下带动摇臂主架21向上摆动至预设的最大角度时，摇臂仰角限位支点25上的凹面与设置在铺展钢龙架模块4上的第一圆管41侧壁相抵，防止摇臂主架21进一步上摆，如图8所示；震荡浮萍1随海浪下降，当摇臂主架21向下摆动至预设的最大角度时，此时摇臂俯角限位支点26上的凹面与铺展钢龙架模块4上的第二圆管42侧壁相抵，防止摇臂主架21进一步下摆，如图10所示。
本实施例中，发电模块采用高压油发电机(图中未画出)。铺展钢龙架模块4的顶部设有齿杆双向柱塞泵3。动力摇臂2要在复杂多变的海洋环境下将震荡浮萍的机械能高效稳定地传递到齿杆双向柱塞泵3上。齿杆双向柱塞泵3包括一条可沿直线往复移动的双向齿条推拉杆32和两个对称布置安装在铺展钢龙架模块4上的直塞泵缸体31，双向齿条推拉杆32两端分别与两个直塞泵缸体31活动配合。传力齿盘24与双向齿条推拉杆32上的齿相啮合。浮萍通过齿盘与齿杆双向柱塞泵3实现软连接，避免齿杆双向柱塞泵3遭受海浪冲击的硬损伤。传力齿盘24因震荡浮萍1升降而往复摆动时，带动双向齿条推拉杆32做直线往复移动，交替给两个直塞泵缸体31内的液压油加压，高压液压油被输送至高压油发电机，实现发电的功能。
此外，传力齿盘24也可以直接通过其摆动带动发电机发电。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
Claims (8)
1.海波能收集铺展模块的摇臂浮萍结构，其特征在于，包括震荡浮萍(1)和动力摇臂(2)；动力摇臂(2)的其中一端设有摇臂摆动铰接点安装部(23)和用于与发电模块联动的传力节点，传力节点以摇臂摆动铰接点安装部(23)为摆动中心；动力摇臂(2)的另一端与震荡浮萍(1)的中部铰接。
2.根据权利要求1所述的海波能收集铺展模块的摇臂浮萍结构，其特征在于，所述震荡浮萍(1)包括设有中空内腔的第一浮体外壳(11)和第一内嵌骨架(2)；所述动力摇臂(2)的一端与第一内嵌骨架(2)铰接；所述第一浮体外壳(11)底部两侧均设有浮体迎波弧面(112)，两侧的浮体迎波弧面(112)分别位于动力摇臂(2)与第一内嵌骨架(2)铰接点的两侧。
3.根据权利要求2所述的海波能收集铺展模块的摇臂浮萍结构，其特征在于，所述第一浮体外壳(11)内设有将其内腔分隔成若干第一配重格(15)和第一浮力格(16)的第一浮体内结构格板(13)；所述第一配重格(15)位于第一浮体外壳(11)内腔中部，第一浮力格(16)位于第一浮体外壳(11)内腔中靠外的部分。
4.根据权利要求2或3所述的海波能收集铺展模块的摇臂浮萍结构，其特征在于，所述第一内嵌骨架(2)包括相连接的第一横向骨架(122)和第一竖向骨架(121)；所述第一浮体外壳(11)的内腔中设有裹骨架加劲肋板(14)，裹骨架加劲肋板(14)包裹在第一横向骨架(122)外侧；第一竖向骨架(121)一端伸出至第一浮体外壳(11)外且与所述动力摇臂(2)一端相铰接。
5.根据权利要求1所述的海波能收集铺展模块的摇臂浮萍结构，其特征在于，所述传力节点设有用于与发电模块联动的传力齿盘(24)，传力齿盘(24)以所述摇臂摆动铰接点安装部(23)为摆动中心。
6.根据权利要求1所述的海波能收集铺展模块的摇臂浮萍结构，其特征在于，所述动力摇臂(2)包括摇臂主架(21)，所述摇臂摆动铰接点安装部(23)和传力节点设置在摇臂主架(21)一端，摇臂主架(21)另一端与震荡浮萍(1)的中部铰接；摇臂主架(21)上通过浮萍限位部连杆(27)连接有第一浮萍限位部(28)和第二浮萍限位部(29)，第一浮萍限位部(28)和第二浮萍限位部(29)分别位于摇臂主架(21)与震荡浮萍(1)铰接点的两侧。
7.根据权利要求6所述的海波能收集铺展模块的摇臂浮萍结构，其特征在于，所述摇臂主架(21)上还设有摇臂仰角限位支点(25)和摇臂俯角限位支点(26)。
8.根据权利要求2所述的海波能收集铺展模块的摇臂浮萍结构，其特征在于，所述动力摇臂(2)与震荡浮萍(1)的铰接点位于震荡浮萍(1)的上方；震荡浮萍(1)的第一浮体外壳(11)顶部设有浮体上部斜面(111)，动力摇臂(2)与震荡浮萍(1)的铰接点位于浮体上部斜面(111)的最高点。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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