CN202483790U

CN202483790U - 波浪能转换装置

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Publication number: CN202483790U
Application number: CN2012200419064U
Authority: CN
Inventors: 谭军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2022-02-09

Abstract

本实用新型涉及能量转换装置，公开了波浪能转换装置，包括悬浮于水面上或水中的悬浮架、连接于所述悬浮架且可将水上波浪的起伏运动耦合为自身运动的波浪振动耦合机构以及能量转换结构，所述波浪振动耦合机构中具有液压缸，所述液压缸中具有可随波浪起伏运动而上下移动的活塞杆，所述能量转换机构通过管路连通于所述液压缸。本实用新型中的波浪能转换装置是悬浮在海面上的，其不会受到波浪的冲击破坏，建设成本低，且可靠性高，在进行波浪能转换的过程中，其能量输出较为稳定，不会受潮位影响，且该装置用于对重力波的捕捉，其捕捉效率高。

Description

波浪能转换装置

技术领域

本实用新型涉及能量转换装置的技术领域，尤其涉及波浪能转换装置。

背景技术

地球上将近70％的面积是水域，其中在海洋和大型湖泊存在很大的波浪，这些波浪中蕴含着巨大的能量，在能源短缺的今天，如何有效的利用这些取之不尽的可再生能源，已经成为人们所关注的焦点。

目前，已经出现了多种波浪能转换装置，其中著名且接近实用的有索尔特波浪能装置、PELAMIS波浪能转换装置、沉箱摆板式波浪能转换装置、海底液压缸式波浪能转换装置和岸基蜗轮潮汐电站等。由于这些装置在可靠性、经济性、稳定性和能量捕获效率方面存在缺点，目前还不能大规模的利用海洋波浪能。

波浪由深海向海岸传播时会发生变形，会发生波浪破碎，这对岸上建筑有巨大的冲击破坏，因此，现时建立在岸基的波浪能转换装置必须建设的非常牢固，即不经济，也不可靠，另外，由于潮位的变化，建立在岸基的波浪能转换装置1的输出也不稳定。

PELAMIS波浪能转换装置是浮在海面上的波浪能转换装置，其不容易被海浪击毁，但为了稳定、有效地输出高压液压能，其浮桶的长度和直径的尺度比较大，因此只能捕获大波浪波陡的波浪能，且该波浪能转换装置的液压缸的活塞杆受极大的压力，由于材料强度和结构尺寸的制约，其使用寿命较短，可靠性也差。

海底液压缸式波浪能转换装置的主要部件都固定在水面以下，其维护麻烦，能量输出也麻烦。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供波浪能转换装置，旨在解决现有技术中的波浪能转换装置可靠性差、不经济、波浪捕捉效率低以及能量输出不稳定的问题。

本实用新型是这样实现的，波浪能转换装置，包括悬浮于水面上或水中的悬浮架、连接于所述悬浮架且可将水上波浪的起伏运动耦合为自身运动的波浪振动耦合机构以及能量转换结构，所述波浪振动耦合机构中具有液压缸，所述液压缸中具有可随波浪起伏运动而上下移动的活塞杆，所述能量转换机构通过油路连通于所述液压缸。

进一步地，所述悬浮架包括两个平行设置且可通过内部注压载水悬浮于水中的浮筒以及跨设于所述两个浮筒上方且呈拱起状的框架。

进一步地，所述框架内侧设有悬挂梁，所述波浪振动耦合机构包括所述液压缸以及随波浪的起伏运动可带动所述活塞杆上下移动的质量体，所述液压缸的上端连接于所述悬挂梁，所述质量体连接于所述活塞杆。

进一步地，所述质量体外形为方形状，其宽度方向与波浪的波向线平行设置。

进一步地，还包括用于平衡以及储能的平衡储能器，所述平衡储能器连通所述液压缸的下腔。

进一步地，所述能量转换机构包括连通所述油路且可由所述油路中的液体介质驱动运动的液压马达以及连通于所述油路且用于盛装液体介质的容器。

进一步地，所述油路中还设有可稳定液体介质于所述油路中的压力的稳压储能器。

进一步地，所述浮筒的外侧或内侧设有相对应向外延伸或向内延伸的稳定片板。

进一步地，所述波浪振动耦合机构包括数个所述质量体以及数个所述分别与所述质量体对应的液压缸，所述数个质量体并列平行设置。

进一步地，沿所述质量体的宽度方向，所述相邻质量体通过柔性件连接。

与现有技术相比，本实用新型中的波浪能转换装置是悬浮在海面上的，其不会受到波浪的冲击破坏，建设成本低，且可靠性差，在进行波浪能转换的过程中，其能量输出较为稳定，不会受潮位影响，且该装置用于对重力波的捕捉，其捕捉效率高。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的波浪能转换装置的立体示意图；

图2为本实用新型实施例提供的波浪能转换装置的剖视示意图；

图3为本实用新型实施例提供的波浪能转换装置的主视示意图；

图4为本实用新型实施例提供的波浪能装换装置的工作原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供了波浪能转换装置，包括悬浮于水面上或水中的悬浮架、连接于所述悬浮架且可将水上波浪的起伏运动耦合为自身运动的波浪振动耦合机构以及能量转换结构，所述波浪振动耦合机构中具有液压缸，所述液压缸中具有可随波浪起伏运动而上下移动的活塞杆，所述能量转换机构通过油路连通于所述液压缸。

本实用新型中，波浪能转换装置可避免波浪的冲击破坏，建设成本低，较为可靠，且其能量输出较为稳定，不会受潮位影响，另外，该装置用于对重力波的捕捉，其捕捉效率高。

以下的波浪能转换装置可以用于对海洋或湖泊的波浪能进行转换，并不仅限制于海洋中的波浪能，以下结合具体附图对本实用新型的实现进行详细的描述。

如图1～4所示，为本实用新型提供的一较佳实施例。

本实施例中的波浪能转换装置1放置在悬浮在海上，当然，但其用于对湖泊中的波浪能时，其则是悬浮在湖面上。优先考虑布置在波浪发生破碎之前的波浪场，其包括悬浮在海面上或海水中的悬浮架10、连接于所述悬浮架10上的波浪振动耦合机构11以及能量转换机构13，其中，悬浮架10的下端浸泡在海水中，该部分浸泡在海水中的体积所产生的浮力，可以使得整个波浪能转换装置1悬浮在海面上；波浪振动耦合机构11可以随波浪的起伏运动而上下移动，即将波浪的起伏运动(即振动)耦合为自身运动，该波浪振动耦合机构11中具有液压缸112，由于波浪的起伏运动耦合到波浪振动耦合机构11的上下移动，波浪振动耦合机构11中的液压缸112的活塞杆则也会随着波浪的起伏运动而来回移动，从而推动液压缸112中的液压油运动；能量转换机构13通过可供液压油流动的油路连接在波浪振动耦合机构11的液压缸112上，其可以将液压油的运动能量进行转换。

在上述的波浪能转换装置1中，海面上的波浪一直在起伏运动，波浪振动耦合机构11，则可以将波浪的起伏运动转换为液压油的运动能，液压油通过油路流动，并带动能量转换机构13中其它设备的运动，从而实现能量转换。该波浪能转换装置1悬浮在海面上，其不会受到波浪的冲击破坏，建设较为经济，也可靠性高，在进行波浪能的转换过程中，其不会受到潮位的变化影响，故其能量输出也较为稳定，波浪按其长短不同分类，可以分为表面张力波、短周期重量波、重量波、长周期重量波、长周期波、超潮波，其中重量波所含的能量占海洋波浪能的大部分，该波浪能转换装置1捕捉的是波浪的起伏运动的能量，即重量波的能量，其捕捉效率高。

上述中的悬浮架10包括两个平行设置的浮筒101以及跨设在两个浮筒101之间的框架103，该框架103的两端分别连接在两个平行的浮筒101上，且向上拱起呈弧形状。

浮筒101中可以注水压载，从而使得浮筒101完全浸没在水面下，这样，悬浮架10的吃水线则处于浮筒101的框架103处，这样，可以减少悬浮架10吃水线所在平面的截面积，从而增加整个悬浮架10在波浪中的稳定性，提高波浪振动耦合机构11的效率，上述中配有两个浮筒101，增加了系统的跨度，同样是为了稳定。

本实施例中，上述的框架103中设有监控舱105和设备舱106，可以在监控舱105中放置一些监控设备，用于监控整个波浪能转换装置1的运作，而设备舱106则可以放置一些该波浪能转换装置1需要用到的设备配件。监控舱105和设备舱106设置在框架103的上端上，这样，可以避免海水对设备配件等的影响。

该波浪能转换装置1悬浮在海面上，海水不断在波动，为了增强该波浪能转换装置1在海面上的稳定性，上述的两个浮筒101的外侧都设有向外延伸的稳定片板102，增加该波浪能转换装置1和海水的接触面积。

当然，也可以在两个浮筒101的内侧设置向内延伸的稳定片板，具体的设置可视实际情况而定。

为了安装波浪振动耦合机构11，上述的框架103上设有悬挂梁104，该悬挂梁104设置在框架103的内侧，相当于悬挂在框架103上，而上述的波浪振动耦合机构11则是直接连接在悬挂梁104上。

本实施例中，波浪振动耦合机构11包括质量体111以及液压缸112，液压缸112上端悬挂在悬挂梁104上，质量体111则连接在液压缸112下端的活塞杆上，且质量体111的下端泡浸在海水中，这样，随着海水波浪的到来，波浪起伏运动，质量体111泡浸在海水中的体积会发生变化，这样，海水对质量体111的浮力也会发生变化，且由于质量体111的质量是不变的，其重量也是不变的，这样，质量体111对液压缸112的活塞杆的拉力也会发生变化，并不恒定，由此，随着波浪的起伏运动，质量体111也会带动液压缸112的活塞杆上下移动，从而，推动液压油的运动，而液压油运动至能量转换机构13中，从被进行能量转换，可以转换为其它运动能，也可以是其它类型的能量输出。

本实施例中，浮筒101通过注水压载，完全浸没在水面以下，减小悬浮架10的吃水线所在平面的截面积(水线面积)，从而增加整个悬浮架101在波浪中的稳定性，当波浪在上下起伏运动时，整个悬浮架10不会随波浪起伏变化，同时，质量块111则会及时地随着波浪起伏运动，质量体111和悬浮架10之间产生相对运动，进而才有可能把能量收集。

本实施例中，质量体111的外形是规则，为方形体，这样，可以便于制造，也便于对其重量和海水对其浮力的计算。当然，质量体111的外形也可以为不规则形状，具体可视实际情况需要而定。

假设质量体111的重量为G，横截面积为A，高度为H，进入海水中的深度为h，这样，质量体111对液压缸112的活塞杆的拉力为F＝G-A*h*g*ρ，质量体111对液压缸112的活塞杆的最小拉力为F_min＝G-A*H*g*ρ，最大拉力则为F_max＝G。

为了能够和波长较小的震动波浪耦合，本实施例中的质量体111的宽度方向和波向线平行，当然，在结构允许的情况下，质量体111的宽度则是越小越好。宽度越小，其反应则是越灵敏。

为了使得该质量体111能够和波高较小的波浪耦合，质量体111的外形设计为扁平状，其面积A则应该尽量设计为较大值，这样，其对波高较小的波浪的耦合才会越灵敏。

在质量体111的作用下，为了使得活塞杆推动的液压油的运动较为稳定，本实施例中，波浪振动耦合机构11还包括平衡储能器114，该平衡储能器114连通液压缸112的下腔，其可以保证液压缸112的液压缸112下腔的压力稳定，用于平衡和储能。其作用原理是这样的：在波浪向上运动时，质量体111所受的浮力增大，平衡储能器114中存储的能量推动活塞杆向上运动，并将高压的液压油从液压缸112上腔泵出，同时活塞杆拉动质量体111，活塞杆的拉力和浮力一起使质量体111向上运动；在波浪向下运动时，由于浮力减小，质量体111的重力拉动活塞杆向下运动，液压缸112的上腔吸入低压的液压油，同时压缩平衡储能器114的气体，平衡储能器114进行储能。在上述整个循环过程中，液压缸112的活塞杆内部始终只受到拉应力，这可保证波浪能转换装置1的工作可靠性，且由于平衡储能器114的气体响应速度非常快，在波浪起伏的极短的时间内，只有平衡储能器114才能提供大流量的液压油，保证藕荷的灵敏性。

本实施例中，波浪振动耦合机构11包括有数个并列设置的质量体111，当然，也包括了数个液压缸112，每个质量体111和每个活塞杆配对，形成多对并列设置的质量体111和液压缸112。

上述中的质量体111的重量为G，为了能够输出的液压油具有更高的压力以及提高效率，在稳压储能器稳压能力允许的条件下，质量体111的重量G越大越好。

上述中质量体111通过钢索连接在液压缸112的活塞杆上，而为了避免相邻部分的质量体111之间由于碰撞而被破坏，质量体111的前后表面上设有缓冲块，缓冲块可以为柔性材料制成，例如，橡胶材料等。

为了避免质量体111之间晃动而相互破坏，沿质量体111的宽度方向，相邻质量体111的左右两侧分别通过柔性件113连接，这样，成列设置的质量体111通过柔性件113连成一体，可以避免质量件在上下运动的过程发生摆转。

当然，上述中的柔性件113可以是钢绳，也可以为其它类型的绳子。

本实施例中，质量体111的数量为32个，分成两列设置，当然，液压缸112的数量也是32个，和质量体111的数量对应。

能量转换机构13包括连通油路且可由液压油带动运动的液压马达135以及用于储存液压油的容器137，该液压马达135和容器137分别连通油路，这样，可以保证液压缸112中由活塞杆推动的液压油可以对液压马达135进行做功，以进行能量转换，当然，容器137则可以用于盛装液压油，以保证整个油路中，液压油的循环流动。

当然，能量转换机构13还包括发电机，其连接在液压马达135上，可由液压马达135带动做功，将液压马达135的动能转换为电能。

为了使得液压油在油路中的单向流动，避免发生逆流现象，油路中还设有单向阀132，该单向阀132只允许液压油往单一方向流动。且单向阀132和单个液压缸112之间可以形成柱塞式液压泵。

为了使得液压油在油路上压力稳定，本实施例中，油路中还设有稳压储存器133，该稳压储能器可以对液压缸112输出的高压液压油进行滤波，进而使得液压油在油路中保持压力稳定，进而，液压马达135的运动也较为稳定。

油路中还设有可控制液压油流量的节流阀134，依液压油流入液压马达135的方向，节流阀134是设置在液压马达135的后方的，这样，可保证节流阀134可以对流入液压马达135的液压油的流量进行控制。

为了安全起见，本实施例中的油路中设有安全阀136，当油路中的液压油压力过大，超出液压马达135的承受能力时，该安全阀136可以打开，从而卸去部分压力，以保证整个油路的安全。上述中的安全阀136设于油路中，且和液压马达135并联设置，这样，在液压油不超过安全阀136设定的值时，液压油进入液压马达135，带动液压马达135做功，当液压油超过安全阀136设定的值时，安全阀136则会打开，从而卸掉液压油的部分压力。

上述中所描述的液压油仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，其它液体介质同样适用，比如海水。

以下对500KW的波浪能转换装置1的设计进行介绍：

液压缸112选择缸径为D＝60MM、活塞杆直径为d＝54MM、行程为s＝500MM的高压液压缸112，平衡用的储能器选用气囊式储能器。在浮力为零时的极端情况下，也就是质量体111没有浸入海水中，在质量体111的拉力作用下，液压缸112的活塞杆运动到最下端，平衡储能器114中最高压力取28MPa；在浮力最大的情况下，液压缸112的活塞杆运动到接近最上端时，仍然能够输出最大16MPa的高压液压油，这样，可以计算出质量体111的重量为11.62吨，取13吨。液压缸112的活塞杆向上运动到接近最上端时，需要10.37吨的浮力平衡输出液体时的压力，质量体111的体积取12M³，此时平衡储能器114需要有27.4MPa的压力来平衡液压油的输出压力、重量和浮力。相应地，如果平衡储能器114的初始充气压力取25MPa，则平衡储能器114的最小容积是117升，取标准型号的储能器容量为150升。将两列共32只液压缸112和32只平衡用的平衡储能器114安装在悬挂梁104上，质量体111用钢板焊接成长6米、宽2米、高1米，体积为12M³的长方形水箱，注满水配重后使其重量达到13吨。

如果按周期为3秒，波高1.5米的海浪估算，32只液压缸112能够输出高压液体的流量为2035升/分。如果按16MPa输出压力计算，总功率为570KW，选用4台流量为1000升的标准轴向柱塞变量马达，配4台250KW的发电机。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.波浪能转换装置，其特征在于，包括悬浮于水面上或水中的悬浮架、连接于所述悬浮架且可将水上波浪的起伏运动耦合为自身运动的波浪振动耦合机构以及能量转换结构，所述波浪振动耦合机构中具有液压缸，所述液压缸中具有可随波浪起伏运动而上下移动的活塞杆，所述能量转换机构通过油路连通于所述液压缸。

2.如权利要求1所述的波浪能转换装置，其特征在于，所述悬浮架包括两个平行设置且可通过内部注压载水悬浮于水中的浮筒以及跨设于所述两个浮筒上方且呈拱起状的框架。

3.如权利要求2所述的波浪能转换装置，其特征在于，所述框架内侧设有悬挂梁，所述波浪振动耦合机构包括所述液压缸以及随波浪的起伏运动可带动所述活塞杆上下移动的质量体，所述液压缸的上端连接于所述悬挂梁，所述质量体连接于所述活塞杆。

4.如权利要求3所述的波浪能转换装置，其特征在于，所述质量体外形为方形状，其宽度方向与波浪的波向线平行设置。

5.如权利要求1至4任一项所述的波浪能转换装置，其特征在于，还包括用于平衡以及储能的平衡储能器，所述平衡储能器连通所述液压缸的下腔。

6.如权利要求1至4任一项所述的波浪能转换装置，其特征在于，所述能量转换机构包括连通所述油路且可由所述油路中的液体介质驱动运动的液压马达以及连通于所述油路且用于盛装液体介质的容器。

7.如权利要求1至4任一项所述的波浪能转换装置，其特征在于，所述油路中还设有可稳定液体介质于所述油路中的压力的稳压储能器。

8.如权利要求2至4任一项所述的波浪能转换装置，其特征在于，所述浮筒的外侧或内侧设有相对应向外延伸或向内延伸的稳定片板。

9.如权利要求3或4所述的波浪能转换装置，其特征在于，所述波浪振动耦合机构包括数个所述质量体以及数个所述分别与所述质量体对应的液压缸，所述数个质量体并列平行设置。

10.如权利要求9所述的波浪能转换装置，其特征在于，沿所述质量体的宽度方向，所述相邻质量体通过柔性件连接。