专利名称：海浪发电设备的制作方法
海浪发电设备本发明涉及可再生能源领域，特别是一种能将水力能源转换为电能的设备。目前使用的海浪发电设备包括至少一个悬浮式水泵，发电水轮机以及连接水泵和水轮机的管线(参考专利RF NO :2316670)。此外，该设备还包括有安装于露天水域低部的竖向轴承，设有摇摆的杆，在其上部，安装有漂浮设备，漂浮设备安装于杆的一端末尾，杆的另一端物理连接在水泵机，载有发电机的水轮机位于岸上，通过中介水箱在水泵机和水轮机之间进行供水的管线，也位于山上，废水通过管线传输回露天水域。通常来说，这样的设计中，漂浮式水泵机置于露天水域中(如海，洋)，离岸有非常远的距离，以获得更高的海浪幅度，基于此，需要扩大水泵机的容量。就这一点来说，漂浮式水轮机离岸越远，作为中介的水箱越高，那么所需管线的长度越长，所耗能量越大。现有的在使用中的海浪发电设备包括至少一个悬浮式水泵，载有发电 机的水轮机以及用于连接水泵和水轮机的管线(参见公开的信息，链接http://dartmouthwaveenergy. com/)。在这种情况下,悬浮式水泵被安装于露天水域上，并通过带链条的锚保持在特定的位置，载有发电机的水轮机位于岸上，管线将海水从水泵通过中介水箱(中介水箱也位于岸边的山上)传输到水轮机中，而废水则通过管线输送回露天水域中。漂浮系统自身包括两个漂浮物，一个位于下方并直接连接在锚以及水泵上；另一个则靠近水面并连接在泵杆上。当浮标随着海浪的作用而拆卸时，浮标自身会因为海水进入管线而作用于泵杆上。通常，像这样的悬浮式水泵会被安装于露天水域(如海，洋)，且离海岸很远，以得到更大的海浪振幅能量，并增大水泵机的抽水量。就这一点来说，漂浮式水泵机离岸越远，作为中介的水箱位置越高，那么管线的长度越长，水泵机所需要的能量也越多。以上所述设计的不足之处使得现在的设备在使用中损失了大量的能量，这要归咎于当水从露天水面中通过管线进入水箱时产生的液体阻力。在使用过程中，管线内部的表面会因抽入海水快速产生污染，使得管线内径变小而通常会让设备损耗一些功效，因为水的容量变小了而且增加了额外更换管线的成本，从而增加了以上设备的使用成本。另一个不足之处是漂浮式水泵机支架系统的不稳定性。海浪产生的巨大波动除了引起垂直竖向的重新定位，也会引起漂浮系统的倾斜负载过大，使得漂浮系统的固定节点产生相对的摇摆当安装在锚上时。当海浪很大时，会产生直接向上的力而影响漂浮装置，可能导致锚的拖曳移动，可能使得整个系统翻覆。还有一个不足之处是已知漂浮系统的低效性，会降低海浪的利用效率。这些系统适用于安装在深度相对较小的位置，那里海浪的幅度也相对较小，因此海浪的冲击能也小。与之相连的许多漂浮系统不得不安装在一大片范围内以增加生产效能，这会反过来增加生产制造，安装以及工作运转中的成本。本发明的任务是增加该海浪发电系统工作的稳定性和高效性，减少在将水抽入管道时的水力损失以及生产制造、安装、工作运转中的成本消耗。解决所述问题的方法可由采取以下得到已知的海浪发电设备包括至少一个漂浮式水泵，载有发电机的水轮机以及连接水泵机和水轮机的管线，还包括离岸的位于海平面的平台，载有发电机的水轮机安装在平台上。
所述海浪发电设备可能还包括
位于平台上的减振箱，安装于水泵机和水轮机之间，在这种情况下，箱体在其较低的位置有进口和出口连接在管线上一进口通过一部分管线连接在水泵机上，出口通过另一部分管线连接在水轮机上。减振箱的上部能够部分地填入从漂浮式水泵机中抽入的水，从而在水面和形成减振箱之间形成空气垫。安装于平台坚固边框上或杆上的储存箱，在这种情况下，储存箱是开口的，在其较低的位置设有一个出口，通过一部分管线和水轮机相连，其中部分的管线连接在水泵机的一头，水泵机的另一头连接于开口的储存箱，以提高其储水量。除此之外，所述的海浪发电设备的平台上可装有升降吊机。除此之外，所述海浪发电设备的漂浮式水泵机可被直接安装在平台的较低位置，并通过穿过平台的管线与之稳固地相连，水泵的漂浮装置设有通孔，覆盖着管线，并能够沿管线做如沿导轨的垂直纵向移动，从平台上部穿出，套管能够连接管线，套管的低部设计成 扩大部分，并封闭。漂浮装置设有环形件，覆盖了套管低部扩大的部分，能够与之相互移动，从而在漂浮装置和套管扩大的部分形成了环形的腔体，腔体设有至少一个进阀，位于环形件壁上，以使海水能进入环形腔。在漂浮装置随海浪上升时，其内部的容量会增大。漂浮装置随海浪下降的过程中，环形腔内的容量减少，在位于套管扩大部分或本身就位于离扩大部分很近的套管上，安装有至少一个出阀，使水从环形腔进入管线。平台可能有一个以盖子形式安装在开口上的可拆卸部分，在此情况下，水泵机的轴套穿过平台的可拆卸部分，平台开口(即可拆卸部分安装的位置)的尺寸超过漂浮式水泵的尺寸。当在平台的较低位置安装漂浮式水泵机或平台的可拆卸部分时，所述的海浪发电设备可能还另外在外部包括导向件。除此之外，为了在漂浮装置沿海浪下降以及沿海浪上升时都能够最大化地利用海浪能，在所述海浪发电设备较低位置安装的漂浮装置上设有环形件，在套管凸出的扩大部分设有端盖，能够在盖子和套管扩大部分低位的封闭端形成腔体，腔体的端盖上，或紧邻端盖的环形件壁上设有至少一个进阀，在漂浮装置随海浪下降的过程中，当末端腔体内容量增加时，能够使水可以从海里进入末端腔室。在套管封闭的末端安装有至少一个出阀，在漂浮装置随海浪上升的过程中，当末端腔体的容量减少时，能够使水从末端腔体进入套管。与此同时，所述海浪发电设备中漂浮式水泵发电机设有控制漂浮部件竖向拆卸距离的控制器，该控制器可通过已知制造方法被制造，漂浮部件自身设有至少一个安全阀以控制水流入漂浮装置，在此情况下，安全阀连接在控制漂浮部件竖向拆卸距离的，连接方式为任一已知现有技术，当漂浮部件中的压力负载到达极值时，安全阀开启。安装于海面上平台上的离岸设备，其有效性可以使用于从水泵机到涡轮机之间传输水的管线，管线长度大幅减少，因为这使得在水泵机旁安装涡轮机变得可行，在此情况下，就没有必要再将水传输向海岸，这是管线的长度主要减少的部分，同时，也减少了维护和置换的成本。除此之外，海上单元还能够被安装在较深的位置，利用更大的海浪，从而增加了所述海浪发电设备的效率。位于水泵机以及水轮机之间的减振箱和储存箱，安装于平台上，能增加海浪发电设备的工作效率，因为能够调整压力值，保证向涡轮机的供水均衡。
平台上吊机的作用是能够举起平台上的设备，使其被修整或移除，从而免除了将设备运输到岸上的麻烦，也不需要额外的起重船，减少了工作中的成本开销。漂浮式水泵机在其较低的位置稳固地连接于平台上，保证了漂浮系统在操作过程中的稳定性，因此，提高了海浪发电设备操作时的效率。除此之外，还能够使海浪发电设备安装在较深的海域，通过较大的海浪增加装置的工作效率。水泵机和水轮机之间连接管线的长度最大程度地减少了，使得能量的损失也减少了，管线自身的成本以及管线维护的成本在上述海浪发电设备中都减少了。将水泵机中以圆柱体形式制造的漂浮部件以及以导杆形式制造的管线，稳固地连接在平台上，减少了漂浮式水泵机系统的零件数量，一般这样就能在工作的时候获得更大的工作效率。可拆卸部分以端盖形式安装在平台开口处，即悬浮式水泵所安装的位置，其作用是能够快速将该可拆卸部分和平台上的悬浮式水泵机一起抬起，这样就不用在维护，修理以及置换的过程中进行潜水工作和/或使用额外的漂浮设备，减少了上述海浪发电设备的 成本，增加了工作效率。导向件从外部覆盖了漂浮设备，其作用是能够减少中央导管的负载，减少了管线和漂浮设备之间作用区域的磨损，增加了设备工作时的可靠性。漂浮设备上控制垂直移动距离的控制器以及控制进水的安全阀，其作用是万一海浪过大，超过了设计值时，防止对系统的损伤，增加了所述海浪发电设备工作时的稳定性。附加的示意图说明了上述的技术
图I展示了附有装于露天水域底部的漂浮式水泵机，及水轮机的海浪发电设备的一个实施版本。图2展示了图I所示的一个海浪发电设备的实施版本，装有额外的减震箱。图3展示了图I所示的一个海浪发电设备的实施版本，装有额外的储存箱。图4展示了图I所示的一个海浪发电设备的实施版本，平台上装有额外的起重机。图5展示了一个海浪发电设备的实施版本，在海上离岸平台的较低部分装有一一个漂浮式水泵机，该水泵机直接向水轮机供水。图6-7展示了安装于平台较低部位的漂浮式水泵机一个实施版本的实体。图8-9展示了安装于平台较低部位的漂浮式水泵机另一个实施版本的实体。
图10展示了图5所示的海浪发电设备的一个实施版本，装有一个额外的减震箱。图11展示了图5所示的海浪发电设备的一个实施版本，装有一个额外的储存箱。图12展示了所示的海浪发电设备的一个实施版本，在操作位置的平台，其可拆卸部件安装有漂浮式水泵。图13展示了图12所示的海浪发电设备的一个实施版本，但是有可拆卸部件以及漂浮式水泵机的平台处于抬升的位置，用于进行例如修理等操作。图中位置I是稳固安装于露天水域的近海装置。平台2浮于海面上并安装在近海装置I上。图1-4所示的位置3是漂浮式水泵机，包括了两个漂浮装置4和5以及水泵机
6。漂浮装置5位于水下，直连水泵机6，并由锚7和锁链使之始终处于水面下的位置。漂浮装置4位于水面并连接在水泵机6的杆上。当漂浮装置4随海浪移动，它就会作用于水泵机的杆，这样，海水被抽入管道8，以使海水从漂浮式水泵机3传输到平台2上载有发电机的水轮机9。水轮机9上有一个排水孔10，以让污水倾斜到露天水域。在图2，从漂浮式水泵机3到水轮机9的供水系统中，平台2上额外装有减震箱11，减震箱11在其低部位有进口 12和出口 13的开口。进口 12接在管线8连于漂浮式水泵机3的部分，出口 13接在管线8连于水轮机9的另一部分。减震箱11的上部能够部分充填从漂浮式水泵3传输来的海水，在水面和减震箱上部形成了空气缓冲层。图3所示的海浪发电设备的另一个实施例，漂浮式水泵机3至水轮机9的供水系统，额外地装有储存箱14，储存箱14安装于刚性构架或杆15上，位于平台2上方。储存箱14的低位有一个出口开口 16，接在管线8与水轮机9相连的部分。管线8的另一部分的一端接在漂浮式水泵机3上，另一端作用于储存箱14的顶部，使之可以冲入水。可以在平台2上安装一个起重机抬起、安装漂浮式水泵3、水轮机9，或者是执行修理、维护等操作。图4特别地展示了一个起吊塔。 图5，10-13展示了海浪发电设备中，漂浮式水泵机18借助穿过平台2的管线19，安装在平台2上低位上不同的设计和安装例。管线8的一端通过连接件20于穿出平台的管线19的上部端口相连，管线8的另一端与水轮机9相连。导向件21装有用于控制垂直移动距离22的限制器22，其安装在漂浮装置23上，而漂浮装置23则安装在平台2的低位上(图5，10-13)。导向件21从外部覆盖了漂浮装置23,并能够产生相对移动。限制器22为已知现有技术制造，漂浮装置23设有已知的安全阀，用于向悬浮装置中充入水(未在图中示出)。在此情况下，安全阀以已知的连接方式连接在漂浮装置23中用于控制垂直移动距离的限制器22上。图6-7示出了漂浮式水泵18的设计实例。漂浮式水泵18包括管线19，稳固地连接在平台2上(例如在图5中所示)，漂浮装置23设有覆盖管线19的通孔24，能够沿管线19，将其作为导轨做竖向的移动。管线19有一个扩大的部分25，正好挡住了端盖26。在漂浮装置23的低位有一个与开口 24相配套的环形件27，此情况下，环形件27的内径覆盖了管线19下部的扩大部分25，能与之产生相对移动，由此在漂浮装置23和管线扩大部分25之间形成了一个环形腔。环形件27壁上设有进阀29，管线扩大部分25的上部设有出阀30.
图8-9示出了另一个漂浮式水泵机类似的实例，类似于图6-7中示出的漂浮式水泵机，在低位凸出的扩大部分25设有端盖31，能够在它和末端腔体32的低端26形成腔室。末端腔体在环形件27的端盖31设有进阀33，在扩大部分25的封闭末端26设有出阀34。图10-11参照图5，示出了海浪发电设备的一种实例，平台中，从漂浮式水泵机18到水轮机9间的供水系统，另外设有减震箱11 (图10)或储存箱14 (图11)。图12示出了位于平台可拆卸部件35低端的漂浮式水泵18的实例说明。在此实施例中，漂浮式水泵机18安装在平台的可拆卸部件35，在此情况下，可拆卸部件35以端盖形式安装在开口 36，其外形尺寸大于漂浮式水泵机18与覆盖水泵机的外部导向件21的外形尺寸。起重机17安装在平台2牢固的框架或杆15上，以实现吊装作业，例如，修理漂浮式水泵机18，水轮机9和其他设备。图12-13特别展示了塔式起重器。以下是对所述海浪发电设备工作运转的介绍。
图I特别展示的所述海浪发电设备，以以下方式运转。当漂浮装置4随海浪移动时，它会作用于水泵机6的杆，这样，海水就能够被抽入管线8。水从漂浮式水泵机3通过这个管线传输到水轮机9中。当水轮机9在水的作用下产生旋转，水轮机就会将这个力量传输到发电机，发电机再以现行已知的技术设备将电能传输给用户。水轮机9中的废水通过排水孔10倾倒入露天水域。载有发电机的水轮机安装在平台上邻近漂浮式水泵机的位置，这样就可以让将水从水泵机传输到水轮机的管线的长度大大减少。实施这个实施例，就没有必要再将水传输向海岸，或是不得不让设备挤占了重要的区域，如入海口，极大地减少了管线的长度，以及设备维修、更换的成本开销。除此之外，海上单元还能够被安装在相对更深的水域，得以利用更大海浪的能量，增加所述海浪发电设备设施工作的效率。在水泵机和水轮机之间另外安装的减震箱11 (图2)通过调整海浪对涡轮的压力， 增加了海浪发电设备的工作效率。所示载有存储箱的海浪发电设备(图3)的一个实施例，该存储箱被安装设置在平台2上非常高的位置，这和已知的将存储箱安装在岸上高处的实施例相类似，都是为了获得压差。而在这个连接中，对水轮机9的供水能够没有震动。安装在平台2上的塔式起重机17 (图4)，用于在平台上抬起设备，已进行修理或重置。这样就不需要将装备运送到岸上进行修理，也不需要长期使用额外的起重船，减少了日常维护、修理的成本。图5中所述海浪发电设备中的漂浮式水轮机18安装在平台2低的一端。漂浮式水轮机。漂浮式水轮机通过如下方式工作(图6-7)。当悬浮设备23随海浪上升(图6)，环形腔28会抽空，使得水从露天水域通过进阀29抽入环形腔28。在此过程中，位于扩大部分25上端的出阀30关闭。当悬浮设备23随海浪下降(图7)，环形腔中的压力增加，导致进阀29的关闭，出阀30开启。结果是环形腔中的水在压力作用下进入管19随后传输到水轮机9。为了减少环形腔28中压力的损失，以及减少漂浮装置23中开口 24在与套管19相互作用后内部环境的损害，该设备在套管19的扩大部分25以及环形件27的内表面之间设有压实机，和/或能够承受环形腔28压力的垫圈(未在图中显示)。附加的导向件21 (图5)，从外部覆盖了漂浮装置23，减少了套管19的负载，增加了漂浮式水泵机18的工作稳定性。在此情况下，导向件和外表面间可以设置滚轴，以减少漂浮装备23和导向件21的损耗。图8-9的漂浮式水泵机通过以下方式运转工作。当漂浮装置23随海浪上升(图8)，环形腔28的内部抽空，使得水从外部露天水域通过进阀29被抽入环形腔。在此过程中，扩大部分25的上端出阀30处于关闭状态。漂浮装置随海浪上升的同时，环形腔32末端的压力也上升，安装于封闭末端26的出阀34开启，而安装于端盖31的进阀33则关闭。因压力作用，水从腔体32末端通过进阀34进入驱动轴管19,随后进入水轮机9。当漂浮装置23 (图9)随海浪下降，环形腔28中的压力开始增大，使得进阀29关闭，进阀30开启，环形腔28中的水在压力作用下，进入管19，随后传输向水轮机9。漂浮装置23随海浪下降的同时，腔体32末端会排空，使从露天水域抽入的水通过进阀33进入腔体。在此过程中，腔体32末端的出阀34处于关闭。该漂浮式水泵机的具体实例，能够保证无论是漂浮装置23随海浪上升，当水从腔体32的末端进入管线，还是在漂浮装置随海浪下降，水从环形腔28进入管线，都可以使得水进入水轮机9，最大化的利用了海浪的能量。将水轮机的漂浮装置23制成筒状，稳固连接在平台2上，以及将水泵机的管线19制成杆状，可以减少漂浮式水泵机系统所需零部件的数量，并获得更大的工作效率，也增加了整个海浪发电设备的工作效率。如上所述，在工作过程中，会产生对漂浮式水泵机垂直纵向和水平横向的负载。因此，漂浮式水泵机与平台的牢固连接以及所设置的导向件21能够抵消负载，这就能够显著增加漂浮式水泵机以及整个系统工作的稳定性和可靠性。也可以在漂浮式水泵机18和水轮机9之间的供水系统安装额外的减震箱11 (图10)和储存箱14 (图11)，并将水泵机18安装在平台2的较低一端，这样就可以调整海水水 压。也可以将漂浮式水泵18安装在平台2 (图12)可移动部件35低的一端。可拆卸部分35被设计成安装在开口 36上的盖子，而开口 36则正是漂浮式水轮机18所安装的位置，这种设计可以让可移动部件35和平台上的漂浮式水泵机一起快速被抬起，以执行装配或维护的工作。这给维护和置换水泵机的部件带来了便利，因为不需要再进行潜水的工作，或是使用额外的船只，就减少了成本支出，增加了所述海浪发电设备的工作效率。图13给出了借助起重机17，同时在平台上抬起水泵机18和可移动部件35的实例示意图。为此，只需要将水管从悬浮式水泵机18的管线19上拆分，并将可移动部件35从平台2上拆卸即可。以上所述最优选的一个实例，是将水泵机从海面下，安装到海面上的平台，因为由于高强度的海上平台结构，相对于通过锚，安装在海底，现在水泵机能够被被制成更大的尺寸。一个直接安装在平台上的水泵机的功率可以等效替代几个安装在海底的小水泵机所产生的功率，而在有些情况下，当海上平台单元安装在深水，通过锚来固定漂浮式水泵是完全不可行的。海上单元可以按照本发明的实施而得以构造，但也可以使用目前已有的海上单元，例如，那些之前用于钻孔但现在还未涉及到钻孔的。这能够显著减少所述发明的实施成本。以上所述表明了本发明用于解决技术问题的规划方案，具有创造性和工业实用性。以上所述的技术方案由权利要求中的要点所决定，并不局限于实施例。例如，如果海上单元配有水轮机和漂浮式水泵，也可以通过操作人员按照本发明对海上单元的设施提供能源。可以根据权利要求中所表述的范围，运用本发明来使用其他实施例。
权利要求
1.一种海浪发电设备，包括至少一个漂浮式水泵，载有发电机的水轮机，连接水泵以及水轮机的管线，其特征在于所述海浪发电设备还包括有海上单元即安装于海面上的平台，所述载有发电机的水轮机安装在该海面平台上。
2.如权利要求I所述的一种海浪发电设备，其特征在于所述海浪发电设备在所述海面平台上的水泵和水轮机之间设置有减振箱，在平台低的部分，所述减震箱进口和出口开口连接与一部分管线相连，进口开口通过管线和水泵相连，出口开口通过另一部分管线和水轮机，所述减振箱的设计为箱体的上部能够部分充满从水泵处抽取来的水，从而在水面和箱体上部间形成空气的缓冲层。
3.如权利要求I所述的一种海浪发电设备，其特征在于所述海浪发电设备在所述平台的坚固框架或杆上设有存储箱，存储箱被设计为开放式，在其低位的出口，连接着通向水轮机的管线，部分连接在水轮机一端的管线连接与存储箱的上部，使之能够填入水。
4.如任一权利要求1-3所述的一种海浪发电设备，其特征在于所述海浪发电设备在所述海面平台上设有起重机。
5.如任一权利要求1-4所述的一种海浪发电设备，其特征在于所述悬浮式水泵安装在平台的较低位置，并借助穿出平台的管道牢固连接于平台上，水泵的漂浮设备上设有覆盖于管线的通孔，并可以沿着管道做类似于沿着导轨做竖直的运动，从平台上部穿出的导向管上部，被制成能够连接在管线上，导向管的低部被制成扩大的部分，并末端封闭；漂浮设备设有环形设备，覆盖着导向管低位扩大部分，能够和环形设备相互之间滑动，并在漂浮设备和导向管的扩大部分之间形成环形腔，在环形件壁上设有至少一个进阀，当漂浮设备随海浪上升，其容量增加时，海水进入环形腔；导向件的扩大部分或紧邻扩大部分的导向件上，装有至少一个出阀，在漂浮设备随海浪下降，环形腔内的容量减少时，水从环形腔进入导向管。
6.如权利要求5所述的海浪发电设备，其特征在于在至少有一个可拆卸部件，以盖子的形式安装在平台的开口处，水泵机的轴套穿过平台可拆卸部分，因此，平台上可拆卸部件的安装位置——开口的尺寸要大于漂浮式水泵机的尺寸。
7.如权利要求5或6所述的海浪发电设备，其特征在于在漂浮装置的外部，还覆盖有导向件。
8.如权利要求5或6所述的海浪发电设备，其特征在于导向件扩大部分上低位部分的环形件设有端盖，能够在它和导向件扩大部分的封闭末端间形成腔体，腔体在其端盖上或紧邻端盖的环形件壁至少设有一个进阀，当漂浮装置随海浪下降，腔体的容量增大时，向末端腔体引入水；导向件在其封闭端设有至少一个出阀，当漂浮装置随海浪上升，末端腔体的容量减少时，将水从腔体末端引入导向件。
9.如任一权利要求5-8所述的海浪发电设备，其特征在于漂浮式水泵机设有用于控制垂直移动的控制器，该控制器为现有已知技术。
10.如权利要求9所述的海浪发电设备，其特征在于漂浮装置设有至少一个安全阀，向漂浮设备中注入水，安全阀能够以已知的连接方式连接在控制垂直移动的控制器，而当漂浮装置的压力值上升时，控制器开启。
全文摘要
本发明涉及转换海浪能源的设备。所述海浪发电设备包括至少一个漂浮式水泵机(3)，一个载有发电机的水轮机(9)，一个将水泵机(3)与水轮机(9)连接的管线(8)，以及一个具有平台(2)的近海装置(1)，所述平台设置在海平面上方。所述水轮机(9)以及发电机安装在平台(2)上。这样增强了运作时的可靠性和效率，当将水抽入管线时，减少水力损失，以及减少生产、安装和运行成本。
文档编号F03B13/18GK102947582SQ201080056029
公开日2013年2月27日 申请日期2010年11月22日 优先权日2009年12月9日
发明者鲍里斯·弗拉基米罗维奇·希尔维斯特罗夫 申请人:鲍里斯·弗拉基米罗维奇·希尔维斯特罗夫, 阿斯加尔·穆尔萨尔·奥格卢·诺夫卢佐夫