专利名称：水母式波浪能利用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种离岸漂浮式波浪能利用装置。
背景技术：
目前有各种各样的波浪能发电装置，其原因均是依靠波浪运动过程中产生的压差 做功，通过能量转换装置将波浪能转换成电能。但是，目前的波浪能发电装置均存在结构复 杂、能量转换效率低、不易于维护、成本高等缺点，不适应大规模推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种便于推广应用的离岸漂浮式波浪能利用装置。 本发明能量转换装置的主体为囊状泵，装置的外形类似海洋中的水母，所以取名
为水母式波浪能利用装置。 本发明装置的结构如图1所示，装置上端为体积较大的软囊l，软囊1部分露出水 面或全部淹没于水下，但不宜淹没过深，软囊1迎波宽度越大，装置吸收波浪的能量越多； 软囊1下部开孔连接管路2 ;管路2末端连接活塞式囊3，活塞式囊3的作用类似于液压缸 活塞；活塞式囊3的底部作用在块状浮体结构4的上端面，块状浮体结构4下端面连接装置 的二级能量转换机构5，该机构可以是直线电机或液压缸等；活塞式囊3、块状浮体结构4、 二级能量转换机构5都安装在桶状结构物6内自成一体；桶状结构物外侧上配有对称分布 的浮体7 ;同时桶状结构物6通过锚链8系泊于海底。 本发明装置的工作原理是这样的装置通过锚链系泊于海底，整个装置悬浮于海 洋之中或软囊1部分露出海面。装置上端的软囊1淹没于海面之下时，波浪运动过程中由于 波高的变化会产生压力差。软囊1在波浪运动过程中周期性的受到波浪产生的压力，波浪 处于波峰阶段时，软囊1受到的压力较大，软囊1内装的水通过管道2被压向活塞囊3，活塞 囊3克服块状浮体结构4提供的浮力，使原本处于收縮状态的活塞囊3在水压的作用下伸 长，推动块状浮体结构4向下运动，块状浮体结构4推动下端的二级能量转换机构5运动， 即将波浪能转换为其他形式的能量，该能量可以用来做功或发电。波浪处于波谷阶段时，软 囊1受到的压力变小，块状浮体结构4提供的浮力大于波浪产生的压力，推动活塞囊3向上 运动，将活塞囊3内的水通过管路2推回到软囊1，为下一周期向下压水做好准备，与此同 时，块状浮体结构4提供的浮力拉动二级能量转换机构复位，为下一周期做功做好准备。软 囊1部分露出水面时，软囊1 一方面受到波高变化产生的压力变化，另一方面也受波浪冲击 产生的动压。 本发明装置的技术要点是1、软囊1部分露出水面或较浅的淹没于水下，装置通 过锚链系泊于海底。2、软囊l在要有较大的体积，受波浪作用的面积越大，获得的能量也越 大。3、块状浮体结构4的浮力起回复力的作用，但浮力不能过大，否则波浪产生的压力不足 以克服块状浮体结构4产生的浮力，不能使活塞囊3向下运动，能量就无法被吸收转化。4、 活塞囊3上端要和桶状结构物6为固定连接，否则其作用力无法向下传递。
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为提高本发明装置的能量转换效率和工作状态稳定性，本发明装置可在结构上进 一步改进，如图2所示。1、将软囊1底部增加一板状结构物9，通过软绳IO将软囊1固定在 板状结构物9之上。2、桶状结构物6底部增加一面积较大的板状结构物ll，该板状结构物 11上固定一垂直于板面和波浪行进方向的板状结构12。 3、板状结构物9和11上下两板状 结构物通过钢性架13连接，固为一体。 本发明装置的主要部件囊结构简单、无机械配合精度、安装方便，因此降低了施工 难度，可使建造成本大幅降低，由于装置淹没于海面之下或小部分露于海面，其躲避风暴能 力大幅提高，可长期运行而不被破坏。 本发明装置为开发波浪能发电装置提供了一条简捷之道，该装置的成功应用将有 利于低成本的转换海洋波浪能。该发明装置使用范围广，有望成为一种大规模应用的飘浮 式波浪能装置。
图1是本发明实施例结构示意图之一 ；
图2是本发明实施例结构示意图之二 ； 图3为本发明活塞式囊3的一种设计结构示意图，其中a、 b分别为活塞式囊向下 做功之前和做功之后的形态变化示意图 附图标记说明软囊l，管路2，活塞式囊3，块状浮体结构4，二级能量转换机构5， 桶状结构物6，浮体7，锚链8，板状结构物9，软绳10，板状结构物11，板状结构12，钢性架 1具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步详细说明 如图1所示，本发明装置上端为体积较大的软囊l，软囊1部分露出水面或全部淹 没于水下，但不宜淹没过深，软囊1迎波宽度越大，装置吸收波浪的能量越多；软囊1下部开 孔连接管路2 ;管路2末端连接活塞式囊3，活塞式囊3的作用类似于液压缸活塞；活塞式 囊3的底部作用在块状浮体结构4的上端面，块状浮体结构4下端面连接装置的二级能量 转换机构5，该机构为是直线电机或液压缸；活塞式囊3、块状浮体结构4、二级能量转换机 构5都安装在桶状结构物6内自成一体；桶状结构物外侧上配有对称分布的浮体7 ;同时桶 状结构物6通过锚链8系泊于海底。 为提高本发明装置的能量转换效率和工作状态稳定性，本发明装置可在结构上进 一步改进，如图2所示。1、将软囊l底部增加一板状结构物9，通过软绳IO将软囊1固定 在板状结构物9之上；2、桶状结构物6底部增加一面积较大的板状结构物ll，该板状结构 物11上固定一垂直于板面和波浪行进方向的板状结构12 ;3、上下两板状结构物通过钢性 架13连接，固为一体。 设一个水母式波浪能装置的启动波高为0. 3m(波压约为P gh = 1025*9. 81*0. 3 =3016. 6Pa)，满负荷波压为2. lm(波压约为P gh = 1025*9.81*2. 1 = 21116. OPa)。其二 级能量转换机构5为1组7个液压缸，内径63mm(面积为0. 003117m2)、内压为6MPa。驱动 此液压缸1个，需要驱动力0. 003117*6000000 = 18703. 5N。设计活塞式囊3下的块状浮体结构4为圆形，直径2. 80969m(面积为6. 200m2)。当波高达到0. 3m，活塞式囊3对块状浮 体结构4向下的驱动力为3016. 6Pa*6. 200m2 = 18703. 5N，可以驱动1个液压缸。类似的计 算可知，当波高达到2. lm时，可以驱动7个63mm内径、内压6MPa的液压缸。
在实施时，将7个液压缸作为l组，置入桶状结构物6内。每个液压缸的输出管路 通过电控阀控制，使其与高压管路(压力6MPa)接通，或与回油管(压力0)接通。7个液压 缸中有1个永远与高压管路接通，其余的液压缸则视波浪的大小而定当波浪很小时，选择 是否与高压管路接通，由此可以控制块状浮体结构4向下的驱动力，以适应不同波高。
如图3所示，活塞式囊3的自然状态为图3 (a)所示，活塞囊3的工作状态如图3 (b) 所示。活塞式囊3为柔性囊，其材料柔韧，抗褶皱疲劳能力强。其自然伸展状态的容积大于 褶皱状态容积。在工作时，其最大容积不超过自然伸展状态的容积，最小容积不造成影响其 工作寿命的严重褶皱。 活塞式囊3的作用有二 (一)在波面升高时，为整个装置提供一个集中释放能量 做功的局部。要想很好地吸收波浪能，软囊(1)内的水的体积必须在波浪压力作用下变小。 如果不计软囊(1)内水动压的变化，波浪压力做功可以表述为 <formula>formula see original document page 5</formula> 其中K和V2分别为软囊(1)在此波浪作用过程中最大和最小体积，Pi为软囊(1) 中的压力，近似等于驱动块状浮体(4)和二级能量转换机构(5)时块状浮体(4)上表面的 动压力。活塞囊(3)为软囊(1)提供了体积变换所需要的容积，将波浪能对软囊(1)所做 的全部功通过管路(2)直接传递到块状浮体结构。(二)在波面降低时，为软囊(1)的体积 扩张提供所需要的容积，以备下一波浪过程做好准备。
权利要求
一种水母式波浪能利用装置，其特征在于装置上端为体积较大的软囊(1)，软囊(1)部分露出水面或全部淹没于水下，软囊(1)下部开孔连接管路(2)，管路(2)末端连接活塞式囊(3)，活塞式囊(3)的底部作用在块状浮体结构(4)的上端面，块状浮体结构(4)下端面连接二级能量转换机构(5)，活塞式囊(3)、块状浮体结构(4)、二级能量转换机构(5)都安装在桶状结构物(6)内自成一体，活塞囊(3)上端和桶状结构物(6)为固定连接；桶状结构物外侧上配有对称分布的浮体(7)；同时桶状结构物(6)通过锚链(8)系泊于海底。
2. 如权利要求1所述的水母式波浪能利用装置，其特征在于所述二级能量转换机构(5)为直线电机或液压缸。
3. 如权利要求1所述的水母式波浪能利用装置，其特征在于在软囊(1)底部增加一板状结构物(9)，通过软绳(10)将软囊(1)固定在板状结构物(9)之上；桶状结构物(6)底部增加一面积较大的板状结构物(ll)，该板状结构物(11)上固定一垂直于板面和波浪行进方向的板状结构(12);板状结构物(9)和(11)上下两板状结构物通过钢性架(13)连接，固为一体。
全文摘要
本发明提供了一种便于推广应用的离岸漂浮水母式波浪能利用装置。本发明装置上端为体积较大的软囊1，软囊1部分露出水面或全部淹没于水下，软囊1下部开孔连接管路2；管路2末端连接活塞式囊3，活塞式囊3的作用类似于液压缸活塞；活塞式囊3的底部作用在块状浮体结构4的上端面，块状浮体结构4下端面连接装置的二级能量转换机构5；活塞式囊3、块状浮体结构4、二级能量转换机构5都安装在桶状结构物6内自成一体；桶状结构物外侧上配有对称分布的浮体7；同时桶状结构物6通过锚链8系泊于海底。活塞囊3上端和桶状结构物6为固定连接。本发明装置安装方便，降低了施工难度，可使建造成本大幅降低，为开发波浪能发电装置提供了一条简捷之道。
文档编号F03B13/22GK101709683SQ20091021422
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者吴必军, 游亚戈, 盛松伟 申请人:中国科学院广州能源研究所