专利名称：波能转换的制作方法
技术领域：
本发明涉及波能转换。特别地，本发明涉及用于从波动提取能量的装置。本发明还涉及一种浮力装置和包含这种浮力装置的波能转换系统。在一种配置中，浮力装置可以被配置为响应于波动的浮力致动器，更具体地是用于将波动耦合到可操作地响应波动的设备的浮力致动器。在这样的配置中，浮力装置可以浸入在水面以下的水体中。在另一种配置中，浮力装置可以被配置为浮动浮标。本发明已经被特别地但是并非必定唯一地设计成利用波能并将利用的波能转换成驱动例如流体泵或线性发电机等能量转换装置的线性运动的浮力致动器。在这样的配置中，浮力致动器能够可操作地连接到能量转换装置，其中浮力致动器有浮力地悬浮在水体中(但通常在水面以下)。在这种方式中，浮力致动器实际上是在水体中响应波动作用来移动的水下漂浮物。本发明还涉及一种波能转换装置，其包括适于响应波动进行泵送动作的流体泵。
背景技术：
下面讨论的背景技术目的仅是为了便于理解本发明。该讨论并不是对于所涉及的材料在本申请的优先权日时属于或已属于公知常识的一部分的供认和承认。将波动耦合于可响应波动来操作的设备是已知的，一个示例是使用浮力致动器来将波动转换成能量转换装置的往复动作。当被暴露于剧烈的海况时，通常是不利的天气情形(例如在暴风雨的情形下)，浮力致动器可能遭受极端的力。当暴露于这种情形时，已知的浮力致动器可能易于损坏或分离。此外，浮力致动器所耦合的系统和部件可能经受过度的负荷。在波能转换系统包括有这种浮力致动器的情况下，各种部件(如泵、泵被锚定的基座，以及浮力致动器和泵之间的耦合件等)可能承受过度的负荷。为了避免在恶劣海况中的损害，已有各种不同的建议来缓减波能转换系统中基座、泵和耦合元件上的过度负荷。一个这样的建议涉及选择性打开浮力致动器的内部，以响应于浮力致动器在恶劣天气情况下的暴露允许水流过浮力致动器。由于水能够流过浮力致动器的内部，减少了流水对浮力致动器冲撞的阻力。这就消除了大量潜在的能量，因为浮力致动器同样没有被海浪举起。另外，这也同时减少了动能，因为易感质量减少(由于水不再被收集于浮力致动器内)并且速度被降低(因为浮力致动器不再提供会导致它加速的对波浪力的反应)。以这种方式，泵以及相关耦合件(包括系绳)上的负荷可以衰减到一个可接受的水平，并在可接受的较短时间内实现这点。在这样的背景下提出了本发明。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种浮力装置，其包括呈现外表面的中空本体，以及与中空本体相关联用于将中空本体连接到系绳的阻尼装置，所述阻尼装置提供了中空本体和系绳之间的柔顺弹性连接。优选地，所述阻尼装置被配置为维持本体和系绳之间的基本刚性连接，直至加载于其间的负荷超过了规定的负荷，由此阻尼装置有利于本体和系绳之间受限的相对运动，以减轻负荷。优选地，所述阻尼装置被容纳在所述中空本体内。优选地，所述阻尼装置包括阻尼机构和通过阻力流体可操作地耦合到阻尼机构的
蓄能器。优选地，所述阻尼机构包括限定了空腔的主体和容纳在空腔中的活塞组件，所述主体和所述活塞组件一起限定了在空腔中的工作腔，所述工作腔具有随活塞组件和主体之间的相对移动可变的体积，其中，所述蓄能器通过阻力流体可操作地耦合到工作腔。所述蓄能器提供了工作腔内加载于活塞组件上的预定的流体压力，以抵抗活塞组件的运动，直至在活塞上的负荷超过规定的负荷，由此所述活塞组件响应于其上的负荷而运动，造成工作腔的渐进收缩，以作用于柔顺地抵抗这种运动的阻力流体。所述活塞组件可将所述空腔划分为工作侧和盲侧，所述工作侧限定所述工作腔。在一种配置中，所述盲侧可被封闭。在另一种配置中，可以在工作侧和盲侧之间设置流通路径。所述活塞组件可包括容纳在空腔中的活塞头和从空腔延伸的活塞杆。所述主体可包括圆柱形筒。优选地，所述圆柱形筒连接到所述中空本体，并且所述活塞杆适于连接到所述系绳。优选地，所述蓄能器被容纳在所述中空本体中。优选地，所述圆柱形筒被安装用于绕横向于所述浮力装置的纵向轴线的轴线进行枢转运动。优选地，所述中空本体被配置来提供上段、下段以及在所述上段和所述下段之间的中间段。优选地，所述上段和下段具有截头结构。优选地，所述上段呈现最上表面，所述下段呈现最下表面。优选地，在所述中空本体上设置有孔以允许水进入其中空内部。优选地，所述孔设置在所述中间段上。所述中空本体可具有任何适当的结构。在一种配置中，中空本体可被配置为截头球体或截头扁球体。在另一种配置中，中空本体的中间段可以是圆柱形或多边形的。所述中空本体可设置有一个或多个浮力腔。所述浮力腔可容纳在所述中空本体内。可提供有选择地改变中空本体的浮力的设备。浮力的选择性变化可通过将浮力控制流体引入到浮力腔或将浮力控制流体从浮力腔移除来实现。所述浮力装置可包括内部框架结构，其支撑提供了所述外表面的外围外壳。所述圆柱形筒可中心地位于所述内部框架结构内。优选地，所述中空本体的内部在陆地和水中均可进入，以用于各种操作,例如维护、安装和拆除设备。
在一种配置中，所述阻尼装置可提供唯一的缓减装置，用于减轻系绳上的过度负荷。在另一种配置中，浮力装置可设置有额外的缓减装置，以减轻系绳上的过度负荷。该额外的缓减装置可采取任何适当的形式，例如，额外的缓减装置可包括选择性地打开浮力装置的内部以允许水流过的装置。这种额外的缓减装置的实施例包括在国际申请PCT/AU2008/001853和PCT/AU2010/000398中公开的配置，其内容在此以引用的方式并入本文。通过系绳将浮力装置连接到其上的系统也可以结合有用于减轻系绳上的过度负荷的缓减装置。根据本发明的第二方面，提供了一种浮力装置，其包括呈现外表面的中空本体，所述中空本体被构造成提供上段、下段以及在所述上段和所述下段之间的中间段。优选地，所述上段和下段是截头结构。优选地，所述上段呈现最上表面，所述下段呈现最下表面。优选地，在所述中空本体上设置有孔，以允许水进入其中空内部。优选地，所述孔被设置在所述中间段。根据本发明前述方面中任一方面的浮力装置可被配置为浮力致动器。根据本发明的第三方面，提供了一种浮力装置，其包括呈现外表面的中空本体、一个或多个容纳在中空本体中的浮力腔，以及通过至少一个浮力腔中的浮力控制流体的变化来选择性改变中空本体的浮力的装置。根据本发明的第四方面，提供了一种浮力装置，其包括呈现外表面的中空本体、一个或多个容纳在中空本体中的浮力腔，以及本体内允许水进入中空本体的开口装置。优选地，所述中空本体包括上段、下段以及在所述上段和所述下段之间的中间段，所述开口装置包括在所述中间段上的多个孔。根据本发明的第五个方面，提供了一种波能转换系统，其包括根据本发明前述方面中任一方面的浮力装置。优选地，所述波能转换系统还包括可操作地连接到浮力致动器以响应于波动进行泵送动作的泵，所述泵被结合在液压回路中，流体沿着所述液压回路由泵传送，与液压回路相关联的装置用于控制由泵传送的流体的特性。受控的流体的特性可包括在泵的传送周期过程中流体压力增加的速率。泵的传送周期过程中的流体压力增加的速率控制提供了一种系统，用于缓减波能转换装置上的过度负荷。由于这种配置，能量可以在操作过程中从波能转换装置液压地释放，以避免过度的负荷。优选地，所述液压回路包括蓄能器。所述蓄能器可用于液压地抵抗泵的传送周期。优选地，对泵的传送周期的液压抵抗速率在泵的传送周期过程中递增。在泵的传送周期过程中被传送的流体的一些能量可以被存储在蓄能器中，该蓄能器用于使流体的流动平稳。优选地，所述泵包括往复活塞泵。优选地，所述泵包括限定了空腔的主体和容纳在空腔中的活塞组件，所述主体和所述活塞组件一起限定了在空腔中的工作腔，所述工作腔具有随活塞组件和主体之间的相对移动可变的体积，其中，所述蓄能器通过阻力流体可操作地耦合到工作腔。
所述活塞组件可将所述空腔划分为工作侧和盲侧，所述工作侧限定所述工作腔。所述活塞组件可包括容纳在空腔中的活塞头和从空腔延伸的活塞杆。所述主体可包括圆柱形筒。优选地，所述圆柱形筒被连接到锚泊，如安装在水体底部的基座，并且所述活塞杆适于连接到所述系绳。优选地，所述泵具有第一端口和第二端口。优选地，所述第二端口与流体流路连通。优选地，在工作腔接近最小体积状态时，所述泵被配置为阻塞所述第二端口和工作腔之间的连通。当第二端口被阻塞时，流体可从收缩的工作腔排出的速率被限制，从而导致仍然滞留在工作腔内的流体部分以更为快速的速率被压缩，并由此传送对活塞头的连续运动的更大阻力。优选地，所述空腔被配置为包括较大直径的第一空腔部分和较小直径的第二空腔部分，其间限定有肩部，第一空腔部分收容活塞头，第二空腔部分被结合在工作腔内。优选地，所述第二空腔部分具有侧壁，所述第二端口在其上开口，并且所述肩部限定了面对所述第一空腔部分的环形面，所述第一端口在其上开口用以与所述第一空腔部分连通。优选地，所述第二空腔部分的尺寸可以容纳活塞杆而不是活塞头，活塞杆从活塞头延伸通过所述第二空腔部分。优选地，所述活塞杆结合有遮蔽套筒，该遮蔽套筒邻近所述活塞头设置，并被配置为在工作腔接近其最小容积状态时进入第二空腔部分，其中，在遮蔽套筒进入第二空腔部分时配合第二空腔部分的侧壁而遮蔽第二端口以与第一空腔部分隔开。这有效地限制了工作腔和蓄能器之间通过第一端口形成的连通。根据本发明的第六方面，提供了一种波能转换装置，其包括适于响应波动进行泵送动作的泵，所述泵被结合在液压回路中，流体沿着所述液压回路由泵来传送，与所述液压回路相关联的装置用于控制由泵传送的流体的特性。根据本发明的第七方面，提供了一种泵，其包括限定了空腔的主体和容纳在空腔中的活塞组件，所述主体和所述活塞组件一起限定了在空腔中的工作腔，所述工作腔具有随活塞组件和主体之间的相对移动可变的体积，所述活塞组件将空腔划分成限定工作腔的工作侧、用于与蓄能器连通的第一端口和用于与流体流路连通的第二端口，其中，所述泵被配置为在工作腔接近最小体积状态时阻塞第二端口和工作腔之间的连通。根据本发明第七方面的泵可以结合上面提到的与根据本发明第五方面的波能转换系统内的泵相关的任何一个或多个特征。根据本发明的第八方面，提供了一种波能转换系统，其包括根据本发明的第七方面的泵。
通过参考下面关于附图中所示的几个具体实施例的描述可以更好地理解本发明，其中:图1是根据第一实施例的用于利用海洋波能的装置的示意图2是结合在根据第一实施例的装置中的浮力致动器的示意性侧视图；图3是图2中所示的浮力致动器的平面图；图4是浮力致动器的另一平面图，去除了部件以显示内部特征；图5是沿图4中线5-5的截面图；图6是描绘出浮力致动器的外壳结构的示意性透视图；图7是与图6相似的视图，描绘出了浮力致动器的外部结构；图8是描绘出浮力致动器的外部结构的另一透视图；图9是浮力致动器的示意性透视图，去除了部分外壳以显示内部特征；图10是浮力致动器的示意性截面图，描绘了容纳在浮力致动器内部的阻尼装置；图11是一部分浮力致动器的示意性透视图；图12是阻尼装置的示意性视图，尤其图示了阻尼机构和蓄能器；图13是形成根据第一实施例的装置的一部分的泵的示意性局部视图；图14是在泵的传送行程期间压力上升的图形描述；图15是描绘了用于结合在根据第二实施例的用于利用海浪波能的装置中的浮力致动器的阻尼装置的示意图；图16是描绘了用于结合在根据第三实施例的用于利用海浪波能的装置中的浮力致动器的阻尼装置的局部示意图；图17是结合在根据第四实施例的用于利用海浪波能的装置中的浮力致动器的示意性截面侧视图；图18是结合在根据第五实施例的用于利用海浪波能的装置中的浮力致动器的示意性侧视图；图19是图18中所示的浮力致动器的示意性透视图；图20是结合在根据第六实施例的用于利用海浪波能的装置中的浮力致动器的示意性侧视图；以及图21是图20中所示的浮力致动器的透视图。
具体实施例方式在附图中所示的实施例分别是指用于利用海浪波能的装置10。参照图1，装置10被近海地安装在具有水面12和海底13的水体11中。装置10包括浮力致动器14以及锚定于锚泊16的泵15，在所示的配置中，锚泊16包括安装在海底13上的基座。泵15被固定到该锚泊16，使得所述泵能够关于锚泊枢转。装置10被设计成在闭环模式中工作，其中，高压流体通过泵15被泵送到岸上，能量被提取作为在岸上设备17的有用功，并且所得的减压流体被返回到近海的泵15来被重新供给能量。浮力致动器14可操作地连接到泵15且有浮力地悬浮在水体11内，位于泵15以上但低于水面12 —定深度，使得其上表面通常低于平均海平面12a数米。浮力致动器14通过耦合件18可操作地连接到泵15，其中耦合件18包括系绳19。现在参照图2至图12，结合在根据第一实施例的装置10中的浮力致动器14包括空心本体21，其具有支撑提供了外表面27的外围外壳25的内部框架结构23。中空本体21限定了其中容纳内部框架结构23的内部29。中空本体21的内部29在陆地和水中均可进入，以用于各种操作，例如维护、安装和拆除设备。在中空本体21上可设置有各种配件，以便于本体的提升和调配。通常情况下，这样的配件被锚定到内部框架结构29。中空本体21被配置为提供上段31、下段33，以及在上段31和下段33之间的中间段35。上段31具有截头结构并包括锥形的上侧部36和最上表面37。下段33具有截头结构并包括锥形的下侧部38和最下表面39。最上表面37和最下表面39是平坦的和封闭的。这种结构特别有利于最下表面，以最优化地耦合水波的起伏运动。中空本体21具有延伸穿过最上表面37和最下表面39之间的中心纵向轴线(未示出)。在所示的配置中，中间段35是多边形的结构，呈现出多个小平面41。上段31和下段33被相应地设置，使得锥形上侧部36呈现多个上部小平面43，锥形下侧部38呈现出多个下部小平面45。中空本体21被配置为允许水通过设置在外壳25上的孔口 47进入中空内部29。在本实施例中，孔口 47被设置在中间段35上，通常每个小平面41中至少一个孔口。孔口47允许水流入和流出中空本体21的内部29，从而减少浮力致动器10上水的侧面流动的影响。特别地，孔口 47的尺寸允许中空本体21的内部29填充有水，并且允许在浮力致动器14水平移动时水流入和流出内部29的轻微摆动。这种小水流可能足以减少浮力致动器14上的横向负荷，并因而限制横向运动。限制横向运动是可取的，以便限制耦合件18、泵15和锚泊16上的横向负荷。由于这种配置，通过适当地选择孔口 47的尺寸，浮力致动器14所承受的横向运动可以得到一定程度上的控制。浮力腔51容纳在中空本体21的内部29内，用以向浮力致动器10提供浮力。在所示的配置中，有四个围绕中空本体21的中心纵向轴线均匀间隔设置的浮力腔51。这里提供了通过选择性地将浮力控制流体引入浮力腔或将浮力控制流体从浮力腔移除，来有选择地改变浮力致动器14的浮力。浮力致动器14设置有适于提供中空本体21和系绳19之间柔顺弹性连接的连接装置61。连接装置61包括阻尼装置63，其被配置为维持中空本体21和系绳19之间基本上刚性的连接，直至加载其间的负荷超过了规定的负荷，由此阻尼装置63有利于其间受限的相对运动以减轻负荷。仅通过示例的方式，阻尼装置63可被配置来限制大约140吨的最大系绳张力负荷，并且一旦系绳张力负荷达到大约100吨时即开始运作。在这个例子中，当系绳张力负荷低于100吨时，阻尼装置63不会运作，在这种情况下，中空本体21和系绳19之间有效形成刚性连接。一旦系绳张力负荷达到100吨，阻尼装置63开始运作并柔顺地抵制系绳负荷，将其限制到最大140吨。当然，阻尼装置63可被配置为在系绳负荷的任何所选范围内进行运作，并且前述例子仅仅被提供用于解释。阻尼装置63被容纳在中空本体21的内部29中，并包括液压阻尼机构65和液压蓄能器67。阻尼机构65和蓄能器67通过阻力流体互连，阻力流体可穿过在阻尼机构65和蓄能器67之间延伸的流送管路69。在本实施例中，阻力流体包括可弹性压缩的流体，例如空气或干燥的气体。
阻尼机构65包括限定了空腔73的主体71。在所示的配置中，主体71被配置为具有侧壁75以及两个相对的端壁77、79的圆柱形筒74。活塞组件81被容纳在空腔73之内。活塞组件81包括活塞头83和活塞杆85。活塞头83可滑动地和密封地位于空腔73内，用以将空腔划分为工作侧91和盲侧93。工作侧91限定了空腔73内的工作腔95，工作腔95具有随活塞组件81和圆柱形筒74之间的相对运动可变的容积。阻尼机构65的盲侧93是封闭的。活塞杆85从空腔73延伸穿过端壁79。圆柱形筒74连接到中空本体21上，并且活塞杆85适于连接到系绳19。更具体地，圆柱形筒74中心地位于中空本体21内并对准其中心纵向轴线，活塞杆85的外端被配置为提供系绳19的连接点97。活塞杆85向下延伸超出中空本体21的外壳25的最下表面39，用于连接到系绳19。蓄能器67可以是任何适当的类型，如氮充电的活塞式蓄能器。蓄能器67被预充电，以提供工作腔95内作用在活塞组件81上的预定的流体压力负荷，从而抵抗活塞组件的运动，直至由系绳19传递到活塞杆85上的负荷超过所述规定的负荷，由此活塞组件81响应活塞杆85上的负荷来运动，促使工作腔95逐步收缩以作用于柔顺地抵抗这种运动的阻力流体。随着工作腔95逐步收缩，它逐渐进一步对与蓄能器67连通的阻力流体施加压力。这用于减轻浮力致动器14和系绳19之间的张力负荷，并提供了浮力致动器14以受控的方式进行减速的时间。随着张力负荷消退，由蓄能器67传送的流体压力再次提供其影响，并引起所述活塞组件进行返回运动。圆柱形筒74通过铰链103被支撑在形成内部框架结构23的一部分的基座101上，用于围绕横向于中空本体21的中心纵向轴线的轴线枢转运动。这种枢转安装配置使中空本体21倾斜，同时保持阻尼机构65和系绳19之间的对准。现在参照图13和图14，泵15具有通过流送管122连接到近海设备17的出121，流送管122与高压输送管和低压回流管连通。高压输送管和低压回流管分别与出口 121连通，其中低压流体在泵的吸入行程时被引入，高压流体在泵的传送行程时被排出。泵15包括限定了空腔133的主体131。在所示的配置中，主体131被构造为具有侧壁135和两个相对端壁的圆柱形筒134，其中只示出了一个端壁139。活塞组件141被容纳在空腔133内。活塞组件141包括活塞头143和活塞杆145。活塞头143可滑动地和密封地位于空腔133内，用以将空腔划分成工作侧151和盲侧153。工作侧151限定了在空腔133中的工作腔155，工作腔155具有随所述活塞组件141和圆柱形筒134之间的相对运动可变的体积。泵15的盲侧153是封闭的。圆柱形筒134被连接到锚泊16，并且活塞杆145适于连接到系绳19。泵15具有第一端口 161和第二端口 162，每个端口均与空腔133连通。第一端口161通过蓄能器流送管167与蓄能器165连通。第二端口 162提供出口 121。蓄能器167可以是任何适当的类型，如氮充电的活塞式蓄能器。蓄能器流送管167通过装有单向阀169的旁通管路168与流送管122连通。蓄能器165可以是任何适当的类型，如氮充电的活塞式蓄能器。空腔133被配置为包括较大直径的第一空腔部分171和较小直径的第二空腔部分172，其间限定有肩部173。第一空腔部分171容纳活塞头143，第二空腔部分172结合在工作腔155内。第二空腔部分172具有侧壁175，第二端口 162在其上开口。肩部173限定了面对第一空腔部分171的环形面177，第一端口 161在其上开口，以与所述第一空腔部分连通。第二空腔部分172的尺寸可容纳活塞杆145而不是活塞头143。活塞杆145从活塞头143延伸穿过第二空腔部分172。活塞杆145从空腔133延伸穿过在端壁139上的开口，其中在活塞杆和端壁之间有流体密封件181。活塞杆145结合有遮蔽套筒183，其邻近所述活塞头143设置，并被配置为在工作腔155接近其最小容积状态时进入第二空腔部分172。在套筒183进入第二空腔部分172时其配合第二空腔部分的侧壁175，并遮蔽第二端口 162从而与第一空腔部分155隔开，如图13所示。这有效地限制了工作腔155和流送管122之间的连通。保留在工作腔155内的流体通过仍然暴露于工作腔155的第一端口 161与蓄能器165连通。保留的流体的压力显著上升，如在图14中以图表描绘的。这提供了对活塞组件141以及浮力装置11的耗能和阻尼运动的缓冲作用。通过端口 162到流送管122的流体流动和通过端口 161到蓄能器165的流体流动一起限定了阻尼机构的压力-行程特性。这种特性可适于通过改变一个或多个设计参数，如第二空腔部分172的体积，来适应任何特定的阻尼情况。上述配置的特征在于出于阻尼目的对泵15的能量耗散的控制有效地与泵协作，从而提闻其效率。现在参照图15，其中示出了阻尼装置63，其用于结合在根据第二实施例的装置10中的浮力致动器。用于根据第二实施例的装置10中的浮力致动器的阻尼装置63类似于第一实施例，且相同的附图标记表不相同的部件。在本实施例中，阻尼机构65不同于第一实施例，在该实施例中的盲侧93没有封闭。相反，盲侧93通过旁通通道210与工作侧91连通，旁通通道210由装有阀213的旁通管路211限定。阀213允许可能已发生泄漏的流体经过活塞头83周围的密封件进入盲侧93而返回到工作腔95。现在参照图16，示出了用于结合在根据第三实施例的装置10中的浮力致动器的液压阻尼装置63。用于根据第三实施例的装置10中的浮力致动器的液压阻尼装置63类似于第一实施例，因此相同的附图标记表示相同的部件。在图16中示出的阻尼机构63中，液压蓄能器67通过第一端口 221和第二端口 222与阻尼机构65内的工作腔95连通。阻尼机构63被配置为在工作腔接近最小体积状态时阻塞第二端口 222和工作腔95之间的连通。当第二端口 222被阻塞时，流体可从收缩的工作腔95排出的速率被限制，从而导致仍然滞留在工作腔内的流体部分以更为快速的速率被压缩，并由此传送对活塞头83的连续运动的更大阻力。空腔73被配置为包括较大直径的第一空腔部分225和较小直径的第二空腔部分227，其间限定有肩部229。第一空腔部分225容纳活塞头83，第二空腔部分227结合到工作腔95中。第二空腔部分227具有侧壁231，第二端口 222在其上开口。肩部229限定了面对第一空腔部分225的环形面233，第一端口 221在其上开口以与所述第一空腔部分连通。
第二空腔部分227的尺寸可容纳活塞杆85而不是活塞头83。活塞杆85从活塞头83延伸穿过第二空腔部分227。活塞杆85从空腔73延伸穿过在端壁79上的开口，其中活塞杆和端壁之间有流体密封件237。活塞杆85结合有遮蔽套筒241，其邻近所述活塞头83设置，并被配置为在工作腔95接近其最小容积状态时进入第二空腔部分227。在套筒241进入第二空腔部分227时其配合第二空腔部分227的侧壁231，并从第一空腔部分225遮蔽第二端口 222，如图16所示。这有效地限制了工作腔95和蓄能器61之间通过第一端口 221形成的连通，第一端口221开口至第一空腔部分225，从而没有被遮盖住。蓄能器67和阻尼机构65之间的流送管69被分支成第一流送管部分69a和第二流送管部分69b。第一流送管部分69a连通第一端口 121,第二流送管部分69b连通第二端口 122。第二流送管部分69b结合有单向阀243，其允许从第二端口 222流向蓄能器67同时防止在相反方向流动。通过端口 221和222到蓄能器67的流体流动一起限定了阻尼机构的压力-行程特性。这种特性可适于通过改变空腔95和蓄能器67之间的限制流量，来适应任何特定的阻尼情况。在前面的实施例中，与浮力致动器14相关联的液压阻尼装置63和出于阻尼目的对泵15耗散能量的控制都提供了用于减轻系绳19上过度负荷的缓减配置。这是有利的，因为它提供了在减轻过度负荷方面的冗余度。在其它实施例中，可以仅由与浮力致动器14相关联的液压阻尼(通过结合液压阻尼装置63)来提供缓减，也就是说，有可能不提供出于阻尼目的对泵15耗散能量的控制。在另一些实施例中，可以仅由出于阻尼目的对泵15耗散能量的控制来提供缓减，也就是说，有可能不提供与浮力致动器相关联的液压阻尼。现在参照图17，示出了浮力致动器14，其结合有阻尼装置63。用于浮力致动器14的阻尼装置63与第一实施例类似，因此相同的参考标记标识相同的部件。特别地，与先前实施例中的情况一样，阻尼装置63被容纳在中空本体21的内部29中，并且包括液压阻尼机构65和液压蓄能器(未不出)。在这种配置中，中空本体21以这种方式设置，使得允许有选择地打开浮力致动器14的内部，从而响应浮力致动器在恶劣天气情况下的暴露允许额外的水流经浮力致动器。由于额外的水可以通过浮力致动器的内部，进一步降低了冲击浮力致动器的移动的水的阻力，从而可进一步响应过度负荷来进行缓减。在本实施例中，中空本体21结合有PCT/AU2010/000398中描述和图释的出于传送附加缓减目的浮力致动器的特征。浮力致动器14可以被配置成使得附加阻尼装置提供首要的或次要的缓减系统。现在参照图18至图21，示出了可以酌情使用在根据本发明的装置10中的浮力致动器14上的中空本体21的各种结构。应当理解的是，本发明的范围并不限于描述的实施例的范围。特别地，应理解的是，这里描述和图释的浮力致动器的各种形式不必局限于使用在利用海洋波能的装置10中。浮力致动器可以应用到其他各种配置中。此外，应当理解的是，这里描述和图释的泵15不必被限制在利用海洋波能的装置10的应用中。泵和出于阻尼目的控制泵的能量耗散的相关联的设备可应用于各种其他配置中。在不脱离本发明范围的情况下，可以做出修改和改进。在整个说明书和权利要求书中，除非上下文另有要求，词语“包括”或类似意思的词语将被理解为其意味着包含所述的整体或一组整体，但并不意味着对任何其它整体或其它整体之组合的排除。
权利要求
1.一种浮力装置，其包括呈现外表面的中空本体，以及与所述中空本体相关联用于将所述中空本体连接到系绳的阻尼装置，所述阻尼装置提供了所述中空本体和所述系绳之间的柔顺弹性连接。
2.根据权利要求1所述的浮力装置，其特征在于，所述阻尼装置被配置为维持所述中空本体和所述系绳之间的基本刚性连接，直至加载于其间的负荷超过了规定的负荷，由此所述阻尼装置有利于所述中空本体和所述系绳之间受限的相对运动，以减轻负荷。
3.根据权利要求1或2所述的浮力装置，其特征在于，所述阻尼装置被容纳在所述中空本体内。
4.根据权利要求1、2或3所述的浮力装置，其特征在于，所述阻尼装置包括阻尼机构和通过阻力流体可操作地耦合到所述阻尼机构的蓄能器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的浮力装置，其特征在于，所述阻尼机构包括限定了空腔的主体和容纳在所述空腔中的活塞组件，所述主体和所述活塞组件一起限定了在所述空腔中的工作腔，所述工作腔具有随所述活塞组件和所述主体之间的相对移动可变的体积，其中，所述蓄能器通过阻力流体可操作地耦合到所述工作腔。
6.根据权利要求4或5所述的浮力装置，其特征在于，所述蓄能器提供了所述工作腔内加载于所述活塞组件上的预定的流体压力，以抵抗所述活塞组件的运动，直至在活塞上的负荷超过规定的负荷，由此所述活塞组件响应于其上的负荷而运动，造成所述工作腔的渐进收缩，以作用于柔顺地抵抗这种运动的阻力流体。
7.根据权利要求5或6所述的浮力装置，其特征在于，所述活塞组件将所述空腔划分为工作侧和盲侧，所述工作侧限定所述工作腔。
8.根据权利要求7所述的浮力 装置，其特征在于，所述盲侧是封闭的。
9.根据权利要求7所述的浮力装置，其特征在于，在所述工作侧和所述盲侧之间设置流通路径。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的浮力装置，其特征在于，所述活塞组件包括容纳在所述空腔中的活塞头和从所述空腔延伸的活塞杆。
11.根据权利要求10所述的浮力装置，其特征在于，所述主体包括圆柱形筒，其中，所述圆柱形筒连接到所述中空本体，并且所述活塞杆适于连接到所述系绳。
12.根据权利要求4至11中任一项所述的浮力装置，其特征在于，所述蓄能器被容纳在所述中空本体中。
13.根据权利要求12所述的浮力装置，其特征在于，所述圆柱形筒被安装用于绕横向于所述浮力装置的纵向轴线的轴线做枢转运动。
14.根据前述权利要求中任一项所述的浮力装置，其特征在于，所述中空本体被配置来提供上段、下段以及在所述上段和所述下段之间的中间段。
15.根据权利要求14所述的浮力装置，其特征在于，所述上段和所述下段具有截头结构。
16.根据权利要求14或15所述的浮力装置，其特征在于，所述上段呈现最上表面，所述下段呈现最下表面。
17.根据权利要求14、15或16所述的浮力装置，其特征在于，在所述中空本体上设置有孔，以允许水进入其中空内部。
18.根据权利要求17所述的浮力装置，其特征在于，所述孔设置在所述中间段上。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的浮力装置，其特征在于，所述中空本体被配置为截头球体。
20.根据权利要求12至18中任一项所述的浮力装置，其特征在于，所述中空本体被配置为截头扁球体。
21.根据权利要求12至18中任一项所述的浮力装置，其特征在于，所述中空本体的所述中间段是圆柱形的结构。
22.根据权利要求12至18中任一项所述的浮力装置，其特征在于，所述中空本体的所述中间段是多边形的结构。
23.根据前述权利要求中任一项所述的浮力装置，其特征在于，所述中空本体设置有一个或多个浮力腔。
24.根据权利要求23所述的浮力装置，其特征在于，所述一个或多个浮力腔容纳在所述中空本体内。
25.根据前述权利要求中任一项所述的浮力装置，其特征在于，还包括有用于选择性地改变所述中空本体的浮 力的设备。
26.根据权利要求25所述的浮力装置，其特征在于，浮力的选择性变化包括将浮力控制流体引入到所述浮力腔或将浮力控制流体从所述浮力腔移除。
27.根据前述权利要求中任一项所述的浮力装置，其特征在于，所述中空本体包括内部框架结构和提供了所述外表面的外围外壳。
28.根据权利要求27所述的浮力装置，其特征在于，所述圆柱形筒中心地位于所述内部框架结构内。
29.根据前述权利要求中任一项所述的浮力装置，其特征在于，所述中空本体被设置为其内部在陆地和水中均可进入。
30.一种浮力装置，其包括呈现外表面的中空本体，所述中空本体被配置来提供上段、下段以及在所述上段和所述下段之间的中间段。
31.根据权利要求30所述的浮力装置，其特征在于，所述上段和所述下段具有截头结构。
32.根据权利要求30或31所述的浮力装置，其特征在于，所述上段呈现最上表面，所述下段呈现最下表面。
33.根据权利要求30、31或32所述的浮力装置，其特征在于，还包括设置在所述中空本体上的孔，以允许水进入其所述中空内部。
34.根据权利要求33所述的浮力装置，其特征在于，所述孔设置在所述中间段上。
35.根据前述权利要求中任一项所述的浮力装置，其被配置为浮力致动器。
36.一种浮力装置，其包括呈现外表面的中空本体、一个或多个容纳在所述中空本体中的浮力腔，以及通过至少一个所述浮力腔中的浮力控制流体的变化来选择性地改变所述中空本体的浮力的装置。
37.一种浮力装置，其包括呈现外表面的中空本体、一个或多个容纳在所述中空本体中的浮力腔，以及位于所述中空本体内允许水进入所述中空本体的开口装置。
38.根据权利要求37所述的浮力装置，其特征在于，所述中空本体包括上段、下段以及在所述上段和所述下段之间的中间段，所述开口装置包括在所述中间段上的多个孔。
39.一种波能转换系统，其包括根据前述权利要求中任一项所述的浮力装置。
40.根据权利要求39所述的波能转换系统，其特征在于，还包括可操作地连接到所述浮力致动器以响应于波动进行泵送动作的泵，所述泵被结合在液压回路中，流体沿着所述液压回路由泵传送，还包括与所述液压回路相关联的装置，用于控制由泵传送的流体的特性。
41.根据权利要求40所述的波能转换系统，其特征在于，受控的流体的特性包括在所述泵的传送周期过程中流体压力增加的速率，由此对在所述泵的传送周期过程中的流体压力增加的速率的控制提供了一种用于缓减所述波能转换装置上的过度负荷的系统。
42.根据权利要求39、40或41所述的波能转换系统，其特征在于，所述液压回路包括蓄能器，所述蓄能器用于液压地抵抗所述泵的传送周期。
43.根据权利要求42所述的波能转换系统，其特征在于，所述蓄能器被设置为使得液压抵抗所述泵的传送周期的速率在所述传送周期过程中递增。
44.根据权利要求40至43中任一项所述的波能转换系统，其特征在于，所述泵包括往复活塞栗。
45.根据权利要求44所述的波能转换系统，其特征在于，所述泵包括限定了空腔的主体和容纳在所述空腔中的活塞组件，所述主体和所述活塞组件一起限定了在所述空腔中的工作腔，所述工作腔具有随所述活塞组件和所述主体之间的相对移动可变的体积，其中，所述蓄能器通过所述阻力流体可操作地耦合到所述工作腔。
46.根据权利要求45所述的波能转换系统，其特征在于，所述活塞组件将所述空腔划分为工作侧和盲侧，所述工作侧限定所述工作腔。
47.根据权利要求45或46所述的波能转换系统，其特征在于，所述活塞组件包括容纳在所述空腔中的活塞头和从所述空腔延伸的活塞杆。
48.根据权利要求45、46或47所述的波能转换系统，其特征在于，所述主体包括圆柱形筒。
49.根据权利要求48所述的波能转换系统，其特征在于，所述圆柱形筒被连接到安装在水体底部的锚泊，并且所述活塞杆适于连接到所述系绳。
50.根据权利要求40至49中任一项所述的波能转换系统，其特征在于，所述泵具有第一端口和第二端口。
51.根据权利要求50所述的波能转换系统，其特征在于，所述第二端口与流体流路连通。
52.根据权利要求50或51所述的波能转换系统，其特征在于，所述泵被设置为在所述工作腔接近最小体积状态时阻塞所述第二端口和所述工作腔之间的连通，由此当所述第二端口被阻塞时，流体能够从收缩的工作腔排出的速率被限制，从而导致仍然滞留在所述工作腔内的流体部分以更为快速的速率被压缩，并由此传送对所述活塞头的连续运动的更大阻力。
53.根据权利要求45至52中任一项所述的波能转换系统，其特征在于，所述空腔被配置为包括较大直径的第一空腔部分和较小直径的第二空腔部分，其间限定有肩部，所述第一空腔部分收容所述活塞头，所述第二空腔部分被结合在所述工作腔内。
54.根据权利要求53所述的波能转换系统，其特征在于，所述第二空腔部分具有侧壁，所述第二端口在其上开口，并且所述肩部限定了面对所述第一空腔部分的环形面，所述第一端口在其上开口，用以与所述第一空腔部分连通。
55.根据权利要求53或54所述的波能转换系统，其特征在于，所述第二空腔部分的尺寸能够容纳所述活塞杆而不是所述活塞头，所述活塞杆从所述活塞头延伸通过所述第二空腔部分。
56.根据权利要求53、54或55所述的波能转换系统，其特征在于，所述活塞杆结合有遮蔽套筒，所述遮蔽套筒邻近所述活塞头设置，并被配置为在所述工作腔接近其最小容积状态时进入所述第二空腔部分，由此所述遮蔽套筒在进入所述第二空腔部分时配合所述第二空腔部分的侧壁而遮蔽所述第二端口以与所述第一空腔部分隔开。
57.一种波能转换装置，其包括适于响应波动进行泵送动作的泵，所述泵被结合在液压回路中，流体沿着所述液压回路由泵来传送，还包括与所述液压回路相关联的装置，用于控制由所述泵传送的流体的特性。
58.一种泵，其包括限定了空腔的主体和容纳在所述空腔中的活塞组件，所述主体和所述活塞组件一起限定了在所述空腔中的工作腔，所述工作腔具有随所述活塞组件和所述主体之间的相对移动可变的体积，所述活塞组件将所述空腔划分成限定所述工作腔的工作侦“用于与蓄能器连通的第一端口和用于与流体流路连通的第二端口，其中，所述泵被配置为在所述工作腔接近最小体积状态时阻塞所述第二端口和所述工作腔之间的连通。
59.一种波能转换系统，其包括根据权利要求58所述的泵。
60.一种浮力装置，其基本上在此参照附图来描述。
61.一种波能转换系统，其基本上在此参照附图来描述。
62.一种泵，其基本上在此参照附图来描述。
全文摘要
在水体(11)中利用海洋波能的装置(10)，其中该装置结合有缓减波能转换系统的部件上过度负荷的设备，用以避免其在不利波动情况下损害。装置(10)包括锚定在水体中通常在海底(13)上的浮力致动器(14)和泵(15)。装置(10)在闭环模式中操作，其中高压流体由泵(15)抽到岸上，能量被提取作为在岸上设备(17)的有用功，并且所得的减压流体被返回到近海的泵(15)来被重新供给能量。浮力致动器(14)通过系绳(19)可操作地连接到泵(15)，并有浮力地悬浮于水体(11)内泵(15)的上方。浮力致动器(14)设有连接装置(61)，其适于提供中空本体(21)和系绳(19)之间的柔顺弹性连接。连接装置(61)包括阻尼装置(63)，其被配置为维持中空本体(21)和系绳(19)之间的基本刚性连接，直至加载于其间的负荷超过了规定的负荷，由此阻尼装置(63)有利于两者之间受限的相对运动以减轻负荷。附加地或可选地，装置(10)结合有出于阻尼目的响应过度负荷条件来控制泵(15)耗散能量的设备。
文档编号F03B13/18GK103210209SQ201180049876
公开日2013年7月17日 申请日期2011年8月16日 优先权日2010年8月16日
发明者乔纳森·皮埃尔·菲耶韦, 格雷格·约翰·艾伦, 劳伦斯·德鲁·曼 申请人:刻托知识产权有限公司