一种新型变质量浮子摇臂摇块式波浪能采集机构及方法与流程

本发明涉及新能源开发技术领域，具体涉及一种新型变质量浮子摇臂摇块式波浪能采集机构及方法。

背景技术：

随着社会的发展，人们对能源的需求量越来越多，常规能源已经难以满足人们的需求。海洋面积占地球面积的70%，蕴藏着巨大的能量。海洋能包括潮汐能、波浪能、海洋温差能和海流能等。波浪能在海洋中无处不在，取之不尽，是海洋能利用中最受重视的能源形势之一。由于波浪能具备良好的品质和开发利用价值，因此受到欧美科研人员的广泛青睐，各种形式的波浪能发电装置得到了研发和试验，但是我国波浪能发电技术研究起步较晚，现有的波浪能利用装置采集波浪能的效率较低。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种新型变质量浮子摇臂摇块式波浪能采集机构及方法，不仅结构简单可靠和使用方便，还特别优化了波浪能采集机构的能量采集效率。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种新型变质量浮子摇臂摇块式波浪能采集机构，它包括变质量浮子、摇臂、液压缸和发电平台；所述摇臂一端与浮子固定连接，摇臂另一端通过第一铰链与发电平台铰接，摇臂中部通过第二铰链与液压缸的活塞杆铰接，液压缸缸体中部通过第三铰链与发电平台铰接，利用变质量浮子的运动将波浪能采集为机械能。

所述变质量浮子为小锥平底圆形浮子，由上部平底浮体和下部带有锥度的圆形浮体组成，带有锥度的圆形浮体内部为薄壁腔体。

所述变质量浮子的上部平底浮体开有透气孔，下部圆形薄壁腔体底部开有换水孔，透气孔与下部圆形薄壁腔体贯通。

所述透气孔数量为一个；所述换水孔的数量为四个，配置方式为圆周阵列，换水孔的直径比透气孔的直径小。

所述变质量浮子、摇臂、液压缸对称阵列三组铰接在发电平台上为一个模组。

所述液压缸与发电平台的铰接点位于外缸体的中部位置。

所述变质量浮子、摇臂、液压缸和发电平台组成的一个模组配置多组，设计成为c字形波浪能采集阵线。

所述新型变质量浮子摇臂摇块式波浪能采集机构进行能量采集的方法，他包括以下步骤：

步骤一：变质量浮子随着随机波浪上下运动，变质量浮子带动摇臂，摇臂带动液压缸的活塞杆上下运动，液压缸做功，将波浪能采集为液压能；

步骤二：变质量浮子随着波浪上下起伏的过程中海水会通过换水孔进出变质量浮子，当变质量浮子从波谷向波峰运动过程中，海水的作用力向上，海水排挤圆形薄壁腔体中的空气进入腔体，变质量浮子质量变大，当变质量浮子从波峰向波谷运动过程中，海水作用力向下，海水由于重力排出腔体，变质量浮子质量变小；浮子向上运动时，液压缸做功，当浮子进水质量增加，浮子动能增大，液压缸做功更多；浮子向下运动时，液压缸蓄能不做功，浮子排水质量不增加；通过改变浮子质量，提高能量转换率。

本发明有如下有益效果：

1、基于摇臂摇块机构，设计液动连杆机构用于波浪能采集机构中，结构简单可靠，运行平稳。

2、采用小锥平底圆形浮子，可以克服圆形浮子、平底浮子和锥底浮子的不足，达到同时吸收波浪的行波和驻波的效果，提高波浪能采集效率。

3、利用变质量浮子的换水孔和透气孔以及内置的流量控制阀，使浮子的圆形薄壁腔在波浪中可以依据波浪的状态进出水，改变浮子的质量，从而改变采集波浪能系统的阻尼系数，可以提高收集能力。

4、本机构为模块化设计，六个发电单元为一个模组，可以根据海况和环境快速组装，成倍提升波浪能采集能力。

5、设计c字形波浪能采集阵线，沿着海岸线放置，可以充分利用波浪能，提高能量采集效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的机构第一视角三维图；

图2为本发明的机构第二视角三维图；

图3为本发明的机构第三视角三维图；

图4为本发明的机构第四视角三维图；

图5为摇臂摇块机构图；

图6为本发明的机构俯视图；

图7为本发明的浮子形状示意图；

图8为本发明变质量浮子内部结构图；

图9为一个波浪周期内浮子换水过程示意图；

图10为c字形波浪能采集阵线示意图。

图中：变质量浮子1、摇臂2、液压缸3、发电平台4、第一铰链5、第二铰链6、第三铰链7、平底浮体8、带有锥度的圆形浮体9、透气孔10、换水孔11。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

参见图1-6，本发明所述的一种新型变质量浮子摇臂摇块式波浪能采集机构，包括变质量浮子1、摇臂2、液压缸3和发电平台4，所述摇臂2一端与变质量浮子1连接，摇臂2另一端通过第一铰链5与发电平台4铰接，摇臂2中部通过第二铰链6与液压缸3活塞杆铰接，液压缸体中部通过第三铰链7与发电平台4铰接，变质量浮子1带动摇臂2上下运动，摇臂2带动液压缸3活塞杆来回运动，将随机波浪能转化成稳定的液压能。基于摇臂摇块机构，导杆演变为液压缸活塞，滑块演变为液压缸缸体，摇杆变为驱动连杆，为主动件，结构简单，运行平稳。

优选地方案中，如图7，所述的一种用于波浪能采集的变质量浮子为小锥平底圆形浮子，由上部平底浮体8和下部带有锥度的圆形浮体9组成，克服了锥底浮体、平底浮体和圆形浮体不能同时吸收行波和驻波的不足，达到了同时吸收波浪中行波和驻波的效果，提高了波浪能的采集效率。

优选的方案中，如图8、9，所述的一种用于波浪能采集的变质量浮子的上部平底浮体8开有透气孔10，下部圆形浮体9薄壁腔体底部开有换水孔11，透气孔10与下部圆形浮体9薄壁腔体贯通。由于水的密度大于空气的密度，变质量浮子1随着波浪上下起伏的过程中海水会通过换水孔11进变质量浮子1。当变质量浮子1从波谷向波峰运动过程中，海水的作用力向上，海水排挤圆形薄壁腔体中的空气进入腔体，变质量浮子1质量变大。当变质量浮子1从波峰向波谷运动过程中，海水作用力向下，海水由于重力排出腔体，变质量浮子1质量变小。浮子向上运动时，液压缸做功，当浮子进水质量增加，浮子动能增大，液压缸做功更多。浮子向下运动时，液压缸蓄能不做功，浮子排水质量不增加。不仅结构简单，而且在一个波浪周期内通过进出水，达到改变浮子质量的目的，提高采集效率。

优选的方案中，如图1-4，所述的一种新型变质量浮子摇臂摇块式波浪能采集机构中液压缸3与发电平台4的铰接点位于外缸体的中部位置，结构稳定，节约空间，可以有效提高液压缸的行程。

优选的方案中，如图10，所述的一种新型变质量浮子摇臂摇块式波浪能采集机构，变质量浮子1、摇臂2、液压缸3对称阵列三组铰接在发电平台上为一个模组，一个模组共六个发电单元。模组结构稳定牢固，可以根据海况和环境快速组装，成倍提升波浪能采集能力。根据海岸线形状，配置多个模组，设计成为c字形波浪能采集阵线，沿着海岸线放置，可以充分利用波浪能，提高能量采集效率。

技术特征：

1.一种新型变质量浮子摇臂摇块式波浪能采集机构，其特征在于：它包括变质量浮子（1）、摇臂（2）、液压缸（3）和发电平台（4）；所述摇臂（2）一端与浮子（1）固定连接，摇臂（2）另一端通过第一铰链（5）与发电平台（4）铰接，摇臂（2）中部通过第二铰链（6）与液压缸（3）的活塞杆铰接，液压缸（3）缸体中部通过第三铰链（7）与发电平台（4）铰接，利用变质量浮子（1）的运动将波浪能采集为机械能。

2.根据权利要求1所述一种新型变质量浮子摇臂摇块式波浪能采集机构，其特征在于：所述变质量浮子（1）为小锥平底圆形浮子，由上部平底浮体（8）和下部带有锥度的圆形浮体（9）组成，带有锥度的圆形浮体（9）内部为薄壁腔体。

3.根据权利要求2所述一种新型变质量浮子摇臂摇块式波浪能采集机构，其特征在于：所述变质量浮子（1）的上部平底浮体（8）开有透气孔（10），下部圆形薄壁腔体底部开有换水孔（11），透气孔（10）与下部圆形薄壁腔体贯通。

4.根据权利要求3所述一种新型变质量浮子摇臂摇块式波浪能采集机构，其特征在于：所述透气孔（10）数量为一个；所述换水孔（11）的数量为四个，配置方式为圆周阵列，换水孔（11）的直径比透气孔（10）的直径小。

5.根据权利要求1所述一种新型变质量浮子摇臂摇块式波浪能采集机构，其特征在于：所述变质量浮子（1）、摇臂（2）、液压缸（3）对称阵列三组铰接在发电平台（4）上为一个模组。

6.根据权利要求1所述一种新型变质量浮子摇臂摇块式波浪能采集机构，其特征在于：所述液压缸（3）与发电平台的铰接点位于外缸体的中部位置。

7.根据权利要求1所述一种新型变质量浮子摇臂摇块式波浪能采集机构，其特征在于：所述变质量浮子（1）、摇臂（2）、液压缸（3）和发电平台（4）组成的一个模组配置多组，设计成为c字形波浪能采集阵线。

8.采用权利要求1-7任意一项所述新型变质量浮子摇臂摇块式波浪能采集机构进行能量采集的方法，其特征在于他包括以下步骤：

步骤一：变质量浮子（1）随着随机波浪上下运动，变质量浮子（1）带动摇臂（2），摇臂（2）带动液压缸（3）的活塞杆上下运动，液压缸（3）做功，将波浪能采集为液压能；

步骤二：变质量浮子（1）随着波浪上下起伏的过程中海水会通过换水孔（11）进出变质量浮子（1），当变质量浮子（1）从波谷向波峰运动过程中，海水的作用力向上，海水排挤圆形薄壁腔体中的空气进入腔体，变质量浮子（1）质量变大，当变质量浮子（1）从波峰向波谷运动过程中，海水作用力向下，海水由于重力排出腔体，变质量浮子（1）质量变小；浮子向上运动时，液压缸做功，当浮子进水质量增加，浮子动能增大，液压缸做功更多；浮子向下运动时，液压缸蓄能不做功，浮子排水质量不增加；通过改变浮子质量，提高能量转换率。

技术总结
本发明提供了一种新型变质量浮子摇臂摇块式波浪能采集机构及方法，摇臂一端与变质量浮子连接，摇臂另一端通过第一铰链与发电平台铰接，摇臂中部通过第二铰链与液压缸活塞杆铰接，液压缸体中部通过第三铰链与发电平台铰接，该机构可以将波浪能转化为液压缸中的液压能。所述机构中，变质量浮子带动摇臂上下运动，摇臂带动液压缸活塞杆来回运动，将随机波浪能转化成稳定的液压能，并且通过浮子的进出水，改变浮子的质量，以此来改变采集功率，提高波浪能采集效率。所述本发明科学合理、结构简单、使用方便，并且该采集机构为模块化设计，可以根据海况和环境任意组合该机构，显著提高波浪能采集效率。

技术研发人员：方子帆;王佳佳;刘进;谢志恒;洪俊鹏;谢雪媛;熊飞;吴祖双;孔博
受保护的技术使用者：三峡大学
技术研发日：2020.08.14
技术公布日：2020.11.27