一种吞波式波浪能提取转化装置及其应用方法与流程

1.本发明涉及海洋波浪能的收集提取和转化利用技术领域，具体涉及一种可高效收集提取和转化利用波浪能的机械装置和工程措施。


背景技术：

2.随着世界经济的持续发展和人类社会的不断进步，对能源的需求尤其是对绿色可再生能源的需求越来越强烈，近年来，海洋能作为一种取之不尽用之不竭的绿色可再生能源日益受到人们的重视，其中，波浪能因其蕴藏量巨大、分布广泛成为各国争相开发的焦点。波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的，它实质上是吸收了风能而形成的。虽然波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源，但因其储量丰富，能量密度高，分布广泛等优点，具有非常巨大的开发利用潜力。随着世界各国对波浪能开发利用技术的广泛关注，各式各样的波浪能开发利用技术层出不穷。由于波浪能的不稳定性，极大的增加了波浪能提取开发技术的难度，目前，包括我国在内的全球各国虽然有不少波浪能利用发电装置进行了长期海试，但波浪能利用开发技术基本仍处于示范运行阶段。在恶劣环境下，波浪能发电装置的生存性、长期工作的可靠性、高效转换能力，尤其是波浪能的高效提取等关键技术问题仍有待突破。同时，波浪能发电现有装置基本安装在近岸海域运行，如西班牙穆特里库波浪能电站，装机296千瓦，2012年运行以来，年均发电40兆瓦时，尚未到波浪能资源更好的离岸6公里外开展示范运行。
3.在大力开展波浪能利用技术研究的同时，世界各国还面临着近海工程风浪防护的挑战，尤其是在兼具波浪能利用技术的浮力式防波堤的研究上还很欠缺。
4.基于波浪能开发利用技术中存在的上述问题，我们展开了一种吞波式波浪能高效提取转化装置的研究。


技术实现要素：

5.本发明的目的是创造性的设计一种吞波式波浪能高效收集提取和转化装置并给出这种装置的应用方法，同时赋予该装置高强的风浪生存能力和广泛的适用性。
6.本发明是通过以下技术方案来实现上述目的的：
7.一种吞波式波浪能提取转化装置，其结构包括：吞波体、伸缩液压系统和支撑框架三部分；所述波浪能提取转化装置的吞波体是一个可前后伸缩变形的板状铰链结构，在水平方向上，在波浪的涌动冲击作用下吞波体可通过身体的折叠变形进行前后的伸缩往复运动，从而把波浪能转化成机械能；波浪能提取转化装置的吞波体由聚能头、上下铰板、翼板、尾箱和滑轨浮箱构成，吞波体的聚能头是一个喇叭状的结构，左右两侧有滚轮，在吞波体的最前面，其作用是承载波浪的涌动冲击作用，并在波浪的冲击作用下沿滑轨作直线运动；吞波体的上、下铰板是两个中间用铰链连接的板体结构，上、下铰板的前端用铰链连接在聚能头上，后端用铰链连接在吞波体的尾箱上，上、下铰板在外力作用下可以分别做向上和向下的折叠变形；吞波体的尾箱是一个箱体结构，起到固定吞波体的作用，尾箱的后端固定在支
撑框架的后框架上；吞波体的翼板位于吞波体的左右两侧，翼板的后端固定在吞波体尾箱上，前端通过多个螺栓拉杆对拉在一起，翼板和尾箱共同围成一个狭长的夹槽夹持约束着吞波体的上下铰板；吞波体的滑轨浮箱位于吞波体翼板的外侧，其后端固定在吞波体尾箱上，前端通过螺栓拉杆对拉在一起，其作用是从左右两侧浮托着吞波体，使之浮于水面并保持水平平衡，同时还为吞波体聚能头的运动提供直线轨道；所述吞波式波浪能提取转化装置的伸缩液压系统的主体为伸缩液压缸，分布于吞波体的左右两侧，液压缸的后端固定在吞波体尾箱上，前端通过一个铰支座固定在吞波体的聚能头上，其作用是将吞波体聚能头的前后往复运动的机械能转化成液体的液压能，以供人们的利用；所述吞波式波浪能提取转化装置的支撑框架是一个桁架结构的半潜式框架，由底盘、导流翼墙、盖梁和后框架构成，其作用是为吞波体提供外围的骨骼支撑和保护，增强吞波体的风浪生存能力，同时还具有为吞波体聚波导流的作用。
8.在本实施例中，所述吞波式波浪能提取转化装置的吞波体上、下铰板上有开窗，上铰板的开窗是开敞的，靠近中间铰链，下铰板的开窗上有单向拍门，拍门启闭方向与下铰板的上下折叠运动方向相逆。
9.在本实施例中，所述吞波式波浪能提取转化装置的吞波体上、下铰板和左、右翼板以及聚能头和尾箱共同围成一个吞波体体腔，这个体腔的容积会因为聚能头的前后运动从而带动着上、下铰板分别做向上、向下的折叠变形运动而发生改变。
10.在本实施例中，所述吞波式波浪能提取转化装置的吞波体聚能头通过左右两侧的滚轮扣合在滑轨浮箱的滑轨上，并沿滑轨滚动。
11.在本实施例中，所述吞波式波浪能提取转化装置的吞波体聚能头的颈部设有一道泄水槽，这个泄水槽的前端(靠近聚能头喇叭口)口窄，后端(靠近吞波体体腔)口宽，方便吞波体体腔内的水喷涌出来。
12.在本实施例中，所述吞波式波浪能提取转化装置的各部分上有适当的浮力配置，通过各部分自重和浮力的配置，吞波式波浪能提取转化装置整体在水面上能够以半潜的形式保持水平平衡状态。
13.在本实施例中，所述吞波式波浪能提取转化装置是一种单元模块化结构，可以多个单元并联在一起应用。
14.在本实施例中，所述吞波式波浪能提取转化装置可以安装固定在岸边或浅海的固定基础上，也可以半潜式的形式漂浮在海面上，用锚链锚系在深海的锚桩上。
15.上述吞波式波浪能提取转化装置的应用方法包括如下内容：
16.在海面上，正面迎着风浪方向布置好吞波式波浪能提取转化装置，当波浪的波峰涌动接触到吞波体的聚能头后，聚能头在波峰的涌动冲击作用下会沿滑轨向后推移，由此会推动着上、下铰板分别向上和向下做折叠变形运动，随着上、下铰板的折叠变形，吞波体的体腔容积会随之变大，与此同时，当下铰板在水中向下向后折叠运动时，海水会冲开下铰板的拍门涌入到变大了的吞波体体腔里，当波峰过去以后，吞波体体腔里的由于涌入大量的水，水位会比海平面高，更会比随之到来的波谷的水位高，此时，吞波体体腔里的水会反向向前冲击聚能头，把聚能头沿滑轨重新推出来复位，准备迎接下一个波峰的冲击，由此，吞波体就会发生一次直线往复运动；在波浪的反复涌动冲击作用下，吞波体的这个直线往复运动就会以蠕动的形式持续反复发生，由此带动着伸缩液压系统持续产生液压能，以供
人们利用。
17.在本实施例中，新型的吞波式波浪能提取转化装置与现有的波浪能利用技术比较，其重大创新就在于：
18.首先，吞波式波浪能提取转化装置的波浪能收集提取能力强，波浪能的利用率高。波浪能是一种沿海平面进行面向传递的能量，现有的波浪能利用技术大都只能对波浪能进行点向或线向利用，譬如振荡浮子式、海蛇式，而吞波式波浪能提取转化装置的并联使用，能够在垂直于波浪能传递方向的断面上对波浪能进行面向的收集提取，理论上讲，它可以对某一区域海洋断面上的波浪能进行完全的提取和利用。
19.其次，吞波式波浪能提取转化装置的能量转化效率高。波浪能在驱动吞波式波浪能转化装置的吞波体向后运动的过程中，虽然有少量的能量会用于克服摩擦力和海水对吞波体的阻力而受到损失，但这部分损失较小，因为吞波体在向后运动的过程中，其周围的海水也是同向涌动的，而非静止更非逆向，因此水对吞波体的运动阻力不大，另外，吞波体聚能头在其轨道上的滚动摩擦阻力也比较小，因此，由于摩擦作用和海水的阻力造成的波浪能的损失不到总能量的20％，超80％的波浪能被直接用于推动液压系统转化成了液压能。
20.第三、吞波式波浪能提取转化装置的适用范围广，适用性强。现有的波浪能利用技术中譬如浮力摆式波浪能发电机也能对波浪能进行面向的收集利用，但是它们由于技术条件的限制，只能布置在浅海区使用，而吞波式波浪能提取转化装置既可以在岸边浅海区使用也可以在深海中使用。
21.第四、吞波式波浪能提取转化装置的运行成本低。吞波式波浪能提取转化装置的结构简单、整体性强，有很强的抗风浪生存能力，运动形式为速率不高的直线往复蠕动，运动形式单一，因此装置运行的故障率相对较低，易于运行维护和管理。
22.第五、多个单元的吞波式波浪能提取转化装置并联在一起使用也兼具浮力式防波堤的功能，在提取转化波浪能的同时也起到消波减浪、保岸护堤的作用。
23.有益效果在于：吞波式波浪能提取转化装置能够在垂直于波浪能传递方向的断面上高效的提取和转化波浪能，而且装置运行方便、可靠，适用性强，成本较低，在吸收利用波浪能的同时还能消波减浪、保岸护堤；它的发明为人类驯服和驾驭取之不尽用之不竭的波浪能提供了一个强有力的新手段。
附图说明
24.图1、吞波式波浪能提取转化装置侧视图；
25.图中：1是吞波体；2是伸缩液压系统。
26.图2、图3、吞波体轴视图；
27.图中：3是聚能头；4是上铰板；5是下铰板；6是翼板；7是尾箱；8是滑轨浮箱；12是螺栓拉杆。
28.图4、吞波式波浪能提取转化装置轴视效果图；
29.图5、吞波体聚能头侧视图；
30.图中：9是滚轮；14是泄水槽；16是聚能头上的浮力配置体。
31.图6：吞波体聚能头后轴视图；
32.图中：11是连接铰链。
33.图7、图8、吞波体聚能头前后轴视效果图；
34.图9、吞波体上铰板示意图；
35.图中：19是上铰板开窗。
36.图10：吞波体下铰板示意图；
37.图中：13是下铰板单向拍门。
38.图11：吞波体滑轨浮箱；
39.图中：10是吞波体聚能头滚轮滑轨。
40.图12：吞波体尾箱轴视图；
41.图13：吞波式波浪能提取转化装置伸缩液压缸效果示意简图；
42.图14：吞波体翼板轴视效果图；
43.图15：吞波体并联应用效果示意图；
44.图16：吞波式波浪能提取转化装置固定基础安装示意简图；
45.图中：17是安装基柱；23是海平面。
46.图17、图18：吞波式波浪能提取转化装置的支撑框架示意图；
47.图中：19是导流翼墙；20是底盘；21是盖梁；22是后框架。
48.图19、图20：吞波式波浪能提取转化装置整体效果示意图。
49.图21：吞波式浮力防波堤效果示意图。
具体实施方式
50.下面结合附图对本发明做进一步说明：
51.如附图1-21所示，一种吞波式波浪能提取转化装置，其结构包括：吞波体1、伸缩液压系统2和支撑框架18三部分；所述波浪能提取转化装置的吞波体1是一个可前后伸缩变形的板式铰链结构，在水平方向上，在波浪的涌动冲击作用下吞波体1可通过身体的折叠变形进行前后的伸缩往复运动，从而把波浪能转化成机械能；所述波浪能提取转化装置的吞波体由聚能头3、上、下铰板4和5、翼板6、尾箱7和滑轨浮箱8构成，吞波体的聚能头3是一个喇叭状的结构，左右两侧有滚轮9，它在吞波体的最前面，其作用是承载波浪的涌动冲击作用，并在波浪的冲击作用下沿滑轨10作直线运动；吞波体的上、下铰板4和5是两个中间用铰链11连接的板体结构，上、下铰板4和5的前端用铰链连接在聚能头3上，后端用铰链连接在吞波体的尾箱7上，上、下铰板4和5在外力作用下可以分别做向上和向下的折叠变形；吞波体的尾箱7是一个箱体结构，起到固定吞波体1的作用，尾箱7的后端固定在支撑框架18的后框架22上；吞波体的翼板6位于吞波体1的左右两侧，翼板6的后端固定在吞波体尾箱7上，前端通过多个螺栓拉杆12对拉在一起，翼板6和尾箱7共同围成一个狭长的夹槽夹持约束着吞波体的上、下铰板4和5；吞波体的滑轨浮箱8位于吞波体翼板6的外侧，其后端固定在吞波体尾箱7上，前端通过螺栓拉杆12对拉在一起，其作用是从左右两侧浮托着吞波体1，使之浮于水面并保持水平平衡，同时还为吞波体聚能头3的运动提供直线滑轨10；所述吞波式波浪能提取转化装置的伸缩液压系统的主体为伸缩液压缸2，分布于吞波体的左右两侧，液压缸2的后端固定在吞波体尾箱7上，前端通过一个铰支座固定在吞波体的聚能头3上，其作用是将吞波体聚能头3的前后往复运动的机械能转化成液体的液压能，以供人们的利用；所述吞波式波浪能提取转化装置的支撑框架18是一个桁架结构的半潜式框架，由底盘20、导流翼墙
19、盖梁21和后框架22构成，其作用是为吞波体1提供外围的骨骼支撑和保护，增强吞波体1的风浪生存能力，同时还具有为吞波体聚波导流的作用。
52.在本实施例中，所述吞波式波浪能提取转化装置的吞波体上、下铰板4和5上有开窗，上铰板4的开窗是开敞的，靠近中间铰链，下铰板5的开窗上有单向拍门13，拍门启闭方向与下铰板的上下折叠运动方向相逆。
53.在本实施例中，所述吞波式波浪能提取转化装置的吞波体的上、下铰板4、5和左右翼板6以及聚能头3和尾箱7共同围成一个吞波体体腔14，这个体腔14的容积会因为聚能头3的前后运动从而带动着上、下铰板4和5分别做向上、向下的折叠变形而发生改变。
54.在本实施例中，所述吞波式波浪能提取转化装置的吞波体聚能头3通过左右两侧的滚轮9扣合在侧浮箱的滑轨10上滚动。
55.在本实施例中，所述吞波式波浪能提取转化装置的吞波体聚能头的颈部设有一道泄水槽15，这个泄水槽15的前端(靠近聚能头喇叭口)口窄，后端(靠近吞波体体腔)口宽，方便吞波体体腔14内的水喷涌出来。
56.在本实施例中，所述吞波式波浪能提取转化装置的各部分上有适当的浮力配置16，通过各部分自重和浮力的配置，吞波式波浪能提取转化装置整体在水面上能够以半潜的形式保持水平平衡状态。
57.在本实施例中，所述吞波式波浪能提取转化装置是一种单元模块化结构，可以多个单元并联在一起应用。
58.在本实施例中，所述吞波式波浪能提取转化装置可以安装固定在岸边或浅海的固定基础上，也可以以半潜式的形式漂浮在海面上，用锚链锚系在深海的锚桩上。
59.上述吞波式波浪能提取转化装置的应用方法包括如下内容：
60.在海面上，正面迎着风浪方向布置好吞波式波浪能提取转化装置，当波浪的波峰涌动接触到吞波体的聚能头3后，聚能头3在波峰的涌动冲击作用下会沿滑轨10向后推移，由此会推动着上、下铰板4和5分别向上和向下做折叠变形运动，随着上、下铰板4和5的折叠变形，吞波体的体腔14的容积会随之变大，与此同时，当下铰板5在水中向下向后折叠运动时，海水会冲开下铰板的拍门13涌入到变大了的吞波体体腔14里，当波峰过去以后，吞波体体腔14里由于涌入大量的水，水位会比海平面高，更会比随之到来的波谷的水位高，此时，吞波体体腔14里的水会反向向前冲击聚能头，把聚能头沿滑轨重新推出来复位，准备迎接下一个波峰的冲击，由此，吞波体1就会发生一次直线往复运动；在波浪的反复涌动冲击作用下，吞波体1的这个直线往复运动就会以蠕动的形式持续反复发生，由此带动着伸缩液压系统2持续产生液压能，以供人们利用。
61.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是署名本发明的原理，在不脱离本发明和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附得的权利要求书及其效物界定。