海流海波能量收集单元的制作方法

1.本发明涉及海波能量收集装置，更具体地说，它涉及海流海波能量收集单元。


背景技术：

2.海洋拥有巨大的可再生能源，海洋的可收集能量主要包括海波能、潮汐能，其中海波能又包括海波竖向起伏能量和海波水平流动能量。其中，潮汐能的开发利用已经很成熟，现在人类能够工业化将海洋能量转化为电能的只有潮汐发电。由于海波能开发利用所需要的高能量密度能量场，其海洋环境非常恶劣，现有的海波能开发利用基本停留在概念阶段。
3.即使是潮汐发电也受到苛刻的选址限制，实际能利用上的海洋能量对于人类的需求而言还是微不足道。海波能难以开发利用和工业化发电的主要原因有：
4.1、环境非常恶劣：
5.电厂需要一个高能量密度的能量收集场，对海洋而言，能量场密度越高意味着环境越是恶劣。能量收集场海洋的狂风巨浪、汹涌暗流、高盐潮湿、远离海岸等无不令人望而却步。这样的环境给电厂的建造、维护、能源的传输等造成极大的困难。
6.2、没有坚固高效的海洋能量收集设备：
7.现有的海洋能量收集设备还停留在概念阶段，没有有效的能量收集设备，海洋能量的工业化利用自然无从谈起。
8.3、没有将海上收集的能量高效输送到岸上并将海洋能量高效转化为电能的系统。
9.4、没有易于修建、易于检修、牢固耐用的能量场设施：
10.在异常恶劣的海洋环境下，能量场设施做不到易修建、易检修、牢固耐用、模块化布置，要建成工业化的海面发电能源场将极度困难。


技术实现要素：

11.本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，其目的是提供一种海流海波能量收集单元，可用于恶劣海洋环境下海波能量的收集，并实现在海洋环境下快速安装。
12.本发明的技术方案是这样的：海流海波能量收集单元，包括海波能收集系统和支撑结构，所述的海波能量收集系统安装在支撑结构的底部，所述的支撑结构包括支架模块一、支架模块二、支架模块三和埋设在海床面低下的支撑柱，所述的支架模块一滑动安装在支撑柱外围，且所述的支架模块一与支撑柱之间设有限位组件，所述的支架模块一与支撑柱之间设有锁紧组件，所述的支架模块二对称安装在支架模块一的下部两侧，所述的支架模块三对称安装在支架模块一的上部两侧。
13.作为进一步地改进，所述的限位组件包括凸轨和凹轨，所述的凸轨固定在支撑柱的外壁，所述的凹轨固定在支架模块一内，所述的凸轨滑动插接在凹轨内。
14.进一步地，所述的锁紧组件包括牛角和套筒，所述的牛角共设置有两个，所述的牛角与支撑柱固定连接，且两个所述的牛角分别位于支架模块一的钢管上下两侧，所述的套筒活动套接在牛角外围，且所述的套筒与牛角通过螺钉连接。
15.进一步地，所述的支撑柱内固定嵌设有槽型的牛角支座板，所述的牛角固定在牛角支座板内，所述的套筒活动插接在牛角支座板内的牛角上。
16.进一步地，所述的支撑柱上方还设有顶升支架，所述的顶升支架与支架模块一连接。
17.进一步地，所述的支架模块二、支架模块三与支架模块一之间均通过螺钉连接。
18.进一步地，所述的支架模块二与支架模块三之间还设有多个连接架，每个所述连接架的两端分别与支架模块二、支架模块三通过螺钉连接。
19.进一步地，所述的海波能收集系统包括海流海波竖向能量收集系统和海流海波水平能量收集系统，所述海流海波竖向能量收集系统安装在支撑结构的外围，所述海流海波水平能量收集系统安装在支撑结构的底部。
20.进一步地，所述的海流海波竖向能量收集系统为高压水输出型海波竖向能量收集系统，所述的高压水输出型海波竖向能量收集系统包括高压输水管和可将海波竖向能量收集并转化为高压水的高压水输出型海波竖向能量收集器，所述高压输水管的出水端与高压水管网连接，所述高压输水管的进水端与高压水输出型海波竖向能量收集器的出水端连接，所述高压输水管的末端设有单向阀。
21.进一步地，所述的海流海波水平能量收集系统为单向海流海波水平能量收集系统，所述的单向海流海波水平能量收集系统包括水泵结构和可将单向海波水平能量收集并转化为机械转动能量的单向海流海波水平能量收集器，所述单向海流海波水平能量收集器与水泵结构相联动；所述的水泵结构连接有吸水管和高压输水管，所述高压输水管的出水端与高压水管网连接，且所述高压输水管的末端设有单向阀。
22.有益效果
23.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
24.1、本发明的海流海波能量收集单元，通过设置海流海波竖向能量收集系统和海流海波水平能量收集系统，采用不同类型的海波能量收集系统收集不同方向的海波能量，可对不同类型的海波面变化作出灵敏反应，实现将海波竖向、水平运动的单向能量收集，并转化为高压水进行输送，覆盖范围更换，反应更加全面。
25.2、本发明的海流海波能量收集单元，采用三个分体式设置的支架模块套装在支撑柱上，各个支架模块均在岸上完成焊接等工作，形成标准的模块，再转移至海上拼装在一起，其整体网架模块化生产安装的方式，实现在海洋环境下快速安装，具有易于修建、易于检修、牢固耐用的特点。
附图说明
26.图1为本发明实施例1的俯视结构示意图；
27.图2为图1中a处的结构放大示意图；
28.图3为本发明实施例1的侧视结构示意图；
29.图4为图3中b处的结构放大示意图；
30.图5为本发明实施例1中支撑结构的主视结构示意图；
31.图6为本发明实施例1中支撑柱的结构示意图；
32.图7为本发明实施例1中海波能收集系统的示意图；
33.图8为本发明实施例1中高压水输出型海波竖向能量收集系统的示意图；
34.图9为本发明实施例1中单向海流海波水平能量收集系统的示意图；
35.图10为本发明实施例1中单向海流海波水平能量收集器的示意图；
36.图11为本发明实施例2中机械转动输出型海波竖向能量收集系统的示意图；
37.图12为本发明实施例2中机械转动输出型海波竖向能量收集器的示意图；
38.图13为本发明实施例3中全向海流海波水平能量收集系统的示意图；
39.图14为本发明实施例3中全向海流海波水平能量收集器的示意图。
40.其中：1
‑
支撑结构、2
‑
高压水输出型海波竖向能量收集系统、3
‑
单向海流海波水平能量收集系统、4
‑
高压输水管、5
‑
高压水输出型海波竖向能量收集器、6
‑
高压水管网、7
‑
单向阀、8
‑
单向海流海波水平能量收集器、9
‑
吸水管、10
‑
出水管、11
‑
鼓膜箱泵、12
‑
曲轴箱、13
‑
传动轴、14
‑
单向海流驱动轮、15
‑
耐候塑料外壳、16
‑
推拉杆、17
‑
定位滑轮、18
‑
钢拉索、19
‑
链轮、20
‑
链条、21
‑
全向海流驱动轮、22
‑
轮框、23
‑
动力旋叶、51
‑
动力浮萍、52
‑
压水缸体、53
‑
活塞杆件、101
‑
支架模块一、102
‑
支架模块二、103
‑
支架模块三、104
‑
支撑柱、105
‑
凸轨、106
‑
凹轨、107
‑
牛角、108
‑
套筒、109
‑
牛角支座板、110
‑
顶升支架、111
‑
连接架。
具体实施方式
41.下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。
42.实施例1
43.参阅图1
‑
6，本发明的海流海波能量收集单元，包括海波能收集系统和支撑结构1，其中，海波能量收集系统安装在支撑结构1的底部，用于收集海波能，支撑结构1包括支架模块一101、支架模块二102、支架模块三103和埋设在海床面低下的支撑柱104，支架模块一101、支架模块二102、支架模块三103为三个分体式设置的网架模块，支撑柱104采用大口径(1.2m以上)桩柱一体结构，桩底拓头，利于快速施工、坚固牢靠、具有足够的抗拔力，支架模块一101滑动安装在支撑柱104外围，且支架模块一101与支撑柱104之间设有限位组件，保证整体网架不会转动，在支架模块一101与支撑柱104之间设有锁紧组件，使整体网架不能上下移动，支架模块二102共设置两个，支架模块二102对称安装在支架模块一101的下部两侧，支架模块三103共设置两个，支架模块三103对称安装在支架模块一101的上部两侧。整个支撑结构1呈长方形设置，支撑柱104则设在整个长方形的中心上，海波能收集系统的所有仪器设备、管线均依附在支撑结构1上。
44.优选的，限位组件可以设置多个，限位组件包括凸轨105和凹轨106，其中，凸轨105固定在支撑柱104的外壁，凹轨106固定在支架模块一101内，凸轨105滑动插接在凹轨106内，通过凸轨105和凹轨106的配合，保证支架模块一101仅能沿支撑柱104上下滑动，防止支架模块一101转动。
45.优选的，锁紧组价可以设置多个，锁紧组件包括牛角107和套筒108，其中，牛角107共设置有两个，牛角107与支撑柱104固定连接，且两个牛角107分别位于支架模块一101的钢管上下两侧，套筒108活动套接在牛角107外围，且套筒108与牛角107通过螺钉连接。在支架模块一101套在支撑柱104后，待两个牛角107分别位于架模块一101的钢管上下两侧时，将套筒108套入牛角107上，再用螺钉将二者连接固定，即可实现对支架模块一101的锁紧，拆装十分方便。进一步地，牛角107和套筒108均为方形结构，可以有效防止二者相对转动，
进一步提高连接牢固性。
46.优选的，在支撑柱104内固定嵌设有槽型的牛角支座板109，牛角107固定在牛角支座板109内，套筒108活动插接在牛角支座板109内的牛角107上，采用牛角支座板109来安装牛角107，一方面可以避免牛角107与支架模块一101发生干涉的问题，另一方面便于套筒108的插入。
47.优选的，在支撑柱104上方还设有顶升支架110，该顶升支架110与支架模块一101连接。在检修(需将整体网架全部顶出海面)或应急需要时，可取下牛角107上的套筒108，在千斤顶(支在支撑柱顶、顶在顶升支架)的作用下，整体网架可以顺着支撑柱104上下滑动，即可实现拆卸检修，操作十分方便。
48.优选的，支架模块二102、支架模块三103与支架模块一101之间均通过螺钉连接，方便各个支架模块之间在海上连接。
49.优选的，在支架模块二102与支架模块三103之间还设有多个连接架111，提高整个网架的结构强度，每个连接架111的两端分别与支架模块二102、支架模块三103通过螺钉连接，方便拆装维护。
50.本发明的海流海波能量收集单元，采用三个分体式设置的支架模块套装在支撑柱上，各个支架模块均在岸上完成焊接等工作，形成标准的模块，再转移至海上拼装在一起，其整体网架模块化生产安装的方式，实现在海洋环境下快速安装，具有易于修建、易于检修、牢固耐用的特点。
51.参阅图7
‑
10，本实施例中的海波能收集系统包括海流海波竖向能量收集系统和海流海波水平能量收集系统，其中，海流海波竖向能量收集系统安装在支撑结构1的外围，海流海波水平能量收集系统安装在支撑结构1的底部。
52.具体的，海流海波竖向能量收集系统为高压水输出型海波竖向能量收集系统2，高压水输出型海波竖向能量收集系统2包括高压输水管4和可将海波竖向能量收集并转化为高压水的高压水输出型海波竖向能量收集器5，高压输水管4的出水端与高压水管网6连接，高压输水管4的进水端与高压水输出型海波竖向能量收集器5的出水端连接，高压输水管4的末端设有单向阀7。
53.高压水输出型海波竖向能量收集器5包括动力浮萍51和竖向布置的压水缸体52、活塞杆件53，其中，动力浮萍51放置在海波面上，为扁平状的结构，且为塑料箱壳，可以随海波面上下浮动，其扁平状的箱体结构，能够大大增加动力浮萍51与海波面的接触面积，反应更加灵敏，压水缸体52与支架模块三103连接，实现对高压水输出型海波竖向能量收集器5的固定，活塞杆件53的一端与动力浮萍51连接，另一端滑动插接在压水缸体52内，具体的，活塞杆件53包括一体式的活塞和活塞杆，活塞插接在压水缸体52内，活塞杆与动力浮萍51连接，在压水缸体52的顶部设有出水管10，出水管与高压输水管4连接，在出水管10设有单向阀7，防止压出的水逆流，在单向阀7下方的压水缸体52上设有吸水管9，该吸水管9延伸至海水下，方便吸水，在吸水管9上设有单向阀7，防止压水时，水从吸水管9逆流而出。
54.本实施例的高压水输出型海波竖向能量收集器，通过设置动力浮萍51和压水缸体52、活塞杆件53等部件，采用薄型的动力浮萍51与海波面接触，可以对海波面竖向高度的变化作出快速的满负荷反应，当海波面上升时，在动力浮萍51浮力的推动下，活塞杆件53向上移动，此时吸水管9的单向阀7关闭，压水缸体52顶部的单向阀7开启，活塞杆件53的活塞将
压水缸体52内的水压出；当海波面下降时，在动力浮萍51自重的拉动下，活塞杆件53向下移动，此时吸水管9的单向阀7开启，压水缸体52顶部的单向阀7关闭，活塞杆件53的活塞将海水吸入压水缸体52内，如此往复循环，可以将海波竖向能量收集，实现将海波竖向能量转化为高压水的功能。
55.具体的，海流海波水平能量收集系统为单向海流海波水平能量收集系统3，单向海流海波水平能量收集系统3包括水泵结构和可将单向海波水平能量收集并转化为机械转动能量的单向海流海波水平能量收集器8，单向海流海波水平能量收集器8与水泵结构相联动；水泵结构连接有吸水管9和高压输水管4，高压输水管4的出水端与高压水管网6连接，且高压输水管4的末端设有单向阀7。
56.优选的，单向海流海波水平能量收集器8包括传动轴13、单向海流驱动轮14、耐候塑料外壳15，其中，耐候塑料外壳15与支架模块二102连接，传动轴13转动安装耐候塑料外壳15中，单向海流驱动轮14安装在传动轴13上，耐候塑料外壳15的涵道口对准海流方向。水泵结构包括鼓膜箱泵11和曲轴箱12，单向海流海波水平能量收集器8的传动轴13与曲轴箱12的输入端联动，曲轴箱12的输出端与鼓膜箱泵11联动。吸水管9和高压输水管4均与鼓膜箱泵11连接。当海流经过单向海流驱动轮14时，单向海流驱动轮14带动传动轴13转动，传动轴13带动曲轴箱12内的曲轴旋转，曲轴带动鼓膜箱泵11的传动杆作直线往复移动，即可驱动鼓膜箱泵11，使鼓膜箱泵11的吸水管9从海洋内吸入水体，并加压后进入高压输水管4。
57.本发明的海流海波能量收集单元，通过设置海流海波竖向能量收集系统和海流海波水平能量收集系统，采用不同类型的海波能量收集系统收集不同方向的海波能量，可对不同类型的海波面变化作出灵敏反应，实现将海波竖向、水平运动的单向能量收集，并转化为高压水进行输送，覆盖范围更换，反应更加全面。
58.实施例2
59.参阅图11
‑
12，为本发明的另一个具体实施例，本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：本实施例的海流海波竖向能量收集系统为机械转动输出型海波竖向能量收集系统，该机械转动输出型海波竖向能量收集系统包括水泵结构和机械转动输出型海波竖向能量收集器。其中，机械转动输出型海波竖向能量收集器对应的传动轴13与水泵结构相联动，水泵结构连接有吸水管9和高压输水管4。
60.具体的，水泵结构包括鼓膜箱泵11和曲轴箱12，其中，传动轴13与曲轴箱12的输入端联动，曲轴箱12的输出端与鼓膜箱泵11联动，吸水管9和高压输水管4均与鼓膜箱泵11连接，且高压输水管4的末端设有单向阀7，防止高压水逆流。机械转动输出型海波竖向能量收集器，包括动力浮萍51和竖向布置的推拉杆16，动力浮萍51放置在海波面上，为扁平状的结构，且为塑料箱壳，可以随海波面上下浮动，其扁平状的箱体结构，能够大大增加动力浮萍51与海波面的接触面积，反应更加灵敏，在推拉杆16的上方和下方均设有定位滑轮17，在推拉杆16的一侧设有传动轴13，传动轴13的两端连接有轴承座，方便传动轴13的安装，而轴承座可以安装在支撑结构1上，本实施例中，定位滑轮17共设置了三个，均安装在支撑结构1上，三个定位滑轮17与传动轴13的轴心连线之间形成了一个矩形，推拉杆16的中部与动力浮萍51连接，动力浮萍51浮动可以推动推拉杆16上下运动，推拉杆16的两端均连接有钢拉索18，传动轴13上通过单向轮连接有链轮19，本实施例中，单向轮可以为单向轴承或棘轮，能够实现传动轴13的单向转动，链轮19上套设有链条20，两个钢拉索18分别穿过定位滑轮
17与链条20的两端连接。
61.本实施例的机械转动输出型海波竖向能量收集器，通过设置动力浮萍51和推拉杆16，采用薄型的动力浮萍51与海波面接触，可以对海波面竖向高度的变化作出快速的满负荷反应，且反应更加灵敏，当海波面上升时，在动力浮萍浮1力的拉动下，推拉杆16向上运动并通过钢拉索18带动下部链条20移动，从而带动链轮19顺时针转动，链轮19通过单向轮进一步带动传动轴13顺时针转动；当海波面下降时，在动力浮萍51浮力自重的拉动下，推拉杆16向下运动并通过钢拉索18带动上部链条20移动，从而带动链轮19逆时针转动，但不会带动传动轴13逆时针转动，如此往复循环实现传动轴13单向传动功能，以避免一条传动轴并联多个收集器时出现转动方向相互抵触的不利情况，同时可以将海波竖向能量收集，实现将海波竖向能量转化为机械转动能量的功能。
62.实施例3
63.参阅图13
‑
14，为本发明的另一个具体实施例，本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：本实施例的海流海波水平能量收集系统为全向海流海波水平能量收集系统。全向海流海波水平能量收集系统包括水泵结构和全向海流海波水平能量收集器，全向海流海波水平能量收集器与水泵结构相联动；水泵结构连接有吸水管9和高压输水管4，高压输水管4的末端设有单向阀7。
64.本实施例的全向海流海波水平能量收集器包括连接有传动轴13的全向海流驱动轮21，传动轴13竖直布置。全向海流驱动轮21包括轮框22，轮框22上绕传动轴13周向分布有至少两个动力旋叶23，轮框22为两个且并列布置，安装在支撑结构1上，动力旋叶23位于两个轮框22之间。本实施例中，每个全向海流驱动轮21的动力旋叶23为6个。
65.当水平海流无论任何方向冲击全向海流驱动轮21时，部分动力旋叶23被旋叶档杆支撑住后，会直面海流，从而形成巨大的正向转动推力；而另一部分动力旋叶23未受到旋叶档杆的支撑，会被海流吹得飘起来，使该部分动力旋叶的迎流截面最小化，由此形成的反向转动推力也很小。正反向转动推力之差(则海波水平能量)会驱动传动轴不断转动。从而实现将单向海波水平能量转化为机械转动能量的功能。
66.本实施例中的全向海流海波水平能量收集器、水泵结构和吸水管9的数量均为至少两个，其数量根据需要获取能源的面积设置。各吸水管9均与高压输水管4连接。每个收集器产生的机械转动能量通过曲轴箱12驱动鼓膜箱泵11运转，从而将海水加压成高压水。系统将高压水汇入高压水管网统一输出利用
67.以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。