浮体绳轮波浪动力采集装置的制作方法

本发明涉及一种波浪动力采集装置，特别涉及一种使用浮体、绳索、卷筒将波浪动力转变为旋转动力的波浪能采集装置。

背景技术：
海洋波浪能源是一种无穷无尽的可再生能量资源，如何利用这样丰富的能量资源为人类服务，是前人和现代人一直在研究的重要课题，利用波浪能发电就是其中一大课题。要利用波浪能，首先要有波浪能采集装置，就目前而言，波浪能采集装置主要有振荡水柱、摆板、摇臂、利用两个浮体角度变化的筏式、利用竖直方向上两个浮体的相对运动的振荡浮子等等。另外还有一种波浪动力采集装置，使用的是浮体、绳索、卷筒作为波浪动力采集装置，其原理是一根绳索一端系在锚基上，另一端缠绕在浮体上的卷筒上，在浮体跟随波浪上升时，浮体与锚基距离不断增大，于是绳索受拉带动卷筒旋转，卷筒通过带动下游传动系统，驱动发电机运转，在浮体跟随波浪下降时，浮体与锚基距离不断缩小，由于卷筒与下游传动系统间有超越离合器机构，下游传动系统有止退棘爪或者是液压系统的单向阀不能倒转，这样下游传动机构的反向作用力无法逆行传递，所以卷筒与下游传动机构脱离，这样卷筒只在收绳装置的作用下倒转收绳。专利申请CN101963125A浮体基绳轮海浪发电系统，专利申请CN2099205U波浪发电原动装置属于这一类，但这些技术方案都主要是关于波浪能的传动与转换的，而对于采集部分，则只是概念化的、原理层面的，并没有给出的具体采集装置结构，没有考虑海况的复杂性和恶劣性，离实用还差一段距离。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种实用的波浪动力采集装置，它能够将波浪动力转化为旋转动力，具有良好的抗风浪能力。本发明的技术方案：该波浪动力采集装置，包括浮体、卷筒、锚基或固定平台、绳索，其特征在于：浮体为全封闭壳体；卷筒的主轴通过穿过浮体壳上的孔进入浮体腔内，穿入处有密封圈；还包括收绳机构、导向轮组及其支架；导向轮组为两个紧挨的凹槽定滑轮，绳索被夹在之间，导向轮组在浮体下方一定距离处，通过支架固定在浮体上；绳索一端系在锚基或固定平台上，另一端通过导向轮组后缠绕在卷筒上；卷筒与收绳机构通过主轴轴连；收绳机构的结构是：细绳轮与主轴轴连，上缠有细绳，细绳另一端连接配重或气弹簧，产生的拉力在细绳轮上产生的扭矩方向为卷筒的回收绳索方向；或者是蜗簧，蜗簧一端固定在主轴上，另一端固定在机架上，蜗簧在主轴上产生扭矩方向与收绳方向相同；或为与卷筒轴连的受控电机；还可以在导向轮组与浮体底面架设斜拉杆，即：斜拉杆一端与浮体的底面龙骨连接，另一端连接导向轮组的支架底端。另外绳索也可为锁链代替，卷筒为链轮代替，还包括导链轮，压在锁链进出链轮的地方，浮体下挂链桶，锁链一端系在锚基或固定平台上，另一端通过导向轮组、导链轮、链轮、导链轮后堆积在链桶内；只有一个导向轮组位于浮体中心下方处，斜拉杆呈中心点对称分布。卷筒通过与其轴连的超越离合器带动下游传动系统。浮体壳上有凹槽或两个凸包，主轴两端穿过凹槽壁或两个凸起进入浮体腔内；可选的是在浮体壳凹槽或凸包处下方紧贴一竖管，垂直方向上竖管将凹槽或凸包容纳其中。凹槽壁或凸包壁与导向轮组的支架上端连接，主轴以凹槽壁或凸包壁作为支架，在插入孔处的密封圈处套有轴承。斜拉杆上有收紧器。导向轮组为两对轴向互相垂直放置的定滑轮，下面的一对定滑轮长度较大；卷筒可在主轴上轴向滑动，卷筒的两侧有可伸缩波纹管，连接轴与卷筒端面；缠绕在卷筒上的绳索被夹在压辊与卷筒的绳槽之间，压辊的支架可在两条导轨或单根非圆截面导轨上滑动。从锚基到接近水面的永不缠绕的那一部分绳索用锁链代替，锁链的底端与锚基连接，上端与潜浮子绑定，锁链上端有挂环，与波浪采集单元的绳索下端的挂钩扣合；锁链也可用长杆代替。多个采集装置串联工作，浮体与浮体之间连接通过挂环或者是十字架万向轴，十字架中间有孔，液压管或电线、通讯电缆等从中间穿过。本发明具有以下优点：1）浮体，即作为波浪能的采集部件，又作为整个装置的外壳，一物两用，所以降低成本，且全部核心构件都在浮体腔内，易维护。因为浮体下挂导向轮组，使得绳索进入卷筒的方向稳定，从而不致于出现绳索大角度斜向拉卷筒，增加了工作的稳定性和可靠性。导向轮组在浮体下方种设计，使得浮体在倾斜时具有自动归正的能力。因为使用了斜拉杆，使得波浪的作用力能通过斜拉杆汇聚到导向轮组的支架上，使得浮体不致于受到非常大的弯矩，避免了应力集中，增强了浮体的抗冲击性，同时在出现浮体倾斜时，斜拉杆使得导向轮组支架只承受压力,不会受到倾覆力矩导致折弯。2）如采用锁链作为绳索，则因锁链强度大、耐磨，使得波浪采集能力、持久性和可靠性大大增强，链桶来存储回收来的锁链，可以避免锁链互相缠绕。3）只有一个导向轮组位于浮体中心下方处，斜拉杆呈中心点对称分布，可以使得浮体受力均衡，如果浮体两端各下置一个导向轮组，会引起浮体中心受到弯矩。4）浮体的开口下接一竖管，可以封住部分空气，从而最大限度的减少海水侵入密封圈处。5）主轴直接以凹槽或凸包壁为支架，导向轮组的支架与凹槽或凸包壁直接连接，则使得力的传递路径最短，从而增强了可靠性。6）斜拉杆上的收紧器使得生产环节易于调节，也易于装配后使用中的调节。7）导向轮组采用两对定滑轮组，下面的长度长，比只使用一对定滑轮组的好处是，使得绳索不会对下层的滑轮组产生轴向的压力。8）卷筒可以在主轴上轴向滑动，使得卷筒可以自动的调节绳索的偏斜角度，避免轴向偏斜太大。9）水下的绳索部分用锁链，并由浮子向上拉，可以使得绳索的刚性增强，减少弹性形变、蠕变，而挂环挂钩设计使得浮体可以脱离锚基限制，便于维护。10）浮体间的十字架连接设计，可以使得管线受到保护。附图说明图1：波浪能采集部件外观图图2：浮体倾斜归正受力分析图图3：导向轮组、收紧器结构图图4：凸包、凹槽与轴结构示意图图5：链轮、锁链、链桶位置关系示意图图6：凹槽+压辊+滑移卷筒结构图图7：长杆、纫带、浮体悬吊绳轮机电单元结构示意图图8：锁链代替部分动力绳示意图图9：浮体串联结构示意图1—浮体壳2—绳索3—卷筒4—主轴25—支架26—斜拉杆27—导向轮组28—动滑轮29—静滑轮30—锁链32—潜浮子33—长杆34—纫带35—挂钩36—挂环37—滑轨38—压辊41—平键限位凸起42—伸缩波纹管43—密封圈44—凹槽壁49—粗绳51—压辊轴支架57—锚基72—管线73—竖管74—空心十字架75—挂环76—收紧器77—链轮78—链桶79—导链轮80—短滑轮81—长滑轮82—龙骨83—密封垫84—轴承85—凸包86—收绳蜗簧87—超越离合器88—止退棘爪89—柱塞泵90—单向阀具体实施方式本发明不涉及采集后的动力的传动与发电，仅限于波浪动力的采集。该波浪动力采集装置，包括浮体、卷筒、锚基或固定平台、绳索，其特征在于：浮体为全封闭壳体；卷筒的主轴通过穿过浮体壳上的孔进入浮体腔内，穿入处有密封圈；还包括收绳机构、导向轮组及其支架；导向轮组为两个紧挨的凹槽定滑轮，绳索被夹在之间，导向轮组在浮体下方一定距离处，通过支架固定在浮体上；绳索一端系在锚基或固定平台上，另一端通过导向轮组后缠绕在卷筒上；卷筒与收绳机构通过主轴轴连；收绳机构的结构是：细绳轮与主轴轴连，上缠有细绳，细绳另一端连接配重或气弹簧，产生的拉力在细绳轮上产生的扭矩方向为卷筒的回收绳索方向；或者是蜗簧，蜗簧一端固定在主轴上，另一端固定在机架上，蜗簧在主轴上产生扭矩方向与收绳方向相同；或为与卷筒轴连的受控电机；还可以在导向轮组与浮体底面架设斜拉杆，即：斜拉杆一端与浮体的底面龙骨连接，另一端连接导向轮组的支架底端。另外绳索也可为锁链代替，卷筒为链轮代替，还包括导链轮，压在锁链进出链轮的地方，浮体下挂链桶，锁链一端系在锚基或固定平台上，另一端通过导向轮组、导链轮、链轮、导链轮后堆积在链桶内；只有一个导向轮组位于浮体中心下方处，斜拉杆呈中心点对称分布。卷筒通过与其轴连的超越离合器带动下游传动系统。浮体壳上有凹槽或两个凸包，主轴两端穿过凹槽壁或两个凸起进入浮体腔内；可选的是在浮体壳凹槽或凸包处下方紧贴一竖管，垂直方向上竖管将凹槽或凸包容纳其中。凹槽壁或凸包壁与导向轮组的支架上端连接，主轴以凹槽壁或凸包壁作为支架，在插入孔处的密封圈处套有轴承。斜拉杆上有收紧器。导向轮组为两对轴向互相垂直放置的定滑轮，下面的一对定滑轮长度较大；卷筒可在主轴上轴向滑动，卷筒的两侧有可伸缩波纹管，连接轴与卷筒端面；缠绕在卷筒上的绳索被夹在压辊与卷筒的绳槽之间，压辊的支架可在两条导轨或单根非圆截面导轨上滑动。从锚基到接近水面的永不缠绕的那一部分绳索用锁链代替，锁链的底端与锚基连接，上端与潜浮子绑定，锁链上端有挂环，与波浪采集单元的绳索下端的挂钩扣合；锁链也可用长杆代替。多个采集装置串联工作，浮体与浮体之间连接通过挂环或者是十字架万向轴，十字架中间有孔，液压管或电线、通讯电缆等从中间穿过。下面结合附图来进一步说明。见图6、图8，该波浪动力采集装置，包括浮体壳1、卷筒3、锚基57或固定平台、绳索2，浮体为全封闭壳体；卷筒的主轴4通过穿过浮体壳1上的孔进入浮体腔内，穿入处有密封圈43；还包括收绳机构、导向轮组27及其支架25；见图1，导向轮组为两个紧挨的凹槽定滑轮80（见图3），绳索2被夹在之间，导向轮组27在浮体下方一定距离处，通过支架25固定在浮体1上；见图8，绳索2一端系在锚基57或固定平台上，另一端通过导向轮组27后缠绕在卷筒3上；卷筒3与收绳机构通过主轴4轴连；在这里，收绳机构的结构是蜗簧86（见图6），蜗簧一端固定在主轴上，另一端固定在机架上，蜗簧在主轴上产生扭矩方向与收绳方向相同。关于收绳机构的更多的结构图，可参照专利申请CN101963125A。见图2，因为浮体下挂导向轮组27，使得绳索2进入卷筒3的方向会限制住，从而避免出现绳索2大角度斜向拉卷筒3，增加了工作的稳定性和可靠性。且导向轮组置于浮体下方一定距离处这种设计，使得浮体1在倾斜时具有自动归正的能力。在浮体1发生倾斜时，绳索2被折弯，于是绳索2便对导向轮组27施加了一个压力，这个压力通过支架26，产生矫正力矩，使得浮体壳1能归正，这一点很重要，因为在翻滚的波涛中，因为浮体壳1的稳定关系到发电的可靠性。见图1，还可以增加斜拉杆26，斜拉杆一端与浮体的底面龙骨82连接，另一端连接导向轮组27的支架25底端。这样，波浪的作用力作用在浮体壳1上，然后传递集中到龙骨82上，龙骨82就对斜拉杆26施加了拉力，多个斜拉杆26就把拉力集中到了导向轮组27上（见图6），绳索2对主轴4施加了一个向下的拉力，主轴通过凹槽壁44、支架25，向下压导向轮组27，这样便实现了力的平衡。斜拉杆26最好对称分布，有利于浮体底面龙骨的力分布均衡。因为实际作业中浮体的面积往往比较大，而波浪的冲击力很大，而工作中浮体壳1中心处又被绳索2向下拉，所以如果没有斜拉杆26，则龙骨82上必然产生一个很大的弯矩，浮体1边缘向上翘。通过斜拉杆26、龙骨82、支架27组成三角形结构，这样龙骨82只需要承受水平的压力，斜拉杆承受拉力即可，这就大大增强了浮体1的抗冲击性。而在出现浮体1发生倾斜时（见图2），绳索2在打弯处，会对导向轮组27施加一个压力，会让左边斜拉杆26承受拉力增加，而右边斜拉杆26承受拉力减小，而支架25只承受压力，不致于受到倾覆力矩导致折弯。另外绳索也可为锁链30（见图5），卷筒为链轮77，还包括导链轮79，压在锁链30进出链轮77的地方，浮体下挂链桶78，锁链30一端系在锚基57或固定平台上，另一端通过导向轮组、导链轮79、链轮77、导链轮79后堆积在链桶78内；因为锁链比起绳子强度大、耐磨，使得波浪采集能力、持久性和可靠性大大增强。从图1中可以看出，该采集装置只有一个导向轮组位于浮体中心下方处，斜拉杆呈中心点对称分布，这样可以使得浮体受力均衡，如果浮体两端各下置一个导向轮组，会引起浮体中心受到弯矩，容易折断。见图4，浮体壳1上有凹槽44或两个凸包85，主轴两端穿过凹槽壁44或两个凸包85进入浮体腔内，凹槽44或凸包85，可以是与浮体壳分离的零件，但在凹槽或凸包的端面与浮体壳的贴合面处有密封垫83或加注密封胶；凹槽44或凸包85与浮体壳1为单独的零件，有利于生产、装配。见图1、图6，可以在浮体壳凹槽或凸包处下方紧贴一竖管73，垂直方向上竖管将凹槽44或凸包85容纳其中，在贴合处有密封垫83或加注密封胶，通过螺栓将凹槽44或凸包85、浮体壳1、竖管73固定在一起。这样做的好处是，竖管73内可以封住部分空气，从而最大限度的减少海水侵入密封圈43处。见图6，凹槽壁44或凸包壁85与导向轮组27的支架25上端连接，主轴4以凹槽壁44或凸包壁85作为支架，插入孔处的密封圈43内侧有轴承84。导向轮组27的支架25与凹槽44或凸包壁85直接连接，使得力的传递路径最短，从而增强了可靠性。见图3，斜拉杆26上有收紧器76；使得生产环节易于调节，也易于装配后使用中的调节。导向轮组27为两对轴向互相垂直放置的定滑轮，下面的一对定滑轮81长度较大；两对定滑轮组，比只使用一对定滑轮组的好处是：绳索2不会对滑轮组产生轴向的压力,而下面的长度长，是为了让绳索2在出现沿下层滑轮组的轴向偏斜时，绳索2碰不到下层滑轮组，不会对下层滑轮组产生轴向压力，绳索2的打弯处处于上层滑轮组处，因对抗偏斜力的任务交由上层滑轮组。见图6，卷筒3可在主轴4上轴向滑动，卷筒的两侧有伸缩波纹管42，连接轴4与卷筒3端面；缠绕在卷筒3上的绳索2被夹在压辊38与卷筒3的绳槽之间，压辊38的支架可在两条导轨37或单根非圆截面导轨上滑动。卷筒3可以在主轴4上轴向滑动，使得卷筒3可以自动的调节绳索2的偏斜角度，避免轴向偏斜太大，压辊38可以防止绳索2从卷筒3的绳槽里脱离。见图8，从锚基57到接近水面的永不缠绕的那一部分绳索用锁链30代替，锁链30的底端与锚基57连接，上端与潜浮子32绑定，锁链30上端有挂环36，与波浪采集单元的绳索2下端的挂钩扣合；锁链30也可用长杆33（图7）代替。水下的绳索部分用锁链30，并由潜浮子向上拉，这样可以使得绳索30的刚性增强，减少蠕变，而挂环36挂钩35设计使得浮体1可以脱离锚基限制，易于维护。见图9，多个采集装置串联工作，浮体1与浮体1之间连接通过挂环36或者是十字架万向轴74，十字架中间有孔，液压管或电线、通讯电缆等管线72从中间穿过。浮体间的十字架连接设计，可以使得管线受到保护，不致于裸露在浮体外侧，在发生碰撞时遭到损坏。另外见图7，是采用浮体下挂动力舱的方式，这种情况，相当于将上述的装置挂在一个大的浮体下面。这里绳索2为纫带34，来采集波浪的动力，因为下挂这种方式，上下浮体之间通过绳索连接，具备自动顺着受力方向调向功能，所以可以不用导向轮组27。本发明将波浪动力转化为旋转动力的过程是这样的（见图1、图6）：当波浪上升时，在浮力和波浪推动力的作用下，浮体1也随着上升，这时浮体1与锚基57之间的距离增大，于是绳索2便拉动卷筒3旋转，卷筒3通过超越离合器85带动下游传动系统、发电机。波浪的动力便转化成了旋转动力，这个过程中收绳装置也被主轴4带动，积蓄了能量（比如收紧了弹簧或抬高了配重、压缩了气弹簧）；在波浪下落时，浮体1在重力的作用下跟随波面下落，浮体1与锚基57之间的距离缩短。波浪不再推动浮体1上升，消失了。因为在卷筒3与下游传动系统之间设有超越离合器85、止退棘爪机构86（见图6），单向棘爪机构86的作用是为了防止下游传动系统在反作用力矩的作用下倒转，超越离合器85的作用是使得卷筒在反转时能够与下游传动系统脱离，不然就因为止退棘爪机构86的作用，也不能倒转了。所以在浮体1下落过程中，卷筒只在收绳装置蜗簧86的作用下倒转收绳。也可以采用液压方式（见图4），即卷筒3通过超越离合器与柱塞泵89轴连，柱塞泵89的出油口增设止回单向阀90，这样泵出的高压液压油就不可能逆行驱动柱塞泵89倒转了，柱塞泵89自己也无法反转，因为它不可能将输出端抽成真空。借助超越离合器87的单向不传动功能，卷筒3与柱塞泵89此时分离。这样，在波浪下降浮体下落时，绳索2便变得松弛，这时在收绳装置蜗簧86的反向力矩作用下，卷筒倒转将绳索2收回，对于锁链来说，是链轮77在蜗簧86的反向力矩下倒转，将锁链收回到链桶78（图9）里。然后就是波浪再上升，绳索2再次拉动卷筒3，再下落，再收回，如此不断循环。