振蕩式蹼形推進(jìn)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種振蕩式蹼形推進(jìn)裝置，其包括漂浮在水面上或浸沒在水體內(nèi)的振蕩源，還包括：與所述振蕩源固定連接、且其下端伸入水體內(nèi)的連接桿；通過(guò)具有彈性復(fù)位功能的彈性構(gòu)件連接在所述連接桿下端的蹼式推進(jìn)器。本推進(jìn)裝置環(huán)保、高效、節(jié)能，能夠?qū)⒉ɡ四苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能，進(jìn)而產(chǎn)生推動(dòng)水中設(shè)備前行的推動(dòng)力。
【專利說(shuō)明】
振蕩式蹼形推進(jìn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及海洋工程領(lǐng)域，具體涉及一種模仿腳蹼的將波浪能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)化和運(yùn)動(dòng)推進(jìn)裝置一一振蕩式蹼形推進(jìn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋是人類生命的搖籃，巨大的資源寶庫(kù)，蘊(yùn)藏著豐富的資源:種類繁多的生物資源(含漁業(yè)、海洋生物等)、豐富的礦產(chǎn)資源(如油氣、可燃冰等)、化學(xué)資源(各種金屬和鹽類)，而且還儲(chǔ)有取之不盡的動(dòng)力資源(如波浪能、潮汐能、溫差能、鹽差能、海流能等hIPCC(政府間氣候變化委員會(huì)Intergovernmental Panel on Climate Change)第四次評(píng)估報(bào)告指出在過(guò)去的100年(1906-2005年)全球變暖趨勢(shì)為0.074°C/10a，全球變暖導(dǎo)致的環(huán)境危機(jī)、資源危機(jī)等現(xiàn)象對(duì)人類的生存與可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，在常規(guī)能源(如煤、石油等)緊缺的當(dāng)今世界，人類將目光聚焦新能源，尤其是蘊(yùn)藏豐富的海洋能，這無(wú)疑是應(yīng)對(duì)氣候變化和常規(guī)能源緊缺的最佳選擇，也是各個(gè)國(guó)家采取的共同戰(zhàn)略之一。海洋能包括波浪能、潮汐能、溫差能、海流能、鹽差能等，據(jù)聯(lián)合國(guó)教科文組織出版的《海洋能開發(fā)》認(rèn)為，全球各種海洋能的理論可再生功率約為766億kW，其中各類海洋能的數(shù)量級(jí)以鹽差能和溫差能最大，各為100億kW;波浪能和潮汐能次之，各為10億kW;海流能I億kW。目前的海浪發(fā)電裝置可為海水養(yǎng)殖場(chǎng)、海上氣象浮標(biāo)、石油平臺(tái)、海上燈塔、海上孤島等提供能源，還可并入城市電網(wǎng)。海浪發(fā)電是目前各發(fā)達(dá)國(guó)家追逐的焦點(diǎn)之一，2011年I月時(shí)任副總理李克強(qiáng)訪問(wèn)英國(guó)時(shí)，英國(guó)人唯一向總理展示的高新成果就是海浪發(fā)電。
[0003]傳統(tǒng)能源面臨日益枯竭、環(huán)境保護(hù)、安全供應(yīng)等問(wèn)題，可再生能源成為重要的替代能源。波浪能作為一種清潔、無(wú)污染的可再生能源，分布廣闊、能量巨大。英國(guó)碳信托投資公司估算，英國(guó)實(shí)用離岸波浪能每年為55TWh，占當(dāng)前所需能源14%，歐洲潛在波浪能至少每年為280TWh。美國(guó)電能研究所評(píng)估美國(guó)切實(shí)可行的波浪能為每年為255TWh，占當(dāng)前所需能源6% ο
[0004]世界各海洋大國(guó)十分重視波浪能方面的研究，英國(guó)、瑞典、葡萄牙、美國(guó)、日本等國(guó)處于領(lǐng)先地位。英國(guó)波浪能研究部門包括愛丁堡大學(xué)、南安普頓大學(xué)等，歐洲海洋中心便坐落于蘇格蘭奧克尼群島。瑞典烏譜薩爾大學(xué)在波浪能研究領(lǐng)域較為著名。葡萄牙主要研究機(jī)構(gòu)包括高級(jí)技術(shù)研究所和國(guó)家能源技術(shù)研究所。美國(guó)俄勒同大學(xué)和OPT公司在波能研究領(lǐng)域有一定知名度，美國(guó)國(guó)家海洋中心設(shè)立于俄勒R大學(xué)。日本波浪能關(guān)于振蕩水柱技術(shù)和后彎管技術(shù)著名，主要研究機(jī)構(gòu)包括佐賀大學(xué)、筑波大學(xué)等。中國(guó)從事波浪能研究機(jī)構(gòu)主要有中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是:提出一種環(huán)保、高效、節(jié)能的振蕩式蹼形推進(jìn)裝置，該裝置能夠?qū)⒉ɡ四苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能，進(jìn)而產(chǎn)生推動(dòng)水中設(shè)備前行的推動(dòng)力。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種振蕩式蹼形推進(jìn)裝置，包括漂浮在水面上或浸沒在水體內(nèi)的振蕩源，還包括:
[0007]與所述振蕩源固定連接、且其下端伸入水體內(nèi)的連接桿；
[0008]通過(guò)具有彈性復(fù)位功能的彈性構(gòu)件連接在所述連接桿下端的蹼式推進(jìn)器。
[0009]本發(fā)明在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還包括以下優(yōu)選方案:
[0010]所述彈性構(gòu)件為彈簧。
[0011]所述蹼式推進(jìn)器由支架和連接在該支架上的蹼面構(gòu)成，所述支架與所述彈性復(fù)位構(gòu)件固定連接，所述蹼面采用柔性材料制成。
[00?2]所述支架由一端固定連接在一起的三根支撐桿構(gòu)成。
[0013]所述振蕩源為船舶、潛水艇或深潛器。
[0014]所述水面為海水面，所述水體為海水。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0016]1、節(jié)約能源。該推進(jìn)裝置可以將波浪能轉(zhuǎn)化為物體運(yùn)動(dòng)所需要的機(jī)械能，不需要額外的能源供應(yīng)?？梢詷O大地降低對(duì)化石能源或者其他能源的消耗，滿足現(xiàn)在可持續(xù)發(fā)展的需求。波浪能作為重要的可循環(huán)能源，將直接降低對(duì)化石能源的需求壓力。甚至對(duì)國(guó)際外交，經(jīng)濟(jì)，政治，軍事都產(chǎn)生巨大的影響。
[0017]2、保護(hù)環(huán)境。在海上直接采用化石能源進(jìn)行供能必然經(jīng)過(guò)化石燃料的燃燒過(guò)程，而這個(gè)過(guò)程當(dāng)中將必然產(chǎn)生大量的有毒有害氣體或者其他排氣物。這些廢棄物有的直接進(jìn)入海洋對(duì)環(huán)境造成巨大的破壞，有的則間接影響著海洋環(huán)境。同時(shí)，采用化石能源的船舶一定會(huì)攜帶大量的化石能源與船舶一同運(yùn)輸。一旦發(fā)生海洋生產(chǎn)、運(yùn)輸事故，化石能源大量直接進(jìn)入海洋，將對(duì)海洋造成巨大的破壞，有時(shí)，這種破壞甚至是不可逆的。
[0018]但是利用本發(fā)明這種推進(jìn)裝置，直接利用波浪能產(chǎn)生推力，無(wú)需攜帶大量化石能源，同時(shí)也避免了燃燒環(huán)節(jié)，非常顯著地降低對(duì)海洋環(huán)境的影響。
[0019]化石燃料的替代，不僅可以極大地推動(dòng)新能源行業(yè)的發(fā)展，極大地保護(hù)海洋環(huán)境，降低海洋事故對(duì)海洋環(huán)境的巨大破壞，更是對(duì)國(guó)家戰(zhàn)略的最有力的支持。能源關(guān)乎一個(gè)國(guó)家的命脈，是決定國(guó)家與國(guó)家之間關(guān)系的重要因素。所以該發(fā)明不僅在能源與環(huán)境領(lǐng)域意義深遠(yuǎn)，更是對(duì)國(guó)家的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展發(fā)揮著舉足輕重的作用。
[0020]3、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。該推進(jìn)裝置結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，易于安裝與使用，原理簡(jiǎn)單易懂可以很快推廣，進(jìn)而對(duì)能源行業(yè)、海洋運(yùn)輸業(yè)等行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
[0021]4、可靠性高。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的裝置故障率相對(duì)較低，我們的裝置相對(duì)運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)少，運(yùn)動(dòng)可控，極大地增加了裝置的可靠性，可以有效降低后期維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，顯示出本發(fā)明極大的經(jīng)濟(jì)性。
【附圖說(shuō)明】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步介紹:
[0023 ]圖1為本發(fā)明推進(jìn)裝置的正視圖；
[0024]圖2本發(fā)明推進(jìn)裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；
[0025]圖3本發(fā)明中蹼式推進(jìn)器部位的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；
[0026]圖4為多組蹼式推進(jìn)器的安裝示意圖；
[0027]圖5為振蕩源向下運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖，圖中箭頭表示運(yùn)動(dòng)方向；
[0028]圖6為振蕩源向上運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖，圖中箭頭表示運(yùn)動(dòng)方向；
[0029]圖7多組蹼式推進(jìn)器相對(duì)運(yùn)動(dòng)示意圖，圖中箭頭表示運(yùn)動(dòng)方向；
[0030]其中:1_振蕩源，2-連接桿，3-彈性構(gòu)件，4-蹼式推進(jìn)器。
【具體實(shí)施方式】
[0031]圖1?圖7示出了本發(fā)明這種振蕩式蹼形推進(jìn)裝置的一個(gè)具體實(shí)施例，該裝置主要振蕩源1、連接桿2、彈性構(gòu)件3和蹼式推進(jìn)器4。其中:
[0032]振蕩源I漂浮在水面上或浸沒在水體內(nèi)，如船舶、浮標(biāo)、海洋平臺(tái)、潛水艇、深潛器或其他海洋工程結(jié)構(gòu)物。本例中，該振蕩源I為漂浮在海面上的船舶。
[0033]連接桿2與所述振蕩源I固定連接(剛性連接)，并且連接桿2的下端伸入水體內(nèi)。
[0034]彈性構(gòu)件3具有彈性復(fù)位功能，即，當(dāng)彈性構(gòu)件2受到外力而發(fā)生彈性變形后，若外力消失，則彈性構(gòu)件2恢復(fù)形變而至原始狀態(tài)。
[0035]本例中該彈性構(gòu)件3為彈簧。蹼式推進(jìn)器4連接在所述連接桿2的下端，淹沒在水中。
[0036]蹼式推進(jìn)器4的結(jié)構(gòu)類似于鴨蹼和潛水衣的腳蹼。本例中該蹼式推進(jìn)器4由支架401和連接在該支架上的蹼面402構(gòu)成，其中，支架401與所述彈性復(fù)位構(gòu)件3固定連接，蹼面402采用柔性材料制成。
[0037]所述支架401具體由三根支撐桿構(gòu)成，這三根支撐桿的一端固定連接在一起并與所述彈性復(fù)位構(gòu)件3固定連接。支撐桿為剛性材質(zhì)，而蹼面402為柔性材質(zhì)，如此設(shè)計(jì)可以提尚推力，提尚推進(jìn)效率
[0038]振蕩源I在海浪的作用下將產(chǎn)生近似于海浪周期的上下升沉運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)主要由浮力隨空間與時(shí)間的變化產(chǎn)生。該運(yùn)動(dòng)通過(guò)與之剛性固定的連接桿2帶動(dòng)彈性構(gòu)件3和蹼式推進(jìn)器4 一同進(jìn)行升沉運(yùn)動(dòng)。蹼式推進(jìn)器4在上下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中必然受到水對(duì)其的阻力，同時(shí)表現(xiàn)為針對(duì)彈性構(gòu)件3的力矩。該力矩蹼式推進(jìn)器4在上下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中伴隨著非?？捎^的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。該裝置整體上移時(shí)，蹼式推進(jìn)器4受到向下的阻力，從而向下擺動(dòng);該裝置整體下移時(shí)，蹼式推進(jìn)器4受到向上的阻力，從而向上擺動(dòng)。蹼式推進(jìn)器4的擺動(dòng)周期與波浪周期和振蕩源上下運(yùn)動(dòng)周期近似相等。根據(jù)仿生學(xué)的相關(guān)知識(shí)，當(dāng)蹼式推進(jìn)器4上下擺動(dòng)時(shí)，特殊的造型將推動(dòng)水流向后運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，根據(jù)牛頓第三定律，向后運(yùn)動(dòng)的水流將對(duì)整體裝置產(chǎn)生向前的推力，該推力推動(dòng)整體裝置(包括振蕩源I)向前運(yùn)動(dòng)，完成波浪能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。
[0039]針對(duì)在海洋內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，比如潛水艇、深潛器等，推進(jìn)原理類似，但主要依靠?jī)?nèi)波的振動(dòng)與能量，而不是像海面船舶一樣利用表面波的振動(dòng)與能量。內(nèi)波是一種水下波，通常發(fā)生在分層介質(zhì)中，是在海洋內(nèi)部密度不均勻的水層間發(fā)生的一種波動(dòng)。只要海水密度穩(wěn)定分層，并有擾動(dòng)源存在，內(nèi)波就會(huì)產(chǎn)生。內(nèi)波雖然能量較表面波稍小，但是卻依然十分可觀。
[0040]參照?qǐng)D4和圖6所示，一個(gè)震蕩源I上可以安裝多組推進(jìn)裝置，以提升對(duì)振蕩源I的推進(jìn)效果。
[0041]在本推進(jìn)裝置的使用過(guò)程當(dāng)中，為了保證最大推進(jìn)的效果，有一些環(huán)境與細(xì)節(jié)需要特別注意:
[0042]1、彈簧的部位需要經(jīng)常進(jìn)行潤(rùn)滑，防止因?yàn)榭焖倌Σ炼斐纱罅磕p，妨礙該推進(jìn)裝置的后續(xù)使用，提高該裝置的使用壽命與可靠性。
[0043]2、蹼式推進(jìn)器4在工作過(guò)程當(dāng)中會(huì)隨著波浪周期一同運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格禁止蹼式推進(jìn)器4與其他物體，比如礁石等，進(jìn)行碰觸，防止蹼式推進(jìn)裝置被破壞，并最終造成巨大的經(jīng)濟(jì)、人員損失。
[0044]3、該推進(jìn)裝置在使用過(guò)程當(dāng)中，可能隨波浪一同進(jìn)行周期運(yùn)動(dòng)。若振蕩源內(nèi)的某些元件對(duì)振動(dòng)有特殊要求，或者對(duì)人的舒適性有特殊要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行相關(guān)的振動(dòng)校核。
[0045]上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓人們能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種振蕩式蹼形推進(jìn)裝置，包括漂浮在水面上或者浸沒在水體內(nèi)的振蕩源(I)，其特征在于還包括: 與所述振蕩源(I)固定連接、且其下端伸入水體內(nèi)的連接桿(2); 通過(guò)具有彈性復(fù)位功能的彈性構(gòu)件(3)連接在所述連接桿(2)下端的蹼式推進(jìn)器(4)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩式蹼形推進(jìn)裝置，其特征在于:所述彈性構(gòu)件(3)為彈簧。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩式蹼形推進(jìn)裝置，其特征在于:所述蹼式推進(jìn)器(4)由支架(401)和連接在該支架上的蹼面(402)構(gòu)成，所述支架(401)與所述彈性復(fù)位構(gòu)件(3)固定連接，所述蹼面(402)采用柔性材料制成。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的振蕩式蹼形推進(jìn)裝置，其特征在于:所述支架(401)由一端固定連接在一起的三根支撐桿構(gòu)成。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一權(quán)利要求所述的振蕩式蹼形推進(jìn)裝置，其特征在于:所述振蕩源(I)為船舶、浮標(biāo)、潛水艇或深潛器。6.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一權(quán)利要求所述的振蕩式蹼形推進(jìn)裝置，其特征在于:所述水面為海水面，所述水體為海水。
【文檔編號(hào)】B63H1/32GK106005332SQ201610389766
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月2日
【發(fā)明人】田新亮, 趙國(guó)成, 張笑通, 肖龍飛, 呂海寧
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)