專(zhuān)利名稱(chēng)：浮力致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及波動(dòng)能量的提取，更特別地，涉及對(duì)波動(dòng)產(chǎn)生反應(yīng)的浮力致動(dòng)器以及該致動(dòng)器的操作方法。本發(fā)明同樣涉及波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和該系統(tǒng)的沖喿作方法。
盡管并非 一 定是獨(dú)一 無(wú)二地，本發(fā)明被特別地設(shè)計(jì)成能針對(duì)波動(dòng)作出反應(yīng)并將波動(dòng)結(jié)合到可操作的裝置上的致動(dòng)器。本發(fā)明致動(dòng)器的一種特別應(yīng)用涉及海洋波能的利用和將被利用的能量轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)能量轉(zhuǎn)換裝置的線性運(yùn)動(dòng)，該轉(zhuǎn)換裝置例如可以是流體泵或線性發(fā)電機(jī)。在這樣的布置中，該致動(dòng)器可以被可操作地連接到能量轉(zhuǎn)換裝置，該致動(dòng)器懸浮在所述轉(zhuǎn)換裝置上方的海水體中，但一般位于水面下方。通過(guò)該布置，波動(dòng)的動(dòng)力提升被轉(zhuǎn)換成用于操作能量轉(zhuǎn)換裝置的單軸力。
本發(fā)明實(shí)際上包括浮標(biāo)，該浮標(biāo)在某些情況下被當(dāng)成致動(dòng)器，因?yàn)樵摳?biāo)具有水體上擾動(dòng)的大部分波長(zhǎng)的尺寸，并且在靠近水體表面處攔截大部分波動(dòng)的能流。
背景技術(shù)：
獲取海洋波的能量是世界上迅速發(fā)展起來(lái)的業(yè)務(wù)，大量商業(yè)的波能裝置在海上試驗(yàn)并進(jìn)行小規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。這些裝置中比較重要的一類(lèi)是通過(guò)轉(zhuǎn)變海洋的升降運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行操作以產(chǎn)生機(jī)械裝置的線性運(yùn)動(dòng)，該機(jī)械裝置隨后被用于驅(qū)動(dòng)能量轉(zhuǎn)換裝置(例如流體泵或線性發(fā)電機(jī))。
對(duì)于通過(guò)反滲透膜來(lái)直接脫鹽和制造電力的高壓海水來(lái)說(shuō)，波能的獲取和轉(zhuǎn)化是幾個(gè)早期建議的焦點(diǎn)，這些建議尤其包括在
PCT/AU2006/001187中公開(kāi)的建議，在此處其內(nèi)容通過(guò)引用的方式被并入。
6在海洋環(huán)境中技術(shù)的成功應(yīng)用、操作和維護(hù)所遇5 lj的問(wèn)題被那些 從事近海工業(yè)的人，特別是從事石油和天然氣工業(yè)的人所了解，并且 該知識(shí)能夠被應(yīng)用到如海洋波能轉(zhuǎn)換這樣的新技術(shù)中。最初的海洋能 量系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)是十分復(fù)雜的任務(wù)，其需要探尋最大的能量獲取和 轉(zhuǎn)換，同時(shí)要將結(jié)構(gòu)的成本保持在合理的水平，并且要保證所有者的 花費(fèi)在整個(gè)技術(shù)生命周期中是可以接受的。在維護(hù)成本方面，必須對(duì) 關(guān)鍵受損部件的可靠性和系統(tǒng)的故障模式有徹底的了解。
如何控制暴風(fēng)雨環(huán)境的問(wèn)題可能也需要被提及。特別地，需要波 能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)能夠響應(yīng)海水狀態(tài)的變化，并且在超過(guò)最大運(yùn)行水平時(shí)， 其能夠回復(fù)成安全備用模式，優(yōu)選地，其能夠自動(dòng)回復(fù)。 一旦海水狀 態(tài)已經(jīng)退回到正常運(yùn)行水平，該裝置理想地應(yīng)該自身重新裝配以用于 正常操作，優(yōu)選地，其會(huì)自動(dòng)重新裝配。由例如暴風(fēng)雨事件引起的任 何對(duì)部分機(jī)械的持續(xù)傷害不應(yīng)該阻止裝置的剩余功能部分的運(yùn)行。換 而言之，波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的所有故障模式都應(yīng)該是"軟"的。
浮力致動(dòng)器具有這些特征將會(huì)是十分有利的。
浮力致動(dòng)器可以是大型實(shí)體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的直徑或線性尺寸范圍 達(dá)到10米，并且排水體積達(dá)到一千立方米。為了滿(mǎn)足大規(guī)模商業(yè)的電 力需要，波能設(shè)備會(huì)需要包括大量(通常為數(shù)百個(gè))這樣的致動(dòng)器， 該致動(dòng)器用于一批數(shù)百個(gè)的海水泵或能量轉(zhuǎn)換裝置。當(dāng)個(gè)別裝置具有 大概是一 兆瓦的功率輸出能力而整個(gè)元件場(chǎng)地具有幾百兆瓦的瞬時(shí)輸 出功率時(shí)，這批裝置有必要按比例提升功率輸出。
將數(shù)百個(gè)浮力致動(dòng)器運(yùn)輸?shù)綉?yīng)用位置會(huì)造成很大的困難，并且如 果它們不得不以實(shí)際尺寸來(lái)運(yùn)輸，將花費(fèi)巨大。
同樣十分有利的是，浮力致動(dòng)器在陸地上被制造，并隨后被折疊 和包裝以用于將其運(yùn)輸?shù)浇Ｎ恢茫诖烁×χ聞?dòng)器可被配置成實(shí)際 尺寸并在之后纟皮應(yīng)用。
本發(fā)明針對(duì)背景技術(shù)產(chǎn)生。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種響應(yīng)波動(dòng)的浮力致動(dòng)器，該浮力致動(dòng)器包括本體，該本體形成了用于容納物質(zhì)的腔體，所述本體的 流體動(dòng)力性能可通過(guò)改變腔體內(nèi)的物質(zhì)來(lái)有選擇地變化。
流體動(dòng)力性能的變化可以包括浮力的變化(增加或者減少(either positively or negatively)),或者本體的響應(yīng)區(qū)i或的變4b (例i口體積或 形狀)，也可以是這兩種變化的組合。
所述物質(zhì)的變化可以包括向腔體添加物質(zhì)或從腔體中取出物質(zhì)。 所述物質(zhì)可以包括固體、液體或氣體，也可以是這些物質(zhì)的組合。 該物質(zhì)可以采用任何合適的形式。舉例來(lái)說(shuō)，該物質(zhì)可以由空氣、 水(特別包括從致動(dòng)器的運(yùn)行環(huán)境中提取的水)構(gòu)成，或者由一個(gè)或 多個(gè)固體插入物構(gòu)成，例如固體球體或其它分離元件，也可以是這些
物質(zhì)的組合。
添加到腔體中的物質(zhì)的形式可以與該腔體中已經(jīng)存在的物質(zhì)相 同，也可以不同。舉例來(lái)說(shuō)，在一種布置中，在腔體內(nèi)已經(jīng)存在一些 海水(也可能組合有一個(gè)或多個(gè)其它形式的物質(zhì))的情況下，可以將 海水添加到該腔體中。在另一種布置中，在所述腔體中的物質(zhì)沒(méi)有包 括海水的情況下，可以將海水添加到該腔體中。
在腔體中所容納的物質(zhì)包括多種形式的情況下，從所述腔體中取 出的物質(zhì)可以包括任何一個(gè)或多個(gè)所述形式。
當(dāng)該浮力致動(dòng)器被應(yīng)用時(shí)，其優(yōu)選定位在水下并距水面 一最小距 離，從而該致動(dòng)器總是被淹沒(méi)在水中，除非在異常的大洋中。
最理想的情況是，浮力致動(dòng)器定位在水柱中的一位置處，在該位 置該致動(dòng)器能攔截最多的能量，并且在波能設(shè)備的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中能 保持該致動(dòng)器完全被淹沒(méi)在水中，只有當(dāng)海洋中波谷通過(guò)期間超過(guò)了 裝置的運(yùn)行限制，該致動(dòng)器才會(huì)顯露出來(lái)。因此，該浮力致動(dòng)器需要 在一深度處被應(yīng)用，從而致動(dòng)器的上表面一般會(huì)在中性水線下方幾米 處。而且，浮力致動(dòng)器與機(jī)械裝置的組合優(yōu)選形成了最小總長(zhǎng)，該機(jī) 械裝置(例如泵)與浮力致動(dòng)器可操作地連接在一起，影響到水深運(yùn) 用的該最小總長(zhǎng)優(yōu)選不少于IO米并且不大于100米。
浮力致動(dòng)器的形狀可能也是本發(fā)明的重要特征。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (CFD )已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用以確定在能量獲取方面何種形狀能產(chǎn)生最佳效果。當(dāng)CFD分析被應(yīng)用到尺寸小于或等于四分之一波長(zhǎng)(該標(biāo)準(zhǔn) 被稱(chēng)為"點(diǎn)吸收體(point absorber)'，)的致動(dòng)器設(shè)計(jì)時(shí)，該CFD分 析會(huì)排除任何寬厚比過(guò)度的致動(dòng)器形狀。因此以點(diǎn)吸收體的觀點(diǎn)來(lái)看， 罩蓬狀或降落傘狀致動(dòng)器作為能量聚集裝置效率較低。當(dāng)允許較薄的 罩蓬狀吸收體在點(diǎn)吸收體規(guī)則外延伸時(shí)，即當(dāng)較薄的罩蓬狀吸收體的 長(zhǎng)度大于四分之一波長(zhǎng)時(shí)，這一結(jié)論將不適用于較薄的罩蓬狀吸收體 (例如在前述PCT/AU2006/001187文件中所提到的)。在這些情況中， 優(yōu)化操作是不同的并且罩蓬結(jié)構(gòu)是有用的。而且，罩蓬保留了多個(gè)連 接點(diǎn)，從而其不易于旋轉(zhuǎn)。
對(duì)于點(diǎn)吸收體，CFD分析指出球體、短倒錐體或短圓柱體是帶有 單個(gè)系繩的浮力致動(dòng)器的適合形狀。CFD分析證實(shí)了形狀上越長(zhǎng)越薄， 則越多的能量能夠被轉(zhuǎn)換成浮力致動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)，由此不會(huì)在系繩中產(chǎn) 生有用的張力并且會(huì)導(dǎo)致結(jié)合了波浪擾動(dòng)的較低能量，該系繩可操作 地將浮力致動(dòng)器與機(jī)械裝置連接?？紤]到球形的對(duì)稱(chēng)性，球形是比較 理想的形狀，因?yàn)樵诓ɡ藬_動(dòng)和浮力致動(dòng)器間沒(méi)有旋轉(zhuǎn)結(jié)合，由此可 知，升降力被最大地轉(zhuǎn)換成系繩上的線性張力。
當(dāng)其它的因素例如工藝性和穩(wěn)健性也被考慮的時(shí)候，球體、短圓 柱體和短倒錐體之間在能量聚集性能上的區(qū)別并沒(méi)有大到把這些形狀 排除在球體之外。因此，有一系列的形狀具有可接受的能量聚集性能 和可接受的穩(wěn)健性等級(jí)。
優(yōu)選地，本體包括柔韌薄膜，該薄膜在腔體邊界處形成了外殼， 該薄膜適于對(duì)本體內(nèi)的物質(zhì)變化作出響應(yīng)并產(chǎn)生偏斜。該偏斜能夠使 得本體的流體動(dòng)力性能產(chǎn)生變化。
優(yōu)選地，所述外殼形成了一個(gè)空腔，該空腔構(gòu)成了腔體并且能夠 通過(guò)接口與周?chē)暮Ｋ噙B通。該空腔可以包括封閉的水密空腔。腔 體的水密并非必要，只要可以在正常運(yùn)行期間保持和隔離內(nèi)部的海水 體積且具有最小漏出量，從而其如同系留塊般相抵于致動(dòng)器的外部水 力起作用。
在一種布置中，腔體可以是大致的球形結(jié)構(gòu)。通過(guò)此布置，所述 腔體可以通過(guò)大致球形的壁結(jié)構(gòu)形成，該結(jié)構(gòu)包括由柔韌薄膜形成的
9外殼。該外殼可以由織物加固的聚合物材料的板條粘結(jié)而成。
該壁結(jié)構(gòu)可以進(jìn) 一 步包括在本體上下位置間延伸的加固裝置。該 加固裝置可以包括多個(gè)加固帶，其具有卡箍結(jié)構(gòu)，沿著表面圓周延伸 并穿過(guò)所述上下位置。該加固帶的材料可以與外殼材料相同從而材料 混用性和粘附性得到優(yōu)化。致動(dòng)器的頂部和底部具有額外加固的圓環(huán)， 該圓環(huán)也是由相同的織物加固聚合物構(gòu)成。
在本體上底部位置處可以設(shè)置定位點(diǎn)，該定位點(diǎn)用于將浮力致動(dòng) 器拴在適當(dāng)位置處。在本體上頂端處可以設(shè)置提升點(diǎn)。
所述定位點(diǎn)可以包括將加固帶拴在其上的下部孔眼。另 一 根加固 帶還可以穿過(guò)下部孔眼并被粘附到球形外殼的底部上。該加固帶以及 另一根帶在正常運(yùn)行過(guò)程中承受著負(fù)載。當(dāng)浮力致動(dòng)器通過(guò)波動(dòng)被提 升時(shí)，該加固帶繃緊，并且張力通過(guò)下部孔眼被向下傳輸?shù)较道K，以 此將提升力傳送到下方的機(jī)械裝置。在波浪通過(guò)后，浮力致動(dòng)器受到 由下方機(jī)械裝置所施加的回復(fù)力的影響而下落，并導(dǎo)致下部孔眼上的 負(fù)載減小，加固帶收縮。
由于此設(shè)置，致動(dòng)器中有一些彈性，從而當(dāng)波浪的提升力拖拉系 繩時(shí)，能夠有一些對(duì)波浪負(fù)載的緩沖。
容納在大致球形腔體中的物質(zhì)可以包括被放入的浮力物質(zhì)，這些 浮力物質(zhì)用來(lái)向致動(dòng)器提供必要的浮力。該物質(zhì)可以是任何密度小于 致動(dòng)器附近的流體密度的材料和物質(zhì)。該物質(zhì)可以任何適當(dāng)?shù)姆绞椒?入腔體內(nèi)，例如通過(guò)設(shè)置在外殼上的接口。
優(yōu)選地，該物質(zhì)包括泡沫材料。該泡沫材料可以由泡沫球體構(gòu)成。
該腔體可以被填充泡沫球體，使得致動(dòng)器的外殼被內(nèi)部泡沫球體 的向外的力拉到緊繃的狀態(tài)，從而促使該致動(dòng)器呈現(xiàn)其設(shè)計(jì)的形狀。 泡沫球體相互之間可以接觸以能夠相互抵靠著滾動(dòng)。該球體可以共同 地作用以保持致動(dòng)器的外形，并且在仍舊保持著致動(dòng)器的形狀的情況 下，該球體受致動(dòng)器上外力的影響彼此抵靠著滾動(dòng)。由于此布置，球 體有效地用作滾動(dòng)軸承，從而如果點(diǎn)負(fù)荷被施加到致動(dòng)器外殼上時(shí)， 任何單個(gè)泡沫球體上都沒(méi)有力的集中。
在此方式中，浮力致動(dòng)器可以被制造，以及被進(jìn)行泄漏和負(fù)荷試
10驗(yàn)，之后內(nèi)部不帶有泡沫浮力材料的致動(dòng)器被運(yùn)送。該泡沫可以在補(bǔ) 給站(其可能在船上)被添加，該補(bǔ)給只要在致動(dòng)器在運(yùn)行位置上被 應(yīng)用前完成即可。
泡沫球體所占體積總量仍小于致動(dòng)器的封閉容積總量，每個(gè)球體 周?chē)嬗虚g隙區(qū)域。這些間隙區(qū)域可以被填充有流體以調(diào)整浮力。
所述浮力可以被設(shè)定或預(yù)先設(shè)定，隨后如果有需要，該浮力可以 通過(guò)控制任一種流體容量(例如氣壓或水量，或它們的組合)的方式 被有效地控制。
在另一個(gè)布置方式中，腔體可以是大致圓環(huán)形而不是球形。在此 布置中，本體可以包括圓環(huán)，該圓環(huán)具有環(huán)形外殼，該圓環(huán)形外殼由 與上述球形外殼相似的材料和方法產(chǎn)生。
優(yōu)選地，內(nèi)浮力結(jié)構(gòu)容納在由圓環(huán)的內(nèi)部邊界形成的空間中，優(yōu) 選地，圓環(huán)面的外殼外表面的一部分與該內(nèi)浮力結(jié)構(gòu)粘接。該浮力結(jié) 構(gòu)可以包括兩個(gè)浮力元件(例如剛性泡沫片)，每個(gè)所述浮力元件的 形狀都適配于圓環(huán)從頂部到底部形成的中心孔中。連接器(例如張緊 繩索)在兩個(gè)浮力元件中延伸并與這兩個(gè)浮力元件固定連接。在底部 浮力元件的下側(cè)， 一定位點(diǎn)被結(jié)合到連接器中或被連接在連接器上。
被外殼封閉的該圓環(huán)形空腔可以被充滿(mǎn)流體形式的物質(zhì)，該流體 可以被增壓到 一定程度，以使外殼處于張緊狀態(tài)下并且形狀是剛性的。 優(yōu)選地，流體是水。該流體可以通過(guò)接口^皮導(dǎo)入并可^R密封以形成水 密密封。
如果流體是水，當(dāng)浮力致動(dòng)器被充滿(mǎn)流體時(shí)，該致動(dòng)器會(huì)接近中 性浮力。正向浮力通過(guò)元件提供給所述致動(dòng)器。
在暴風(fēng)雨?duì)顩r下浮力致動(dòng)器的自動(dòng)關(guān)閉可以通過(guò)經(jīng)由所述接口存 取腔體中的流體以及實(shí)時(shí)控制流體壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)。這可能牽涉到收縮至 少 一部分腔體以使致動(dòng)器具有 一減少的表面區(qū)域，由此其不易受增強(qiáng) 的波浪力的影響。當(dāng)暴風(fēng)雨通過(guò)后，該腔體可以再次膨脹。
在另一個(gè)布置中，本體可以包括浮力部件，所述腔體設(shè)置在浮力 部件的下方。腔體可由從浮力部件上垂下來(lái)的圓柱形側(cè)壁以及底壁形 成。該側(cè)壁和底壁由柔韌材料構(gòu)成。該底壁可以帶有加固裝置，該加
11固裝置包括從外圍邊界處向內(nèi)延伸至一 中心位置的帶，在該中心位置 處有一定位點(diǎn)，并且所述帶被連接到該定位點(diǎn)。該加固裝置還包括底 壁邊界處的圓環(huán)，可以將所述帶的外端連接到所述圓環(huán)上。
腔體中的物質(zhì)優(yōu)選包括流體，優(yōu)選為來(lái)自浮力致動(dòng)器運(yùn)行地點(diǎn)周 圍的水(典型為海水)。該腔體可以通過(guò)在一定條件下允許吸入或釋 放流體的裝置來(lái)與周?chē)乃B通。該裝置可以包括閥門(mén)裝置，該裝置 具有兩個(gè)閥， 一個(gè)是單向進(jìn)口閥，其只允許流體進(jìn)入腔體，另一個(gè)是 單向出口閥，其只允許流體從腔體中流出并進(jìn)入周?chē)暮Ｋ?br>
浮力致動(dòng)器的浮力通過(guò)腔體上方的浮力部件來(lái)提供。該浮力部件 可以包括較短的注入有容積量的圓柱形泡沫。
在一般的運(yùn)行模式下，浮力致動(dòng)器被完全地充滿(mǎn)海水并且兩個(gè)單
向閥都關(guān)閉。波浪擾動(dòng)的升降移動(dòng)作用于本體上，從而導(dǎo)致本體向上
移動(dòng)并在系繩上施加張力，通過(guò)該系繩浮力致動(dòng)器被連接到下方的機(jī)
械裝置。由于浮力致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)，材料中有一定程度的固有彈性，從
而致動(dòng)器的 一些彈性伸長(zhǎng)出現(xiàn)在提升的最高點(diǎn)處。這種程度的彈性變
形在系繩承受負(fù)載時(shí)有利于限制系繩的振動(dòng)效應(yīng)。
除了因?yàn)閺椥远谏扉L(zhǎng)上產(chǎn)生的細(xì)小變化，形成腔體的本體的形
狀在一般運(yùn)行期間大致保持不變，并且沒(méi)有流體通過(guò)各個(gè)閥，包含在 腔體中的流體體積也基本保持不變。
當(dāng)海水的狀態(tài)將浮力增加超過(guò)一個(gè)預(yù)定的等級(jí)時(shí)，浮力致動(dòng)器上 的動(dòng)壓負(fù)載也增加，迫使單向出口閥打開(kāi)并使少量的流體從出口中流 出。同時(shí)，單向進(jìn)口閥仍舊關(guān)閉，因此實(shí)際的效果是腔體中流體的體 積被減少并且腔體容積被壓縮。不再處于內(nèi)部壓力下的外殼材料會(huì)松 弛下來(lái)并折疊起來(lái)。
施加在致動(dòng)器上的波浪力與致動(dòng)器的容積成比例，所以減少了的 容積狀態(tài)對(duì)應(yīng)于減少了的精確的波能攝取率，該波能攝取率用于在暴 風(fēng)雨期間限制能量吸收。
在暴風(fēng)雨通過(guò)之后，波浪的高度逐漸轉(zhuǎn)變成常規(guī)等級(jí)并且腔體外 海水的動(dòng)壓會(huì)變得大于腔體內(nèi)的壓力，單向進(jìn)口閥會(huì)打開(kāi)以允許流體 流回到致動(dòng)器容積中。這個(gè)過(guò)程會(huì)逐步出現(xiàn)直到致動(dòng)器再次完全膨脹，
12此時(shí)不再有任何壓力差橫穿進(jìn)口閥，該進(jìn)口閥將關(guān)閉。在致動(dòng)器處于 全容積時(shí)，該致動(dòng)器以其最大效率響應(yīng)波浪擾動(dòng)。
單向出口閥的功能可以通過(guò)使織物外殼的重疊部分用作多個(gè)單向 閥來(lái)被增加，甚至可以全部替換。
在先前布置的一變例中，浮力部件下方的腔體可通過(guò)向下漸尖的 大致圓錐形的壁結(jié)構(gòu)形成，該壁結(jié)構(gòu)在加固的底部部件處終止， 一定 位點(diǎn)被連接到所述加固的底部部件上。
為了保持浮力的所需等級(jí)，可以向本體提供補(bǔ)充浮力。其可以包 括多個(gè)較小的球形漂浮物，該漂浮物被連接到浮力部件的上表面。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 能量轉(zhuǎn)換裝置和本發(fā)明第一方面的浮力致動(dòng)器，該浮力致動(dòng)器在能量 轉(zhuǎn)換裝置上方的水體中懸浮，以此響應(yīng)于水體中的波動(dòng)的浮力致動(dòng)器 的動(dòng)力提升會(huì)通過(guò)浮力致動(dòng)器傳輸給能量轉(zhuǎn)換裝置。
能量轉(zhuǎn)換裝置可以由任何適當(dāng)?shù)姆绞綐?gòu)成，例如流體泵和線性發(fā) 電機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種提取波動(dòng)能量的方法，該方法 包括運(yùn)行本發(fā)明前述方面的波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供一種響應(yīng)波能改變浮力致動(dòng)器的流 體動(dòng)力性能的方法，該方法包括可選擇地改變被包含在浮力致動(dòng)器內(nèi)
腔體中的物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種運(yùn)行浮力致動(dòng)器的方法，該方 法包括可選擇地改變被包含在浮力致動(dòng)器內(nèi)腔體中的物質(zhì)，以改變?cè)?致動(dòng)器的流體動(dòng)力性能。
通過(guò)參考下面結(jié)合了附圖的幾個(gè)特定實(shí)施方式的描述，本發(fā)明將
被更好地理解，其中
圖1是第一實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器的示意性正視圖，該致動(dòng)器形
成了利用海洋波能的裝置的 一部分；
圖2是第一實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器的示意性透視圖；圖3是所述浮力致動(dòng)器的側(cè)視圖4是所述浮力致動(dòng)器下部的局部視圖5與圖2相似，其特別示出了浮力致動(dòng)器中的浮力插入物；
圖6是第二實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器的示意性截面圖7是圖6的浮力致動(dòng)器的局部視圖8與圖6相似，區(qū)別僅在于其圖示出了漏氣狀態(tài)下的浮力致動(dòng) 器的腔體；
圖9是第三實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器的截面圖10是圖9的浮力致動(dòng)器的局部視圖11是圖9的浮力致動(dòng)器的另一個(gè)局部視圖12是第四實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器的示意性側(cè)視圖13是圖12的浮力致動(dòng)器的下側(cè)的平面圖14是圖12的浮力致動(dòng)器的剖面透視圖15是圖12所示的浮力致動(dòng)器在漏氣狀態(tài)下的示意性側(cè)視圖16是第五實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器的透視圖17是圖16所示的浮力致動(dòng)器的側(cè)視圖18是圖16所示的浮力致動(dòng)器的平面圖19與圖17相似，其區(qū)別僅在于該浮力致動(dòng)器在漏氣狀態(tài)下；
圖20是圖16所示的浮力致動(dòng)器在膨脹狀態(tài)下的局部側(cè)視圖21與圖20相似，其區(qū)別僅在于該浮力致動(dòng)器在漏氣狀態(tài)下；
圖22是第六實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器的剖面透視圖23是圖22所示浮力致動(dòng)器的側(cè)視圖24是圖22所示浮力致動(dòng)器的平面圖25是圖22所示浮力致動(dòng)器的底面平面視圖26是圖22所示的浮力致動(dòng)器的頂端組件的放大視圖27是圖22所示的浮力致動(dòng)器的底端組件的放大視圖28是圖22所示的浮力致動(dòng)器的底端組件的另一放大視圖；以
及
圖29是所述底端組件的局部視圖，外殼被連接到該底端組件上。
1具體實(shí)施例方式
如圖所示的實(shí)施方式每個(gè)都示出浮力致動(dòng)器10，該浮力致動(dòng)器用
在裝置11中，裝置11利用海洋波能產(chǎn)生動(dòng)力并將所利用的波能轉(zhuǎn)換
成高壓海水，例如通常為100psi以上，優(yōu)選為800psi以上。所述裝置 11產(chǎn)生的高壓海水能夠通過(guò)管道被傳送到岸邊以用于任何適當(dāng)?shù)哪?的。在一種應(yīng)用中，所述高壓海水被用來(lái)作為電動(dòng)機(jī)流體以驅(qū)動(dòng)渦輪 機(jī)，該渦輪機(jī)中的軸功率被用于產(chǎn)生電力。在另一個(gè)應(yīng)用中，高壓海 水可以被注入反滲透脫鹽裝置(unit)，淡水可以從該裝置中產(chǎn)生。來(lái) 自脫鹽裝置的仍在高壓條件下的鹽水濃縮物接著可被注入到渦輪機(jī)中 用于機(jī)械能的提取。如果需要，失去效能的鹽水濃縮物能夠接著返回 到海洋中。
該裝置11被安裝在海水12中，并在海水12中運(yùn)行，該海水12 具有水面13和海床14。泵機(jī)械裝置15相對(duì)于海床14固定。該浮力 致動(dòng)器IO被可操作地連接到泵機(jī)械裝置15上并在所述泵機(jī)械裝置15 上方的海水12中懸浮，但該浮力致動(dòng)器IO在水面13下一定深度處， 從而其上表面通?？梢栽谥行运?neutral water)線下幾米處。此外， 浮力致動(dòng)器IO和與其可操作連接的泵機(jī)械裝置15的結(jié)合優(yōu)選形成一 總長(zhǎng)，該總長(zhǎng)在其最小狀態(tài)下(當(dāng)浮力致動(dòng)器在其行程的最低點(diǎn)處) 適于在一定水深處運(yùn)用，該水深優(yōu)選為不小于十米并不大于一百米。
該浮力機(jī)構(gòu)IO通過(guò)包含有系繩17的連接件16可操作地連接到泵 機(jī)械裝置15。
參考圖1-5，第一實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器10包括本體21,該本體 形成了大致球形結(jié)構(gòu)的腔體23。特別地，由大致球形壁結(jié)構(gòu)25形成 腔體23，該球形壁結(jié)構(gòu)25包括由柔韌薄膜構(gòu)成的外殼27。該外殼27 可以由多塊柔韌薄膜材料的板條2 8粘合而成。該柔韌薄膜包括織物加 固的聚合物材料，該材料可以是商業(yè)產(chǎn)品Hypalon ,其廣泛地用于海 洋浮標(biāo)和護(hù)舷的制造。該材料可以被粘到其自身上以形成堅(jiān)韌的防水 連接件，該連接件已被該工藝中有經(jīng)驗(yàn)的人所熟悉。
該壁結(jié)構(gòu)25還包括加固裝置31,該加固裝置31在本體21上的 上下位置間延伸。該加固裝置31包括多個(gè)外部加固帶33,該加固帶33的結(jié)構(gòu)為卡箍35，該卡箍35沿著外殼27的表面圓周延伸并且延伸 通過(guò)上下位置。該加固帶33由與外殼25相同的材料構(gòu)成，從而材料 的可混用性和粘合性得到優(yōu)化。
浮力致動(dòng)器10的頂部和底部具有附加的加固物，該加固物為圓環(huán) 37、 39(如圖2所示)形式，仍舊是由同樣的織物加固聚合物構(gòu)成。
定位點(diǎn)41被設(shè)定在本體21的底部上，以用于將浮力致動(dòng)器拴在 適當(dāng)?shù)奈恢锰?。提升點(diǎn)43被設(shè)定在本體21的上端。
該定位點(diǎn)41包括下部孔眼45，加固帶33穿過(guò)該孔眼45。另一個(gè) 帶47也可以穿過(guò)下部孔眼45并被粘合到球形外殼27的底部上。該加 固帶33以及另一個(gè)帶47承受著正常運(yùn)行條件下的負(fù)載。當(dāng)所述浮力 致動(dòng)器10被波動(dòng)提升時(shí)，帶33、 47被拉緊，并且張力通過(guò)孔眼45被 向下傳輸?shù)较道K17以將提升力傳輸?shù)较路降幕钊脵C(jī)械裝置(piston pump mechanism )。在波浪通過(guò)后，所述浮力致動(dòng)器IO受到下方的所 述活塞泵機(jī)械裝置15重量的影響而下降，從而促使下部孔眼45上的 負(fù)載減少，并使得帶33、 47緊縮。正常和漏氣的情況如附圖4所示。
由于此布置，致動(dòng)器中帶有一些彈性，從而允許在波浪提升力用 力拉系繩17時(shí)能對(duì)波能負(fù)載進(jìn)行緩沖。
使用孔眼45作為定位點(diǎn)是十分有利的，其允許了致動(dòng)器的 一些旋 轉(zhuǎn)彈性。這是需要的，從而系繩的扭曲在致動(dòng)器的運(yùn)行過(guò)程中達(dá)到最 小化。
提升點(diǎn)43通過(guò)由織物構(gòu)成的卡箍44來(lái)被連接，該卡箍44與圓周 加固帶33中的一個(gè)相接形成。該提升點(diǎn)43被設(shè)計(jì)成能在提升和操作 過(guò)程中承受浮力致動(dòng)器IO的干燥靜負(fù)載；其不被設(shè)計(jì)成能承載完整的 動(dòng)力工作負(fù)載，因?yàn)槎ㄎ稽c(diǎn)41被設(shè)計(jì)成具有該作用。
該腔體23包含有物質(zhì)，該物質(zhì)包括被導(dǎo)入的浮力材料，以向浮力 致動(dòng)器IO提供必要的浮力。該物質(zhì)經(jīng)過(guò)管接頭51被引入腔體23,該 管接頭51設(shè)置在外殼27上并且能夠被打開(kāi)和封閉。
在此實(shí)施方式中，所述物質(zhì)包括泡沫浮力材料52，其由多個(gè)泡沫 球體53組成，如圖5所示。該泡沫球體53由防海水的閉孔泡沫聚苯 乙烯構(gòu)成，并且具有一定的直徑范圍。對(duì)于該實(shí)施方式，直徑100毫
16米(4英寸)的球體是合適的。
該腔體23充滿(mǎn)泡沫球體53,從而在內(nèi)部泡沫i求體53的外向壓力 下該浮力致動(dòng)器10的外殼27被拉成緊繃狀態(tài)，由此該致動(dòng)器呈現(xiàn)出
其設(shè)計(jì)形狀。
該泡沫球體53相互接觸，使得它們能夠相互緊靠著滾動(dòng)。這些球 體53可以共同地運(yùn)動(dòng)以保持所述致動(dòng)器10的外部形狀，并且能在保 持所述致動(dòng)器的形狀的同時(shí)響應(yīng)致動(dòng)器上的外力彼此滾動(dòng)。通過(guò)此布 置，球體53有效地用作滾動(dòng)軸承，從而在點(diǎn)負(fù)載被施加到致動(dòng)器外殼 上的情況下，任何單個(gè)泡沫球體上都沒(méi)有力的集中。
該實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器IO可以被制造并進(jìn)行漏氣和壓力測(cè)試， 之后內(nèi)部不帶有泡沫浮力材料52的致動(dòng)器被運(yùn)送。只要在致動(dòng)器在運(yùn) 行位置上被應(yīng)用之前，該泡沫浮力材料都可以在補(bǔ)給站處(其可能在 所應(yīng)用的船上)被添加。
泡沫球體53占有的總體體積仍舊小于腔體23的總封閉容積，并 且每個(gè)球體53周?chē)加虚g隙區(qū)域55。該間隙區(qū)域55可以充滿(mǎn)流體以 調(diào)節(jié)浮力。
當(dāng)泡沫球體53被放置在腔體23內(nèi)部之后，通過(guò)密封浮力管接頭 51,致動(dòng)器是不漏水的。
所述外殼27包含三個(gè)其它的用于與封閉腔體23連通的管接頭。 兩個(gè)這樣的管接頭57、 59被定位為朝向腔體23的頂部。第三個(gè)這樣 的管接頭60被定位為靠近腔體23的底部。
在此方式下，有三種浮力致動(dòng)器的運(yùn)行模式。在第一模式中，浮 力致動(dòng)器IO的腔體23受壓于通過(guò)接口 57來(lái)自外部的空氣或氣體。接 口 57成為一種單向閥以允許氣體流入腔體23,但不允許泄漏氣體。 接口57是壓力釋放閥，其限制了最大氣體壓力。
所述浮力致動(dòng)器IO可以在特定的氣壓下被固定，此時(shí)與其相連的 氣體補(bǔ)給線被斷開(kāi)，或氣體補(bǔ)給線可以仍舊被連接著而壓力被有效地 控制。外殼27的輕微體積變化會(huì)導(dǎo)致浮力的變化，而內(nèi)部壓力的變化 會(huì)導(dǎo)致體積的變化。
第二運(yùn)行模式與第 一模式相似，但是其添加物是容置于間隙區(qū)域
1755中固定量的水或液體。這使得凈浮力在氣壓下受到腔體23的膨脹
程度的影響較小，因?yàn)槠潴w積變化較小。
第三運(yùn)行模式與第二模式相似，但是除了水和空氣的混合體之外，
其還增加了第三管接頭60,該管接頭允許流體流進(jìn)或流出腔體23。這 就使得能夠通過(guò)改變間隙區(qū)域55中的氣體/流體比率來(lái)最大限度的控
制浮力。
該實(shí)施方式的有利特征是浮力能夠被設(shè)定或預(yù)先設(shè)定，并且之后 如果需要，能夠通過(guò)控制腔體23中的氣壓或水量，或同時(shí)控制兩者來(lái) 對(duì)浮力進(jìn)行有效控制。
參考圖6-8,第二實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器10包括本體71，該本體 形成大致圓環(huán)(toroidal)結(jié)構(gòu)的腔體73。該實(shí)施方式與第一實(shí)施方式 的區(qū)別在于基礎(chǔ)形狀是圓環(huán)形而不是球形。盡管如此，能量轉(zhuǎn)換的效 率仍然是十分好的，因?yàn)樵撔螤钜话闳耘f是短而厚的，并且圓環(huán)形的 外徑僅略大于其垂直高度的兩倍。在此實(shí)施方式中，圓環(huán)形結(jié)構(gòu)的橫 截面大致為圓形。
該本體71包括圓環(huán)形外殼75，該外殼75的材料和制造方法與第 一實(shí)施方式中的球形外殼27相同。
圓環(huán)形外殼75形成了封閉的水密空腔76，該空腔形成了腔體73 并可通過(guò)接口 77與周?chē)暮ＫB通。
圓環(huán)形外殼75的外表面的一部分被粘接至兩個(gè)剛性浮力元件81、 82,每個(gè)浮力元件包括一片剛性浮力材料，例如泡沫材料。該浮力元 件81、 82的形狀適配于由本體71的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)形成的中心孔， 一個(gè) 浮力元件在頂部，另一個(gè)在底部。包括張緊繩索84的連接器83在兩 個(gè)浮力元件81、 82之間延伸，并且被緊固于這兩個(gè)元件。雖然浮力元 件81、 82可以在它們?cè)谥行南嘟拥奈恢锰幭嗷ソ佑|，優(yōu)選地在它們之 間有小間隙85,以使得張緊繩索84能夠被拉緊。
定位點(diǎn)89在底部浮力元件82下方與所述連接器83結(jié)合。該定位 點(diǎn)89具有孔眼的結(jié)構(gòu)。
所述張緊繩索84穿過(guò)所述浮力元件81、 82，并且被現(xiàn)場(chǎng)澆鑄在 所述浮力元件的一個(gè)中而穿過(guò)另 一個(gè)浮力元件以利于裝配。張緊繩索
1884使剛性浮力元件81、 82互相連接，并且當(dāng)繩索被調(diào)節(jié)以矯正張力 時(shí)，張緊繩索84允許連接器上的負(fù)載通過(guò)分散板91在較寬的區(qū)域上 被分散。在此方式下，整個(gè)組件被剛性制成，負(fù)載施加穿過(guò)所述浮力 致動(dòng)器10的質(zhì)量中心，此時(shí)整個(gè)組件穩(wěn)固。
被外殼75封閉的圓環(huán)形空腔76充滿(mǎn)流體形式的物質(zhì)，并且該流 體可以被加壓到一定程度，在該程度下所述外殼被張緊，并且形狀呈 剛性。優(yōu)選地，該流體是水。該流體可以通過(guò)接口 77被導(dǎo)入，該接口 可被密封以形成水密密封。
浮力致動(dòng)器70在充滿(mǎn)流體的情況下將接近中性浮力，特別是當(dāng)流 體是水的時(shí)候。通過(guò)浮力元件81、 82,正向浮力被提供給所述致動(dòng)器。
在暴風(fēng)雨?duì)顩r下浮力致動(dòng)器70的自動(dòng)關(guān)閉可以通過(guò)經(jīng)由所述接 口 77獲取空腔76中的流體以及實(shí)時(shí)控制流體壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)。該裝置(未 示出)包括柔軟管，該柔軟管通過(guò)接口 77在一端與流體空腔76連接， 并且在其另 一 端與控制系統(tǒng)連接，該控制系統(tǒng)可以在所述系統(tǒng)感知3 'J 最大波高被超越時(shí)抽空流體并使空腔76漏氣。漏氣的狀態(tài)如圖8所示。 表面區(qū)域被大量減少的所述浮力致動(dòng)器70較少地受到增強(qiáng)波浪力的 影響，從而其損壞的可能性較少，或?qū)⑦^(guò)度的力傳輸給泵的可能性較 少。在暴風(fēng)雨過(guò)后，該系統(tǒng)將逐漸使空腔76再次膨脹并充滿(mǎn)流體，直 到該空腔再次被完全受壓并能夠正常工作。
所述浮力致動(dòng)器IO可以在其泄漏狀態(tài)下被壓扁(如圖8所示)以 用于貯存和運(yùn)輸?shù)綉?yīng)用位置。在該位置處，所述空腔76受到流體的壓 力，優(yōu)選是水的壓力，并且接口77封閉，固體形狀再次產(chǎn)生。
參考圖9-11，第三實(shí)施方式的所述浮力致動(dòng)器IO與第二實(shí)施例的 相似，因此相同的標(biāo)記用來(lái)指定相對(duì)應(yīng)的部件。在此實(shí)施方式中，形 成大致圓環(huán)形結(jié)構(gòu)腔體73的本體71的橫截面大體上為橢圓形。與第 二實(shí)施方式相比，有利的地方是對(duì)于相同的直徑其能提供更大的深度， 所以其形狀更對(duì)應(yīng)于理想的球形。
參考圖12-15,第四實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器10能夠響應(yīng)暴風(fēng)雨情 況并從該暴風(fēng)雨情況中恢復(fù)，而無(wú)需像前述兩個(gè)實(shí)施方式那樣要求助 于外部系統(tǒng)。在此實(shí)施方式中，浮力致動(dòng)器10包括本體101，該本體101具有浮力部件103，在該浮力部件103下方有腔體105。外殼106形成該腔體105,該外殼106包括圓柱形側(cè)壁107和底壁109,側(cè)壁107從浮力部件103上垂下來(lái)，而底壁109逐漸向內(nèi)向下變小。側(cè)壁107和底壁109為柔韌材料。特別地，使用與第一實(shí)施方式的外殼27相同的材料和制作方法來(lái)構(gòu)成所述側(cè)壁107和底壁109。
所述底壁109包含加固裝置111,該裝置包括帶113,這些帶113連接至圓形加固環(huán)115,并從圓形加固環(huán)115的外部邊界處開(kāi)始向內(nèi)延伸至中心位置117，在該中心位置117處有一定位點(diǎn)119，所述帶113被連接到該定位點(diǎn)119上。所述定位點(diǎn)119包括孔眼。
腔體105所包含的物質(zhì)包括流體，最好是海水。該腔體105通過(guò)閥門(mén)裝置120與周?chē)暮ＫB通，該閥門(mén)裝置120在一定狀態(tài)下允許吸入和放出流體。該閥門(mén)裝置120具有兩個(gè)閥，一個(gè)是單向進(jìn)口閥121,其只允許流體進(jìn)入腔體105，另一個(gè)是單向出口閥122，其只允許流體從腔體105中流出并進(jìn)入周?chē)暮Ｋ?br>
腔體105并不一定要是水密的，相反地其只是在正常運(yùn)行期間保持和隔離其內(nèi)的海水體積并使泄漏最小，從而其如同系留塊(captivemass)般逆著浮力致動(dòng)器IO的外部水力而起作用。這樣的結(jié)構(gòu)會(huì)特別有用，因?yàn)楦×χ聞?dòng)器的制造要求被允許放寬，其不強(qiáng)求100%的水密密封，因此可以有利地節(jié)約成本。
所述浮力致動(dòng)器IO的浮力由腔體105上的浮力部件103提供。該浮力部件103包括較短的圓柱形浮力容積123,該容積123被裝在由織物材料構(gòu)成的外殼125中，該織物材料通?？梢允桥c側(cè)壁107和底壁109相同的材料。所述浮力容積123可以包括泡沫材料，該泡沫材料與用于第一實(shí)施方式的泡沫浮力球體53的材料相似，并且其具有閉孔結(jié)構(gòu)，不可滲透海水。考慮到所述泡沫材料在海水中能長(zhǎng)時(shí)間保持浮力，織物外殼125的完全水密密封并不是必要的。所述圓柱形側(cè)壁107被連接到織物外殼125的外邊界上，并從該外邊界上垂下。
在常規(guī)運(yùn)行模式下，所述浮力致動(dòng)器10的腔體105被完全充滿(mǎn)海水，兩個(gè)單向閥121， 122都被封閉。波浪擾動(dòng)的升降運(yùn)動(dòng)作用在所述浮力致動(dòng)器10上，由此浮力致動(dòng)器能夠向上移動(dòng)并將張力施加在連接
到下方泵機(jī)械裝置的系繩上。正如在第一實(shí)施方式中的情形，所述浮
力致動(dòng)器10的材料設(shè)有一定程度的彈性，從而在提升的最高點(diǎn)處致動(dòng)
器會(huì)出現(xiàn) 一 些彈性伸長(zhǎng)。因?yàn)樵搹椥宰冃蔚某潭认拗屏顺惺茇?fù)載時(shí)的 系繩以及泵機(jī)械裝置的振動(dòng)效應(yīng)，致動(dòng)器的該彈性變形程度是十分重 要的。其通過(guò)限制關(guān)鍵元件上的最高點(diǎn)負(fù)載來(lái)協(xié)助提高波能聚集裝置 中組件的壽命。
除了由于材料彈性而在伸長(zhǎng)上產(chǎn)生的小變化，浮力致動(dòng)器10的形 狀在常規(guī)運(yùn)行期間基本保持不變，并且沒(méi)有流體通過(guò)各個(gè)閥121、 122。 因此，包含在腔體105中的流體體積也基本保持不變。
當(dāng)海洋的狀態(tài)將浮力增加超過(guò)一個(gè)預(yù)定的等級(jí)時(shí)，浮力致動(dòng)器10 上的動(dòng)壓負(fù)載也增加，迫使單向出口閥122打開(kāi)并使少量的流體從出 口中流出。同時(shí)，單向進(jìn)口閥121仍舊關(guān)閉，因此實(shí)際的效果是腔體 105中流體的體積被減少并且腔體容積被壓縮。如圖15所示，不再處 于內(nèi)部壓力下的外殼106的材料會(huì)松弛下來(lái)并自身折疊起來(lái)。
施加在致動(dòng)器IO上的波浪力與該致動(dòng)器的容積成比例，所以腔體 105中減少了的容積狀態(tài)對(duì)應(yīng)于減少了的精確的波能攝取率，該波能 攝取率用于在暴風(fēng)雨期間限制能量吸收。
在暴風(fēng)雨通過(guò)之后，波浪的高度逐漸轉(zhuǎn)變成常規(guī)等級(jí)并且腔體105 外海水的動(dòng)壓會(huì)變得大于腔體105內(nèi)的壓力。因此，單向進(jìn)口閥121 會(huì)打開(kāi)以允許流體流回到腔體105中。這個(gè)過(guò)程會(huì)逐步出現(xiàn)直到腔體 105再次膨脹，并且橫穿進(jìn)口閥121不再有任何壓力差，此時(shí)該進(jìn)口 閥121將關(guān)閉。當(dāng)致動(dòng)器的腔體105處于全容積時(shí)，該致動(dòng)器以其最 大效率響應(yīng)波浪4尤動(dòng)。
單向出口閥122的功能可以通過(guò)允許織物外殼106的重疊部分作 為多個(gè)單向閥起作用而被加強(qiáng)，甚至可以被全部替換。這可以通過(guò)使
接縫泄漏來(lái)實(shí)現(xiàn)，即不沿著它們的整個(gè)長(zhǎng)度密封，而只需板條部件間 的足夠連接，以保證腔體105能在正常運(yùn)行狀態(tài)下基本防止?jié)B漏。當(dāng) 致動(dòng)器100受到過(guò)度的波浪負(fù)載時(shí)，織物外殼106的上下擺動(dòng)會(huì)產(chǎn)生 出口以使得從致動(dòng)器中流出的水可以通過(guò)。
21200780049172.6 在類(lèi)似的方式中，通過(guò)恰當(dāng)選擇外殼材料厚度、柔韌性、重疊度 和定位點(diǎn)，也可以去除用于流入的單向閥121,并且可以由織物外殼
106中的泄漏部件來(lái)執(zhí)行該功能。在外加動(dòng)壓已經(jīng)下降從而水能緩慢 流回致動(dòng)器容積后，必須要確?？椢锝涌p打開(kāi)足夠長(zhǎng)。
參考圖16-21,第五實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器10與前述實(shí)施方式相 似，因此相同的標(biāo)記用來(lái)指定相對(duì)應(yīng)的部件。在此實(shí)施方式中，浮力 部件103下的腔體105由一向下漸尖的大致圓錐形的壁結(jié)構(gòu)131所形 成，該結(jié)構(gòu)在底部加固部件處終止，定位點(diǎn)119 ^:固定在該底部加固 部件上。
為了維持所需的浮力程度，補(bǔ)充浮力被提供給本體。補(bǔ)充浮力可 以由多個(gè)較小的球形漂浮物133來(lái)提供，該漂浮物被連接到浮力部件 103的上表面。
該實(shí)施方式的才乘作方式與前述實(shí)施方式相同，也利用閥121， 122。
在該實(shí)施方式中可能無(wú)法將泄漏接縫用作單向閥，因?yàn)閳A錐形狀 對(duì)外殼的彎曲度的影響使得難以實(shí)施該技術(shù)。因此使用了常規(guī)單向閥。
在波能裝置運(yùn)行范圍內(nèi)的海洋中，浮力致動(dòng)器130在正常運(yùn)行時(shí) 完全膨脹，如圖16、 17和20所示。流體4皮允許通過(guò)單向進(jìn)口閥121 進(jìn)入，而出口閥122保持封閉，因?yàn)闆](méi)有足夠的壓力差可以打開(kāi)它。
在暴風(fēng)雨條件下，情況正好是相反的，這就如圖19和21所描繪 的那樣。由于內(nèi)部壓力，所述進(jìn)口閥121是封閉的，而所述出口閥122 是打開(kāi)的以允許流體泄漏出來(lái)，從而使所述浮力致動(dòng)器稍微癟下去。 在此實(shí)施方式中，單向進(jìn)口閥121和單向出口閥122被仔細(xì)地設(shè)定有 足夠的滯后量，從而所述致動(dòng)器IO會(huì)保持膨脹用于正常運(yùn)行而不會(huì)過(guò) 早地泄漏。典型地，單向閥的調(diào)整可以涉及閥中彈簧張力的設(shè)定。
參考圖22-29,第六實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器10包括形成腔體23 的本體21。特別地，該腔體23由大致球形的壁結(jié)構(gòu)25所形成，該壁 結(jié)構(gòu)25包括柔韌的外殼27,該外殼在剛性的上下部131、 132間延伸。 在所示出的布置中，腔體23具有大致球形的結(jié)構(gòu)，但是顯然也可以是 其它結(jié)構(gòu)，例如圓柱形和截頭圓錐形結(jié)構(gòu)。
剛性上部131和剛性下部132的使用避免了對(duì)于如第一實(shí)施方式
22中所使用的在本體21上下位置間延伸的加固裝置的需求。
外殼27的材料和制作方法與第一實(shí)施方式所述外殼相似。 所述上部131包括頂部組件133，該組件具有外法蘭部件135和 中心蓋板部件137,該中心蓋板部件137適于通過(guò)例如螺栓這樣的緊 固件139來(lái)被可釋放地緊固在一起。該外法蘭部件135結(jié)合有外圍法 蘭141,外殼27的上邊界被密封地連接到該外圍法蘭141上。提升凸 耳142被結(jié)合到上部131中。
所述下部132包括底部組件143,該組件具有外法蘭部件145和 中心蓋板部件147,該中心蓋板部件147適于通過(guò)例如螺栓這樣的緊 固件149來(lái)被可釋放地緊固在一起。該外法蘭部件145結(jié)合有外圍法 蘭151，外殼27的下邊界被密封地連接到該外圍法蘭151上。所述中 心蓋板部件147包含有用于連接系繩的定位點(diǎn)153,就如同前述實(shí)施 方式那樣。在所示的布置中，定位點(diǎn)153被結(jié)合在位于中心板部件147 下方的角板155中。另一角板157被設(shè)置在中心板部件147下方并與 角板155交叉。這兩個(gè)角板155、 157包含多個(gè)用于緊急系繩的定位點(diǎn) 161。
外圍法蘭151有邊緣163,外殼27的下邊界165被連接到該邊緣 163上。所述外殼27的下邊界165通過(guò)與邊緣163粘合在一起來(lái)實(shí)現(xiàn) 與該邊緣163的連接，如圖29所示。所述下邊界165被粘到所述邊緣 163,并且?jiàn)A在粘附至內(nèi)外表面的兩個(gè)薄膜材料的帶167中間。
外殼27的上邊界以相似的方式被連接到頂部組件133的外圍法蘭 141上。
包括單向進(jìn)口閥121和單向出口閥122的閥門(mén)裝置120被結(jié)合在
所述中心蓋板部件147中，如圖25所示。
該實(shí)施方式的浮力致動(dòng)器以與前述實(shí)施方式相似的方式運(yùn)行。 由前述的內(nèi)容可知，各個(gè)實(shí)施方式顯然提供了簡(jiǎn)單但高效的用于
實(shí)現(xiàn)改變浮力致動(dòng)器的流體動(dòng)力性能的布置，例如浮力的改變(增加
或者減少)或響應(yīng)區(qū)域的改變(例如體積或形狀)，也可用于這些改
變的組合。
應(yīng)該意識(shí)到，本發(fā)明的范圍并不僅限于上述這些實(shí)施方式的范圍。
23另外，需要理解的是，雖然在此揭示的實(shí)施方式的主要目的在于
滿(mǎn)足前述PCT/AU2006/001187中所述波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的性能和可靠性， 本發(fā)明并不受限于這種特別的波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的范圍，也不受限于波能 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的范圍。例如，本發(fā)明可以被用于提供較強(qiáng)的水下浮力以支 撐海面下的結(jié)構(gòu)，例如電纜、管道等，也可以適用于在可變條件下通 過(guò)浮力的動(dòng)力補(bǔ)償來(lái)保持預(yù)定負(fù)載。
在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以作出任何變化和改進(jìn)。 在說(shuō)明書(shū)中，除非有特別要求，否則，詞語(yǔ)"包括"或者類(lèi)似意 思的詞語(yǔ)都應(yīng)理解成是暗示包含了所聲明的物體或物體組合，且不將 其它物體或其它物體組合排除在外。
權(quán)利要求
1、一種響應(yīng)波動(dòng)的浮力致動(dòng)器，該浮力致動(dòng)器包括本體，該本體形成容納物質(zhì)的腔體，通過(guò)改變腔體中的物質(zhì)，可有選擇地改變所述本體的流體動(dòng)力性能。
2、 如權(quán)利要求1所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述對(duì)流體動(dòng)力性能的所述改變包括對(duì)浮力的改變(增加或者減少)。
3、 如權(quán)利要求1所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述對(duì)流體動(dòng)力性能的所述改變包括對(duì)所述本體的響應(yīng)區(qū)域的改變(例如體積或形狀)。
4、 如權(quán)利要求1所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述對(duì)流體動(dòng)力性能的改變包括對(duì)浮力的改變(增加或者減少)和對(duì)所述本體的響應(yīng)區(qū)域的改變(例如體積或形狀)。
5、 如前述任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述對(duì)物質(zhì)的改變包括將物質(zhì)添加到腔體中，或?qū)⑽镔|(zhì)從腔體中取出。
6、 如前述任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述物質(zhì)包括固體、液體或氣體，或它們之間的任意組合。
7、 如權(quán)利要求6所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述物質(zhì)包括來(lái)自所述致動(dòng)器的運(yùn)行環(huán)境中的水。
8、 如權(quán)利要求6或7所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述物質(zhì)包括固體物質(zhì)，并且所述固體物質(zhì)包括一個(gè)或多個(gè)固體插入物。
9、 如權(quán)利要求8所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述固體插入物包括多個(gè)浮力球體。
10、 如權(quán)利要求9所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，被所述球體占有的體積總量小于所述腔體的封閉容積總量，其中所述球體周?chē)虚g隙區(qū)域，該間隙區(qū)域用于容納流體以改變浮力。
11、 如權(quán)利要求9或IO所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述球體被布置成一個(gè)緊靠著另一個(gè)滾動(dòng)。
12、 如前述任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述本體在其底端處設(shè)有定位點(diǎn)，以用于將浮力致動(dòng)器拴在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br>
13、 如前述任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述本體在其頂端處設(shè)有提升點(diǎn)。
14、 如前述任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述本體包括壁結(jié)構(gòu)，該壁結(jié)構(gòu)在腔體邊界處具有柔韌的外殼，該外殼適于在響應(yīng)所述本體中物質(zhì)的改變時(shí)偏斜。
15、 如權(quán)利要求13所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述腔體由壁結(jié)構(gòu)來(lái)形成，該壁結(jié)構(gòu)具有加固裝置，該加固裝置在所述本體上的上下位置間延伸，所述加固裝置包括多個(gè)設(shè)置為卡箍的加固帶，該加固帶沿著表面圓周延伸并穿過(guò)所述上下位置。
16、 如權(quán)利要求14所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述壁結(jié)構(gòu)包括在剛性上下部分之間延伸的所述柔韌外殼。
17、 如前述任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述壁結(jié)構(gòu)由大致球形的結(jié)構(gòu)形成。
18、 如權(quán)利要求1到14中任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述腔體大致為圓環(huán)形(toroidal)。
19、 如權(quán)利要求18所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，內(nèi)部浮力結(jié)構(gòu)被容納在由圓環(huán)(torus)的內(nèi)邊界所形成的空間中，所述圓環(huán)的外殼的外表面的 一部分與該內(nèi)部浮力結(jié)構(gòu)粘合。
20、 如權(quán)利要求19所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述內(nèi)部浮力結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)浮力元件，每個(gè)浮力元件的形狀都適配于所述圓環(huán)從頂部到底部形成的中心孔。
21、 如權(quán)利要求20所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于， 一連接器在兩個(gè)浮力元件之間延伸并固定于兩個(gè)浮力元件，其中設(shè)有定位點(diǎn)的裝置與所述連接器結(jié)合或被連接到所述連接器。
22、 如權(quán)利要求1到14中任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述本體包括浮力部件，所述腔體設(shè)置在該浮力部件下方。
23、 如權(quán)利要求22所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述腔體由從浮力部件上垂下的圓柱形側(cè)壁和一底壁形成，所述側(cè)壁是柔韌的。
24、 如權(quán)利要求22所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述腔體由大致圓錐形的側(cè)壁形成，該側(cè)壁是柔韌的。
25、 如前述任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述腔體適于與所述浮力致動(dòng)器運(yùn)行地點(diǎn)周?chē)乃B通。
26、 如權(quán)利要求25所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，通過(guò)允許在一定條件下吸入和釋放水的裝置來(lái)與周?chē)乃B通。
27、 如權(quán)利要求26所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述裝置包括閥門(mén)裝置。
28、 如權(quán)利要求27所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述閥門(mén)裝置包括兩個(gè)閥， 一個(gè)是單向進(jìn)口閥，該閥只允許周?chē)乃魅肭惑w，另 一 個(gè)是單向出口閥，該閥只允許腔體中的水流出到周?chē)暮Ｋ小?br>
29、 如權(quán)利要求27或28所述的浮力致動(dòng)器，其特征在于，所述閥門(mén)裝置包括形成所述腔體外殼的材料的重疊部分。
30、 一種波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括波能轉(zhuǎn)換裝置和如前述任一權(quán)利要求所述的浮力致動(dòng)器，所述浮力致動(dòng)器懸浮在所述波能轉(zhuǎn)換裝置上方的水體中，以此響應(yīng)水體中波動(dòng)的浮力致動(dòng)器的動(dòng)力提升通過(guò)浮力致動(dòng)器被傳輸?shù)讲苻D(zhuǎn)換裝置中。
31、 如權(quán)利要求30所述的波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述波能轉(zhuǎn)換裝置包括流體泵。
32、 如權(quán)利要求30所述的波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述波能轉(zhuǎn)換裝置包括線性發(fā)電機(jī)。
33、 一種從波動(dòng)中提取能量的方法，該方法包括運(yùn)行如權(quán)利要求30-32中任一項(xiàng)所述的波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
34、 一種用于響應(yīng)波動(dòng)來(lái)改變浮力致動(dòng)器的流體動(dòng)力性能的方法，該方法包括可選地改變被容納在所述浮力致動(dòng)器內(nèi)腔體中的物質(zhì)。
35、 一種運(yùn)行浮力致動(dòng)器的方法，該方法包括可有選擇地改變被容納在所述浮力致動(dòng)器內(nèi)腔體中的物質(zhì)，以此改變?cè)摳×χ聞?dòng)器的流體動(dòng)力性能。
36、 一種運(yùn)行波能轉(zhuǎn)換裝置的方法，該波能轉(zhuǎn)換裝置具有浮力致動(dòng)器，該方法包括可有選擇地改變被容納在所述浮力致動(dòng)器內(nèi)腔體中的物質(zhì)，以此改變?cè)摳×χ聞?dòng)器的流體動(dòng)力性能。
37、 一種大致結(jié)合附圖所描述的浮力致動(dòng)器。
38、 一種大致結(jié)合附圖所描述的波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
39、 一種大致在此描述的從波動(dòng)中提取能量的方法。
40、 一種大致在此描述的改變浮力致動(dòng)器的流體動(dòng)力性能的方法。
41、 一種大致在此描述的運(yùn)行浮力致動(dòng)器的方法。
全文摘要
一種浮力致動(dòng)器(10)，其用在利用海洋波能產(chǎn)生動(dòng)力并將所利用的波能轉(zhuǎn)換成高壓海水的裝置(11)中。該浮力致動(dòng)器(10)包括主體(21)，該主體(21)形成具有柔韌外殼(27)的腔體(23)。所述腔體(23)適于容納物質(zhì)，而所述本體(21)的流體動(dòng)力性能通過(guò)改變腔體(23)內(nèi)的物質(zhì)而被可選擇地改變。流體動(dòng)力性能的改變可以包括浮力的改變(增加或者減少)，或本體(21)的響應(yīng)區(qū)域的改變(例如體積或形狀)，也可以是這些改變的組合。所述物質(zhì)的改變可以包括將物質(zhì)添加到所述腔體(23)中，或?qū)⑺銮惑w(23)中的物質(zhì)提取出來(lái)。該物質(zhì)可以包括固體、液體或氣體，也可以是它們的任意組合。在所示出的布置方式中，所述物質(zhì)包括泡沫球體(53)。所述外殼(27)通過(guò)內(nèi)部泡沫球體(53)的向外壓力被拉到繃緊狀態(tài)，致使所述致動(dòng)器呈現(xiàn)其設(shè)計(jì)的形狀。被所述泡沫球體(53)所占據(jù)的體積總量仍舊小于腔體(23)的封閉容積總量，并且在每個(gè)球體(53)周?chē)虚g隙區(qū)域(55)。該間隙區(qū)域(55)可以充滿(mǎn)流體以調(diào)整浮力。
文檔編號(hào)E02B9/08GK101688512SQ200780049172
公開(kāi)日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2007年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月3日
發(fā)明者艾倫·羅伯特·伯恩斯 申請(qǐng)人:Reh知識(shí)產(chǎn)權(quán)公司