專利名稱：用于絞盤操作的波浪能發(fā)電站的裝置的制作方法
用于絞盤操作的波浪能發(fā)電站的裝置
背景技術：
在專利文獻中，描述了超過iooo種用于利用海浪能量的裝置。曾
經(jīng)尚未認識到，成功的商業(yè)利用來自海浪的能量要求發(fā)電站具有一個 (或多個)內在的或輔助的過載保護機構。然而，在較新的波浪能系 統(tǒng)的開發(fā)者中，越來越多的運營商已經(jīng)正在開始對這個基本因素加以
考慮以一種或另一種方式，發(fā)電站應該具有用于解決遭遇最極端波 浪的策略。解決這個問題的傳統(tǒng)方式在于，為發(fā)電站和其中的構件提 供一種極其穩(wěn)固性的設計。這已被證實為是困難的，并且在已經(jīng)成功
的程度內，所產(chǎn)生的波浪能發(fā)電站是不盈利的。 一些較新的波浪能技
術包括用于過載保護的機構，這些機構如下來自Scottish company Ocean Power Delivery Ltd. (www.oceanpd.com)的Pelamis、 Danish Wave Dragon (www.wavedragon.dk)和US 5808368。其中的過載保護機構的 共同特征在于，它們是基于在實施過載保護措施之前記錄海洋狀態(tài)， 必須以人工方式或利用計算機技術控制所述措施，并且過載保護措施 能夠描述成類似于烏龜在它們將頭部縮入外殼時的行為。這些"烏龜 策略"涉及發(fā)電站的能量產(chǎn)生部件被增強、收縮或浸入水下，于是這 些部件不再(或在較低的程度上)暴露于波浪力。同時，停止或大大 減少產(chǎn)生能量。

發(fā)明內容
與之相反，在此描述的波浪能發(fā)電站類型具有基于簡單機械原理 的、即時作用的過載保護機構，該機構并不要求人工或計算機控制， 并且該機構并不使發(fā)電站暫時停止運行。該過載保護機構使得該發(fā)電 站類型是穩(wěn)固的，由此允許發(fā)電站設計成更大程度上與波浪直接相互 作用(例如與Pelamis相比)。這提供了改進的效率。作為本發(fā)明基礎的已知技術。 本發(fā)明是基于三種要素
1. 波浪能發(fā)電站，帶有吸收波浪能的浮動體/多個浮動體。
2. 絞盤，其特征在于，絞盤線材的端部以如下方式緊固到線纜巻 筒，即，使得線材能夠展開和纏繞，而不存在必須相應纏繞和展開的 任何反向的線材端部。
3. 過載保護滑動式離合器，當試圖引入/導入系統(tǒng)中的輸出量達到 系統(tǒng)中構件所設計承受的最大水平時，該滑動式離合器滑動。
獨自或僅僅兩個所述要素不能夠解決在這里描述的本發(fā)明所處理 的問題以足夠低成本的發(fā)電站設計來利用來自海浪的能量，而發(fā)電 站和其中的構件不會受到極端波浪損壞。為了提供可盈利地利用波浪 能，應該存在所有三個要素。這種組合將為發(fā)電站的成本顯著降低， 這種成本降低如此之大，以至對于將波浪能作為能量供應而言，它將 有可能引起技術商業(yè)方面的突破。
現(xiàn)在將列出一些已知的技術方案，其中表示出上述要素中的一些 要素。
絞盤操作的波浪能發(fā)電站
存在一定數(shù)目的波浪能系統(tǒng)，其中波浪能的積聚(吸收)是由浮 動體來進行的，并且其中這種能量的輸送是由附接且纏繞在絞盤上的
線材來實現(xiàn)的。例如見US 2005/0121915和GR 990100030。然而，這
些系統(tǒng)缺乏過載保護滑動式離合器/連接器等，所述離合器/連接器等對 于允許發(fā)電站在最為惡劣的風暴情形中經(jīng)受遭遇最極端波浪而言是必 要的，因為并不要求具有這種穩(wěn)固性的設計，它們變得不能盈利。
滑動式離合器
過載保護滑動式離合器是本發(fā)明中的基本構件。原則上，這種滑
動式離合器能夠以兩種方式構造
7滑動式離合器類型I:其中，當超過關于離合器旋轉的特定角速率 時，離合器滑動。
滑動式離合器類型II:其中，當超過特定的扭矩時，離合器滑動。
因為所輸送的輸出量等于所輸送的角速率和扭矩的乘積，所以這 兩種離合器類型各自均以如下發(fā)生作用，s卩，它們?yōu)槟軌蜉斔偷淖畲?輸出量大小設定閾值_假設將所述輸出量輸送到此的機械具有如下共 性，S卩，扭矩和角速率是彼此的函數(shù)，于是在恒定的旋轉速率下，扭 矩是恒定的。
用于為旋轉速度設置閾值的滑動式離合器(類型I) 圖2和圖7中描繪了所述滑動式離合器類型的兩種類似的變型， 其中滑動是由角速率確定的。原則上，這種滑動式離合器是由速度計
和離合器構成的一種負反饋機構。該負反饋機構具有與James Watt的 原始蒸汽發(fā)動機的飛輪調節(jié)器功能密切相關的功能，其中超過特定的 預校準數(shù)值的旋轉速度導致來自鍋爐的蒸汽壓力以另一種方式排放， 由此針對過高速形式的過載保護蒸汽發(fā)動機中的旋轉部件(活塞、曲 軸、飛輪等)。
市場上存在以下構件，S卩， 一種凸輪式離合器，除此之外，該凸 輪離合器具有旋轉速度過高時分離的能力。在低速度下，彈簧系統(tǒng)保
證鎖定離合器。分離是由凸輪上的離心力確定的，在高旋轉速度下， 該離心力超過彈簧力。Tsubakimoto Chain Co.是這種凸輪式離合器的供 應商，系歹U型號BREU 。
見 http:〃tsubakimoto.com 和 http:〃tsubakimoto.com/tem/pdf/CAM_BREU.pdf。
帶有用于為扭矩設置閾值的滑動式離合器(類型II)的絞盤 將絞盤連接到包含滑動式離合器的輸送系統(tǒng)，當從輸入軸輸送的 扭矩超過預定數(shù)值時，該滑動式離合器滑動，這是在娛樂釣魚竿中使 用的一項技術。標準的娛樂釣魚竿巻軸具有內置于其中的這種特定的功能性如果線被過于劇烈地猛拉，則巻軸滑動。(原則上娛樂釣魚 竿巻筒能夠視為一種絞盤)。然而，不存在用于或提出用于絞盤操作 的波浪能發(fā)電站中的已知離合器，當所輸送的扭矩超過特定閾值時， 該離合器滑動，在該波浪能發(fā)電站中，線材纏繞在絞盤上并且緊固到 絞盤。
帶有用于為扭矩設置閾值的滑動式離合器(類型II)的波浪能發(fā)
電站
在根據(jù)1978: DE 2850293的德國專利申請中述及了使得波浪能發(fā) 電站包含這樣一種滑動式離合器的思想，即當扭矩超過特定閾值時， 該離合器滑動。在該德國專利申請中描述的波浪能發(fā)電站不是利用絞 盤操作的，而是通過在滑輪上單次運行線材操作的，而不存在附接到 滑輪的線材，并且不能說如在絞盤的情形中那樣將線材纏繞到滑輪中。 在這里涉及一個顯著的差異。這個顯著的差異是基于以下事實，艮P, 與利用絞盤固定的線材相反，在滑輪上松散行進的線材取決于線材的 相對端部中的配重，從而使得線材在滑輪上保持就位。它還涉及當線 材的相對端部連接到波浪吸收體時使纏繞到線材相對端部中的線材展 開，并且反之亦然。該系統(tǒng)的物理尺寸因此必要地在至少一個尺寸上 變得更大。無論線材利用端部處的配重松散地懸垂，還是如DE 2850293 中那樣線材和配重內置于筒形外罩中，該系統(tǒng)都將具有長的、突出的 可移動部分，該部分暴露于風和波浪，由此使得系統(tǒng)更加脆弱。因此， 使該系統(tǒng)能夠承受與自然力遭遇的方式進行設計將更加昂貴。在另一 方面，緊固并且纏繞在線纜巻筒上的線材允許在較低成本下具有更加 緊湊的設計，其中針對風和波浪使該系統(tǒng)得到更好的保護。
在波浪能方面使用的其他分離機構
專利公開WO 96/30646描述了一種具有通過波浪移動的兩個浮子 (22和32)的波浪能發(fā)電站，每一個浮子均經(jīng)由線材/線纜(17和36) 將這種運動傳遞到巻筒(16/28)。兩個線材端部從每一個巻筒延伸， 每一個線材端部均具有配重，即一種懸掛重物(20/34)。該布置使得當浮子拉出它的一對線材端部時必須提起該重物，并且反之亦然當 使浮子拉出相對端部處的一對線材的力變得小于重物的質量時，該重 物被降下，從而以該重物拉回這對線材。與根據(jù)本專利申請中的專利 權利要求1描述的絞盤相反，利用這種布置，不可能在巻筒上纏繞所 有的線材。附接到重物(20/34)的線材段和終止于浮子(22/32)的線 材段的長度之和是恒定的。因此，如DE 2850293的情形中那樣，能夠 確定的是，這種布置并未給出利用絞盤實現(xiàn)的這樣一種緊湊的方案， 其中線材的一端附接到線纜巻筒(見專利權利要求l)，并且這種方案 在以下方面對于波浪能發(fā)電站而言是有必要的，S卩，在不引起不合理 程度上的高設計成本的情況下，在風暴和颶風的情形中，波浪能發(fā)電 站能夠承受與即時極端海浪力遭遇。在WO 96/30646中的布置絕不應 被稱作絞盤。在這方面，以與DE 2850293相同的方式，它可以描述成 一種在線材的相對端部處具有懸掛重物的起錨機。
WO 96/30646提及作為軸(12)與交流電流發(fā)電機、交流發(fā)電機 (54)之間可能布置的"滑動式離合器或其他機械裝置"。對于這些 "滑動式離合器"未給出任何進一步的說明或解釋，在它們的設計或 布置方面也是如此。僅僅述及了目的。這個目的非常不同于過載保護， 即有助于保持交流發(fā)電機(54)中的旋轉速度是恒定的，"而與由 浮子22和32產(chǎn)生的驅動力無關"，從而由交流發(fā)電機輸出的電流相 對于開關頻率(士lHz，見第6頁第3行)應該具有如下品質，即，使 得該電流能夠直接饋送到電網(wǎng)中。因此，這并不是試圖將從波浪到重 構機械中的輸出量限制為任何特定最大閾值的問題，而這正是本專利 申請中的過載保護滑動式離合器的目的和功能。相反，該目的在于試 圖防止波浪的變化運動在飛輪(52)和交流發(fā)電機(54)中引起可變 的旋轉速度。還明顯的是，WO 96/30646的作者對于過載保護主題未給 予任何考慮。
另一專利公開US 4228360公開了一種具有自拉緊絞盤的絞盤操 作的波浪能發(fā)電站，該絞盤在線纜巻筒(12)與機械能量儲存系統(tǒng)之間的輸送系統(tǒng)中包含離合器(70)。按照從線纜巻筒起的連接次序，
在US 4228360中的機械能量儲存系統(tǒng)包括以下構件 傳送齒輪(18)
具有相關的部分構件的能量儲存元件(20) 增速齒輪系統(tǒng)(42) 飛輪(50)
飛輪(50)進一步連接到發(fā)電機。飛輪還連接到調節(jié)離合器控制 器(82)的飛輪調節(jié)器(80)。離合器控制器(82)是由飛輪調節(jié)器 (80)控制的、用于分離離合器(70)的中間裝置。因此，如果飛輪 (50)的速度超過飛輪調節(jié)器(80)確定的預定閾值速度，則線纜巻 筒(12)從能量儲存系統(tǒng)分離。
US 4228360中的分離系統(tǒng)的目的不是通過為波浪能夠在波浪能發(fā) 電站和其構件上施加多大的輸出量(每時間單位的能量)或多大的動 力(質量或慣性乘以加速度)提供最大閾值來保證過載保護。US 4228360沒有提及浮子和絞盤系統(tǒng)以及能量儲存系統(tǒng)的過載保護。僅僅 對于飛輪(50)考慮了過載保護，并且該過載保護僅僅具有當飛輪中 包含的能量超過特定極限時針對供應更多的能量進行保護的形式，而 不具有針對供應過高的輸出量(每時間單位的能量)或受到過大力的
影響而進行過載保護的形式。
在專利權利要求4中直接表達了 US 4228360中的分離機構對于儲 存在飛輪中的能量數(shù)量進行限制的事實(第10頁第41行以及以下的 內容)
"4.根據(jù)權利要求1的設備，所述設備進一步包括離合器裝置 (…)；和離合器控制裝置，該離合器控制裝置連接到所述離合器裝 置并且響應于所述飛輪調節(jié)器裝置，以當選定量的能量儲存在所述能 量儲存飛輪中時分離所述離合器裝置。"US 4228360中的分離機構為飛輪(50)可以包含多大的形式為旋 轉動能的能量設置了限制。關于對波浪而言可能將多大的輸出量或多 大的力導入機械能量儲存，沒有設置任何限制。在給定情況下，這可 能導致過載。分離機構僅僅在任何過載力和過載輸出量已導入并且通 過機械能量儲存之后才能生效。US 4228360針對儲存過多的旋轉動能 而保護飛輪(50)。然而，無論飛輪還是系統(tǒng)中的任何能量輸送構件， 從浮子組件(2)到飛輪(50)且包括飛輪(50)，均未針對來自波浪 的過大力或過大的輸出量輸送以任何方式進行保護。僅當飛輪已根據(jù) 飛輪調節(jié)器(80)確定的飛輪分離速率而能量預飽和時，才會發(fā)生離 合器(70)的分離。
正如對其提出的設計，US 4228360中描述的系統(tǒng)也未給予任何無 意中提供的過載保護，因為在飛輪調節(jié)器(80)能夠進入操作之前， 整個機械重構和能量儲存機械必須加速至給定的分離速率。因為提出 這個機械應該包含重型機械彈簧為關于一半的波浪循環(huán)具有能量儲 存能力的"重載螺旋彈簧"(第5頁，第19行)、連同若干齒輪、和 最快旋轉軸上的飛輪，所述齒輪中之一具有1到40的增速因子(第7 頁，第14行)，所以從線纜巻筒(12)直至飛輪(50)且包括飛輪(50) 在系統(tǒng)中存在巨大的慣性。在飛輪已經(jīng)達到分離速率之前，波浪已經(jīng) 具有充分的機會使得線材、絞盤和機械能量儲存經(jīng)受實踐中僅受到波 浪自身潛能限制的力和輸出的流入量。
因此發(fā)電站中的構件(線材、絞盤、軸、齒輪等)應該具有足夠 穩(wěn)固性的設計，以承受這種系統(tǒng)能夠且將從極端波浪吸收的極端力和 巨大的能通量。


對于波浪能技術的說明
現(xiàn)在將利用實施例的實例并且參考附圖更加詳細地描述本發(fā)明。
12圖la示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的原理。
圖lb示出根據(jù)本發(fā)明的絞盤、絞盤軸和滑動式離合器的示例性實 施例，該滑動式離合器用于為最大可輸送輸出量設置閾值。
圖2示出設計成帶有兩個臂的滑動式離合器類型I的實施例。 圖3示出吸收元件(浮標)的實施例。
圖4示出帶有線材的絞盤單元、海床上的錨固結構和吸收元件的 實施例。
圖5示出帶有浸沒的浮力體的絞盤單元的實施例和拉緊系統(tǒng)的實 施例。
圖6示出具有帶浸沒的浮力體的兩個絞盤單元的拉緊系統(tǒng)的第二 實施例。
圖7示出帶有盤式離合器表面的滑動式離合器類型I的第二實施例。
具體實施例方式
具有內置滑動式離合器的輸送系統(tǒng)
圖la示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的原理。吸收元件1是浮動體，該吸 收元件1由線材4以如下方式錨固到具有線纜巻筒3的絞盤2，即當波 浪力沿著絞盤線材4的縱向方向移動吸收元件1時，線纜巻筒3被迫 旋轉。絞盤2例如可以錨固到海床、定位在陸地上或者與吸收元件1 集成地浮動在水中。以此方式從波浪吸收的能量被以旋轉運動的形式 從線纜巻筒輸送到重構機械5,將所吸收的能量轉換成機械儲存能量。 這種機械儲存能量可以例如具有mXgXh的形式(質量、重力加速度 和豎直高度的乘積)、pXV (壓力乘以體積)或者1/2XIXco2 (慣性 矩乘以角速率的平方除以2)。下面不再進一步討論重構機械，因為這 不是本專利的主題。
從絞盤2向重構機械輸送能量是經(jīng)由相互連接的輸送系統(tǒng)26和輸 出軸IO來進行的。輸送系統(tǒng)26包括離合器(圖la中未示出)，如果試圖從線纜巻 筒輸送到重構機械的、形式為旋轉速度和扭力乘積的輸出量(角速率 乘以扭矩)超過特定數(shù)值，則該離合器滑動。這意味著輸出量將總是 被輸送到重構機械，但是這個輸出量將不會超過重構機械的閾值/容許 極限。
用于設計限制允許輸送的最大輸出量的這種滑動式離合器的原理
涉及當離合器的輸出軸的旋轉速度(角速率)達到特定水平時，允 許離合器滑動。滑動式離合器由此為導入重構機械中的旋轉運動能夠
是多快提供上限。圖lb、 2和7示出根據(jù)該原理的滑動式離合器的實 施例的實例。
在這些實施例中，滑動式離合器6分別在輸入軸9和輸出軸10上 包括相鄰的摩擦表面8、 7a-b，并且這些相鄰的摩擦表面彼此相互擠壓。 然而，壓縮力不是恒定的。利用離合器旋轉時作用于離合器上的離心 力，根據(jù)輸出軸的旋轉速度來調節(jié)該壓縮力。當輸出軸上的旋轉速度 超過特定的、預校準的閾值時，離心力將保證相鄰的摩擦表面彼此分 離，但是僅僅剛好彼此分離，結果只要輸入的旋轉速度高于或者等于 該閾值，所輸送的旋轉速度便保持等于該閾值。當旋轉速度低于閾值 時，滑動式離合器將用作固定的離合器。
當波浪能發(fā)電站在可運行狀態(tài)中時，相鄰的摩擦表面將隨著時間 而變得磨損。摩擦表面因此應該如汽車離合器上的盤片那樣是可更換 的。通過將可更換的摩擦表面7a-b、 8擠壓到一起的機構進一步增強了 系統(tǒng)穩(wěn)固性，可更換的摩擦表面附接在臺座表面lla-b和12上，當臺 座表面lla-b與12之間的距離變得小于特定的毫米數(shù)時，所述機構停 止。當/如果摩擦表面然后變得完全磨損，則離合器將滑動成實際上旋 轉運動不會輸送到輸出軸。
上述穩(wěn)固性增強布置的效果如下當摩擦表面變得磨損時，系統(tǒng)
14效率將會逐漸地降低，而不是系統(tǒng)由于磨損而進行甚至更大的磨損。 換言之該布置使磨損變成限制磨損。
在實踐中，能夠以各種方式構造旋轉速度過高時滑動的滑動式離 合器。在該文獻的實例中，受到著名的旋轉蒸汽壓力調節(jié)器的啟發(fā)， 提供變化的聯(lián)接/分離程度的反饋機構被指定為飛輪調節(jié)器，所述旋轉
蒸汽壓力調節(jié)器是在第18世紀由James Watt在他的劃時代的蒸汽發(fā)動 機中所使用，并且之前用于調節(jié)風車中的磨石之間的壓縮力(但是在 此情形中以相反的方式聯(lián)接，從而當風車的速度增大時，磨石之間的 壓縮力增大)。必要的是，以如下方式安裝這種飛輪調節(jié)器，使得其 旋轉速度取決于輸出軸的旋轉速度，而非輸入軸的旋轉速度。(輸出 軸是輸出量被輸送到此的軸。輸入軸是從其輸送輸出量的軸)。在該 文獻中，"分離"指的是用于改變聯(lián)接的機制。 一種可能的設計涉及 允許彈簧裝置13使得離合器表面7a-b、 8相互擠壓，見圖2和圖7。 在輸出軸10的相對側上附接了兩個或多個可提起的臂14a-b，可提起 的臂14a-b在每一個臂的端部處具有特定質量、能夠具有鉛錘15a/b。 當從輸出軸將臂提起時，離合器表面彼此拉離。以此方式，當輸出軸 的旋轉達到特定的閾值速率時，離心力將使得離合器滑動。利用這種 相關設計，實現(xiàn)了附加的功能性當已達到閾值速率時，可提起的臂 14a-b有助于穩(wěn)定輸出軸的旋轉速度。這是因為，當臂被提起和降下時， 根據(jù)半徑變化，旋轉質量的角速率被改變。
還能夠設想一種以電子方式控制的反饋機構，其中馬達或者具有 可變強度的電磁體根據(jù)任何時候輸出軸具有的旋轉速度對離合器中的 壓縮力進行調節(jié)。
帶有用于設置最大可輸送輸出閾值的滑動式離合器的波浪能操作 絞盤將能夠構造成非常多的不同的變型。除了滑動式離合器6之外， 在線纜巻筒3與輸出軸10之間的輸送件可以包含一個或多個軸，所述 軸具有相關聯(lián)的離合器、例如自由輪(單向離合器)、以及能夠具有
15某種形式或其他形式的一個或多個齒輪。
上述的離合器類型，無論以機械方式設計的滑動式離合器還是以 電子方式控制的反饋機構，都是滑動式離合器，該滑動式離合器的操 作模式的特征在于，它們?yōu)檩敵鲚S能多快旋轉設定上限。所輸送的輸
出量等于所輸送的角速率和所輸送的扭矩的乘積。假設旋轉速度恒定 時由重構機械提供的阻力(作用在輸出軸IO上的扭矩)是恒定的，通 過為旋轉離合器中允許輸送多高的速率設置閾值，同時為能導入重構 機械多少瓦特的功率輸出量設定閾值。
一種更加簡單但不是很耐磨的替代形式涉及使用一種普通的滑動 式離合器，在該滑動式離合器中，離合器表面之間的壓縮力是固定的， 由此為能輸送多強勁的旋轉(多高的扭矩)設置上限。對于重構機械 而言，其結果將是相同的，S卩，導入重構機械中的輸出量不能大于由 所輸送角速率和扭矩的乘積確定的閾值。
與設計無關，基本概念在于，波浪能發(fā)電站應該能夠經(jīng)受最為猛 烈的波浪，因為當發(fā)電站中的波浪力變得過大時，發(fā)電站并不試圖抵 抗波浪作用，而是相反作出讓步，并且允許猛烈的波浪中大部分輸出 量、毀壞性能量峰經(jīng)過并且保留在海洋中。
吸收元件的設計
吸收元件錨固在線材4的端部處，線材4在前述絞盤2上進出。
在吸收元件的大量可能的設計中，以下是一個適當?shù)膶嵗軤罨蛳?br> 腸形浮動體1被兩個等長的上部線材16a-b錨固，在浮動體的每一個端 部處使用一個線材，見圖3。上部線材的相對端部(未錨固到浮動體的 端部)在中心連接點17處相接。當波浪能發(fā)電站在可運行狀態(tài)中時， 中心連接點位于海洋表面的下方。從中心連接點起，主要線材朝向海 床降下。(該主要線材與絞盤線材4相同)。實際絞盤可以位于海床 上。絞盤線材4然后直接從絞盤豎直向上地延伸到中心連接點17?？商娲?，絞盤可以位于岸上，在此情形中，在延伸至中心連接點之前， 絞盤線材可以從絞盤行進通過錨固在海床上的滑輪18。
這種管狀或香腸形浮動體通過附接到中心連接點的兩個上部線材 雙倍系定，該中心連接點進一步通過主要線材錨固，利用該浮動體， 浮動體通常以寬側沿著波前定位，而與波前的方向無關。這使得最大 可能地吸收能量。在一個實施例中，在上部線材之一中插入弱聯(lián)結件
19，弱聯(lián)結件19比線材和系定系統(tǒng)中的其他元件更加薄弱。弱聯(lián)結件 19可以通過改變上部線材之一的直徑、將上部線材之一連接到具有不
同的斷裂強度的材料等得以形成。弱聯(lián)結件的效果如下如果波浪力 變得過于猛烈，從而引起某個部分斷裂，則首先斷裂的正是該弱聯(lián)結 件。浮動體然后將采取以寬側橫跨波前的位置。浮動體從海浪吸收能 量的能力和可能性由此顯著變得更小。在海損的情形中，這能夠具有 降低損壞程度的效果。
在本發(fā)明的一個實施例中，在主要線材4與中心連接點17之間插 入強沖擊吸收彈簧20，該彈簧意圖在起動期間、即在猛烈波浪周期內 波浪循環(huán)開始時吸收線材中的強大猛拉產(chǎn)生的應變。該沖擊吸收彈簧 被設計成用于補償系統(tǒng)中產(chǎn)生的不理想的慣性，這種慣性是由于每個
波浪循環(huán)開始時進行運動的可移動質量元件線材、線纜巻筒、軸、
任何齒輪、滑動式離合器等引起。
帶有絞盤、輸送系統(tǒng)和位于岸上的重構機械的波浪能發(fā)電站的設
計
見圖4。在這種設計中，波浪能發(fā)電站由以下部件構成
利用浮動線材錨固的吸收元件1。
滑輪18，該滑輪附接到海床上的錨固件21。
絞盤2，該絞盤布置成將吸收元件吸收的動力運動經(jīng)由輸送系統(tǒng) 輸送到重構機械5，該輸送系統(tǒng)包含以上"具有內置滑動式離合器的輸 送系統(tǒng)"部分中描述的滑動式離合器。
17可以如"吸收元件的設計"部分中所描述并且如圖3中所示出那 樣設計吸收元件，或者吸收元件可以采取任何形式，只要它是浮動的
并且被線材錨固?；?8附接到位于海床上的錨固基部21。絞盤線材 4從海岸傾斜向下地延伸到水中， 一直向下延伸至海床，在此處絞盤線 材4經(jīng)過滑輪18行進并且隨后豎直向上地朝向錨固吸收元件1的表面 行進。
絞盤拉緊系統(tǒng)的設計
在沒有用于拉緊絞盤的系統(tǒng)時，如該文獻中描述的波浪能操作絞 盤將不會工作。存在可選擇的幾種不同的系統(tǒng)方案。液壓蓄能器將是 一種適當?shù)奶娲问健Ｆ渌赡艿南到y(tǒng)方案如下(并非按照優(yōu)先次序
列出)
1. 利用自拉緊機械彈簧裝置拉緊絞盤線材。
2. 利用反向纏繞的拉緊線材拉緊絞盤線材，該拉緊線材具有附接 到端部的、浸沒在水中的浮力體。見圖5。
3. 基于2，但是其中兩個絞盤共享同一浮力體。見圖6。
拉緊系統(tǒng)方案1 (未示出)
絞盤通過內置/集成的機械彈簧裝置拉緊，該機械彈簧裝置布置成 當絞盤線材被拉出時，彈簧被拉緊。當拉出絞盤線材的力/多個力消失 或者充分地減小時，彈簧系統(tǒng)布置用于重繞絞盤。彈簧足夠強以保持
絞盤線材4張緊。
拉緊系統(tǒng)方案2 (圖5):
如果絞盤置于海床上，則這個系統(tǒng)方案是最實際的，見圖5，但是 以此方式安置絞盤并非是必須的。絞盤還可以位于岸上。拉緊線材23 巻在拉緊巻筒上，該拉緊巻筒位于與線纜巻筒相同的軸上。拉緊巻筒 具有比線纜巻筒更小的半徑。沿著彼此相反的方向在它們各自的巻筒 上纏繞拉緊線材23和主要線材4:如果主要線材沿著順時針方向纏繞，則拉緊線材必須沿著逆時針方向纏繞，并且反之亦然。拉緊線材行進通過錨固到海床的滑輪18?；喒潭ǖ藉^固基部21，如果絞盤置于海床上，則該錨固基部從絞盤水平地移位一定的距離。從那里，拉緊線
材在水中向上豎直地延伸一定距離，在此處其端部附接到浮力體24，
浮力體僅僅是一種橢圓形浮標或軟管形本體，該浮力體的比重比海水更輕。浮力體完全地浸于水中，并且如此之遠地位于海面下方，以至該浮力體不會顯著地受到波浪運動的影響。如果由于海面中的波浪運
動而拉出主要線材4，則這將使得浮力體被拉下，但是由于該浮力體的浮性，該浮力體將試圖朝向海面浮起，由此當波浪力減弱時，迫使主要線材被再次巻起。
拉緊系統(tǒng)方案3 (圖6):
將兩個絞盤2a-b彼此隔開一定距離地置于海床上，每一個絞盤操作一個吸收元件la-b。如圖6中所示，每個吸收元件具有一個拉緊絞盤，但是共享拉緊線材23。以與拉緊系統(tǒng)方案2相同的方式，拉緊線材沿著與主要線材4a-b相反的方向巻于拉緊巻筒上。拉緊線材被浸沒的浮力體24拉緊，浮力體24具有附接到底部的滑輪25。拉緊線材行進通過這個滑輪。以此方式使得兩個絞盤單元共享浮力體，這節(jié)約了建筑材料，由此能夠降低成本。
附圖標記
1 吸收元件(浮動體)
2 絞盤
3 線纜巻筒
4 絞盤線材(主要線材)
5 重構機械
6 用于設置最大可輸送輸出量的閾值的滑動式離合器
7 (a-b) 附接到輸出軸的摩擦表面(一個或多個)
8 附接到輸入軸的摩擦表面
9 輸入軸/絞盤軸/輸出軸前方的軸10輸出軸
11(a.-b)附接到輸出軸的臺座表面(一個或多個)
12附接到輸入軸的臺座表面
13彈簧裝置
14(a-■b)輸出軸上的可提起的臂
15(a--b)可提起的臂上的鉛錘
16(a..b)上部線材
17中心連接點
18海床上的滑輪
19弱聯(lián)結件
20沖擊吸收彈簧
21海床/錨固基部上的錨固結構
22拉緊巻筒
23拉緊線材
24浮力體
25被附接到浮力體的滑輪
26輸送系統(tǒng)
權利要求
1.一種用于波浪能發(fā)電站的裝置，該裝置包括具有絞盤線材(4)的自拉緊絞盤(2)，所述絞盤線材在一端處連接到波浪能操作的吸收元件(1)且在另一端處連接到所述自拉緊絞盤的線纜卷筒(3)，并且所述線纜卷筒經(jīng)由輸送系統(tǒng)(26)連接到輸出軸(10)，所述輸出軸(10)進一步連接到儲存能量的重構機械(5)，所述吸收元件的運動導致所述線纜卷筒旋轉，并且將機械能量從所述線纜卷筒輸送到所述旋轉的輸出軸(10)且輸送到所述重構機械(5)，其特征在于，所述輸送系統(tǒng)(26)包括連接到所述輸出軸的滑動式離合器(6)，所述滑動式離合器針對大波浪幅度的情形中的過載保護所述波浪能發(fā)電站中的部件，特別是保護所述重構機械中的部件，所述滑動式離合器的接合根據(jù)所述輸出軸的旋轉速度或扭矩而改變，由此為每時間單位能夠將多大數(shù)量的能量輸送到所述輸出軸且輸送到所述儲存能量的重構機械提供最大閾值。
2. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述線纜巻筒的軸通過一個或多個齒輪以及所述齒輪之前或之間或之后可能存在的自由輪(單向離合器)連接到中間軸，并且所述中間軸進一步經(jīng)由如權利要求1中所述的滑動式離合器連接到所述輸出軸。
3. 根據(jù)權利要求1和2所述的裝置，其特征在于，所述滑動式離合器具有如下性質，S卩，如果試圖輸送到所述輸出軸的角速率(旋轉速度)超過預定閾值，則所述滑動式離合器滑動。
4. 根據(jù)權利要求1和2所述的裝置，其特征在于，所述滑動式離合器具有如下性質，即，如果試圖輸送的扭矩超過預定閾值，則所述滑動式離合器滑動。
5. 根據(jù)權利要求1-3所述的裝置，其特征在于，所述滑動式離合器分別在輸入軸(9)和輸出軸(10)上包括相鄰的離合器表面(8和7)，利用來自彈簧裝置(13)的彈簧力，所述離合器表面彼此相互擠壓，并且在與所述輸出軸的連接中，由兩個或更多個可提起的臂(14a-b)構成的離合器機構附接到所述輸出軸，每一個可提起的臂在端部(15a-b)的最外部具有鉛錘，利用來自所述彈簧裝置的力朝向軸線推壓所述鉛綞，由此，所述相鄰的離合器表面(8和7)之間的壓縮力根據(jù)作用在所述臂(14a-b)和所述鉛錘(15a-b)上的離心力以如下方式進行調節(jié)，SP，使得當所述輸出軸的旋轉速度增大時，所述離合器中的壓縮力減小。
6. 根據(jù)權利要求1-3所述的裝置，其特征在于，所述滑動式離合器是如下這樣的離合器機構，其中利用連接到所述輸出軸(10)的電子調節(jié)系統(tǒng)調節(jié)接合程度，從而當所述輸出軸的旋轉速度增大時，所述離合器表面之間的壓縮力減小。
7. 根據(jù)權利要求l、 2、 3和5所述的裝置，其特征在于，所述相鄰的離合器表面(7、 8)是可更換的且附接到各自的臺座表面(11、 12)，并且使所述離合器表面相互擠壓的機構包含阻斷裝置，如果/當該可更換的離合器表面變得完全磨損時，所述阻斷裝置防止所述臺座表面形成相互接觸。
8. 根據(jù)權利要求l-7所述的裝置，其特征在于，所述吸收元件(1)經(jīng)由沖擊吸收彈簧(20)連接到巻在所述線纜巻筒上的線材(4)，由此所述沖擊吸收彈簧具有吸收所述線材中猛拉應變的效果。
9. 根據(jù)權利要求l-8所述的裝置，其特征在于，所述吸收元件是香腸形的浮動吸收元件(1)，該浮動吸收元件在每一個端部處被兩個上部線材(16a， 16b)雙重系定，所 述上部線材以它們的相對線材端部附接在中心連接點(17)上，所述 中心連接點(17)進一步經(jīng)由沖擊吸收彈簧(20)連接到巻在所述絞 盤上的線材(4)。
10. 根據(jù)權利要求9所述的裝置，在所述兩個上部線材之一(16b) 中具有比其他系定元件更加薄弱的弱聯(lián)結件(19)，從而在過載的情形中，該弱聯(lián)結件而不是其他部件首先斷裂。
11. 根據(jù)權利要求l-10所述的裝置，其特征在于，所述吸收元件通過線材(4)經(jīng)由附接到海床上的錨 固件(21)的滑輪(18)連接到絞盤(2)，所述絞盤連接到輸送系統(tǒng) (26)且位于岸上。
12. 根據(jù)權利要求l-10所述的裝置，其特征在于，所述絞盤(2)是自拉緊的，且通過內置的機械彈簧 系統(tǒng)等拉緊。
13. 根據(jù)權利要求l-10所述的裝置，其特征在于，所述絞盤(2)是自拉緊的，且通過浸沒的浮力體(24) 拉緊，所述浮力體(24)附接到巻在拉緊巻筒上的拉緊線材(23)， 所述拉緊巻筒的半徑小于所述線纜巻筒的半徑，所述拉緊巻筒固定到 與所述線纜巻筒相同的軸，并且所述拉緊線材沿著與所述絞盤線材(4) 相反的方向巻在所述絞盤上，所述拉緊線材在豎直延伸至所述浮力體(24)之前，從所述絞盤(2)行進通過附接到海床上的錨固件的滑輪(18)。
14. 根據(jù)權利要求l-10所述的裝置，其特征在于，兩個絞盤(2a-b)設置成位于海床上，所述兩個絞 盤沿水平方向彼此以一定的距離放置，所述兩個絞盤通過具有滑輪(25)的同一浮力體(24)拉緊，所述兩個絞盤共用的反向纏繞拉緊線材(23)通過所述滑輪行進，由此保證所述兩個絞盤線材(4a-b)均保持張緊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種波浪能發(fā)電站，其中浮標(1)被布置成從波浪吸收能量。該浮標通過卷在自拉緊絞盤(2)上的線材(4)錨固。當波浪運動提起浮標時，線纜卷筒(3)被強制旋轉。該旋轉動力運動被導入重構機械中，且在此處被轉換成機械儲存能量。本發(fā)明包括一種線纜卷筒與重構機械之間的滑動式離合器，該滑動式離合器在發(fā)生風暴天氣期間針對極端負荷保護發(fā)電站和重構機械中的部件。該滑動式離合器為發(fā)電站能夠從波浪吸收多大的最大輸出量設置閾值。用于實現(xiàn)這點的一種原理涉及到，如果從絞盤輸送的角速率變得過高，則允許滑動式離合器滑動。另一種可能性在于，由滑動式離合器確定所允許的最大輸送扭矩。如果能夠從給定的波浪吸收的輸出量數(shù)量大于由滑動式離合器確定的閾值，則由于滑動式離合器滑動使線材拉出而不會提供增大阻力的事實，過剩的能量將留在波浪中，并且浮標僅僅隨波漂浮直至波浪已經(jīng)通過。除了所述滑動式離合器，在本發(fā)明的一個實施例中，在浮標(1)與絞盤(2)之間的線材輸送件中插入沖擊吸收彈簧(20)，該沖擊吸收彈簧(20)在起動時補償系統(tǒng)中的不理想的慣性，由此針對過強烈的猛拉保護線材和系統(tǒng)的其余部分。
文檔編號F03B13/18GK101680418SQ200880012698
公開日2010年3月24日 申請日期2008年1月29日 優(yōu)先權日2007年4月17日
發(fā)明者因格維爾德·斯特勞梅 申請人:斯切米克拉夫特股份有限公司