本發(fā)明屬于可再生能源范疇，涉及一種將海洋波浪能轉(zhuǎn)換為高壓水能，再利用高壓水能推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電的裝置。

背景技術(shù)：
為了減少碳排放，以遏制全球變暖，出現(xiàn)了很多利用海洋波浪能發(fā)電的專(zhuān)利和產(chǎn)品，如英國(guó)的“海蛇”裝置，它由三節(jié)，每節(jié)長(zhǎng)40m，直徑約3m的金屬圓筒組成，圓筒內(nèi)安裝有液壓機(jī)械，金屬圓筒在波浪中起伏，驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)械發(fā)電，最大發(fā)電功率為750kw，其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)困難，波能利用效率低。又如“浮箱式波浪能發(fā)電裝置”(中國(guó)專(zhuān)利號(hào)：85100366.4)，該裝置由水面的缸浮體，水下的活塞浮體和系留裝置組成，在波浪的作用下，缸浮體和活塞浮體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)而發(fā)電。要求在波浪(非正弦波)作用時(shí)，缸浮體和活塞浮體隨波浪周期起伏，擺動(dòng)，但實(shí)際上活塞浮體以其下方的兩處系留點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸，帶動(dòng)缸浮體作大角度轉(zhuǎn)動(dòng)，故缸浮體雖然吃水增加了，但作功分量很小，同時(shí)缸浮體因?yàn)樽鞔蠼嵌绒D(zhuǎn)動(dòng)，波浪作用時(shí)，浮力增加很多，波浪減弱時(shí)，缸浮體在浮力作用下迅速返回垂直位置，即缸浮體的運(yùn)動(dòng)與波浪周期不同步。另外，缸浮體上的壓力缸缸蓋與壓力缸內(nèi)徑相等，使布置在缸蓋上的進(jìn)水閥，排水閥的通徑較小，導(dǎo)致吸、排水不暢；進(jìn)水閥和排水閥的結(jié)構(gòu)也不合適，使壓力缸內(nèi)不能保持氣密和水密；再就是框架式導(dǎo)向軌容易損壞和腐蝕，導(dǎo)致缸浮體運(yùn)動(dòng)受阻，活塞桿變形。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是，提供一種能可靠地、高效率地將波浪的作用力轉(zhuǎn)換為水的壓力的裝置，高壓水可使沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。本發(fā)明的技術(shù)方案是，水壓式波浪能轉(zhuǎn)換器由上浮體1，下浮體2，第一纜繩3，第二纜繩4，掛桿5，球鉸接掛鉤6和海底錨樁7組成，其特征是，上浮體1為矩形的空心混凝土構(gòu)筑物，其較寬的兩側(cè)各垂直地，等距離地固定有兩個(gè)或兩個(gè)以上水壓缸8，水壓缸8的上端固定有第一喇叭形接頭9，下端固定有第二喇叭形接頭10，第一喇叭形接頭9的大端有第一缸蓋11，第一缸蓋11的中央有第一排水口12，兩邊有第一進(jìn)水口13，第二喇叭形接頭10的大端有第二缸蓋14，第二缸蓋14的中心圓孔安裝有軸瓦15，第二缸蓋14的周邊有第二排水口16和第二進(jìn)水口17，第一排水口12、第二排水口16分別與排水閥室18，排水管19，20連接，第一進(jìn)水口13、第二進(jìn)水口17分別與進(jìn)水閥室21，進(jìn)水管22連接，排水閥室18內(nèi)有排水閥23和壓簧24，進(jìn)水閥室21內(nèi)有進(jìn)水閥25和壓簧26，水壓缸8內(nèi)有與缸壁滑動(dòng)配合的活塞頭27和與活塞頭27連接的活塞桿28，上浮體1連同水壓缸8的比重為0.5，下浮體2為密封的圓柱形殼體，下浮體2的上部有數(shù)量與位置均與活塞桿28對(duì)應(yīng)的活塞桿座29，下浮體2的一側(cè)中央有第一耳環(huán)30、31，另一側(cè)中央有第二耳環(huán)32、33，第一纜繩3繞經(jīng)掛桿5的一端與第一耳環(huán)30，31固定連接，第二纜繩4繞經(jīng)掛桿5的另一端與第二耳環(huán)32，33固定連接，掛桿5與球鉸接掛鉤6連接，球鉸接掛鉤6與海底錨樁7連接。下面對(duì)本發(fā)明的工作原理和工作過(guò)程作詳細(xì)的說(shuō)明。波浪是水質(zhì)點(diǎn)的環(huán)形運(yùn)動(dòng)，此環(huán)形運(yùn)動(dòng)的任一點(diǎn)都可以分解為垂直方向和水平方向兩個(gè)運(yùn)動(dòng)分量，垂直方向分量稱(chēng)為垂直波，它對(duì)波浪中的物體有抬升作用，水平方向分量稱(chēng)為搖蕩波，它對(duì)物體有推拉作用，搖蕩波的能量較大。當(dāng)波浪到達(dá)本波浪能轉(zhuǎn)換器時(shí)，因下浮體及其上的活塞桿28已被錨定，垂直波只會(huì)使上浮體1及固定于其上的水壓缸8向上抬升，故活塞頭27作向下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使其下方的海水受壓；同時(shí)另一分量搖蕩波使上浮體1和下浮體2傾斜，因活塞桿28的連接作用，和第一纜繩3，第二纜繩4的約束作用，使上浮體1，下浮體2以球鉸接掛鉤6為轉(zhuǎn)軸，作相同角度傾斜，使上浮體1的吃水增加，因此所受的浮力也增加了，增加的浮力稱(chēng)為附加浮力，以F表示，F(xiàn)的分量F1也使上浮體1向上抬升，如圖8所示，于是在垂直波和搖蕩波的共同作用下，上浮體1向上抬升，活塞頭27下方的海水受壓，第二缸蓋14上進(jìn)水閥室21內(nèi)的進(jìn)水閥25關(guān)閉，排水閥室18內(nèi)的排水閥23打開(kāi)，高壓水經(jīng)排水管20排出作功，同時(shí)第一缸蓋11上排水閥室18內(nèi)的排水閥23在彈簧24的作用下關(guān)閉，保證了水壓缸8內(nèi)的氣密，在外界大氣壓力的作用下，進(jìn)水閥室21內(nèi)的進(jìn)水閥25打開(kāi)，經(jīng)進(jìn)水管22抽吸海水到活塞頭27上方的缸體內(nèi)，以備下一步作功。當(dāng)波浪經(jīng)過(guò)1/2周期后，抬升力和推拉力均已消失，下浮體2在其浮力的水平分量作用下向垂直位置回歸，并經(jīng)活塞桿28帶動(dòng)上浮體1回歸垂直位置。因上浮體1在抬升作功過(guò)程中吃水減少了，即具有了位能，如圖9所示，故在重力作用下落回海面，因活塞27已被具有足夠浮力的下浮體2頂住，故活塞27作向上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，與前述類(lèi)似，高壓水經(jīng)排水管19排出作功，同時(shí)進(jìn)水口17抽吸海水到活塞27下方的缸體內(nèi)，以備下一波浪到來(lái)時(shí)作功。由上述可知，在波浪的前半周期內(nèi)，本發(fā)明將波浪能的一部分轉(zhuǎn)換為高壓水能供輸出，另一部分轉(zhuǎn)換為上浮體1的位能供貯存，由于上浮體的比重為0.5，所以這兩部分能量是相等的。而在波浪的后半周期，貯存的位能又轉(zhuǎn)換成高壓水能輸出，且轉(zhuǎn)換過(guò)程與波浪同步，故本發(fā)明可持續(xù)地輸出高壓水能。高壓水經(jīng)柔性壓力管引至水斗式水輪機(jī)一發(fā)電機(jī)組發(fā)電，水斗式水輪機(jī)一發(fā)電機(jī)組安裝在本發(fā)明內(nèi)側(cè)附近海面的平臺(tái)或躉船上，所發(fā)電力為交流電，可直接并入附近海岸上的電網(wǎng)。當(dāng)波浪小于設(shè)計(jì)利用波高時(shí)，高壓水的壓強(qiáng)較小，所發(fā)電力也較少，但仍可持續(xù)發(fā)電；當(dāng)波浪大于設(shè)計(jì)利用波高時(shí)，將出現(xiàn)尚未經(jīng)過(guò)1/2周期，而活塞27已到達(dá)水壓缸8的下端，不能再移動(dòng)作功的情況，高壓水的輸出將出現(xiàn)聞斷，解決的辦法是適當(dāng)增加水壓缸8和活塞桿28的長(zhǎng)度，使在大波浪時(shí)仍能持續(xù)作功。水壓缸8由無(wú)縫鋼管制成，缸內(nèi)壁襯以由耐海水腐蝕的鈦金屬板制成的缸套。第一纜繩3，第二纜繩4由高強(qiáng)度鋼絲制成，或由強(qiáng)度更高且耐海水腐蝕的炭纖維或芳族聚酰胺纖維制成，炭纖維或芳族聚酰胺纖維纜繩外面包覆有鎧裝保護(hù)層。由上述可知，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：1、通過(guò)在下浮體2兩側(cè)多點(diǎn)系留的方式，使下浮體2只能以球鉸接掛鉤6為轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)，自身不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使上浮體1，下浮體2和第一纜繩3，第二纜繩4能夠在搖蕩波的作用下以相同角度傾斜，使搖蕩波能量被充分利用，并使上浮體1的作功過(guò)程與波浪同步。2、上浮體1兩側(cè)邊垂直排列的多個(gè)水壓缸8和下浮體2上與之對(duì)應(yīng)排列的活塞桿28將上浮體1和下浮體2聯(lián)系在一起擺動(dòng)和起伏，多根活塞桿有足夠的強(qiáng)度和剛度，故即使在嚴(yán)酷的海洋環(huán)境中，上浮體1也能運(yùn)動(dòng)自如。3、水壓缸8的上、下兩端均采用喇叭形接頭，使進(jìn)水口、排水口的布置合理，保證了水壓缸8吸、排水的通暢。4、在作功轉(zhuǎn)換時(shí)刻，即排水口12或16停止排出高壓水的瞬間，壓簧24和排水閥23保證了缸內(nèi)的氣密，使壓力缸8能重新充滿(mǎn)水；在進(jìn)水口13或17停止進(jìn)水的瞬間，壓簧26和進(jìn)水閥25保證了缸內(nèi)的水密，使高壓水不致泄漏，水壓缸8能有效工作。此外，本發(fā)明還具有造價(jià)較低，維護(hù)簡(jiǎn)單，波能轉(zhuǎn)換率高等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明可安裝在海岸線(xiàn)附近，向沿海城市供電，經(jīng)過(guò)升壓后也可向內(nèi)陸城市供電。本發(fā)明還可安裝在遠(yuǎn)離大陸的島嶼附近，向缺乏能源又難以鋪設(shè)供電電纜的海島供電。附圖說(shuō)明圖1為水壓式波浪能轉(zhuǎn)換器的主視圖圖2為水壓式波浪能轉(zhuǎn)換器主視圖的A向視圖圖3為水壓缸8的正向剖視圖圖4為排水閥室18的正向剖視圖圖5為排水閥室18的正向剖視圖的B向視圖圖6為進(jìn)水閥室21的正向剖視圖圖7為進(jìn)水閥室21的正向剖視圖的C向視圖圖8為搖蕩波作功的示意圖圖9為重力作功的示意圖在所述附圖中，1-上浮體，2-下浮體，3-第一纜繩，4-第二纜繩，5-掛桿，6-球鉸接掛鉤，7-海底錨樁，8-水壓缸，9-第一喇叭形接頭，10-第二喇叭形接頭，11-第一缸蓋，12-第一排水口，13-第一進(jìn)水口，14-第二缸蓋，15-軸瓦，16-第二排水口，17-第二進(jìn)水口，18-排水閥室，19，20-排水管，21-進(jìn)水閥室，22-進(jìn)水管，23-排水閥，24-壓簧，25-進(jìn)水閥，26-壓簧，27-活塞頭，28-活塞桿，29-活塞桿座，30，31-第一耳環(huán)，32，33-第二耳環(huán)。具體實(shí)施方式一臺(tái)水壓式波浪能轉(zhuǎn)換器，上浮體高3M，厚4M，寬12M，為空心鋼筋混凝土構(gòu)筑物，寬12M的兩側(cè)邊各垂直安裝有三只圓柱形的水壓缸，水壓缸高度也為3M，內(nèi)徑300mm，由厚5mm無(wú)縫鋼管制成，其內(nèi)壁貼裝有厚1mm的鈦金屬缸套，上浮體連同6個(gè)水壓缸總重為72T，比重為0.5。6個(gè)水壓缸均通過(guò)直徑為40mm的活塞桿與下浮體連接。下浮體由厚4mm的鋼板制成，直徑為3.2m，長(zhǎng)12m。其上部有6個(gè)位置與活塞桿對(duì)應(yīng)的活塞桿座，兩側(cè)中央各有兩只用于固定纜繩的耳環(huán)，下浮體總重約10T，能夠提供86.5T的浮力。在船塢內(nèi)將預(yù)制好的上浮體和下浮體組裝在一起，在下浮體內(nèi)注入海水，使其比重增加到略大于1，然后用拖輪將上浮體和下浮體的組合體拖至預(yù)定海域，再用芳族聚酰胺纖維制成的鎧裝纜繩將下浮體與已預(yù)先埋設(shè)好的海底錨樁連接，再將下浮體內(nèi)的海水抽干，使下浮體恢復(fù)浮力，最后調(diào)整纜繩長(zhǎng)度，使活塞頭處于水壓缸上端，使上浮體僅一半吃水，并使纜繩在掛桿兩邊的長(zhǎng)度相等，以保證上浮體和下浮體均在水平位置，此時(shí)上浮體半浮于海面，其下方附近錨定著下浮體，該水壓式波浪能轉(zhuǎn)換器即安裝完畢。該轉(zhuǎn)換器適用的最大波高為3m，相當(dāng)于實(shí)際浪高4.2m，在波高1.5m，波浪周期6s時(shí)，輸出的高壓水最大壓強(qiáng)為1.7MPa，平均輸出功率為800kw。