利用风能向海底注气进行液体提升的系统及应用技术方案

本发明专利技术涉及一种利用风能向海底注气进行液体提升的系统及应用，包括海面浮台、风能转换装置、集气装置、输送装置，其中风能转换装置设于所述海面浮台上，将风能转化为转动机械能；集气装置设于所述海面浮台上，所述集气装置与所述风能转换装置传动耦合，集气装置利用风能转换装置输出的转动机械能转化为往复推动力，并利用往复推动力将气体输出；输送装置包括输气管和设于海底的出气盘。与现有技术相比，本发明专利技术将风能转换成机械能对海底进行注气，无需消耗传统能源，绿色环保；采用向海底注气的方式进行液体提升，提升效率高；整体机构简单，成本低廉，安装与布放方便，便于大规模应用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
利用风能向海底注气进行液体提升的系统及应用


[0001]本专利技术涉及海洋装备技术与海洋渔业领域，尤其是涉及一种利用风能向海底注气进行液体提升的系统及应用。

技术介绍

[0002]由于海洋工程活动加剧、陆源污染物过度排放、近海渔业资源过度捕捞等原因，造成海洋生态环境急剧恶化，海洋渔业资源严重衰竭，一些近海渔场的经济鱼类已基本形成不了渔汛。因此改善近海生态环境，恢复与拓展海洋渔业资源已经迫在眉睫。
[0003]海洋自然上升流是由于海洋风场、海底地形、潮汐和海流的综合影响形成的一种海水垂直运动现象，上升流将具有高营养盐的底层海水带到表层透光带，经光合作用产生大量浮游生物，创造出优质的渔场环境。据统计，主要的海洋自然上升流海域占世界海洋面积的0.1％，但其渔业捕获量却能占全球海洋总捕获量近50％，可见上升流对于拓展海洋渔业资源、发展海洋经济具有重要作用。但由于海洋自然上升流存在季节性和区域性的缺点，近海海域的营养盐通过自然上升流往往达不到水面附近的透光层。人工上升流技术可以通过人工方法形成海底到海面的垂直海水流动，弥补自然上升流的不足。另外，人工上升流技术除应用于渔业资源开发外，在河道港口化冰、海洋环境改善、深海采矿等领域也具有重要意义。
[0004]目前，人工上升流技术主要分为五大类：水泵抽吸方式，利用水泵直接抽吸底层海水产生上升流，该方式效率低、能耗高；海底结构方式，通过人造海底山脉或人工鱼礁，在海流作用下产生上升流，该方式可能会破坏原本的海洋生态且实施的难度较高；涌升机构方式，通过在海底布置诱导膜或导流板等涌升装置，使水平运动的海流转变成垂直运动的上升流，该方式受海流运动方向的局限，并且涌升效率较低；差热提升方式，通过对深层海水加热，高温海水密度降低，在浮升力作用下自然上升形成上升流，该方式能耗较高，并且海水提升流量较小；注气提升方式，通过向海底注气，利用气泡与水的混合液相对海水密度低，海水在气泡浮升的动能带动下产生上升流。相比较前几种人工上升流技术，注气提升方式具有涌升效率高、装置结构简单、布放方便等优势，已成为人工上升流技术研究的重要方向，也是距离工程应用较近的人工上升流方式之一。
[0005]当前已公示的通过海底注气进行液体提升的专利中，专利号CN102138541A和专利号CN102524124A的专利通过空气泵将气体经传输管输送到海底，因为空气泵的运行需要外置能源供给，这在工程应用方面是一大局限。针对这一问题，专利号CN103210862A、专利号CN103144747A、CN101946686A、CN103782935A利用波浪能进行集气并把气体输送到海底形成上升流，这些方法脱离地面能量供给，利用波浪能进行集气注气，有效节约了能源，绿色环保，但是波浪能能量转换效率较低，致使气泡流量小，海水提升效果不理想。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用风能向海
底注气进行液体提升的系统及应用，将风能转换成机械能对海底进行注气，无需消耗传统能源，绿色环保；采用向海底注气的方式进行液体提升，提升效率高；整体机构简单，成本低廉，安装与布放方便，便于大规模应用。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]本专利技术的第一个目的是提供一种利用风能向海底注气进行液体提升的系统，包括海面浮台、风能转换装置、集气装置、输送装置，其中具体地：
[0009]风能转换装置，设于所述海面浮台上，将风能转化为转动机械能；
[0010]集气装置，设于所述海面浮台上，所述集气装置与所述风能转换装置传动耦合，集气装置利用风能转换装置输出的转动机械能转化为往复推动力，并利用往复推动力将气体输出；
[0011]输送装置，包括输气管和设于海底的出气盘，所述输气管一端与所述集气装置连接，另一端与所述出气盘连接。
[0012]进一步地，所述风能转换装置包括风车组件和传动组件；
[0013]所述传动组件包括圆柱凸轮；
[0014]所述风车组件包括风车主体和风车旋转轴，所述风车旋转轴贯穿所述风车主体，所述风车旋转轴的上端与所述风车主体传动连接，所述风车旋转轴的下端活动连接于所述海面浮台上。
[0015]进一步地，所述海面浮台上设有旋转轴支撑座，所述风车旋转轴的下端与旋转轴支撑座构成转动副。
[0016]进一步地，所述风车主体包括风车骨架和设于风车骨架上的风车叶片，所风车骨架与所述风车旋转轴的上端传动连接。
[0017]进一步地，所述圆柱凸轮上设有弧型凹槽。
[0018]进一步地，所述集气装置包括2个双作用气缸、设于双作用气缸中的活塞、L型活塞连杆；
[0019]所述L型活塞连杆的一端与所述活塞连接，另一端活动限位于凸轮的弧型凹槽中并可沿弧型凹槽滑动；
[0020]所述L型活塞连杆包括相互连接的横杆和竖杆，所述横杆的端部活动限位于凸轮的弧型凹槽中，所述竖杆的端部与活塞连接；
[0021]所述双作用气缸上设有2个进气口和2个出气口，2个进气口处分别连接设有第二单向阀和第四单向阀，2个出气口处分别连接设有第一单向阀和第三单向阀；
[0022]所述第一单向阀和第三单向阀的一端均与输气管连接。
[0023]进一步地，2个进气口分别设于双作用气缸的上端和下端侧壁上，2个出气口也分别设于双作用气缸的上端和下端侧壁上。
[0024]进一步地，所述海面浮台上设有保护罩，所述保护罩与海面浮台的上表面构成密封腔体，且使得集气装置置于所述密封腔体内部；
[0025]所述保护罩侧面对称开有两个通气孔，通气孔上方设有防水板，所述防水板与垂向呈20～70
°
夹角；
[0026]所述保护罩上表面中心处开孔，且在开孔处设置保护罩轴承，所述风车旋转轴贯穿保护罩轴承的内圈。
[0027]进一步地，所述海面浮台下表面设有定位装置，所述定位装置包括定位锚链和定位锚，所述定位锚通过定位锚链固定在海面浮台下方。
[0028]本专利技术的第二个目的是提供一种上述利用风能向海底注气进行液体提升的系统的应用，包括以下步骤：
[0029]在海洋上风能作用下，风车叶片转动带动风车旋转轴转动，风车旋转轴转动带动圆柱凸轮转动，圆柱凸轮转动带动双作用气缸的活塞连杆上下往复运动，将风能转换成机械能；
[0030]L型活塞连杆带动活塞在双作用气缸内部上下往复运动，当活塞向气缸上部运动时，压缩活塞与气缸上部之间的气体，气体通过第一单向阀进入输气管，输送到海底出气盘，同时气缸下部通过第四单向阀吸入气体，此时，第二单向阀和第三单向阀均处于关闭状态；当活塞向气缸下部运动时，压缩活塞与气缸下部之间的气体，气体通过第三单向阀进入输气管，输送到海底出气盘，同时气缸上部通过第二单向阀吸入气体，此时，第一单向阀和第四单向阀均处于关闭状态；活塞的往复运动能够形成一个连续的海底注气循环；
[0031]气体通过海底出气盘上表面的蜂窝结构出气孔释放到海水中，气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用风能向海底注气进行液体提升的系统，其特征在于，包括：海面浮台(7)；风能转换装置，设于所述海面浮台(7)上，将风能转化为转动机械能；集气装置，设于所述海面浮台(7)上，所述集气装置与所述风能转换装置传动耦合，集气装置利用风能转换装置输出的转动机械能转化为往复推动力，并利用往复推动力将气体输出；输送装置，包括输气管(8)和设于海底的出气盘(9)，所述输气管(8)一端与所述集气装置连接，另一端与所述出气盘(9)连接。2.根据权利要求1所述的一种利用风能向海底注气进行液体提升的系统，其特征在于，所述风能转换装置包括风车组件和传动组件；所述传动组件包括圆柱凸轮(12)；所述风车组件包括风车主体和风车旋转轴(1)，所述风车旋转轴(1)贯穿所述风车主体，所述风车旋转轴(1)的上端与所述风车主体传动连接，所述风车旋转轴(1)的下端活动连接于所述海面浮台(7)上。3.根据权利要求2所述的一种利用风能向海底注气进行液体提升的系统，其特征在于，所述海面浮台(7)上设有旋转轴支撑座(16)，所述风车旋转轴(1)的下端与旋转轴支撑座(16)构成转动副。4.根据权利要求2所述的一种利用风能向海底注气进行液体提升的系统，其特征在于，所述风车主体包括风车骨架和设于风车骨架上的风车叶片(2)，所风车骨架与所述风车旋转轴(1)的上端传动连接。5.根据权利要求2所述的一种利用风能向海底注气进行液体提升的系统，其特征在于，所述圆柱凸轮(12)上设有弧型凹槽。6.根据权利要求1所述的一种利用风能向海底注气进行液体提升的系统，其特征在于，所述集气装置包括2个双作用气缸(14)、设于双作用气缸(14)中的活塞(17)、L型活塞连杆(13)；所述L型活塞连杆(13)的一端与所述活塞(17)连接，另一端活动限位于凸轮(12)的弧型凹槽中并可沿弧型凹槽滑动；所述双作用气缸(14)上设有2个进气口和2个出气口，2个进气口处分别连接设有第二单向阀(19)和第四单向阀(21)，2个出气口处分别连接设有第一单向阀(18)和第三单向阀(20)；所述第一单向阀(18)和第三单向阀(20)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭琪，杨超翔，朱嫣绯，常鹏旭，王焱，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：