浮力致动器制造技术

一种浮力致动器（１０），其用在利用海洋波能产生动力并将所利用的波能转换成高压海水的装置（１１）中。该浮力致动器（１０）包括主体（２１），该主体（２１）形成具有柔韧外壳（２７）的腔体（２３）。所述腔体（２３）适于容纳物质，而所述本体（２１）的流体动力性能通过改变腔体（２３）内的物质而被可选择地改变。流体动力性能的改变可以包括浮力的改变（增加或者减少），或本体（２１）的响应区域的改变（例如体积或形状），也可以是这些改变的组合。所述物质的改变可以包括将物质添加到所述腔体（２３）中，或将所述腔体（２３）中的物质提取出来。该物质可以包括固体、液体或气体，也可以是它们的任意组合。在所示出的布置方式中，所述物质包括泡沫球体（５３）。所述外壳（２７）通过内部泡沫球体（５３）的向外压力被拉到绷紧状态，致使所述致动器呈现其设计的形状。被所述泡沫球体（５３）所占据的体积总量仍旧小于腔体（２３）的封闭容积总量，并且在每个球体（５３）周围有间隙区域（５５）。该间隙区域（５５）可以充满流体以调整浮力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及波动能量的提取，更特别地，涉及对波动产生反应的浮力致动器以及该致动器的操作方法。本专利技术同样涉及波能转换系统和该系统的冲喿作方法。尽管并非 一 定是独一 无二地，本专利技术被特别地设计成能针对波动作出反应并将波动结合到可操作的装置上的致动器。本专利技术致动器的一种特别应用涉及海洋波能的利用和将被利用的能量转换成驱动能量转换装置的线性运动，该转换装置例如可以是流体泵或线性发电机。在这样的布置中，该致动器可以被可操作地连接到能量转换装置，该致动器悬浮在所述转换装置上方的海水体中，但一般位于水面下方。通过该布置，波动的动力提升被转换成用于操作能量转换装置的单轴力。本专利技术实际上包括浮标，该浮标在某些情况下被当成致动器，因为该浮标具有水体上扰动的大部分波长的尺寸，并且在靠近水体表面处拦截大部分波动的能流。
技术介绍
获取海洋波的能量是世界上迅速发展起来的业务，大量商业的波能装置在海上试验并进行小规模的商业应用。这些装置中比较重要的一类是通过转变海洋的升降运动来进行操作以产生机械装置的线性运动，该机械装置随后被用于驱动能量转换装置(例如流体泵或线性发电机)。对于通过反渗透膜来直接脱盐和制造电力的高压海水来说，波能的获取和转化是几个早期建议的焦点，这些建议尤其包括在PCT/AU2006/001187中公开的建议，在此处其内容通过引用的方式被并入。6在海洋环境中技术的成功应用、操作和维护所遇5 lj的问题被那些 从事近海工业的人，特别是从事石油和天然气工业的人所了解，并且 该知识能够被应用到如海洋波能转换这样的新技术中。最初的海洋能 量系统的工程设计是十分复杂的任务，其需要探寻最大的能量获取和 转换，同时要将结构的成本保持在合理的水平，并且要保证所有者的 花费在整个技术生命周期中是可以接受的。在维护成本方面，必须对 关键受损部件的可靠性和系统的故障模式有彻底的了解。如何控制暴风雨环境的问题可能也需要被提及。特别地，需要波 能转换系统能够响应海水状态的变化，并且在超过最大运行水平时， 其能够回复成安全备用模式，优选地，其能够自动回复。 一旦海水状 态已经退回到正常运行水平，该装置理想地应该自身重新装配以用于 正常操作，优选地，其会自动重新装配。由例如暴风雨事件引起的任 何对部分机械的持续伤害不应该阻止装置的剩余功能部分的运行。换 而言之，波能转换系统的所有故障模式都应该是"软"的。浮力致动器具有这些特征将会是十分有利的。浮力致动器可以是大型实体结构，该结构的直径或线性尺寸范围 达到10米，并且排水体积达到一千立方米。为了满足大规模商业的电 力需要，波能设备会需要包括大量(通常为数百个)这样的致动器， 该致动器用于一批数百个的海水泵或能量转换装置。当个别装置具有 大概是一 兆瓦的功率输出能力而整个元件场地具有几百兆瓦的瞬时输 出功率时，这批装置有必要按比例提升功率输出。将数百个浮力致动器运输到应用位置会造成很大的困难，并且如 果它们不得不以实际尺寸来运输，将花费巨大。同样十分有利的是，浮力致动器在陆地上被制造，并随后被折叠 和包装以用于将其运输到近海位置，在此浮力致动器可被配置成实际 尺寸并在之后纟皮应用。本专利技术针对
技术介绍
产生。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种响应波动的浮力致动器，该浮力致动器包括本体，该本体形成了用于容納物质的腔体，所述本体的 流体动力性能可通过改变腔体内的物质来有选择地变化。流体动力性能的变化可以包括浮力的变化(增加或者减少(either positively or negatively)),或者本体的响应区i或的变4b (例i口体积或 形状)，也可以是这两种变化的组合。所述物质的变化可以包括向腔体添加物质或从腔体中取出物质。 所述物质可以包括固体、液体或气体，也可以是这些物质的组合。 该物质可以采用任何合适的形式。举例来说，该物质可以由空气、 水(特别包括从致动器的运行环境中提取的水)构成，或者由一个或 多个固体插入物构成，例如固体球体或其它分离元件，也可以是这些物质的组合。添加到腔体中的物质的形式可以与该腔体中已经存在的物质相 同，也可以不同。举例来说，在一种布置中，在腔体内已经存在一些 海水(也可能组合有一个或多个其它形式的物质)的情况下，可以将 海水添加到该腔体中。在另一种布置中，在所述腔体中的物质没有包 括海水的情况下，可以将海水添加到该腔体中。在腔体中所容纳的物质包括多种形式的情况下，从所述腔体中取 出的物质可以包括任何一个或多个所述形式。当该浮力致动器被应用时，其优选定位在水下并距水面 一最小距 离，从而该致动器总是被淹没在水中，除非在异常的大洋中。最理想的情况是，浮力致动器定位在水柱中的一位置处，在该位 置该致动器能拦截最多的能量，并且在波能设备的整个运行过程中能 保持该致动器完全被淹没在水中，只有当海洋中波谷通过期间超过了 装置的运行限制，该致动器才会显露出来。因此，该浮力致动器需要 在一深度处被应用，从而致动器的上表面一般会在中性水线下方几米 处。而且，浮力致动器与机械装置的组合优选形成了最小总长，该机 械装置(例如泵)与浮力致动器可操作地连接在一起，影响到水深运 用的该最小总长优选不少于IO米并且不大于100米。浮力致动器的形状可能也是本专利技术的重要特征。计算流体动力学 (CFD )已经被广泛地应用以确定在能量获取方面何种形状能产生最佳效果。当CFD分析被应用到尺寸小于或等于四分之一波长(该标准 被称为"点吸收体(point absorber)'，)的致动器设计时，该CFD分 析会排除任何宽厚比过度的致动器形状。因此以点吸收体的观点来看， 罩蓬状或降落伞状致动器作为能量聚集装置效率较低。当允许较薄的 罩蓬状吸收体在点吸收体规则外延伸时，即当较薄的罩蓬状吸收体的 长度大于四分之一波长时，这一结论将不适用于较薄的罩蓬状吸收体 (例如在前述PCT/AU2006/001187文件中所提到的)。在这些情况中， 优化操作是不同的并且罩蓬结构是有用的。而且，罩蓬保留了多个连 接点，从而其不易于旋转。对于点吸收体，CFD分析指出球体、短倒锥体或短圓柱体是带有 单个系绳的浮力致动器的适合形状。CFD分析证实了形状上越长越薄， 则越多的能量能够被转换成浮力致动器的旋转，由此不会在系绳中产 生有用的张力并且会导致结合了波浪扰动的较低能量，该系绳可操作 地将浮力致动器与机械装置连接。考虑到球形的对称性，球形是比较 理想的形状，因为在波浪扰动和浮力致动器间没有旋转结合，由此可 知，升降力被最大地转换成系绳上的线性张力。当其它的因素例如工艺性和稳健性也被考虑的时候，球体、短圆 柱体和短倒锥体之间在能量聚集性能上的区别并没有大到把这些形状 排除在球体之外。因此，有一系列的形状具有可接受的能量聚集性能 和可接受的稳健性等级。优选地，本体包括柔韧薄膜，该薄膜在腔体边界处形成了外壳， 该薄膜适于对本体内的物质变化作出响应并产生偏斜。该偏斜能够使 得本体的流体动力性能产生变化。优选地，所述外壳形成了一个空腔，该空腔构成了腔体并且能够 通过接口与周围的海水相连通。该空腔可以包括封闭的水密空腔。腔 体的水密并非必要，只要可以在正常运行期间保持和隔离内部的海水 体积且具有最小漏出量，从而其如同系留本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种响应波动的浮力致动器，该浮力致动器包括本体，该本体形成容纳物质的腔体，通过改变腔体中的物质，可有选择地改变所述本体的流体动力性能。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦罗伯特伯恩斯，
申请(专利权)人：REH知识产权公司，
类型：发明
国别省市：[]