一种用于近海波浪能充沛地区的呼吸式航标的制作方法

本发明涉及近海航标领域，更具体地说，涉及一种用于近海波浪能充沛地区的呼吸式航标。

背景技术：

航标是航行标志的简称，指标示航道方向、界限与碍航物的标志，包括过河标、沿岸标、导标、过渡导标、首尾导标、侧面标、左右通航标、示位标、泛滥标和桥涵标等。是帮助引导船舶航行、定位和标示碍航物与表示警告的人工标志。

波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的，它实质上是吸收了风能而形成的。能量传递速率和风速有关，也和风与水相互作用的距离有关。波浪可以用波高、波长和波周期等特征来描述。

波浪能发电装置主要包括机械式、气动式和液压式三大类，其中气动式是指通过气室、气袋等泵气装置将波浪能转换成空气能，再由气轮机驱动发电机发电的方式，采用对称翼气轮机的气动式装置是迄今最成功的波浪能发电装置之一。

在部分风浪较小的地区，波浪发电装置通常可以较为平稳的进行工作，而在部分潮汐能较为充沛的近海地区，潮汐海浪通常会伴随汹涌的波浪，虽然有利于波浪发电装置进行发电，但是在波浪的波峰波谷相差较大时，易造成波浪发电装置发生过大的颠簸，极易造成气动式波浪能发电装置的气室或波浪室内进水，易对波浪能发电装置造成不可逆的损伤，影响波浪能发电装置的正常工作。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于近海波浪能充沛地区的呼吸式航标，它可以增加航标的抵抗风浪的能力，在波浪的波峰和波谷相差较大时，不易造成波浪能发电装置内的气室或波浪室内进水，不易对波浪能发电装置造成不可逆的损伤，不易影响波浪能发电装置的正常工作。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种用于近海波浪能充沛地区的呼吸式航标，包括浮台，所述浮台的上端固定连接有航标灯，所述航标灯的外侧套接有与自身相匹配的外罩，所述浮台与外罩之间固定连接有环形密封板，所述环形密封板上开凿有多个通气孔，多个所述通气孔内均固定连接有与自身相匹配的叶轮风扇，所述浮台上固定连接有多个发电机主体，多个所述发电机主体的动力输入端分别与叶轮风扇固定连接，所述环形密封板将外罩内空间分为波浪室和气动室两大部分，且波浪室位于气动室的外侧，所述叶轮风扇位于波浪室内，所述外罩的上端开凿有多个通孔，所述通孔连通气动室与外界，多个所述通孔内均插接有与自身相匹配的换气室，所述换气室包括换气室主体，所述换气室主体内设有进气室和出气室，所述进气室位于出气室的下侧，所述进气室和出气室的侧壁上均开凿有一对换气孔，多个所述换气孔均位于换气室远离航标灯的一侧，所述换气室主体的侧壁上固定连接有限位边板，且限位边板位于气动室内，所述限位边板与外罩内壁之间固定连接有第二压缩弹簧，可以增加航标的抵抗风浪的能力，在波浪的波峰和波谷相差较大时，不易造成波浪能发电装置内的气室或波浪室内进水，不易对波浪能发电装置造成不可逆的损伤，不易影响波浪能发电装置的正常工作。

进一步的，所述第二压缩弹簧内插接有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的两端分别与外罩和换气室固定连接，电动伸缩杆可以保护第二压缩弹簧，使第二压缩弹簧不易在外力作用下发生非弹性形变，不易造成第二压缩弹簧在外力作用下失效。

进一步的，所述电动伸缩杆信号连接有处理终端，所述处理终端信号连接有物联网模块，处理终端可以从物联网模块上下载航标所在位置恶劣天气预报，在处理终端受到大浪预警时，接通电动伸缩杆的电源，控制电动伸缩杆使得换气室运动至中立状态，即将进气室与出气室之间的分隔板移动至通孔所在的位置，此时进气室位于外罩的上侧，出气室位于外罩的下侧，外界波浪夹带的海水无法通过进气室进入气动室内，增加气动室的密封效果。

进一步的，所述换气孔内均固定连接有与自身相匹配的筛网，使外界的杂物不易将换气孔完全堵塞，不易影响换气室的换气效果。

进一步的，所述进气室和出气室上开凿的一对通孔间距均长于外罩的厚度，所述出气室上的一对换气孔均位于远离出气室槽底板的一端，使得进气室和出气室上的换气孔可以在电动伸缩杆和第二压缩弹簧的作用下分别位于外罩的上下两侧，不易影响换气室的换气作用，而出气室的侧壁上开凿的换气孔用于出气，即出气室上位于上侧的换气孔的空气流动是从内向外，使得外界海浪夹杂的海水不易直接进入出气室内，而出气室内也设有足够的预留空间临时存放少量海水，这些海水也极易在出气室内空气的高频快速流动下快速蒸发，使得出气室执行换气工作时，海水不易穿过出气室进入气动室内。

进一步的，所述进气室和出气室呈倒阶梯状，所述进气室的外侧套接有与自身相匹配的扇形密封兜，所述扇形密封兜的的两侧均固定连接有翼片，所述外罩上固定连接有一对限位杆，两个所述限位杆远离外罩的一端均贯穿翼片，所述限位杆远离外罩的一端固定连接有限位盘，所述扇形密封兜与限位盘之间固定连接有第一压缩弹簧，所述第一压缩弹簧套接在限位杆的外侧，所述限位边板上开凿有与限位盘向匹配的预留孔，在换气室向下运动的过程中，进气室的侧壁会一起带动扇形密封兜向下运动，扇形密封兜会遮住进气室侧壁上位于下侧的通孔大部，进气室在执行换气过程中，海浪冲击造成的进气室内海水残留量不会超过进气室侧壁上位于下侧的通孔的下壁，通过扇形密封兜的阻挡可以有效防止进气室内海水外泄至气动室内，而预留孔的开凿则有效避免的限位盘和限位杆对换气室运动的影响。

进一步的，所述翼片与限位杆之间连接有耐磨环，所述耐磨环与翼片固定连接，耐磨环可以大幅减小翼片与限位杆之间的磨损，使翼片与限位杆之间的连接不易出现晃动。

进一步的，所述外罩与航标灯之间连接有密封胶环，所述密封胶环与外罩和航标灯之间均为过盈配合，增加外罩与航标灯之间的密封性使海水不易通过外罩与航标灯之间的间隙进入气动室内。

进一步的，所述外罩选用不均匀设计，外罩的上半部选用密度较低的材料制成，所述外罩的下部选用密度较高的材料制成，使得浮台、外罩和航标灯整体中心下移，不易在风浪作用下侧覆倾覆。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本方案将换气室“呼吸”的吸气和排气过程分别交由进气室和出气室完成，进气室和出气室之间互不干扰，有效避免单个气室工作时容易造成的海水渗入的问题，使得气动室内不易受到海水入侵，不易造成波浪能发电设备叶轮风扇和发电机主体不易受到海水侵蚀，同时利用物联网技术，在航标遇到大风大浪的极端天气时，控制电动伸缩杆使得换气室长时间保持中立状态，减小海浪夹杂的海水的渗入气动室的可能，可以增加航标的抵抗风浪的能力，在波浪的波峰和波谷相差较大时，不易造成波浪能发电装置内的气室或波浪室内进水，不易对波浪能发电装置造成不可逆的损伤，不易影响波浪能发电装置的正常工作。

附图说明

图1为本发明的航标的主要结构的爆炸图；

图2为本发明的电机处的侧面剖视图；

图3为图2中a处的结构示意图；

图4为本发明的电动伸缩杆处的侧面剖视图；

图5为图4中b处的结构示意图；

图6为本发明的正常工作时的结构示意图；

图7为本发明的换气室的结构示意图；

图8为本发明的换气室的侧面剖视图；

图9为本发明的扇形密封兜的结构示意图。

图中标号说明：

1浮台、2外罩、3航标灯、4密封胶环、5环形密封板、6叶轮风扇、7发电机主体、8换气室、801换气室主体、、802进气室、803出气室、804限位边板、9扇形密封兜、10限位杆、11第一压缩弹簧、12电动伸缩杆、13第二压缩弹簧、14耐磨环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-8，一种用于近海波浪能充沛地区的呼吸式航标，包括浮台1，浮台1的上端固定连接有航标灯3，航标灯3的外侧套接有与自身相匹配的外罩2，浮台1与外罩2之间固定连接有环形密封板5，环形密封板5上开凿有多个通气孔，多个通气孔内均固定连接有与自身相匹配的叶轮风扇6，浮台1上固定连接有多个发电机主体7，多个发电机主体7的动力输入端分别与叶轮风扇6固定连接，环形密封板5将外罩2内空间分为波浪室和气动室两大部分，且波浪室位于气动室的外侧，叶轮风扇6位于波浪室内，外罩2的上端开凿有多个通孔，通孔连通气动室与外界，多个通孔内均插接有与自身相匹配的换气室8，换气室8包括换气室主体801，换气室主体801内设有进气室802和出气室803，进气室802位于出气室803的下侧，进气室802和出气室803的侧壁上均开凿有一对换气孔，多个换气孔均位于换气室8远离航标灯3的一侧，换气室主体801的侧壁上固定连接有限位边板804，且限位边板804位于气动室内，限位边板804与外罩2内壁之间固定连接有第二压缩弹簧13，可以增加航标的抵抗风浪的能力，在波浪的波峰和波谷相差较大时，不易造成波浪能发电装置内的气室或波浪室内进水，不易对波浪能发电装置造成不可逆的损伤，不易影响波浪能发电装置的正常工作。

在将本方案投入海上使用时，需另设有锚定装置，用于固定本方案的航标，避免在风浪作用下，航标发生过量偏移，不易影响航标自身的正常工作，而锚定装置为本领域技术人员的公知技术，且本方案的相关装置并未有直接联系，故未在本方案中详细说明。

请参阅图5和图7，第二压缩弹簧13内插接有电动伸缩杆12，电动伸缩杆12的两端分别与外罩2和换气室8固定连接，电动伸缩杆12可以保护第二压缩弹簧13，使第二压缩弹簧13不易在外力作用下发生非弹性形变，不易造成第二压缩弹簧13在外力作用下失效，电动伸缩杆12信号连接有处理终端，处理终端信号连接有物联网模块，处理终端可以从物联网模块上下载航标所在位置恶劣天气预报，在处理终端受到大浪预警时，接通电动伸缩杆12的电源，控制电动伸缩杆12使得换气室8运动至图2和图6所示的中立状态，即将进气室802与出气室803之间的分隔板移动至通孔所在的位置，此时进气室802位于外罩2的上侧，出气室803位于外罩2的下侧，外界波浪夹带的海水无法通过进气室802进入气动室内，增加气动室的密封效果，换气孔内均固定连接有与自身相匹配的筛网，使外界的杂物不易将换气孔完全堵塞，不易影响换气室8的换气效果，进气室802和出气室803上开凿的一对通孔间距均长于外罩2的厚度，出气室803上的一对换气孔均位于远离出气室803槽底板的一端，使得进气室802和出气室803上的换气孔可以在电动伸缩杆12和第二压缩弹簧13的作用下分别位于外罩2的上下两侧，不易影响换气室8的换气作用，而出气室803的侧壁上开凿的换气孔用于出气，即出气室803上位于上侧的换气孔的空气流动是从内向外，使得外界海浪夹杂的海水不易直接进入出气室803内，而出气室803内也设有足够的预留空间临时存放少量海水，这些海水也极易在出气室803内空气的高频快速流动下快速蒸发，使得出气室803执行换气工作时，海水不易穿过出气室803进入气动室内。

请参阅图5和图7-9，进气室802和出气室803呈倒阶梯状，进气室802的外侧套接有与自身相匹配的扇形密封兜9，扇形密封兜9的的两侧均固定连接有翼片，外罩2上固定连接有一对限位杆10，两个限位杆10远离外罩2的一端均贯穿翼片，限位杆10远离外罩2的一端固定连接有限位盘，扇形密封兜9与限位盘之间固定连接有第一压缩弹簧11，第一压缩弹簧11套接在限位杆10的外侧，限位边板804上开凿有与限位盘向匹配的预留孔，在换气室8向下运动的过程中，进气室802的侧壁会一起带动扇形密封兜9向下运动，扇形密封兜9会遮住进气室802侧壁上位于下侧的通孔大部，进气室802在执行换气过程中，海浪冲击造成的进气室802内海水残留量不会超过进气室802侧壁上位于下侧的通孔的下壁，通过扇形密封兜9的阻挡可以有效防止进气室802内海水外泄至气动室内，而预留孔的开凿则有效避免的限位盘和限位杆10对换气室8运动的影响，翼片与限位杆10之间连接有耐磨环14，耐磨环14与翼片固定连接，耐磨环14可以大幅减小翼片与限位杆10之间的磨损，使翼片与限位杆10之间的连接不易出现晃动。

请参阅图2，外罩2与航标灯3之间连接有密封胶环4，密封胶环4与外罩2和航标灯3之间均为过盈配合，增加外罩2与航标灯3之间的密封性使海水不易通过外罩2与航标灯3之间的间隙进入气动室内，外罩2选用不均匀设计，外罩2的上半部选用密度较低的材料制成，外罩2的下部选用密度较高的材料制成，使得浮台1、外罩2和航标灯3整体中心下移，不易在风浪作用下侧覆倾覆。

特别的，浮台1内镶嵌安装有蓄电池，蓄电池与发电机主体7电性连接，发电机主体7在波浪作用下发出的电能由蓄电池存储，而本方案中提及的电动伸缩杆12和处理终端等涉电结构均由蓄电池进行供电，而电动伸缩杆12在处于断电状态时，与普通伸缩杆一样，可以在外力作用下伸长或缩短。

在浮台1浮力的作用下，会将外罩2大部和浮台1上层的各个零件托浮在海面上，外罩2内的波浪室内进入海水，且海水的水面高度不超过浮台1的上端，在海水形成波浪时，可以将波浪室内的海面高度变化可以视为以时间为横坐标，海面高度为纵轴的正余弦函数(取决于原点选择)，即海面高度有周期性的波峰和波谷，在波浪室内海面高度由波峰向波谷移动时，波浪室空气空间变大，波浪室和气动室整体气压先将，在处于压缩状态的第二压缩弹簧13的作用下，将换气室8向下顶，直至进气室802上的换气孔分别位于外罩2的上下两侧，此时外界空气可以通过进气室802上一对换气孔进入气动室内，推动叶轮风扇6运动带动发电机主体7动力输入端转动进行发电，此过程类似动物呼吸的吸气过程，而在波浪室内海面高度由波谷向波峰移动时，换气室8的运动过程正好和上述过程相反，直至出气室803上换气孔位于外罩2的上下两侧，此时气动室内空气可以通过出气室803上一对换气孔排出气动室内，而在空气从波浪室进入气动室的过程中，空气会推动叶轮风扇6转动，进而带动发电机主体7动力输入端转动进行发电，此过程类似动物呼气的过程，将换气室8“呼吸”的吸气和排气过程分别交由进气室802和出气室803完成，进气室802和出气室803之间互不干扰，有效避免单个气室工作时容易造成的海水渗入的问题，使得气动室内不易受到海水入侵，不易造成波浪能发电设备叶轮风扇6和发电机主体7不易受到海水侵蚀，同时利用物联网技术，在航标遇到大风大浪的极端天气时，控制电动伸缩杆12使得换气室8长时间保持中立状态，减小海浪夹杂的海水的渗入气动室的可能，可以增加航标的抵抗风浪的能力，在波浪的波峰和波谷相差较大时，不易造成波浪能发电装置内的气室或波浪室内进水，不易对波浪能发电装置造成不可逆的损伤，不易影响波浪能发电装置的正常工作。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

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