一種柔性管構件波浪能試驗裝置及其試驗方法與流程

本發明涉及波浪能試驗技術領域，具體來說是一種通過柔性管構件來驗證波浪能的柔性管構件波浪能試驗裝置及其試驗方法。

背景技術：

隨著社會的發展進步，人類對能源的需求量逐年增加，常規能源已經難以滿足人們的需求，有些能源的利用還會對人類的生存環境造成破壞。波浪能作為一種清潔、無污染的可再生能源，具有巨大的發展優勢，由于波浪能具有良好的品質和開發利用的價值，深受科研工作人員廣泛關注，各種形式的波浪能發電裝置得以研發和試驗。

柔性管是波浪能試驗裝置中需進行測量的重要的一項，在波浪、海流等因素的影響下，其動力效應直接影響到波浪能發電裝置的效率。因此在選用柔性管的材料作為波浪能的試驗裝置中，對柔性管的特性做測試是非常重要的一環，目前市場上缺乏對柔性管測試的簡易機械試驗裝置。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對上述的柔性管構件在波浪能試驗上的問題，提供一種結構簡單、成本低廉、測試效率高、效果好的柔性管構件波浪能試驗裝置及其試驗方法，通過活塞組件和動力組件配合產生所需的不同規則波，以達到在波浪運動過程對柔性管的特性進行試驗的目的。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案：

一種柔性管構件波浪能試驗裝置，包括灌有水的水箱、活塞組件、動力組件和柔性管構件，

所述的活塞組件包括活塞套筒及活塞，活塞套筒內腔中設置有與動力組件相連的活塞，活塞套筒一端固定在水箱側壁并與水箱相通，活塞套筒的另一端連接有柔性管構件；

所述的動力組件包括曲柄、滑桿及與驅動機構相連的偏心輪，所述的偏心輪上開設有不同偏心距的偏心孔，在偏心孔內可拆卸地連接有曲柄，曲柄的另一端固定有滑桿，在曲柄分別與不同偏心距的偏心孔相連的情況下，所述的滑桿由偏心輪和曲柄帶動，推動活塞在活塞套筒內做不同周期、不同行程的直線往復運動，使水箱內的水在柔性管構件中形成不同的規則波。

進一步地，所述的偏心輪上設置有一偏心輪軸，偏心輪軸一端固定在偏心輪上，另一端與驅動機構相連，所述的偏心輪軸在驅動機構的作用下帶動偏心輪轉動。

進一步地，所述的試驗裝置還包括支撐組件，支撐組件包括基座、軸承支座及軸承，所述的基座固定在水箱底板上，基座上設置有平行且呈同軸心布置的兩個軸承支座，每一軸承支座上分別固定連接有一軸承，兩軸承的另一端連接偏心輪軸的兩側，使所述動力組件通過支撐組件固定在水箱箱體內。

進一步地，所述的偏心輪軸與兩軸承的連接處分別設有第一限位件和第二限位件，所述的第一限位件為軸端擋圈，所述的第二限位件為偏心輪凸臺。

進一步地，所述的驅動機構包括電動機、同步帶及同步帶輪，所述的同步帶輪固定在偏心輪一側的偏心輪軸上，同步帶輪上套設有同步帶，同步帶的另一端連接電動機，所述的電動機通過同步帶帶動同步帶輪轉動，從而使偏心輪轉動。

進一步地，所述的波浪能試驗裝置還包括滑桿支撐座，滑竿支撐座下端固定在基座上，滑桿支撐座的上端設置有直線導軌，所述的滑桿沿直線導軌在水箱內做往復直線運動。

進一步地，所述的曲柄通過軸肩螺栓與不同的偏心孔相連。

進一步地，所述的柔性管構件包括柔性管和立管，所述的柔性管的一端套設在活塞套筒上，柔性管的另一端與帶有拐角的立管相連，并使得所述立管的出口朝上設置。

本試驗裝置由于采用以上技術方案，使之與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果：

1.結構簡單緊湊，布局合理，制造成本低廉，通過動力組件即可改變活塞組件的運動周期和運動行程，從而使水箱內的水能在柔性管構件中形成不同的規則波，達到對波浪能進行試驗的目的；

2.通過在偏心輪上開不同位置的偏心孔，并利用軸肩螺栓使曲柄能與不同的偏心孔可拆卸連接，完成曲柄與偏心輪的快速安裝與拆卸，從而可以快速、方便地改變活塞進行不同行程、不同周期的直線往復運動；

3.本發明在帶動活塞活動的滑桿的運動軌跡上裝設有直線導軌，通過直線導軌和活塞套筒使活塞能夠精準的沿直線前后往復運動，以便能在柔性管構件中形成的穩定的規則波；

4.本發明中的動力組件和驅動機構通過同步帶傳動，偏心輪的運轉穩定，在滑桿帶動活塞前后往復運動過程中，有效保證了造波的連續性和穩定性，且驅動機構設置的位置不受限制，無需與傳動軸在保持在同一水平面。

根據上述的柔性管構件波浪能試驗裝置的試驗方法，所述的試驗方法具體包括以下步驟：

s1.在水箱內灌滿水，組裝柔性管構件波浪能試驗裝置，將曲柄套入偏心輪上的一偏心孔內；

s2.將柔性管的一端套在活塞套筒上，柔性管上設置有用于測量柔性管膨脹率的應變片，柔性管的另一端連接立管，并使立管的出口朝上設置，在立管一側放置用于測量波浪升降變化的浪高儀；

s3.調整電動機至設定頻率；

s4.啟動電動機，電動機帶動偏心輪轉動，曲柄隨著偏心輪的轉動而轉動，并帶動滑桿在水箱內做往復直線運動，滑桿推動一側連接的活塞在活塞套筒中做往復運動，從而使活塞套筒上套設的柔性管內產生規則波，利用應變片和浪高儀記錄此時的柔性管膨脹率和波浪升降變化；

s5.當需要改變規則波時，將設置在該偏心輪上的曲柄卸下，調整滑桿的伸縮位置，使曲柄調整并連接至另一偏心孔處，改變活塞在活塞套筒內運動的行程距離和周期，重復步驟s4，以測量不同規則波時柔性管構件的膨脹率和波浪升降變化。

進一步地，當改變規則波時，活塞在活塞套筒內運動的行程距離與偏心孔的偏心距相同，活塞運動周期與偏心輪的轉動周期相同。

本波浪能試驗方法具有以下的優點和積極效果：

在組裝柔性管構件波浪能試驗裝置并在水箱內灌滿水后，通過拆卸、安裝曲柄至不同的偏心孔來完成曲柄與偏心輪的快速安裝與拆卸，快速、方便地改變活塞進行不同行程、不同周期的直線往復運動，從而使水箱內的水能在柔性管構件中形成連續、穩定的不同規則波，從而利用測得的柔性管的膨脹率和波浪升降變化來驗證增益波浪能的可行性。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明水箱與柔性管構件連接示意圖；

圖3是實施例中曲柄處于偏心孔a位置時的示意圖；

圖4是實施例中曲柄處于偏心孔b位置時的示意圖；

符號說明：

1.電動機2.水箱3.曲柄4.偏心輪5.同步帶6.活塞套筒7.滑桿8.滑桿支撐座9.同步帶輪10.軸承支座11.軸承12.基座13.偏心輪軸14.直線導軌15.活塞16.柔性管17.立管。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明提出的技術方案進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

實施例1

參見圖1及圖2，本發明中的柔性管構件波浪能試驗裝置主要包括水箱2、活塞組件、動力組件和柔性管構件。其中，在試驗過程中，需使水箱2內保持有水的狀態，活塞組件和動力組件設置在水箱2內，柔性管構件則與水箱2的出口相連，在水箱2內的活塞組件和動力組件的作用下，連接出口的柔性管構件內產生不同周期的穩定、連續的規則激突波。

本發明中的動力組件包括曲柄3、滑桿7及與驅動機構相連的偏心輪4，根據不同的活塞行程在偏心輪4上開設不同的位置的偏心孔，在偏心孔內可拆卸地連接有曲柄3。具體地，曲柄3的一端鉸接有軸肩螺栓，曲柄3通過軸肩螺栓與偏心孔相連，曲柄3的另一端則通過軸肩螺栓與滑桿7鉸接，使其可以在很小的間隙配合下自由的轉動，滑桿7另一端則連接活塞組件，控制活塞組件的運動。曲柄3通過軸肩螺栓與不同的偏心孔固定，可以實現活塞15不同行程的直線往復運動，并利用軸肩螺栓固定可實現曲柄3與偏心輪4的快速安裝與拆卸，從而達到快速變換活塞行程的目的。

活塞組件包括活塞套筒6及活塞15，活塞套筒6一端固定在水箱2側壁并與水箱2相通，使水箱2內的水能通過活塞套筒6流出，活塞套筒6的另一端連接有柔性管構件，在活塞套筒6內腔中設置有與動力組件相連的活塞15。具體地，活塞15與動力組件中的滑桿7相連，由滑桿7帶動其在活塞套筒6內進行往復運動，從而在活塞套筒6內產生波浪能試驗所需的波浪。

偏心輪4上設置有偏心輪軸13，偏心輪軸13一端固定在偏心輪4上，另一端與驅動機構相連，偏心輪軸13在驅動機構的作用下帶動偏心輪4轉動。偏心輪軸13一方面是作為偏心輪4與驅動機構之間的連接構件，另一方面還與本試驗裝置中的支撐組件相連，以支撐動力組件。

驅動機構包括電動機1、同步帶5及同步帶輪9，同步帶輪9一端通過軸肩固定在偏心輪4一側的偏心輪軸13上，并通過鍵連接傳動，同步帶輪9上套設有同步帶5，同步帶5的另一端通過鍵連接實現與電動機1的連接。電動機1轉動時，通過同步帶輪9和同步帶5帶動偏心輪軸13轉動，與偏心輪軸13一端固定的偏心輪也4隨著轉動，由此，當需要調節活塞15的運動頻率時，只需調節電動機1的頻率即可。當然，也可采用其他連接方式，在此不做限定。

支撐組件包括基座12、軸承支座10及軸承11，基座12固定在水箱2底板上，基座12上設置有平行且呈同軸心布置的兩個軸承支座10，每一軸承支座10上分別固定連接有一軸承11，兩軸承11的另一端連接偏心輪軸13的兩側，使動力組件通過支撐組件固定在水箱2箱體內。軸承11通過緊固螺栓固定在軸承支座10上，以方便拆卸及調整兩軸承11之間的間距和位置，當然，軸承11與軸承支座10的連接結構也可采用其他固定形式，在此不做限定。

在本實施例中，偏心輪軸13與兩軸承11的連接處分別設有第一限位件和第二限位件，第一限位件為軸端擋圈，第二限位件為偏心輪凸臺。第一限位件和第二限位件主要是用于防止偏心輪軸13在運轉過程中不穩定，以保證整個裝置的正常運行。

進一步地，本實施例中的波浪能試驗裝置還包括滑桿支撐座8，滑桿支撐座8下端固定在基座12上，滑桿支撐座8的上端設置有直線導軌14，滑桿7沿直線導軌14在水箱2內做往復直線運動。在本實施例中，滑桿支撐座8是通過螺栓固定在基座12上，與基座12連為一體。為了保證曲柄3帶動的滑桿7和活塞15做直線運動的穩定性，滑桿7利用直線滑軌14和活塞套筒6的導向作用，使其能夠沿直線導軌14在活塞套筒6內做往復直線運動，保證造波的連續性和穩定性。此外，本實施例中，還可在直線滑軌14放入的一端設置孔用擋圈，防止滑桿7在前后往復運動的過程中直線滑軌14滑出滑桿支撐座8，保證滑動裝置的正常運行。

本實施例中的柔性管構件包括柔性管16和立管17，柔性管16的一端套設在活塞套筒6上，主要用于測試柔性管16的膨脹率，柔性管16的膨脹率可通過在柔性管16上貼設應變片來實現；柔性管16的另一端與帶有拐角的立管17相連，并使得立管17的出口朝上設置，主要是用于測試波浪升降變化，波浪升降變化可在立管測設置浪高儀來測得。當然，柔性管16的膨脹率和波浪升降變化也可采用其他測量設備或儀器，在此不做限定。

柔性管構件波浪能試驗裝置在曲柄3分別與不同偏心距的偏心孔相連的情況下，電動機1啟動，帶動偏心輪4轉動，從而帶動曲柄3和滑桿7運動，滑桿7推動活塞15在活塞套筒6內做不同周期、不同行程的直線往復運動，使水箱2內的水在柔性管構件中形成不同的規則波。活塞15的運動周期與偏心輪4的轉動周期相同，行程距離與偏心孔的偏心距相同，因此，利用可拆卸的曲柄3與不同偏心孔連接，即可實現快速變換柔性管構件波浪能試驗裝置的運行行程和周期，以此產生試驗所需的不同種類的波浪。

利用上述的柔性管構件波浪能試驗裝置來進行波浪能的驗證試驗，試驗方法大體分為以下幾步：

1.在進行試驗前，在水箱2內灌滿水，組裝柔性管構件波浪能試驗裝置，將曲柄3套入偏心輪4上的一偏心孔內，將柔性管16的一端套在活塞套筒6上，柔性管16上設置有用于測量柔性管膨脹率的應變片，柔性管16的另一端連接立管17，并使立管17的出口朝上設置，在立管17一側放置用于測量波浪升降變化的浪高儀，調整電動機1至設定頻率；

2.啟動電動機1，電動機1帶動偏心輪4轉動，曲柄3隨著偏心輪4的轉動而轉動，并帶動滑桿7在水箱2內做往復直線運動，滑桿7推動一側連接的活塞15在活塞套筒6中做往復運動，從而使活塞套筒6上套設的柔性管16內產生規則波，利用應變片和浪高儀記錄此時的柔性管膨脹率和波浪升降變化；

3.當需要改變規則波時，將設置在該偏心輪4上的曲柄3卸下，調整滑桿7伸縮位置，使曲柄3調整并連接至另一偏心孔處，改變活塞15在活塞套筒6內運動的行程距離和周期，再重啟電動機1，測量變化后的規則波在柔性管構件中的膨脹率和波浪升降變化。

現以圖3及圖4為例對本發明的原理及試驗過程進行說明，當進行波浪能試驗時，將電動機1調整需要設定的頻率，電動機1轉動，通過同步帶輪9和同步帶5帶動偏心輪軸13轉動，與偏心輪軸13一端固定的偏心輪4也隨之轉動，由于偏心輪4的側面根據需要的活塞行程分別開設有偏心距為amm、bmm、cmm、dmm的偏心孔，先將曲柄3套入偏心距amm的偏心孔內，曲柄3隨著偏心輪4的轉動而轉動，并帶動與之固定的滑桿7沿直線導軌14做往復直線運動，滑桿7推動另一端的活塞15在活塞套筒6中做往復運動，從而在活塞套筒6內產生波浪能試驗所需的一種規則波，規則波沖擊柔性管構件使其狀態發生變化，從而測試柔性管內激波、膨脹率和波浪升降變化；當需要變換活塞套筒6中的規則波時，先將曲柄3從amm的偏心孔處卸下，調整滑桿7伸縮的位置使曲柄3連接固定到bmm偏心孔處，重新啟動電動機1后，活塞15的運動行程即從amm更改成bmm在活塞套筒6中做往復運動，從而在活塞套筒6內產生波浪能試驗所需的另外一種規則波。以此方式來改變活塞15推進的運動行程和周期產生不同類型的所需規則波。

本技術領域的技術人員應理解，本發明可以以許多其他具體形式實現而不脫離本發明的精神或范圍，以上公開的僅為本發明優選實施例。優選實施例并沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施方式。顯然，根據本說明書的內容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬領域技術人員能很好地利用本發明。本發明僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制，本技術領域的技術人員可如所附權利要求書界定的本發明精神和范圍之內作出變化和修改。