一種潮位自適應(yīng)的漂浮擺式波浪能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種潮位自適應(yīng)的漂浮擺式波浪能發(fā)電系統(tǒng)。包括漂浮于海面的浮體結(jié)構(gòu)以及連接浮體結(jié)構(gòu)用于能量轉(zhuǎn)換的液壓系統(tǒng)，浮體結(jié)構(gòu)包括浮體、支架、一對通過同步帶同步連接的同步帶輪以及連接在兩個(gè)同步帶輪之間的連接桿；浮體為內(nèi)部空心的鋼鐵焊接而成的密封結(jié)構(gòu)，浮體與固定在海岸或者大型浮體上的支架鉸接，使得浮體隨波浪的起伏繞支點(diǎn)擺動(dòng)；連接桿與液壓系統(tǒng)連接，將浮體擺動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成液壓能傳遞到液壓系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)高波浪能吸收效率，對一定范圍的潮位變化適應(yīng)能力強(qiáng)，減少了對環(huán)境的污染，降低了本身被破壞的概率。
【專利說明】
一種潮位自適應(yīng)的漂浮擺式波浪能發(fā)電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明設(shè)計(jì)的是一種波浪能發(fā)電裝置，更具體是涉及了一種潮位自適應(yīng)的漂浮擺式波浪能發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]用于波浪能開發(fā)的波浪能發(fā)電裝置，按照布放位置可分為岸邊波浪能發(fā)電裝置、近岸波浪能發(fā)電裝置以及離岸波浪能發(fā)電裝置。相比較而言，岸邊波浪能發(fā)電裝置可以更方便地并網(wǎng)，并且更加便于維護(hù)。但是岸邊的波浪能發(fā)電裝置的工作狀況容易受海水潮位的影響。現(xiàn)有的岸邊波浪能發(fā)電裝置，在潮位高于或低于設(shè)計(jì)水位的情況下都無法達(dá)到最優(yōu)工作狀況。
[0003]另一方面，現(xiàn)有的岸邊波浪能發(fā)電裝置，很多沒有考慮浮體外形對波浪吸收效率的影響，往往使用最簡單的圓柱體、立方體等外形。即使優(yōu)化設(shè)計(jì)了吸波浮體外形的岸邊波浪能發(fā)電裝置，其不具備隨潮位變化而改變姿態(tài)的功能，優(yōu)化了的吸波外形的優(yōu)勢無法最大程度發(fā)揮出來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種潮位自適應(yīng)的漂浮擺式波浪能發(fā)電系統(tǒng)，能夠適應(yīng)一定范圍的潮位變化，浮體隨波浪繞支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)把波浪能最終轉(zhuǎn)化成電能，始終保持在最優(yōu)設(shè)計(jì)效率下運(yùn)行。
[0005]為解決技術(shù)問題，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]本發(fā)明包括漂浮于海面的浮體結(jié)構(gòu)以及連接浮體結(jié)構(gòu)用于能量轉(zhuǎn)換的液壓系統(tǒng)，浮體結(jié)構(gòu)包括浮體、支架、一對通過同步帶同步連接的同步帶輪以及連接在兩個(gè)同步帶輪之間的連接桿;浮體為內(nèi)部空心的鋼鐵焊接而成的密封結(jié)構(gòu)，浮體與固定在海岸或者大型浮體上的支架鉸接，使得浮體隨波浪的起伏繞支點(diǎn)擺動(dòng);連接桿與液壓系統(tǒng)連接，將浮體擺動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成液壓能傳遞到液壓系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電。
[0007]所述的同步帶輪分別為位于上下方的上同步帶輪和下同步帶輪，下同步帶輪及其中心軸與支架底部剛性固定連接，上同步帶輪及其中心軸與浮體中部剛性固定連接，上同步帶輪和下同步帶輪輪面之間通過同步帶連接，上同步帶輪和下同步帶輪的中心軸分別與連接桿的兩端鉸接，所述液壓系統(tǒng)的油缸一端與連接桿的上部鉸接，另一端與支架頂部鉸接。
[0008]所述的液壓系統(tǒng)包括雙作用式液壓油缸、高壓蓄能器、低壓蓄能器、液壓馬達(dá)、液壓栗、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和配套閥組;雙作用式液壓油缸的缸體端鉸接于支架，雙作用式液壓油缸的輸出桿端鉸接于連接桿;雙作用式液壓油缸有桿腔與兩位兩通方向閥的一端連接，兩位兩通方向閥的另一端經(jīng)第二單向閥與液壓馬達(dá)的輸入端，連接，液壓馬達(dá)的輸出端經(jīng)第四單向閥與雙作用式液壓油缸無桿腔連接相通，液壓馬達(dá)連接發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電；兩位兩通方向閥的另一端依次經(jīng)電磁開關(guān)閥、液壓栗后與低壓蓄能器連接相通，低壓蓄能器經(jīng)第一單向閥后連接到兩位兩通方向閥的另一端，電動(dòng)機(jī)連接液壓栗驅(qū)動(dòng)其運(yùn)行，雙作用式液壓油缸無桿腔經(jīng)第三單向閥與高壓蓄能器連接相通，高壓蓄能器和低壓蓄能器分別連接有高壓壓力表和低壓壓力表。
[0009]所述雙作用式液壓油缸隨浮體的擺動(dòng)而伸縮，將液壓油加壓，從低壓蓄能器端注入高壓蓄能器，通過高壓蓄能器與低壓蓄能器液壓油的壓強(qiáng)差驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)做功，帶動(dòng)配套的發(fā)電機(jī)發(fā)電實(shí)現(xiàn)電能輸出。
[0010]所述的浮體漂浮于海面，其面向來波方向的著水面采用傾斜向下的內(nèi)凹曲面，以盡可能增大對波浪的能量吸收；其背向來波方向的一側(cè)著水面采用與連接桿相垂直的斜面，以減小浮體擺動(dòng)過程中后端輻射出的波浪，減小能量損失。
[0011]所述的液壓油缸一端與擺動(dòng)浮體鉸接，另一端與支架鉸接，有較大的伸縮范圍，保證能夠在一定范圍內(nèi)的不同潮位下工作。
[0012]本發(fā)明采用封閉的低壓蓄能器作為油箱，從而使整個(gè)液壓系統(tǒng)封閉運(yùn)作，避免液壓油對環(huán)境的污染。
[0013]本發(fā)明中設(shè)計(jì)了一對同步帶輪的配合，包括安裝于浮體一側(cè)的同步帶輪，安裝于支架的同步帶輪以及同步帶。在同步帶的約束下，兩同步帶輪始終保持在同一個(gè)相位，浮體相對于支架的運(yùn)動(dòng)為平動(dòng)，其可以始終以設(shè)計(jì)的特殊曲面面向來波方向?qū)崿F(xiàn)對波浪能最大程度地吸收。
[0014]本發(fā)明中，所述液壓系統(tǒng)采用雙作用式油缸，無桿腔連接兩股配有相反方向單向閥的油路，分別在伸和縮的動(dòng)作中從低壓蓄能器補(bǔ)油以及往高壓蓄能器注油;有桿腔接三股油路，其中兩路分別配有反方向的單向閥，作用與無桿腔所連接油路相同，第三路油路為驅(qū)動(dòng)油路，當(dāng)遇到惡劣海況，如臺(tái)風(fēng)、巨浪等，打開電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓栗將浮體抬出水面，防止惡劣天氣對裝置的破壞。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0016](I)以優(yōu)化的外形設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)更高的波浪能吸收效率；
[0017](2)浮體始終以設(shè)計(jì)姿態(tài)正面朝向來波方向，對一定范圍的潮位變化適應(yīng)能力強(qiáng)；
[0018](3)密封的液壓系統(tǒng)可以減少對環(huán)境的污染；
[0019](4)主動(dòng)抬升浮體的功能可以減少被破壞的概率。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖2是本發(fā)明的液壓系統(tǒng)圖。
[0022]圖3是本發(fā)明在波浪向上運(yùn)動(dòng)過程中驅(qū)動(dòng)液壓油缸收縮時(shí)，液壓系統(tǒng)內(nèi)工作過程圖。
[0023]圖4是本發(fā)明在波浪向下運(yùn)動(dòng)過程中驅(qū)動(dòng)液壓油缸伸長時(shí)，液壓系統(tǒng)內(nèi)工作過程圖。
[0024]圖5是本發(fā)明在遭遇惡劣天氣時(shí)，主動(dòng)抬升浮體避浪操作時(shí)，液壓系統(tǒng)內(nèi)的工作過程圖。
[0025]圖中的附圖標(biāo)記為:I一雙作用式液壓油缸，2—連接桿，3—下同步帶輪，4一支架，5一浮體，6—上同步帶輪，7一同步帶，8—兩位兩通方向閥，9一第一單向閥，10一第二單向閥，11一高壓蓄能器，12—高壓壓力表，13—發(fā)電機(jī)，14一液壓馬達(dá)，15—第三單向閥、16—第四單向閥，17—低壓蓄能器，18—低壓壓力表，19 一液壓栗，20—電動(dòng)機(jī)，21—電磁開關(guān)閥。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0027]如圖1所示，本發(fā)明包括漂浮于海面的浮體結(jié)構(gòu)以及連接浮體結(jié)構(gòu)用于能量轉(zhuǎn)換的液壓系統(tǒng)，浮體結(jié)構(gòu)包括浮體5、支架4、一對通過同步帶7同步連接的同步帶輪3、6以及連接在兩個(gè)同步帶輪之間的連接桿2 ；浮體5為內(nèi)部空心的鋼鐵焊接而成的密封結(jié)構(gòu)，浮體5與支架4鉸接，支架4為固定在岸邊或海底或大型浮體一側(cè)的框架結(jié)構(gòu)，對整個(gè)系統(tǒng)起支撐作用，使得浮體5隨波浪的起伏繞支架上的支點(diǎn)擺動(dòng);連接桿2與液壓系統(tǒng)連接，將浮體5擺動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成液壓能傳遞到液壓系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電。
[0028]同步帶輪3、6分別為位于上下方的上同步帶輪6和下同步帶輪3，下同步帶輪3及其中心軸與支架4底部剛性固定連接，上同步帶輪6及其中心軸與浮體5中部剛性固定連接，上同步帶輪6和下同步帶輪3輪面之間通過同步帶7連接，上同步帶輪6和下同步帶輪3的中心軸分別與連接桿2的兩端鉸接，所述液壓系統(tǒng)的油缸一端與連接桿2的上部鉸接，另一端與支架4頂部鉸接。
[0029]如圖2所示，液壓系統(tǒng)包括雙作用式液壓油缸1、高壓蓄能器11、低壓蓄能器17、液壓馬達(dá)14、液壓栗19、電動(dòng)機(jī)20、發(fā)電機(jī)13和配套閥組;雙作用式液壓油缸I的缸體端鉸接于支架4，雙作用式液壓油缸I的輸出桿端鉸接于連接桿2;雙作用式液壓油缸I有桿腔與兩位兩通方向閥8的一端連接，兩位兩通方向閥8的另一端經(jīng)第二單向閥10與液壓馬達(dá)14的輸入端，連接，液壓馬達(dá)14的輸出端經(jīng)第四單向閥16與雙作用式液壓油缸I無桿腔連接相通，液壓馬達(dá)14連接發(fā)電機(jī)13進(jìn)行發(fā)電。
[0030]兩位兩通方向閥8的另一端依次經(jīng)電磁開關(guān)閥21、液壓栗19后與低壓蓄能器17連接相通，低壓蓄能器17經(jīng)第一單向閥9后連接到兩位兩通方向閥8的另一端，電動(dòng)機(jī)20連接液壓栗19驅(qū)動(dòng)其運(yùn)行，雙作用式液壓油缸I無桿腔經(jīng)第三單向閥15與高壓蓄能器11連接相通，高壓蓄能器11和低壓蓄能器17分別連接有高壓壓力表12和低壓壓力表18。
[0031]在配套閥組的控制下，雙作用式液壓油缸I隨浮體5的擺動(dòng)而伸縮，在單向閥9、10、15、16對液壓油流向的約束下，可以從低壓蓄能器17補(bǔ)油同時(shí)向高壓蓄能器11注油。通過高壓蓄能器11與低壓蓄能器17液壓油的壓強(qiáng)差驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)14做功，帶動(dòng)配套的發(fā)電機(jī)13發(fā)電實(shí)現(xiàn)電能輸出。
[0032]浮體5漂浮于海面，其面向來波方向的著水面采用傾斜向下的內(nèi)凹曲面，以盡可能增大對波浪的能量吸收;其背向來波方向的一側(cè)著水面采用與連接桿2相垂直的斜面，以減小浮體擺動(dòng)過程中后端輻射出的波浪，減小能量損失。
[0033]在惡劣海況下，液壓栗19主動(dòng)開啟，通過低壓蓄能器17給高壓蓄能器11加壓，抬升浮體5進(jìn)行避浪，避免系統(tǒng)損傷。
[0034]上同步帶輪6與下同步帶輪3在同步帶7的約束下配合運(yùn)動(dòng)，在同步帶的約束下，兩個(gè)同步輪始終保持相位一致，即與兩個(gè)同步帶輪3、6分別剛性連接在一起的支架4與浮體5的相位關(guān)系始終不變，使得所述的浮體能夠始終以對波浪利用效率最高的姿態(tài)朝向來波方向。
[0035]本發(fā)明的具體實(shí)施工作過程如下:
[0036](I)整體系統(tǒng)在下水運(yùn)作之前，首先要對液壓系統(tǒng)進(jìn)行充油，使得液壓系統(tǒng)充滿液壓油的同時(shí)，在低壓蓄能器17中保留有一定量的富余的液壓油。
[0037](2)根據(jù)當(dāng)?shù)爻蔽蛔兓闆r調(diào)整系統(tǒng)的布放水深，使得其盡可能地適應(yīng)當(dāng)?shù)氐亩喾N潮位。
[0038](3)如圖3所示，當(dāng)波浪水位上升時(shí)，雙作用式液壓油缸I在上浮的浮體5的驅(qū)動(dòng)下收縮。無桿腔受壓流出的液壓油流經(jīng)第三單向閥15，注入高壓蓄能器U。低壓蓄能器17中的液壓油流經(jīng)第一單向閥9補(bǔ)充到雙作用式液壓油缸I的有桿腔。在液壓強(qiáng)差作用下，油液從高壓蓄能器11流經(jīng)液壓馬達(dá)14進(jìn)入到低壓蓄能器17。發(fā)電機(jī)13在液壓馬達(dá)14的帶動(dòng)下工作。
[0039](4)如圖4所示，當(dāng)波浪水位下降時(shí)，雙作用式液壓油缸I在下降的浮體5的驅(qū)動(dòng)下伸長。有桿腔受壓流出的液壓油流經(jīng)第一單向閥10，注入高壓蓄能器11。低壓蓄能器17中的液壓油流經(jīng)第四單向閥16補(bǔ)充到雙作用式液壓油缸I的無桿腔。在液壓強(qiáng)差作用下，油液從高壓蓄能器11流經(jīng)液壓馬達(dá)14進(jìn)入到低壓蓄能器17。發(fā)電機(jī)13在液壓馬達(dá)14的帶動(dòng)下工作。
[0040](5)如圖5所示，當(dāng)遭遇惡劣天氣時(shí)，調(diào)整電磁控制兩位兩通方向閥8為單向閥狀態(tài)，調(diào)整電磁開關(guān)閥21為打開狀態(tài)，同時(shí)開啟電動(dòng)機(jī)20，液壓栗19在電動(dòng)機(jī)20的帶動(dòng)下，低壓蓄能器17中的液壓油被加壓，流經(jīng)電磁開關(guān)閥21、兩位兩通方向閥8最終注入雙作用式液壓油缸I的有桿腔，驅(qū)動(dòng)雙作用式液壓油缸I收縮，實(shí)現(xiàn)對浮體5的主動(dòng)抬升。
[0041]由此本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)更高的波浪能吸收效率，能始終保持正面朝向來波方向，能很好地適應(yīng)潮位變化，減少被破壞的概率，具有突出顯著的技術(shù)效果。
[0042]最后，需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有很多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容中直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種潮位自適應(yīng)的漂浮擺式波浪能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:包括漂浮于海面的浮體結(jié)構(gòu)以及連接浮體結(jié)構(gòu)用于能量轉(zhuǎn)換的液壓系統(tǒng)，浮體結(jié)構(gòu)包括浮體(5)、支架(4)、一對通過同步帶(7)同步連接的同步帶輪(3、6)以及連接在兩個(gè)同步帶輪之間的連接桿(2);浮體(5)為內(nèi)部空心的鋼鐵焊接而成的密封結(jié)構(gòu)，浮體(5)與固定在海岸或者大型浮體上的支架(4)鉸接，使得浮體(5)隨波浪的起伏繞支點(diǎn)擺動(dòng);連接桿(2)與液壓系統(tǒng)連接，將浮體(5)擺動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成液壓能傳遞到液壓系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種潮位自適應(yīng)的漂浮擺式波浪能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述的同步帶輪(3、6)分別為位于上下方的上同步帶輪(6)和下同步帶輪(3)，下同步帶輪(3)及其中心軸與支架(4)底部剛性固定連接，上同步帶輪(6)及其中心軸與浮體(5)中部剛性固定連接，上同步帶輪(6)和下同步帶輪(3)輪面之間通過同步帶(7)連接，上同步帶輪(6)和下同步帶輪(3)的中心軸分別與連接桿(2)的兩端鉸接，所述液壓系統(tǒng)的油缸一端與連接桿(2)的上部鉸接，另一端與支架(4)頂部鉸接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種潮位自適應(yīng)的漂浮擺式波浪能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述的液壓系統(tǒng)包括雙作用式液壓油缸(I)、高壓蓄能器(11)、低壓蓄能器(17)、液壓馬達(dá)(14)、液壓栗(19)、電動(dòng)機(jī)(20)、發(fā)電機(jī)(13)和配套閥組;雙作用式液壓油缸(I)的缸體端鉸接于支架(4)，雙作用式液壓油缸(I)的輸出桿端鉸接于連接桿(2);雙作用式液壓油缸(I)有桿腔與兩位兩通方向閥(8)的一端連接，兩位兩通方向閥(8)的另一端經(jīng)第二單向閥(10)與液壓馬達(dá)(14)的輸入端，連接，液壓馬達(dá)(14)的輸出端經(jīng)第四單向閥(16)與雙作用式液壓油缸(I)無桿腔連接相通，液壓馬達(dá)(14)連接發(fā)電機(jī)(13)進(jìn)行發(fā)電； 兩位兩通方向閥(8)的另一端依次經(jīng)電磁開關(guān)閥(21)、液壓栗(19)后與低壓蓄能器(17)連接相通，低壓蓄能器(17)經(jīng)第一單向閥(9)后連接到兩位兩通方向閥(8)的另一端，電動(dòng)機(jī)(20)連接液壓栗(19)驅(qū)動(dòng)其運(yùn)行，雙作用式液壓油缸(I)無桿腔經(jīng)第三單向閥(15)與高壓蓄能器(11)連接相通，高壓蓄能器(11)和低壓蓄能器(17)分別連接有高壓壓力表(12)和低壓壓力表(18)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種潮位自適應(yīng)的漂浮擺式波浪能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述雙作用式液壓油缸(I)隨浮體(5)的擺動(dòng)而伸縮，將液壓油加壓，從低壓蓄能器(17)端注入高壓蓄能器(U)，通過高壓蓄能器(11)與低壓蓄能器(17)液壓油的壓強(qiáng)差驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)(14)做功，帶動(dòng)配套的發(fā)電機(jī)(13)發(fā)電實(shí)現(xiàn)電能輸出。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種潮位自適應(yīng)的漂浮擺式波浪能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述的浮體(5)漂浮于海面，其面向來波方向的著水面采用傾斜向下的內(nèi)凹曲面，以盡可能增大對波浪的能量吸收;其背向來波方向的一側(cè)著水面采用與連接桿(2)相垂直的斜面，以減小浮體擺動(dòng)過程中后端輻射出的波浪，減小能量損失。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種潮位自適應(yīng)的漂浮擺式波浪能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:在惡劣海況下，所述的液壓栗(19)主動(dòng)開啟，同時(shí)調(diào)整兩位兩通方向閥(8)為單向閥狀態(tài)，打開電磁開關(guān)閥(21)，將低壓蓄能器(17)的液壓油注入雙作用式液壓油缸(I)的有桿腔，抬升浮體(5)進(jìn)行避浪，避免系統(tǒng)損傷。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種潮位自適應(yīng)的漂浮擺式波浪能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:上同步帶輪(6)與下同步帶輪(3)在同步帶(7)的約束下配合運(yùn)動(dòng)，在同步帶的約束下，兩個(gè)同步輪始終保持相位一致，即與兩個(gè)同步帶輪(3、6)分別剛性連接在一起的支架(4)與浮體(5)的相位關(guān)系始終不變，使得所述的浮體能夠始終以對波浪利用效率最高的姿態(tài)朝向來波方向。
【文檔編號】F03B13/18GK105840401SQ201610243483
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】張大海, 楊景, 陳鷹, 李偉, 譚銘, 梁輝
【申請人】浙江大學(xué)