专利名称：借助风力用油作载能体的波浪平稳发电适时自控系统的制作方法
技术领域：
本发明系借助风力并控制作为载能体的油的压力，流量，实现波浪平稳发电的适时自控系统。
节约能源，开发新能源对世界各国都已迫在眉睫。自上世纪八十年代迄今，在中国受理并已公开的有关利用海浪发电的发明专利约30余项。其中，采用连杆，摆杆，或齿轮，齿条，链条，飞轮，棘轮，棘爪，杠杆等将波浪能转变为旋转动能而发电的17项；直接用压力缸转换波浪能的有4项；其它还有多种，如用各种方法利用波浪能建立高位水池的水力发电，改进波浪能发电汽轮机的叶片结构，导向和聚集波浪的发电装置等。
直接用压力缸转换波浪能一类中公开号为CN 85100366的专利，因其工作介质为海水或空气，都不及油传递平稳和可精确控制，且对于海水必采用防腐措施。公开号为CN 85108325的专利，采用平移的液压方式。海浪扑来，固定在浮子上的受力板接受波能有限，有效的平移活塞力会更少。CN 1082148专利也是用水作工作介质。该三专利都未提及如何处理因海浪周期长对发电机持续供给高压液体的困难。CN 1199822专利采用大型联合浮体，刚性固接了多个压力油缸，还设置了高压贮能器。虽省去了海中固定构架的费用，但联合浮体本身耗去不少波浪能量。
在查询到的专利公开中，一致关注海浪的能量大，用之不尽，取之不竭。但对海浪的随机性大，即波幅，波长，周期，方向等变化大且无规律给稳定发电造成的困难，除非花巨资建水坝外，很少见到具体周详的应对方案。专利CN 1199822针对海浪的大与小，改变启动液压马达的多与少来平衡。专利CN 1381673有类似的组合飘浮结构，设置了液压稳定传输系统，还外加了一台内燃机驱动和一台电动机驱动的两台液压泵，供波浪较小时之需。但该专利转换海浪能的装置复杂，系通过棘轮组，连杆，齿轮，飞轮的传递再驱动液压泵。
本发明的目的是提供实现波浪平稳发电的适时自控系统，着眼于使变异大，不稳定的波浪能，在传递过程中借助风力适时地自动转换为终端发电机所需要的稳定能源，并注重有效地吸收和有效地转换，在不同海域实现的可行性且设备增减较易，规模可大可小，从而可较好地解决前述困难。
本发明系统中，浮动平台系空心园盘形，沿支杆的上下滑动依托于滑动套中有弹簧支承着滚球的点接触，采用万向节与压力缸的活塞杆连接，可有效地接受来自各方向波浪的冲击，克服非垂直力对上下浮动的阻碍，还因较高的盘边可挡住有碍上浮的波浪冲到平台上。特殊贮能稳压装置包括压力缸，工作室和贮能缸，补充缸，后备补充缸。浪峰抬升平台时，联动活塞压油至工作室，油满达到工作压力时，一部份油驱动液压马达联动发电机发电，室内油压升高时，一部份油进入贮能缸，缸内有重力保持定压。平台上升的同时还压缩安装在一定位置的弹簧。波峰下落时平台也下降，在弹簧释放能帮助下也可将油压至工作室。系统中的风车直接带动油泵，将油泵入高位的补充缸，有重力保持缸内定压。在工作的任何时刻，工作室，贮能缸，补充缸始终保持着动态平衡，当波浪很大超过设计的取值时，活塞压入更多的油充满工作室及贮能缸后，进入后备补充缸。当活塞不到位(可能是波幅太小或抬升力不够或活塞下降时压力不够)，压力缸间断工作室供油时，贮能缸或补充缸或后备补充缸都可供定压油给工作室。尔后通过流量的调节，保证了液压马达所需的定压定量的液压油，获得稳定转速，从而带动发电机稳定发电。
附
图1实施结构示意图附图2工作原理示意图本发明实施例结构(见图1)说明如下
三根园形支杆(10)直立，底部牢固在海底，其直径大小，高于海面的高度，制造材料以及横向的拉杆构架(9，15)等，按海洋状况及发电规模等设计确定。可随海浪波动而沿支杆上下的浮动平台(20)制成空心的圆盘形，采用金属材料或其它材料，保证完全浮于海面，其上固有沿园周等距分布的三个滑动套(19)(上下面共六个，每个套内用弹簧支承三个滚球，套的内孔与平台上的孔同心)。平台上三孔的孔径稍大于支杆的杆径，波浪起伏时，平台依靠弹簧压滚球于支杆，可顺畅地上下直线浮动。在支杆的一定高度装有弹簧(17)(其参数按波峰波谷的高度，波峰的抬升力，油的工作压力等计算确定)，下端抵住滑动套的上端。平台中央焊牢一根凸轴(18)，由万向节(16)与活塞杆(13)相连。特殊贮能稳压装置中的压力缸(12)，工作室(3)，贮能缸(1)可制成一个整体，也可分开制作，为避免能量损失油路愈短愈好，刚性固牢在构架(9，15)上。压力缸上下部分别装有进油阀(11，14供活塞下行，上行时进油用)与循环油桶(27)的出油口(26)连通，及出油阀(21，23供压力油进入工作室用)与工作室连通。工作室的下部出油口通过减压阀(5)及调节阀(6)与液压马达(7)连通，带动发电机(8)发电；室上部有溢流阀(4)通向贮能缸及进油单向阀(2)连通贮能缸；另一侧还有进油单向阀(24)连通油路(22)接受经出油阀(21或31，34)的压力油。贮能缸底部有进油口与溢流阀(4)连通及出油口与阀(2)连通，缸内装有活塞(42)，缸外活塞杆上压有重物或弹簧(41)，重力应稍大于活塞顶的面积与油工作压力之乘积。贮能缸上部有单向阀(37)连通后备补充缸(40)，缸内装有活塞(39)，缸外活塞杆上压有重物或弹簧(38)，重力应大于活塞顶的面积与油工作压力之乘积。装在构架(9)上的风车(28)有六叶片各自固定在可旋转的轴上，狂风时轴自动旋转可保护叶片不损坏，风车直接带动油泵(29)，油泵的出油口与装在近处高位的补充缸(32)的进油单向阀(30)连通，补充缸内也装有活塞(33)，缸外活塞杆上压有重物或弹簧(35)，考虑增加的阻力，重力应大于贮能缸上的重力。缸的出油口(31)连通油路(22)进工作室，上部还有出口经单向阀(36)与后备补充缸连通，由循环油桶供油给油泵，马达的出油口接单向阀(25)连循环油桶。浮动平台的直径大于1.2倍波长，即可接受两个以上波峰的抬升力；活塞的行程主要取决于波幅；压力缸的大小要考虑液压马达的工作流量(与发电机的参数有关)，波浪的抬升力，周期，工作室及贮能室容积等；压力缸的截面积取决于波浪的抬升力及马达液压油所需的工作压力等(也与发电机有关)；补充缸的尺寸与风力的大小及与油泵的位差高度有关，缸内的油压应大于液压马达工作压力30％以上。本实施例采用常规的力学，液压传动计算方法，但要综合考虑多项因素，依椐历年的海洋资料及实测的现场数椐，引用统计中最大几率处的数值还要顾及最小几率可能出现的状况。后备补充缸的容积还要考虑到不多见的大风大浪时能量的贮存。若上述实施不能满足发电量的要求，一个浮动平台上可装两个以上的压力缸，或增加风车及补充缸，贮能缸，或加大平台直径，或在海洋的不同位置设立多个类似上述结构的浮动平台进行综合平衡。
本发明系统的适时自控工作原理(见图2)浪峰抬升活塞(13)上行，压力缸(12)内的油通过单向阀(23)进入工作室(3)，当室内油满(工作室空间较小)达到压力设定值时，压力油流出经减压阀(5)，节流阀(6)进入液压马达(7)使之旋转后流出，经单向阀(25)回循环油桶(27)。减压阀的出口压力及节流阀的流量都设定为液压马达稳定转速所需要的值，以保证匹配的发电机稳定发电。由于设计确定压力缸活塞压出的流量大于液压马达的工作流量，活塞继续上行时，工作室压力升高达到溢流阀(4)的开启压力，部份油经溢流阀入贮能缸(1)，此时注入液压马达的油一直保持稳定的压力及流量。波浪特大时，活塞再上行压油，抬升贮能缸活塞(42)及重物(41)，装不下的油经单向阀(37)注入后备补充缸(40)。风车(28)直接带动油泵(29)，泵油经单向阀(30)入补充缸(32)，抬升活塞(33)及重物(35)，装不下的油经单向阀(36)进入后备补充缸。在压力缸活塞上行的同时，循环油桶的油经单向阀(14)从压力缸下部进入。波峰落下时活塞下行(在平台，活塞的重力及弹簧释放能作用下)，压油经单向阀(21)，油路(22)，单向阀(24)进入工作室。在活塞下行的同时，循环油桶的油经单向阀(11)，从压力缸的上部进入缸内。活塞无论是上行或下行，一旦不到位时(即海浪的波幅，抬升力变化大或下行力度不够等在设计值之外)，即压力缸无力供油给工作室的瞬刻，贮能缸的活塞在重物的压力下压油经单向阀(2)进入工作室；或补充缸的活塞在重物的压力下压油经单向阀(31)，油路(22)，单向阀(24)进入工作室；或后备补充缸的活塞(39)在重物(38)的压力下压油经单向阀(34)，油路(22)，单向阀(24)进入工作室。三者都能及时供给所需压力及流量的油，又都能及时地互补，即一个无力供给时另一个及时替补上，适时地自动保障稳定液压马达工作所需的液压油，也就保障了与之联动的发电机稳定发电。由于液压马达工作稳定只取决于工作室内具有一定压力的油是否充分，这就避开了波浪周期长及其变化的直接影响。
本发明系统的主要优点(1)充分考虑了波浪变化大，波幅，力度，周期，波长等都是很难圈定在一定范围内的实际困难，建立的适时自控系统可较好地解决海浪发电的这些难处。
(2)本系统采用单纯的液压传动，较其他机械传动效率高，平稳，传递同等功率的构件重量要小得多。机购简单而传递的能量可以很大。
(3)本系统的自控，没有格外的信息传递或敏感元件，是依托简单的液压平衡过程，通过普通阀门实现，直接又适时，运转成本低，维护方便。
(4)借助风力，将风车装置在同一构架上，实施方便，成本低。由于同样是将风能直接转换为液压能量，避免了风力变化的直接影响且与波浪能的转换合成为协调统一的系统。
(5)园盘形平台经万向节与活塞杆相连，由滑动套内的弹簧压球支承沿支杆上下浮动。该结构简单，浮动自如，可有效地利用各向波浪在垂直方向的抬升力，还可避免非垂直力对机构的损坏及对上下浮动的阻碍。
(6)调整系统容易，增减装置比其它机械传动简便；适应性好，规模可大可小；系统装置的制造，实现标准化系列化不难。
权利要求
1一种借助风力并控制作为载能体的油的压力，流量，实现波浪平稳发电的适时自控系统。其特征是，由可以接受多向波浪而上下浮动自如的平台，通过万向节联动装固在构架上的特殊贮能稳压装置中压力缸的活塞，将波浪能传给油。特殊贮能稳压装置包括压力缸，工作室，贮能缸，后备补充缸及补充缸。装置在同一构架上的风车直接带动油泵，泵出的油注入补充缸。压力缸活塞将油压入工作室，室内油满达到一定压力时，压力油流出经减压阀，节流阀注入液压马达，使之旋转，联动发电机发电。从液压马达的出油经单向阀回循环油桶。由于设计确定的压力缸活塞压油量大于液压马达的工作油量，活塞继续压油时，室内油压升高，达到溢流阀的开启压力，部份油经溢流阀入贮能缸，此时注入液压马达的油一直保持稳定的压力及流量。波浪特大时，活塞再压油，抬升贮能缸活塞及重物至上部，装不下的油经单向阀注入后备补充缸。补充缸装不下的油也进入后备补充缸。压力缸活塞无论是上行或下行，一旦不到位时，即压力缸无力供油给工作室的瞬刻，贮能缸或补充缸或后备补充缸都能在各自的重物重力作用下，压油至工作室，供给所需压力及流量的油，又都能及时地互补，即一个无力供给时另一个及时替补，适时地自动保障稳定液压马达工作所需的液压油，全过程循环回用。
2根椐权利要求1所述的上下浮动自如的平台，其关联的特征是制成空心的(采用金属或其它材料)圆盘形平台，其上固有沿园周等距分布的三个滑动套(上下面共六个，每个套内用弹簧支承三个滚球，套的内孔与平台上的孔同心)。平台上三孔的孔径稍大于支杆的杆径，三根园形支杆直立，底部牢固在海底，其直径大小，高于海面的高度，制造材料以及横向的拉杆构架等，按海洋状况及发电规模等设计确定。沿支杆的一定高度装有弹簧(其参数按波幅，波峰的抬升力，油的工作压力等计算确定)，下端抵住平台滑动套的上端。平台中央焊牢一根凸轴，用万向节与压力缸中活塞杆相连。平台的直径大于1.2倍波长可浮在两个以上的波峰上。平台上也可对称分布多根凸轴，用万向节与多个压力缸中的活塞杆相连。
3根椐权利要求1所述的特殊贮能稳压装置，其中的压力缸，工作室及贮能缸宜于制作成一个整体也可分开制作(应尽量缩短油路)。贮能缸，补充缸及后备补充缸活塞杆上压的重物也可改用弹簧。补充缸及后备补充缸都可设立多个，视波浪，风力的状况，平台构架及发电量的要求等确定。工作室也可换成油路集成块匹配阀门控制。
4根椐权利要求1所述的装在同一构架上的风车，其叶片固定在各自的轴上，轴的两端有一定力度的弹簧紧拉，狂风来时，风力大于弹簧的拉力时，轴自转至叶片接受风力平衡的位置，风力小时在弹力作用下轴自转回位，保护风车不受狂风破坏。
5根椐权利要求1所述的波浪平稳发电适时自控系统，若不能满足发电量的要求，可加大平台直径，或增加整套特殊贮能稳压装置或增加风车及个别缸，或在海洋的不同位置设立多个本发明系统进行综合平衡。
全文摘要
本发明系借助风力并控制作为载能体油的压力，流量，实现波浪平稳发电的适时自控系统。特征是，可以接受多向波浪而上下浮动自如的平台，通过万向节联动装固在构架上的压力缸活塞，压油至工作室，室内油满达到定压时，压力油经减压阀，节流阀注入液压马达，联动发电机发电。装置在同一构架上的风车直接带动油泵，泵出的油入补充缸，后备补充缸。活塞压油量大于液压马达工作油量，工作室内油压升高达溢流阀开启压力时，部分油经溢流阀入贮能缸，后备补充缸。一旦活塞无力供油给工作室瞬刻，其它缸都能替补，在各自的重物重力作用下，压油至工作室，适时地自动保障稳定发电。可较好地解决海浪变化大对波浪发电实际应用的阻碍。
文档编号F03B13/14GK1587675SQ20041005099
公开日2005年3月2日 申请日期2004年8月4日 优先权日2004年8月4日
发明者周铁珊, 齐立礼 申请人:齐立礼, 周铁珊