一种潮位自适应的漂浮摆式波浪能发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种潮位自适应的漂浮摆式波浪能发电系统。包括漂浮于海面的浮体结构以及连接浮体结构用于能量转换的液压系统，浮体结构包括浮体、支架、一对通过同步带同步连接的同步带轮以及连接在两个同步带轮之间的连接杆；浮体为内部空心的钢铁焊接而成的密封结构，浮体与固定在海岸或者大型浮体上的支架铰接，使得浮体随波浪的起伏绕支点摆动；连接杆与液压系统连接，将浮体摆动的机械能转化成液压能传递到液压系统进行发电。本发明能实现高波浪能吸收效率，对一定范围的潮位变化适应能力强，减少了对环境的污染，降低了本身被破坏的概率。
【专利说明】
一种潮位自适应的漂浮摆式波浪能发电系统
技术领域
[0001]本发明设计的是一种波浪能发电装置，更具体是涉及了一种潮位自适应的漂浮摆式波浪能发电系统。
【背景技术】
[0002]用于波浪能开发的波浪能发电装置，按照布放位置可分为岸边波浪能发电装置、近岸波浪能发电装置以及离岸波浪能发电装置。相比较而言，岸边波浪能发电装置可以更方便地并网，并且更加便于维护。但是岸边的波浪能发电装置的工作状况容易受海水潮位的影响。现有的岸边波浪能发电装置，在潮位高于或低于设计水位的情况下都无法达到最优工作状况。
[0003]另一方面，现有的岸边波浪能发电装置，很多没有考虑浮体外形对波浪吸收效率的影响，往往使用最简单的圆柱体、立方体等外形。即使优化设计了吸波浮体外形的岸边波浪能发电装置，其不具备随潮位变化而改变姿态的功能，优化了的吸波外形的优势无法最大程度发挥出来。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供了一种潮位自适应的漂浮摆式波浪能发电系统，能够适应一定范围的潮位变化，浮体随波浪绕支点旋转把波浪能最终转化成电能，始终保持在最优设计效率下运行。
[0005]为解决技术问题，本发明是通过如下技术方案实现:
[0006]本发明包括漂浮于海面的浮体结构以及连接浮体结构用于能量转换的液压系统，浮体结构包括浮体、支架、一对通过同步带同步连接的同步带轮以及连接在两个同步带轮之间的连接杆;浮体为内部空心的钢铁焊接而成的密封结构，浮体与固定在海岸或者大型浮体上的支架铰接，使得浮体随波浪的起伏绕支点摆动;连接杆与液压系统连接，将浮体摆动的机械能转化成液压能传递到液压系统进行发电。
[0007]所述的同步带轮分别为位于上下方的上同步带轮和下同步带轮，下同步带轮及其中心轴与支架底部刚性固定连接，上同步带轮及其中心轴与浮体中部刚性固定连接，上同步带轮和下同步带轮轮面之间通过同步带连接，上同步带轮和下同步带轮的中心轴分别与连接杆的两端铰接，所述液压系统的油缸一端与连接杆的上部铰接，另一端与支架顶部铰接。
[0008]所述的液压系统包括双作用式液压油缸、高压蓄能器、低压蓄能器、液压马达、液压栗、电动机、发电机和配套阀组;双作用式液压油缸的缸体端铰接于支架，双作用式液压油缸的输出杆端铰接于连接杆;双作用式液压油缸有杆腔与两位两通方向阀的一端连接，两位两通方向阀的另一端经第二单向阀与液压马达的输入端，连接，液压马达的输出端经第四单向阀与双作用式液压油缸无杆腔连接相通，液压马达连接发电机进行发电；两位两通方向阀的另一端依次经电磁开关阀、液压栗后与低压蓄能器连接相通，低压蓄能器经第一单向阀后连接到两位两通方向阀的另一端，电动机连接液压栗驱动其运行，双作用式液压油缸无杆腔经第三单向阀与高压蓄能器连接相通，高压蓄能器和低压蓄能器分别连接有高压压力表和低压压力表。
[0009]所述双作用式液压油缸随浮体的摆动而伸缩，将液压油加压，从低压蓄能器端注入高压蓄能器，通过高压蓄能器与低压蓄能器液压油的压强差驱动液压马达做功，带动配套的发电机发电实现电能输出。
[0010]所述的浮体漂浮于海面，其面向来波方向的着水面采用倾斜向下的内凹曲面，以尽可能增大对波浪的能量吸收；其背向来波方向的一侧着水面采用与连接杆相垂直的斜面，以减小浮体摆动过程中后端辐射出的波浪，减小能量损失。
[0011]所述的液压油缸一端与摆动浮体铰接，另一端与支架铰接，有较大的伸缩范围，保证能够在一定范围内的不同潮位下工作。
[0012]本发明采用封闭的低压蓄能器作为油箱，从而使整个液压系统封闭运作，避免液压油对环境的污染。
[0013]本发明中设计了一对同步带轮的配合，包括安装于浮体一侧的同步带轮，安装于支架的同步带轮以及同步带。在同步带的约束下，两同步带轮始终保持在同一个相位，浮体相对于支架的运动为平动，其可以始终以设计的特殊曲面面向来波方向实现对波浪能最大程度地吸收。
[0014]本发明中，所述液压系统采用双作用式油缸，无杆腔连接两股配有相反方向单向阀的油路，分别在伸和缩的动作中从低压蓄能器补油以及往高压蓄能器注油;有杆腔接三股油路，其中两路分别配有反方向的单向阀，作用与无杆腔所连接油路相同，第三路油路为驱动油路，当遇到恶劣海况，如台风、巨浪等，打开电动机带动液压栗将浮体抬出水面，防止恶劣天气对装置的破坏。
[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0016](I)以优化的外形设计实现更高的波浪能吸收效率；
[0017](2)浮体始终以设计姿态正面朝向来波方向，对一定范围的潮位变化适应能力强；
[0018](3)密封的液压系统可以减少对环境的污染；
[0019](4)主动抬升浮体的功能可以减少被破坏的概率。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的结构图。
[0021]图2是本发明的液压系统图。
[0022]图3是本发明在波浪向上运动过程中驱动液压油缸收缩时，液压系统内工作过程图。
[0023]图4是本发明在波浪向下运动过程中驱动液压油缸伸长时，液压系统内工作过程图。
[0024]图5是本发明在遭遇恶劣天气时，主动抬升浮体避浪操作时，液压系统内的工作过程图。
[0025]图中的附图标记为:I一双作用式液压油缸，2—连接杆，3—下同步带轮，4一支架，5一浮体，6—上同步带轮，7一同步带，8—两位两通方向阀，9一第一单向阀，10一第二单向阀，11一高压蓄能器，12—高压压力表，13—发电机，14一液压马达，15—第三单向阀、16—第四单向阀，17—低压蓄能器，18—低压压力表，19 一液压栗，20—电动机，21—电磁开关阀。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述:
[0027]如图1所示，本发明包括漂浮于海面的浮体结构以及连接浮体结构用于能量转换的液压系统，浮体结构包括浮体5、支架4、一对通过同步带7同步连接的同步带轮3、6以及连接在两个同步带轮之间的连接杆2 ；浮体5为内部空心的钢铁焊接而成的密封结构，浮体5与支架4铰接，支架4为固定在岸边或海底或大型浮体一侧的框架结构，对整个系统起支撑作用，使得浮体5随波浪的起伏绕支架上的支点摆动;连接杆2与液压系统连接，将浮体5摆动的机械能转化成液压能传递到液压系统进行发电。
[0028]同步带轮3、6分别为位于上下方的上同步带轮6和下同步带轮3，下同步带轮3及其中心轴与支架4底部刚性固定连接，上同步带轮6及其中心轴与浮体5中部刚性固定连接，上同步带轮6和下同步带轮3轮面之间通过同步带7连接，上同步带轮6和下同步带轮3的中心轴分别与连接杆2的两端铰接，所述液压系统的油缸一端与连接杆2的上部铰接，另一端与支架4顶部铰接。
[0029]如图2所示，液压系统包括双作用式液压油缸1、高压蓄能器11、低压蓄能器17、液压马达14、液压栗19、电动机20、发电机13和配套阀组;双作用式液压油缸I的缸体端铰接于支架4，双作用式液压油缸I的输出杆端铰接于连接杆2;双作用式液压油缸I有杆腔与两位两通方向阀8的一端连接，两位两通方向阀8的另一端经第二单向阀10与液压马达14的输入端，连接，液压马达14的输出端经第四单向阀16与双作用式液压油缸I无杆腔连接相通，液压马达14连接发电机13进行发电。
[0030]两位两通方向阀8的另一端依次经电磁开关阀21、液压栗19后与低压蓄能器17连接相通，低压蓄能器17经第一单向阀9后连接到两位两通方向阀8的另一端，电动机20连接液压栗19驱动其运行，双作用式液压油缸I无杆腔经第三单向阀15与高压蓄能器11连接相通，高压蓄能器11和低压蓄能器17分别连接有高压压力表12和低压压力表18。
[0031]在配套阀组的控制下，双作用式液压油缸I随浮体5的摆动而伸缩，在单向阀9、10、15、16对液压油流向的约束下，可以从低压蓄能器17补油同时向高压蓄能器11注油。通过高压蓄能器11与低压蓄能器17液压油的压强差驱动液压马达14做功，带动配套的发电机13发电实现电能输出。
[0032]浮体5漂浮于海面，其面向来波方向的着水面采用倾斜向下的内凹曲面，以尽可能增大对波浪的能量吸收;其背向来波方向的一侧着水面采用与连接杆2相垂直的斜面，以减小浮体摆动过程中后端辐射出的波浪，减小能量损失。
[0033]在恶劣海况下，液压栗19主动开启，通过低压蓄能器17给高压蓄能器11加压，抬升浮体5进行避浪，避免系统损伤。
[0034]上同步带轮6与下同步带轮3在同步带7的约束下配合运动，在同步带的约束下，两个同步轮始终保持相位一致，即与两个同步带轮3、6分别刚性连接在一起的支架4与浮体5的相位关系始终不变，使得所述的浮体能够始终以对波浪利用效率最高的姿态朝向来波方向。
[0035]本发明的具体实施工作过程如下:
[0036](I)整体系统在下水运作之前，首先要对液压系统进行充油，使得液压系统充满液压油的同时，在低压蓄能器17中保留有一定量的富余的液压油。
[0037](2)根据当地潮位变化情况调整系统的布放水深，使得其尽可能地适应当地的多种潮位。
[0038](3)如图3所示，当波浪水位上升时，双作用式液压油缸I在上浮的浮体5的驱动下收缩。无杆腔受压流出的液压油流经第三单向阀15，注入高压蓄能器U。低压蓄能器17中的液压油流经第一单向阀9补充到双作用式液压油缸I的有杆腔。在液压强差作用下，油液从高压蓄能器11流经液压马达14进入到低压蓄能器17。发电机13在液压马达14的带动下工作。
[0039](4)如图4所示，当波浪水位下降时，双作用式液压油缸I在下降的浮体5的驱动下伸长。有杆腔受压流出的液压油流经第一单向阀10，注入高压蓄能器11。低压蓄能器17中的液压油流经第四单向阀16补充到双作用式液压油缸I的无杆腔。在液压强差作用下，油液从高压蓄能器11流经液压马达14进入到低压蓄能器17。发电机13在液压马达14的带动下工作。
[0040](5)如图5所示，当遭遇恶劣天气时，调整电磁控制两位两通方向阀8为单向阀状态，调整电磁开关阀21为打开状态，同时开启电动机20，液压栗19在电动机20的带动下，低压蓄能器17中的液压油被加压，流经电磁开关阀21、两位两通方向阀8最终注入双作用式液压油缸I的有杆腔，驱动双作用式液压油缸I收缩，实现对浮体5的主动抬升。
[0041]由此本发明能实现更高的波浪能吸收效率，能始终保持正面朝向来波方向，能很好地适应潮位变化，减少被破坏的概率，具有突出显著的技术效果。
[0042]最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种潮位自适应的漂浮摆式波浪能发电系统，其特征在于:包括漂浮于海面的浮体结构以及连接浮体结构用于能量转换的液压系统，浮体结构包括浮体(5)、支架(4)、一对通过同步带(7)同步连接的同步带轮(3、6)以及连接在两个同步带轮之间的连接杆(2);浮体(5)为内部空心的钢铁焊接而成的密封结构，浮体(5)与固定在海岸或者大型浮体上的支架(4)铰接，使得浮体(5)随波浪的起伏绕支点摆动;连接杆(2)与液压系统连接，将浮体(5)摆动的机械能转化成液压能传递到液压系统进行发电。2.根据权利要求1所述的一种潮位自适应的漂浮摆式波浪能发电系统，其特征在于:所述的同步带轮(3、6)分别为位于上下方的上同步带轮(6)和下同步带轮(3)，下同步带轮(3)及其中心轴与支架(4)底部刚性固定连接，上同步带轮(6)及其中心轴与浮体(5)中部刚性固定连接，上同步带轮(6)和下同步带轮(3)轮面之间通过同步带(7)连接，上同步带轮(6)和下同步带轮(3)的中心轴分别与连接杆(2)的两端铰接，所述液压系统的油缸一端与连接杆(2)的上部铰接，另一端与支架(4)顶部铰接。3.根据权利要求1所述的一种潮位自适应的漂浮摆式波浪能发电系统，其特征在于:所述的液压系统包括双作用式液压油缸(I)、高压蓄能器(11)、低压蓄能器(17)、液压马达(14)、液压栗(19)、电动机(20)、发电机(13)和配套阀组;双作用式液压油缸(I)的缸体端铰接于支架(4)，双作用式液压油缸(I)的输出杆端铰接于连接杆(2);双作用式液压油缸(I)有杆腔与两位两通方向阀(8)的一端连接，两位两通方向阀(8)的另一端经第二单向阀(10)与液压马达(14)的输入端，连接，液压马达(14)的输出端经第四单向阀(16)与双作用式液压油缸(I)无杆腔连接相通，液压马达(14)连接发电机(13)进行发电； 两位两通方向阀(8)的另一端依次经电磁开关阀(21)、液压栗(19)后与低压蓄能器(17)连接相通，低压蓄能器(17)经第一单向阀(9)后连接到两位两通方向阀(8)的另一端，电动机(20)连接液压栗(19)驱动其运行，双作用式液压油缸(I)无杆腔经第三单向阀(15)与高压蓄能器(11)连接相通，高压蓄能器(11)和低压蓄能器(17)分别连接有高压压力表(12)和低压压力表(18)。4.根据权利要求3所述的一种潮位自适应的漂浮摆式波浪能发电系统，其特征在于:所述双作用式液压油缸(I)随浮体(5)的摆动而伸缩，将液压油加压，从低压蓄能器(17)端注入高压蓄能器(U)，通过高压蓄能器(11)与低压蓄能器(17)液压油的压强差驱动液压马达(14)做功，带动配套的发电机(13)发电实现电能输出。5.根据权利要求1或2所述的一种潮位自适应的漂浮摆式波浪能发电系统，其特征在于:所述的浮体(5)漂浮于海面，其面向来波方向的着水面采用倾斜向下的内凹曲面，以尽可能增大对波浪的能量吸收;其背向来波方向的一侧着水面采用与连接杆(2)相垂直的斜面，以减小浮体摆动过程中后端辐射出的波浪，减小能量损失。6.根据权利要求3所述的一种潮位自适应的漂浮摆式波浪能发电系统，其特征在于:在恶劣海况下，所述的液压栗(19)主动开启，同时调整两位两通方向阀(8)为单向阀状态，打开电磁开关阀(21)，将低压蓄能器(17)的液压油注入双作用式液压油缸(I)的有杆腔，抬升浮体(5)进行避浪，避免系统损伤。7.根据权利要求1或2所述的一种潮位自适应的漂浮摆式波浪能发电系统，其特征在于:上同步带轮(6)与下同步带轮(3)在同步带(7)的约束下配合运动，在同步带的约束下，两个同步轮始终保持相位一致，即与两个同步带轮(3、6)分别刚性连接在一起的支架(4)与浮体(5)的相位关系始终不变，使得所述的浮体能够始终以对波浪利用效率最高的姿态朝向来波方向。
【文档编号】F03B13/18GK105840401SQ201610243483
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】张大海, 杨景, 陈鹰, 李伟, 谭铭, 梁辉
【申请人】浙江大学