功率解耦型波浪能发电装置液压传动系统的制作方法

功率解耦型波浪能发电装置液压传动系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种功率解耦型波浪能发电装置液压传动系统，该传动系统由能量捕获单元、压力保护单元、整流单元、变压单元、调速单元、蓄能单元、发电单元组成；该装置的传动系统根据液压变压的原理，将液压马达与变量泵连轴，将低压、大流量的输入功率转换为高压、小流量的输出功率，使之更适合传动及控制；同时，本实用新型能够根据不同的工作海况实时调整变压比稳定液压马达及发电机的输出转速，使用高压皮囊式蓄能器进一步平稳压力波动，实现变压网络到准恒压网络的转换，解决波浪能发电装置传动系统输入与输出的功率耦合问题。
【专利说明】功率解耦型波浪能发电装置液压传动系统

【技术领域】
[0001] 本实用新型属于海洋波浪能开发及利用【技术领域】，具体涉及一种功率解耦型波浪 能发电装置液压传动系统。

【背景技术】
[0002] 在众多类型的海洋波浪能发电设备中，液压式波浪能发电装置应用非常广泛，这 主要是由于液压传动系统具有传动功率大、结构小、响应速度快、可以实现无级变速、易实 现过载保护等优点，并且液压系统的泵--马达模式切换容易，非常适合应用在海洋波浪 能发电这种低速、大功率的设备中，目前国际上已成熟应用的多个波浪能发电装置均采用 液压传动作为动力传递系统。但是，由于海洋波浪能的特点使得波浪能发电装置传动网络 的输入端为低压、大流量的功率输入，且输入功率为不稳定、不连续甚至是快速突变的，这 使得系统中液压元件的效率降低，非常不利于对系统的控制作用。
[0003] 目前，国内外波浪能发电装置中大多采用大容量蓄能器平稳流量与压力波动实现 输入输出功率的解耦。但大容量蓄能器存在着成本高、重量大，长时间使用发生泄漏等不利 因素，更主要的是低压、大流量的功率输入使得蓄能器的反映迟缓，且容易混入气体，严重 影响液压系统的正常工作状态。上述缺陷不仅限制了液压传动系统对功率的调节与控制作 用，也增加了系统的不可靠性。
[0004] 中国专利CN101737241A公开了一种"基于液压传动的波浪发电蓄能稳压恒频方 法及其装置"，该装置主要依靠大容量蓄能器来吸收波浪变化引起的能量波动，通过改变马 达排量来实现对发电机转速的调节；此种方法的调速范围窄，不宜进行平稳速度控制，依然 会对发电机组造成冲击。因此，有必要设计一种全新的应用于波浪能发电装置中的液压传 动系统及其控制方法，在不增大容量的前提下充分发挥蓄能器蓄能、吸收压力/流量脉动 的作用，并实现输入与输出功率的解耦。


【发明内容】

[0005] 为克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种功率解耦型波浪能发电装置液 压传动系统，根据液压变压的原理，将低压、大流量的输入功率转换为高压、小流量的输出 功率，提高液压元件的工作效率；使用本实用新型时，能够根据不同的工作海况实时调节马 达输出转速，稳定发电机的转速在合理的范围内变化，同时使用高压皮囊式蓄能器进一步 平稳压力波动，实现变压网络到准恒压网络的转换，解决波浪能发电装置传动系统输入与 输出的功率耦合问题。
[0006] 为了解决上述技术问题，本实用新型是通过下述技术方案实现的：
[0007] -种具有功率解耦能力的波浪能发电装置液压传动系统，包括浮筒和液压缸，二 者通过万向铰链A相连；液压缸通过万向铰链B与水下舱体相连，水下舱体中具有液压传动 系统、联轴器A和发电机；其特征在于，液压缸的上行腔和下行腔上安有起安全限压作用的 压力保护单元，压力保护单元与位于液压管路中的液压整流桥路相连，液压整流桥路将双 向液压油转换为单一方向泵入液压传动系统的液压马达Ml中；所述的液压传动系统包括 液压马达Ml、联轴器B、变量泵、液压马达M2和油箱，液压马达Ml通过联轴器B与变量泵同 轴安装，变量泵输送的高压油驱动另一个液压马达M2转动，液压马达M2通过联轴器A带动 发电机转动，变量泵输送的低压油驱动流回油箱中，在此油路中安装单向阀C1和单向阀C2 保证变量泵转速下降时不产生液压油倒吸现象，并且此油路中安装起吸收压力、流量脉动 和稳定功率输出作用的高压皮囊式蓄能器；在液压马达M2的出油口安装单向阀C3,防止马 达转速下降时产生液压油倒吸现象。
[0008] 上述的压力保护单元包括单向阀S1、单向阀S2、溢流阀R1和溢流阀R2,单向阀S1 和溢流阀R1对液压缸的上行腔起安全限压作用，当上行腔A 口压力高于溢流阀R1的调定 压力时，溢流阀R1导通，高压油回流到低压腔A 口；单向阀S2和溢流阀R2对液压缸的下行 腔B 口压力起安全限压作用。
[0009] 上述的液压整流桥路包括单向阀K1、单向阀K2、单向阀K3和单向阀K4,当液压缸 的活塞杆向上运动时，高压油通过单向阀K3驱动液压马达Ml，而低压油通过单向阀K2流回 液压缸下行腔B 口的；当液压缸的活塞杆向下运动时，高压油通过单向阀K4驱动液压马达 M1，而低压油通过单向阀K1返回液压缸的上行腔A 口。
[0010] 上述的液压传动系统还包括具有输入功率与输出功率解稱作用的变量机构、电磁 节流阀和测速泵，变量机构安装于变量泵上，测速泵与变量泵同轴安装，液压缸上安有电磁 节流阀，测速泵自动地输出与转速成比例的控制流量，并在电磁节流阀上产生控制压差。
[0011] 上述的液压马达Ml和变量泵同轴安装构成液压变压器，将低压、大流量的输入转 换为高压、小流量的输出，液压变压比λ计算公式为：
[0012]

【权利要求】
1. 一种具有功率解耦能力的波浪能发电装置液压传动系统，包括浮筒（1)和液压缸(3)，二者通过万向铰链A (2)相连；液压缸通过万向铰链B (4)与水下舱体（6)相连，水下舱 体（6)中具有液压传动系统（7)、联轴器A(8)和发电机（9);其特征在于，液压缸的上行腔 和下行腔上安有起安全限压作用的压力保护单元，压力保护单元与位于液压管路（5)中的 液压整流桥路相连，液压整流桥路将双向液压油转换为单一方向泵入液压传动系统的液压 马达Ml (18)中；所述的液压传动系统包括液压马达Ml (18)、联轴器B (19)、变量泵（20)、液 压马达M2(21)和油箱（22)，液压马达Ml通过联轴器B与变量泵同轴安装，变量泵输送的高 压油驱动另一个液压马达M2转动，液压马达M2通过联轴器A带动发电机转动，变量泵输送 的低压油驱动流回油箱中，在此油路中安装单向阀C1 (23)和单向阀C2(24)保证变量泵转 速下降时不产生液压油倒吸现象，并且此油路中安装起吸收压力、流量脉动和稳定功率输 出作用的高压皮囊式蓄能器（25);在液压马达M2的出油口安装防止马达转速下降时产生 液压油倒吸作用的单向阀C3 (30)。
2. 如权利要求1所述的液压传动系统，其特征在于，所述的压力保护单元包括单向阀 S1 (10)、单向阀S2 (12)、溢流阀R1 (11)和溢流阀R2 (13)，液压缸（3)的上行腔A 口端安装 单向阀S1和溢流阀R1，液压缸下行腔B 口端安装单向阀S2和溢流阀R2。
3. 如权利要求1所述的液压传动系统，其特征在于，所述的液压整流桥路包括单向阀 K1 (14)、单向阀K2 (15)、单向阀K3 (16)和单向阀K4 (17)，液压缸（3)活塞杆向上运动产生 的高压油通过单向阀K3驱动液压马达Ml (18)，低压油通过单向阀K2流回液压缸下行腔B 口；液压缸活塞杆向下运动产生的高压油通过单向阀K4驱动液压马达M1，低压油通过单向 阀K1返回液压缸的上行腔A 口。
4. 如权利要求1所述的液压传动系统，其特征在于，所述的液压传动系统还包括具有 输入功率与输出功率解耦作用的变量机构（26)、电磁节流阀（27)和测速泵（28)，变量机构 安装于变量泵（20)上，测速泵与变量泵同轴安装，液压缸（3)上安有电磁节流阀。
5. 如权利要求1所述的液压传动系统，其特征在于，液压马达Ml (18)和变量泵（20)同 轴安装构成液压变压器，将低压、大流量的输入转换为高压、小流量的输出；此输出回路中 安装溢流阀（29)，溢流阀安装在高压皮囊式蓄能器（25)的出口，其泄油口与油箱（22)相 连，用以消除压力峰值，液压变压比λ计算公式为： Pm Dp其中Pp为变量泵的输出压力，Pm为液压马达Ml的输入压力，Dp为变量泵的排量，D m为 液压马达Ml的排量。
6. 如权利要求1所述的液压传动系统，其特征在于，测速泵（28)和变量泵（20)构成发 电机（9)的调速单元，启动测速泵可通过调节变量泵的排量D p，抵消变量泵转速ωι变化对 发电机转速ω2产生的影响，实现发电机转速调节；计算公式如下所示： ω ^':D\,+c\B2^J2s) '' D-,,+r((fi:+./:.v)其中，Dp为变量泵的弧度排量，Dg为液压马达Ml的弧度排量，ct为液压系统总的泄漏 系数，Tg为发电机负载转矩，J2为作用在液压马达M2与发电机转轴上所有部件总的转动惯量，B2为作用在液压马达M2发电机转轴上的粘性阻尼系数。
【文档编号】F15B1/02GK203835609SQ201420246554
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】崔晓, 程永强, 初士博, 惠力, 鲁成杰, 王志, 王成响 申请人:山东省科学院海洋仪器仪表研究所