CN101713372A - 基于液压传动双行程做功的波浪能量吸收装置 - Google Patents

基于液压传动双行程做功的波浪能量吸收装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于液压传动双行程做功的波浪能量吸收装置。将浮力摆和液压缸相连，液压缸无杆腔输出的高压油经由控制集成阀通过高压油管接入主回路蓄能器和变量马达的进油口，变量马达的出油口输出的低压油经由低压油管接入辅助回路蓄能器并通过控制集成阀流回液压缸有杆腔，辅助回路液压泵的主轴连接辅助回路异步电机，辅助回路液压泵的进油口接油箱，出油口通过单向阀连接低压油管和溢流阀，PLC控制器和压力传感器及辅助回路异步电机电气相连。基于液压传动双行程做功的波浪能量吸收装置可将吸收波浪能量做功时间提高了一倍，一级能量转换效率更高，能量输出传递更加平稳，受波浪的冲击影响更小，发电质量得到较大提高。

Description

基于液压传动双行程做功的波浪能量吸收装置
技术领域
本发明属于波浪能源利用技术，尤其是涉及一种基于液压传动双行程做功的波浪能量吸收装置。
背景技术
目前的海洋波浪能利用装置中，无论是悬挂摆式、浮力摆式，还是点吸收式等其他波浪利用形式，大都是以单个液压缸只能以单行程做功来实现波浪能量的转换。以专利WO03036081A1为例，公开了一种浮力摆式单行程做功的波浪能量吸收装置，该装置结构简单，但存在不足之处：该装置只有在浮力摆压向液压缸一侧时液压缸才会单行程做功，也即是说该装置在每整个波浪周期内只有1/4个周期是用来吸收波浪能量做功的，因此该装置可工作做功时间短，系统一级转换效率低，且发电时断时续，发电质量较差。
发明内容
为了克服现有波浪装置技术的不足，本发明的目的在于提供可工作时间长、运行稳定、一级转换效率高、发电质量好的一种基于液压传动双行程做功的波浪能量吸收装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
本发明将浮力摆分别和两个液压缸的活塞杆相连，两个液压缸的无杆腔与各自的控制集成阀的高压端连接，两个液压缸的有杆腔与各自的控制集成阀的低压端连接，两个控制集成阀的一端通过高压油管接入主回路蓄能器和变量马达的一端，在主回路蓄能器的入口安装第一截止阀，变量马达的主轴直接和永磁同步发电机的主轴相连；两个控制集成阀的另一端通过低压油管接入辅助回路蓄能器和变量马达的另一端，在辅助回路蓄能器的入口安装第二截止阀，辅助回路异步电机的主轴直接和辅助回路液压泵的主轴相连，辅助回路液压泵的进油口通过粗过滤器连接油箱，辅助回路液压泵的出油口通过单向阀接入低压油管，低压油管上接有压力传感器和溢流阀，溢流阀连接油箱；PLC控制器分别与压力传感器和辅助回路异步电机电气连接。
所述的控制集成阀结构相同，均包括四个单向阀和两个安全阀，第一单向阀的进油口与第二单向阀的出油口串联后，第一安全阀的出油口与第二安全阀的出油口串联后，分别并联在液压缸无杆腔高压端和有杆腔的低压端之间，第一单向阀的出油口和第一安全阀的进油口接在高压端，第二单向阀的进油口和第二安全阀的进油口接在低压端，高压端经第三单向阀接入高压油管，第二单向阀进油口与第二安全阀的进油口和第四单向阀出油口连接，第一单向阀与第二单向阀的串接端经第一安全阀与第二安全阀的串接端与第四单向阀的进油口接入低压油管。
本发明具有的有益效果是：
本发明相比现有的浮力摆式波浪发电装置，基于液压传动双行程做功的波浪能量吸收装置可将吸收波浪能量做功时间提高了一倍，一级能量转换效率更高，能量输出传递更加平稳，受波浪的冲击影响更小，发电质量得到较大提高。
附图说明
附图是本发明的结构原理示意图。
图中：1、浮力摆，2-3、液压缸，4-5、活塞，6-7、活塞杆，8-15、单向阀，16-19、安全阀，20、主回路蓄能器，21、辅助回路蓄能器，22、变量马达，23、永磁同步发电机，24、PLC控制器，25、油箱，26、粗过滤器，27、辅助回路液压泵，28、辅助回路异步电机，29、单向阀，30、溢流阀，31、截止阀，32、压力传感器，33、截止阀，34-35、控制集成阀，36、高压油管，37、低压油管。
具体实施方式
如附图所示，本发明将浮力摆1分别和两个液压缸2、3的活塞杆6、7相连，两个液压缸2、3的无杆腔与各自的控制集成阀34、35的高压端连接，两个液压缸2、3的有杆腔与各自的控制集成阀34、35的低压端连接，两个控制集成阀34、35的一端通过高压油管36接入主回路蓄能器20和变量马达22的一端，在高压蓄能器20的入口安装第一截止阀31，变量马达22的主轴直接和永磁同步发电机23的主轴相连；两个控制集成阀34、35的另一端通过低压油管37接入辅助回路蓄能器21和变量马达22的另一端，在辅助回路蓄能器21的入口安装第二截止阀33，辅助回路异步电机28的主轴直接和辅助回路液压泵27的主轴相连，辅助回路液压泵27的进油口通过粗过滤器26连接油箱25，辅助回路液压泵27的出油口通过单向阀29接入低压油管37，低压油管37上接有压力传感器32和溢流阀30，溢流阀30连接油箱25；PLC控制器24分别与压力传感器32和辅助回路异步电机28电气连接。
如附图所示，所述的控制集成阀结构相同，第一控制集成阀34包括四个单向阀12、13、8、9和两个安全阀16、17，第一单向阀12的进油口与第二单向阀13的出油口串联后，第一安全阀16的出油口与第二安全阀17的出油口串联后，并联在第一液压缸2无杆腔高压端和有杆腔的低压端之间，第一单向阀12的出油口和第一安全阀16的进油口接在高压端，第二单向阀13的进油口和第二安全阀17的进油口接在低压端，高压端经第三单向阀8接入高压油管，第二单向阀13进油口与第二安全阀17的进油口和第四单向阀9出油口连接，第一单向阀12与第二单向阀13的串接端经第一安全阀16与第二安全阀16的串接端与第四单向阀9的进油口接入低压油管。
第二控制集成阀35包括四个单向阀14、15、10、11和两个安全阀18、19，第一单向阀14的进油口与第二单向阀15的出油口串联后，第一安全阀18的出油口与第二安全阀19的出油口串联后，并联在第二液压缸3无杆腔高压端和有杆腔的低压端之间，第一单向阀14的出油口和第一安全阀18的进油口接在高压端，第二单向阀15的进油口和第二安全阀19的进油口接在低压端，高压端经第三单向阀10接入高压油管，第二单向阀15进油口与第二安全阀19的进油口和第四单向阀11出油口连接，第一单向阀14与第二单向阀15的串接端经第一安全阀18与第二安全阀19的串接端与第四单向阀11的进油口接入低压油管。
所述的两个液压缸和两个控制集成阀结构相同，连接方式及作用原理完全一样，但两个液压缸的运动方向相反。
本发明包含两个独立的液压系统回路，一个是采用液压缸2和液压缸3实现能量传递的主系统回路，另一个是提供变量控制油的辅助控制系统回路。主系统回路的工作原理如下：浮力摆1把捕获的波浪能转换为机械能，并通过液压缸2和液压缸3把机械能转换为液压能，驱动变量马达22旋转，带动永磁同步发电机23发电，供负载与用户使用；波速变化引起的能量波动通过主回路蓄能器20来缓和，当波速增大时，主回路蓄能器20把多余的能量储存起来，波速减小时，主回路蓄能器20把能量释放出来，使功率输出曲线达到理想的状态。
本发明分为闭式主系统回路和补油回路两部分。主系统回路采用变量马达22，变量马达22的吸入流量直接由液压缸2和3的无杆腔供给，改变液压缸2和液压缸3的运动方向不会改变变量马达22的油液输入输出方向，因此本发明液压控制系统具有传动效率高、节省能源等特点，采用的闭式液压主系统回路不需要换向阀及换向回路就可以使液压缸2和液压缸3换向运动，使系统相对变得简单，动作灵敏，响应特性好。液压缸2或液压缸3换向运动时，液压缸无杆腔一侧转变为低压吸入侧，液压缸无杆腔从液压缸有杆腔吸油而实现卸压，液压无杆缸的吸油量从零开始逐渐增大，因而可以自动卸压，实现液压缸2或液压缸3运动平稳地换向，冲击小、噪音低。闭式主系统回路中的油液泄露由补油装置进行补充。
本发明中单向阀13、单向阀15的进油口分别与液压缸2、液压缸3的有杆腔相连，单向阀13、单向阀15的出油口分别与单向阀12、单向阀14的进油口以及溢流阀30相连，液压缸两腔的进油口处都连接有安全阀，这样设置可以很好地解决液压缸两腔的压力不超过安全阀的设定值，其中系统最高工作压力由安全阀16和安全阀18决定，这里我们选择安全阀16和安全阀18的工作压力为18MPa，而低压侧回路上的安全阀17和安全阀19的工作压力我们可以选择为2MPa。而闭式补油回路的最高工作压力则由溢流阀30进行调定，这里选择溢流阀30工作压力为2.5MPa。
由于液压系统工作时有泄漏，因而对闭式主液压系统回路必须设置补油装置。由于液压缸双向运动，因此补油装置也必须能够向两个方向提供油液。系统中单向阀12、单向阀9的出油口分别连接到液压缸2的无杆腔与有杆腔上，单向阀14、单向阀11的出油口分别连接到液压缸3的无杆腔与有杆腔上，而进油口都通过管道与补油回路相连，这样的油路连接设置，可以保证补油回路随时向主液压系统回路上液压缸的低压腔补油，防止液压系统发生爬行、振动和噪音等不良现象。补油回路的工作原理是：当压力传感器32测出来补油回路压力当低于1MPa时，PLC控制器24启动辅助回路异步电机28带动辅助回路液压泵27补油，当补油压力达到1.5MPa时，停止补油。补油装置中的辅助回路蓄能器21一方面起到补充油液的作用，使补油管路保持一定压力，防止空气渗入；另一方面也可以吸收液压系统中油液的震动，降低噪音。补油装置中的压力传感器32起压力保护的作用，压力传感器32将即时测得的补油回路压力值传送到PLC控制器24，当补油压力低到一定值时，PLC控制器24发出控制信号，启动辅助回路异步电机28工作，带动辅助回路液压泵27对主液压系统回路补油。辅助回路液压泵27的供油压力由溢流阀30调定。

Claims (2)

1.一种基于液压传动双行程做功的波浪能量吸收装置，其特征在于：将浮力摆(1)分别和两个液压缸(2、3)的活塞杆相连，两个液压缸(2、3)的无杆腔与各自的控制集成阀(34、35)的高压端连接，两个液压缸(2、3)的有杆腔与各自的控制集成阀(34、35)的低压端连接，两个控制集成阀(34、35)的一端通过高压油管(36)接入主回路蓄能器(20)和变量马达(22)的一端，在主回路蓄能器(20)的入口安装第一截止阀(31)，变量马达(22)的主轴直接和永磁同步发电机(23)的主轴相连；两个控制集成阀(34、35)的另一端通过低压油管(37)接入辅助回路蓄能器(21)和变量马达(22)的另一端，在辅助回路蓄能器(21)的入口安装第二截止阀(33)，辅助回路异步电机(28)的主轴直接和辅助回路液压泵(27)的主轴相连，辅助回路液压泵(27)的进油口通过粗过滤器(26)连接油箱(25)，辅助回路液压泵(27)的出油口通过单向阀(29)接入低压油管(37)，低压油管(37)上接有压力传感器(32)和溢流阀(30)，溢流阀(30)连接油箱(25)；PLC控制器(24)分别与压力传感器(32)和辅助回路异步电机(28)电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于液压传动双行程做功的波浪能量吸收装置，其特征在于：所述的控制集成阀结构相同，均包括四个单向阀和两个安全阀，第一单向阀的进油口与第二单向阀的出油口串联后，第一安全阀的出油口与第二安全阀的出油口串联后，分别并联在液压缸无杆腔高压端和有杆腔的低压端之间，第一单向阀的出油口和第一安全阀的进油口接在高压端，第二单向阀的进油口和第二安全阀的进油口接在低压端，高压端经第三单向阀接入高压油管，第二单向阀进油口与第二安全阀的进油口和第四单向阀出油口连接，第一单向阀与第二单向阀的串接端经第一安全阀与第二安全阀的串接端与第四单向阀的进油口接入低压油管。
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