CN102022248A

CN102022248A - 一种浮动式海浪发电系统

Info

Publication number: CN102022248A
Application number: CN2010102901377A
Authority: CN
Inventors: 杨超
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-25
Filing date: 2010-09-25
Publication date: 2011-04-20

Abstract

一种浮动式海浪发电系统，其特征为系统由八组杠杆式浮体结合具有液压泵功能的液压蓄能转换装置构成。在浮动工作平台7上通过支撑铰链支座10、11连接着八组杠杆2和浮体1，能够将海浪上下起伏较大的位移转变为活塞杆4的较小的位移，并且使浮体所受的较小的力通过杠杆转变为活塞杆上较大的力。由活塞杆带动液压缸3将液压能通过连通油管5、高压油管6、液压油箱以及每组四个单向阀切换传递到液压发电控制室9内的液压马达，驱动发电机工作。该系统能够对间歇性不稳定的海浪能进行高效率的吸收转化和蓄积，并缓冲了海浪的破坏作用。浮动平台通过调整锚链8的长度可以适应不同的海域，在各种不同海况下利用海浪的落差将海洋表面波浪所具有的动能和势能转换蓄积为液压机械能，驱动发电机不间断地提供电力来源。

Description

一种浮动式海浪发电系统

技术领域

本发明涉及一种浮动式海浪发电系统，特别的涉及一种八组杠杆式浮体结合具有液压泵功能的液压蓄能转换装置所构成的浮动式海浪发电系统。

背景技术

利用海洋能量发电具有储量巨大、能量强且环保等众多优势，所以人类很早就开展了利用海洋能量发电的研究，早在1799年一位法国人便发明了海浪发电，到了1911年便诞生了世界上第一个海浪发电装置。上世纪七十年代以来，由于能源危机，西方主要国家都投入了大量人力物力进行海洋能量发电的研究，中国、印度等发展中国家也陆续开展了各种海浪发电的研究(《发电设备》2007年第6期)。

海浪发电的种类很多，装置主要分为设置在岸上的和漂浮在海里的两大类，如CN101311524A所公开的就是一种海岸固定式海浪发电系统，而CN101169097A则是一种漂浮式海浪发电系统。海浪发电系统就能量传递形式而言有采用直接机械传动如CN1279349A、低压水力传动如USP3973864、高压液压传动如CN85108325A以及气动传动如CN100359159C。实际上根据其原理可以最简单地分为空气式如CN101158329A、摆式如CN100516508C与聚波蓄能式三种。也有些文献中把海浪发电装置分为点头鸭式、筏式、软管泵式、波能组件式、串联折叶式、多共振荡水柱式、海蚌式、摆板式、后向弯管浮体式等十余种(《海洋技术》第12卷第3期1993年9月)。

在这些众多的海浪发电方式中，相对于固定式的海浪发电系统而言，浮动式的海浪发电装置(如同USP4438343、CN1023338C、CN101368536A等现有技术所公开的海浪发电系统)由于具有适应不同水深的海域，并且不受涨潮落潮的影响，还可以非常方便的转移工作地点等优势而受到格外重视。

众所周知的海浪能发电利用中的难点除了海浪的巨大破坏力和工程上实施非常困难以外，还有一个特别困难的地方就是海浪的不稳定性和间歇性所造成的利用上的困难。如何高效率地捕集和蓄积不稳定的海浪能量一直是个难题。合理设计浮动式海浪发电系统的能量吸收转换装置对于提高整个发电系统的能量转换效率、运行可靠性、设备寿命以及系统的经济性都有着极大的影响。

在海浪发电装置的现有技术中使用浮体换能装置的有很多，如CN1534188A公开了一种浮体拉杆固定式海浪发电的设计方案。多组浮体联装显然对吸收捕集不稳定的海浪能量有利，在现有技术中也有这样的设计报道，如CN1417467A公开了一种采用六个或六个以上的浮箱和复杂的齿轮设计结构的发电系统；USP6476511中也公开了多浮体结构的海浪发电系统。但这些已有技术并不具有缓冲蓄积能量的功能，而且其复杂的结构很容易被海浪的破坏力所损毁。

采用浮体与杠杆相结合的设计也有报道，如CN1155627A在其固定集水柱式海浪发电系统中就采用了浮体结合杠杆的设计结构，但这种固定式的集水柱形设计并不能够很好地适应潮水的涨落，难以高效率地吸收捕集不稳定和间歇性的海浪能量，其固定式的杠杆结构同样很容易被海浪损毁。在现有技术中尚没有发现能够有效缓冲和捕集海浪能量采用八组杠杆式浮体结构设计的浮动式海浪能一次转换装置。

海浪能的一次转换装置将海浪能量转换为另一种形式的机械能后，还须再通过透平-发电机组二次转换为电能。通常有用空气透平的如CN101285450A和CN101251079A；也有用水轮机的如CN1274045A；更多的是在海浪发电系统中使用液压透平，如USP5461862、CN1032442C、CN1142572A和CN1587675A等都在其海浪发电系统中使用了液压装置。采用液压传动的好处在于比较平稳且易于工程实施。

液压泵是液压系统中的重要动力元件，依靠密闭工作容积的改变实现吸、压液体，从而将机械能转换蓄积为液体的液压能，如CN1095934C、DE-A-2921381中便公开了在其海浪发电系统中使用了液压泵。但无论是齿轮泵、叶片泵、柱塞泵或螺杆泵形式的液压泵大都结构精密，对使用工况、使用环境和维护条件要求较高。在海浪发电的高盐、高湿以及风浪造成的剧烈震动等恶劣工作环境下，结构越精密的液压泵越容易出现故障影响整个系统的运行。使用结构简单、坚固耐用、易于维护的具有液压泵功能的装置对保障整个海浪发电系统长周期运转至关重要。利用四个可切换的单向阀和液压油缸即构成具有液压泵功能的海浪能转换蓄积系统在现有技术中尚未见报道。

虽然在已有技术中采用浮体结合液压装置设计的海浪发电系统也有报道，如USP4453894、CN1199822A中都公开了一种多组浮筒和液压装置结合的固定式海浪发电系统。但在现有技术中尚没有发现八组杠杆式浮体结合具有液压泵功能的液压蓄能转换装置的浮动式海浪发电系统。

发明内容

为了解决已有技术中所存在的不足，本发明提供了一种利用海浪落差由八组杠杆式浮体结合具有液压泵功能的液压蓄能转换装置所构成的浮动式海浪发电系统。其特征为在一带锚链的浮动工作平台上通过支撑铰链支座连接着八组杠杆式浮体，通过活塞杆带动液压缸将液压能通过连通油管、高压油管、液压油箱以及每组四个单向阀切换传递到液压发电控制室内的液压马达，驱动发电机工作。

本系统与其他海浪发电技术相比有以下优点：

1、本发明所述的浮动式海浪发电系统中的浮体采用完全封闭式结构使出力可控，采用八组浮体联装可以高效率地捕获不稳定和间歇性的海浪能量。

2、本发明所述的浮动式海浪发电系统中的浮体与液压缸采用杠杆和支撑铰链支座连接。杠杆连接可以使浮体上下较大的位移转变为活塞杆较小的位移，并且使浮体所受的较小的力转变为活塞杆上的较大的力，本发明充分利用了这样的杠杆原理，既减小了海上大风大浪的破坏作用，又增加了液压缸活塞的受力，比较有效地改变了整个系统在海上的工作环境，适应了不同的海浪变化情况。

3、本发明所述的浮动式海浪发电系统中的浮动工作台完全漂浮在海而上，平台底部通过锚链连接固定在海底，以适应将整个系统放置在不同的海域，并使浮动工作平台在有限范围内海平面的起伏；调整锚链长度可使本系统适应不同水深的海域，并且不受涨潮落潮的影响，还可以非常方便的转移工作地点。

4、本发明所述的浮动式海浪发电系统中的液压马达和发电机及控制系统放置在浮台中央的封闭式液压发电控制室内，可以有效保护内部设备免受海水侵蚀，稳定提升发电装置的可靠性使设备不易发生故障；而浮动平台上的液压缸或杠杆式浮体发生故障时拆装维修方便，不影响整个系统的工作。

5、本发明所述的浮动式海浪发电系统中的液压蓄能转换装置由液压缸、活塞杆、单向阀、连通油管、高压油管、液压油箱和液压马达构成；液压系统传动较平稳，可以减少冲击并缓冲蓄能，由于减少了机械传动从而减少了机械故障，而且方便布置和易于实现自动化控制。

6、本发明所述的浮动式海浪发电系统中的每组液压缸与四个单向阀连接，随浮体的上下运动在液压缸内做上下往复运动，在四个单向阀的作用下，使液压缸起到了液压泵的作用，能够很好的适应海浪发电情况下的恶劣工作环境，保障系统长周期无故障地工作。

本发明所提供的浮动式海浪发电系统是一种无污染的绿色环保发电系统，漂浮在海平面上不受海域及天气变化的影响全天候工作，利用海浪的落差将海洋表面波浪所具有的间歇性不稳定的动能和势能高效率地转换蓄积为液压机械能，驱动发电机不间断地提供电力来源，并具具有缓冲海浪破坏作用和抵抗风浪损毁能力强的特点，制造成本低廉并且维护方便不易发生故障。

附图说明

现在将参阅附图说明来进一步叙述本发明的优选实施例，其中：

图1是本发明的实施效果图。

图2是本发明的动力传递原理图。

图3是本发明的工作原理图之一。

图4是本发明的工作原理图之二。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明：

图1中，浮动工作平台7的周围设置有多个支撑铰链支座11，在浮动平台中央设置有液压发电控制室9，并在浮动工作平台的底部通过锚链8固定于海底，使浮动工作平台在有限范围内的海平面上起伏。

八组杠杆2分布在浮动工作平台周围，并与铰链支座铰接，八个浮体1连接在杠杆的伸出浮动工作平台端，且漂浮在水面上，随海浪作上下运动。杠杆的内端与铰接在浮动工作平台上的液压缸3内的活塞杆4铰接。从而使浮体的上下运动通过杠杆作用带动活塞杆，使活塞杆在液压缸内做轴向往复运动。

在液压缸的上端和下端分别开有两个油口，一个进油口和一个出油口。凹个油口分别与单向阀12、13、14、15连接。单向阀12和单向阀14与系统供油管5连接；单向阀13和单向阀15与系统高压油路6连接。高压油路6与液压执行单元液压马达16连接，18为液压油箱。液压马达16再带动发电机17工作，从而得到电力能源。

本系统中液压油箱、液压马达、发电机以及控制单元安装在浮动工作平台中央的液压发电控制室内。

在图2的动力传递原理图中，浮体1漂浮在海面上，随着海浪的起伏而作上下运动；八组杠杆2与八个浮体1铰链连接，杠杆通过铰链支座11与浮动工作平台7连接，并且在杠杆的内端通过铰链与活塞杆4铰接，由于杠杆作用就将浮体随海浪起伏的大位移转变成了活塞杆上下运动的小位移，并且增大了活塞杆的受力。液压缸3底部设计有耳环，通过铰链支座10与浮动工作平台铰接，这样活塞杆受力时液压缸可以做一些摆动，以便让液压缸更好的受力及活塞杆的对中。在液压缸的端部和尾部分别设计有两个油口，在这四个油口分别装有单向阀12、13、14、15。在高压油管6驱动液压马达16转速稳定。在液压马达的输出端连接发电机17工作，从而实现海浪能向电能的转变。

如图3所示工作原理图一中，当海浪过来，浮体1随着海浪上浮向上运动时，浮力通过杠杆2将动力传递给活塞杆4，活塞杆受力向下运动压缩液压缸3底部腔室的液压油，底部腔室压力升高，由于单向阀作用，使得单向阀14关闭，单向阀15打开连通高压油管6。同时，由于活塞杆带动活塞向下运动，使得液压缸上部腔室产生负压，从而使单项阀13关闭，单向阀12打开连通油管5吸油。这样液压油就从油箱18通过油管5和单向阀12进入液压缸上部腔室实现吸油；同时压缩液压缸3底部腔室，使得底部腔室的液压油通过单向阀15连通油管6给系统供油驱动液压马达16工作，从而驱动发电机17工作输出电能，实现电能转换。

如图4所示工作原理图二中，当海浪过去，浮体1随着海浪下落向下运动时，浮力通过杠杆2将动力传递给活塞杆4，活塞杆受力向上运动压缩液压缸3上部腔室的液压油，上部腔室压力升高，由于单向阀作用，使得单向阀12关闭，单向阀13打开连通高压油管6。同时，由于活塞杆带动活塞向上运动，使得液压缸下部腔室产生负压，从而使单项阀15关闭，单向阀14打开连通油管5吸油。这样液压油就从油箱18通过油管5和单向阀14进入液压缸下部腔室实现吸油；同时压缩液压缸上部腔室，使得上部腔室的液压油通过单向阀13连通油管6给系统供油驱动液压马达16工作，从而驱动发电机17工作输出电能，实现电能转换。

由上可知，无论浮体随着海浪向上还是向下运动，通过本发明的浮动式海浪发电系统都能持续不断的提供压力油供液压马达旋转工作，从而驱动发电机工作输出电能，实现海浪能向电能的转换。

上述详细说明是针对本发明的一可行实施范例具体说明，惟该实施范例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims

1.一种浮动式海浪发电系统，其特征为系统包括八组杠杆式浮体结合具有液压泵功能的液压蓄能转换装置，在带锚链8的浮动工作平台7上通过支撑铰链支座10、11连接着八组杠杆2和浮体1，通过活塞杆4带动液压缸3将液压能通过连通油管5、高压油管6、液压油箱以及每组四个单向阀切换传递到液压发电控制室9内的液压马达，驱动发电机工作。

2.按权利要求1所述的浮动式海浪发电系统，其特征为浮体采用完全封闭式结构。

3.按权利要求1所述的浮动式海浪发电系统，其特征为浮体与液压缸采用杠杆和支撑铰链支座连接。

4.按权利要求1所述的浮动式海浪发电系统，其特征为液压蓄能转换装置由液压缸、活塞杆、单向阀、连通油管、高压油管、液压油箱和液压马达构成。

5.按权利要求4所述的液压蓄能转换装置，其特征为每组液压缸与四个单向阀连接。

6.按权利要求1所述的浮动式海浪发电系统，其特征为由浮体、杠杆、活塞杆和液压缸组成的转换装置单元共有八组。

7.按权利要求1所述的浮动式海浪发电系统，其特征为液压马达和发电机及控制系统放置在工作浮台中央的封闭式液压发电控制室内。

8.按权利要求1所述的浮动式海浪发电系统，其特征为浮动工作平台底部通过可以调整长度的锚链连接固定在海底。