CN102269105B

CN102269105B - 一种漂浮式全液压海浪发电装置

Info

Publication number: CN102269105B
Application number: CN2011101795290A
Authority: CN
Inventors: 刘延俊; 谢玉东; 彭建军; 李超; 程波; 郝宁; 李端松; 孙兴旺; 崔中凯; 刘计斌; 李玉
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong Huate Tuojiang Intelligent Equipment Co ltd
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: CN102269105A

Abstract

本发明属于海浪发电技术领域，是一种漂浮式全液压海浪发电装置。它包括上浮体6、定位浮筒9、桁架13、发电机15、液压马达22、溢流阀23、发电油缸25、主浮筒26，其特征是它还包括差动盘11、调节浮筒16、空气压缩机19、单向阀桥24、防水透气管28、环状油箱29。本发明有效地将海浪能转换为电能，适用海域广，能根据具体海域情况来自由调节自身参数，高效工作。设计可靠，制造简单，维护成本低，利于推广应用。

Description

一种漂浮式全液压海浪发电装置

技术领域

本发明属于海浪发电技术领域，涉及一种漂浮式全液压海浪发电装置。

背景技术

海浪发电技术，是目前世界公认的一种对环境影响小、发展前景广阔的可再生新能源技术。利用海浪提取电能，不排放二氧化碳、二氧化硫等对环境危害极大的气体，而且海浪资源丰富，我国广阔的海域蕴藏着极其巨大的海浪能量。因此，发展海浪发电技术，解决海浪发电的关键技术问题并最终实现产业化发展对我国的未来具有重大意义。

目前，比较成熟的海浪发电装置主要有以下几种：一是震荡水柱型，用一个容积固定的、与海水相通的容器，通过海浪产生的水面位置的变化引起容器内空气体积的变化，用压缩空气驱动叶轮，带动发电装置发电。二是机械型，利用波浪的运动推动装置的活动部分-鸭体、阀体、浮子等，活动部分压缩油、水等中间介质，通过中间介质推动转换发电装置发电。三是流水型，利用收缩水道将波浪引入高位水库行成水位差(水头)，利用水头直接驱动水轮发电机组发电。这几种类型的海浪发电装置各有所长，但有一个共同的特点是海浪能转换成电能的中间环节多，效率低，基建投资大，电力输出波动性大，造价高，海上施工困难。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种效率高、制造成本低的漂浮式全液压海浪发电装置，它能够为海洋发电提供方便。

本发明采用以下技术方案：

一种漂浮式全液压海浪发电装置，包括顶盖、支撑架、蓄能器、上浮体、缆绳、定位浮筒、定位配重、桁架、水密接头、发电机、支架、上浮体配重、联轴器、液压马达、溢流阀、发电油缸、主浮筒、孔盖、避雷针、电缆、导向滚轮，顶盖通过支撑架和上浮体相连；上浮体由多块子浮体连接而成；避雷针固定在顶盖上；发电油缸的缸筒和主浮筒相连，发电油缸的活塞杆和顶盖相连；孔盖位于主浮筒的顶部，孔盖与主浮筒之间安装有密封圈；发电机固定在主浮筒内部；液压马达通过支架、联轴器和发电机相连，并通过支架固定在主浮筒内部；缆绳两端分别连接主浮筒和桁架，缆绳中心与定位浮筒连接；多个定位浮筒均布在上浮体周围；定位配重垂吊在定位浮筒下端；水密接头位于主浮筒下端的小孔里；导向滚轮固定在上浮体上；其特征在于它还包括蓄电池、逆变器、差动盘、主体配重、调节浮筒、空气压缩机、单向阀桥、防水透气管、环状油箱、窗体销、调节片、折页；环状油箱安装在主浮筒上，环状油箱采用环形全密封结构；蓄电池、逆变器、空气压缩机固定安装在主浮筒内；主体配重通过缆绳垂吊在差动盘底部；调节浮筒固定在主浮筒外壁上；单向阀桥是由四个单向阀组成，并与溢流阀、蓄能器通过油管和发电油缸相连；差动盘通过桁架和主浮筒相连，差动盘上对称开有多个调节窗，每个调节窗中安装两个调节片，调节片通过折页与调节窗铰接，两个调节片之间通过窗体销连接；防水透气管固定在孔盖的顶端。

所述的一种漂浮式全液压海浪发电装置，其特征是防水透气管采用防止水进入的倒U形结构，防水透气管与孔盖下端接触的部分安装有干燥器，防水透气管与空气接触的下端加工有锥形腔体，锥形腔体上端安装有截止阀，锥形腔体内壁及下壁加工有通气孔，锥形腔体内装有一个浮动球，浮动球在海水淹没的时候能堵住锥形腔体，防止海水进入。

所述的一种漂浮式全液压海浪发电装置，其特征是：主浮筒外壁对称加工有可供导向滚轮滚动的导向平面。

所述的一种漂浮式全液压海浪发电装置，其特征是：环状油箱内部安装有气囊，气囊初始状态为压缩状态，气囊可随环状油箱内油液的减少而膨胀，使环状油箱内不会产生负压。

所述的一种漂浮式全液压海浪发电装置，其特征是：调节浮筒下端开有与海水相通的通孔，调节浮筒内安装有调节囊，当主浮筒需要下沉时，调节囊内的空气释放，海水自通孔进入调节浮筒，从而使调节浮筒浮力减小，带动主浮筒下沉；当主浮筒需要上浮时，空气压缩机向调节囊内充入空气，调节囊膨胀，排出调节浮筒内的海水，使调节浮筒浮力增大，带动主浮筒上浮。

工作时，上浮体随海浪上下运动，在差动盘的作用下，上浮体和主浮筒产生相对运动，从而使发电油缸运动，产生高压油，经过单向阀桥，始终使油管内的高压油沿同一方向流动，进而驱动液压马达旋转，并带动发电机发电。发电机产生的电能通过电缆输出。主浮筒顶端开有便于人进出的孔，上面的孔盖和密封圈共同起密封作用；避雷针防止发电装置遭受雷击，环状油箱为液压系统提供油液，环状油箱内部安装有气囊，气囊初始状态为压缩状态，气囊可随环状油箱内油液的减少而膨胀，使环状油箱内不会产生负压。溢流阀用来防止系统过载，蓄能器可减少海浪不均造成的液压脉动，提高发电的稳定性。定位浮筒起到使整个发电装置稳定的作用。发出的电能部分充入蓄电池内，然后经逆变器转换为可供用电器使用的交流电。调节浮筒主要依靠调节囊的充放气状态来对发电装置产生作用：调节浮筒下端开有与海水相通的通孔，当主浮筒需要下沉时，调节囊内的空气释放，海水自通孔进入调节浮筒，从而使调节浮筒浮力减小，带动主浮筒下沉；当主浮筒需要上浮时，空气压缩机向调节囊内充入空气，调节囊膨胀，排出调节浮筒内的海水，使调节浮筒浮力增大，带动主浮筒上浮。空气压缩机的作用是为调节囊提供压缩空气。上浮体内配重的作用是调节上浮体的潜浮深度，并在上浮体向下运动时加速下降。防水透气管采用防止水进入的倒U形结构，防水透气管的作用是使外界空气和主浮筒内的空气保持流通，从而起到为主浮筒内部散热和为空压机提供空气源的作用，防水透气管内的浮动球在未被海水浸没时，位于锥形腔体的底部，当海水浸没防水透气管的末端时，浮动球在水的浮力作用下自动上浮，堵住锥形腔体，从而达到防水的目的。干燥器用来吸收从防水透气管进入的外界水分。调节窗通过调节片调节开口大小来改变海水对发电装置的阻力，在发电装置下潜或打捞的时候，通过人工潜水打开窗体销，从而使发电装置容易下沉或上浮，使发电装置方便放置或打捞。一般状态下，调节片被窗体销固定，导向滚轮的作用是使主浮筒和上浮体保持相对垂直上下运动。

本发明专利的有益效果是，有效地将海浪能转换为电能，适用海域广，能根据具体海域情况来自由调节自身参数，高效工作。设计可靠，制造简单，维护成本低，利于推广应用。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明防水透气管的结构示意图。

图3是本发明差动盘的俯视图。

图4是本发明上浮体的俯视图。

1-顶盖，2-支撑架，3-气囊，4-蓄能器，5-蓄电池，6-上浮体，7-逆变器，8-缆绳，9-定位浮筒，10-定位配重，11-差动盘，12-主体配重，13-桁架，14-水密接头，15-发电机，16-调节浮筒，17-调节囊，18-支架，19-空气压缩机，20-上浮体配重，21-联轴器，22-液压马达，23-溢流阀，24-单向阀桥，25-发电油缸，26-主浮筒，27-孔盖，28-防水透气管，29-环状油箱，30-避雷针，31-密封圈，32-电缆，33-浮动球，34-通气孔，35-锥形腔体，36-干燥器，37-窗体销，38-调节窗，39-折页，40-调节片，41-导向滚轮，42-连接螺栓，43-导向平面，44-截止阀。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明详细说明。

如图1所示，顶盖1通过支撑架2和上浮体6相连；上浮体6由多块子浮体连接而成；避雷针30固定在顶盖1上；发电油缸25的缸筒和主浮筒26相连，发电油缸25的活塞杆和顶盖1相连；孔盖27位于主浮筒26的顶部，孔盖27与主浮筒26之间安装有密封圈31；发电机15固定在主浮筒26内部；液压马达22通过支架2、联轴器21和发电机15相连，并通过支架2固定在主浮筒26内部；缆绳8两端分别连接主浮筒26和桁架13，缆绳8中心与定位浮筒9连接；多个定位浮筒9均布在上浮体6周围；定位配重10垂吊在定位浮筒9下端；水密接头14位于主浮筒26下端的小孔里；环状油箱29安装在主浮筒26上，环状油箱29采用环形全密封结构，环状油箱29内安装有气囊3，气囊3初始状态为压缩状态，气囊3可随环状油箱29内油液的减少而膨胀，使环状油箱29内不会产生负压；蓄电池4、逆变器7、空气压缩机19固定安装在主浮筒26内；主体配重12通过缆绳8垂吊在差动盘11底部；调节浮筒16固定在主浮筒26外壁上，调节浮筒16内安装有调节囊17；单向阀桥24是由四个单向阀组成，并与溢流阀23、蓄能器4通过油管和发电油缸25相连；差动盘11通过桁架13和主浮筒26相连，差动盘11上对称开有多个调节窗38，每个调节窗38中安装两个调节片40，调节片40通过折页39与调节窗38铰接，两个调节片40之间通过窗体销37连接；防水透气管28固定在孔盖27的顶端。

如图2，防水透气管28采用防止水进入的倒U形结构，防水透气管28与孔盖27下端接触的部分安装有干燥器36，防水透气管28与空气接触的下端加工有锥形腔体35，锥形腔体35内壁及下壁加工有通气孔34，锥形腔体35内装有一个浮动球33，浮动球33在海水淹没的时候能堵住锥形腔体35，防止海水进入。

如图3，差动盘11上对称开有多个调节窗38，每个调节窗38中安装两个调节片40，调节片40通过折页39与调节窗38铰接，两个调节片40之间通过窗体销37连接；防水透气管28固定在孔盖27的顶端。

如图4，主浮筒26外壁对称加工有可供导向滚轮41滚动的导向平面43，导向滚轮41固定在上浮体6上，并和主浮筒26上的导向平面43相接触。

实际使用时，将一种漂浮式全液压海浪发电装置下潜前，截止阀44处于关闭状态，防止拖运过程中海水进入主浮筒26内，调节浮筒16内的调节囊17处于压缩状态，使发电装置容易下潜，安装在差动盘11的调节窗38内的调节片40处于打开状态，使发电装置在下潜过程中受到的阻力大大减小。将发电装置放入指定的海域后，由于发电装置的重心在下面而浮心在上面，发电装置自动下沉。由于主浮筒26所能提供的浮力大于整个发电装置的重力，所以发电装置漂浮在海中。发电装置由缆绳8连接到发电装置周围均布的多个定位浮筒9，定位浮筒9下端连接有定位配重10，这就确保了发电装置不会再海浪的作用下漂走。

发电装置下潜后，通过调整主体配重12的大小和调节浮筒16内的调节囊17的充气量来调整发电装置在海水中的深度。调整完成后，利用窗体销37关闭差动盘11的调节窗38内的调节片，增强差动盘11的差动效果，增大发电的效率，并打开截止阀44，增加主浮筒26内外的空气流动。

工作时，上浮体6随海浪上下运动，在差动盘11的作用下，主浮筒26随着海浪波动很小，使得上浮体6和主浮筒26产生相对运动，从而使发电油缸25运动，产生高压油，经过单向阀桥24，始终使油管内的高压油沿同一方向流动，进而驱动液压马达22旋转，并带动发电机15发电。产生的电能通过电缆32输出。主浮筒26顶端开有便于人进出的孔，上面的孔盖27和密封圈31共同起密封作用；避雷针30防止发电装置遭受雷击，环状油箱29为液压系统提供油液，气囊3初始状态为压缩状态，气囊3可随环状油箱29内油液的减少而膨胀，使环状油箱29内不会产生负压。溢流阀23用来防止系统过载，蓄能器4可减少海浪不均造成的液压脉动，提高发电的稳定性。定位浮筒9起到使整个发电装置稳定的作用。发出的电流充入蓄电池5内，然后经过逆变器7转换为可供用电器使用的交流电。调节浮筒16依靠调节囊17的充气状态来对调节浮筒16产生作用：调节浮筒16下端开有与海水相通的通孔，当主浮筒26需要下沉时，调节囊17内的空气释放，海水自通孔进入调节浮筒16，从而使调节浮筒16浮力减小，带动主浮筒下沉；当主浮筒26需要上浮时，空气压缩机19向调节囊17内充入空气，调节囊17膨胀，排出调节浮筒16内的海水，使调节浮筒16浮力增大，带动主浮筒26上浮。空气压缩机19的作用是为调节囊17提供压缩空气。上浮体配重20的作用是调节上浮体6的潜浮深度。防水透气管28采用防止水进入的倒U形结构，其作用是使外界空气和主浮筒26内的空气保持流通，从而起到为主浮筒26内部散热和为空压机19提供空气源的作用。浮动球33在未被水浸没时，位于锥形腔体35的底部，当水浸没防水透气管28的末端时，浮动球33在水的浮力作用下自动上浮，堵住的锥形腔体35的透气口，从而达到防水的目的，干燥器36用来吸收从防水透气管28进入的外界水分。导向滚轮41的作用是使主浮筒26和上浮体6保持相对垂直上下运动。

打捞发电装置时，去掉主体配重12，并利用空气压缩机19向调节囊17内充气，使发电装置容易上浮，充气完成后关闭截止阀44。去掉窗体销37，打开差动盘11的调节窗38内的调节片，减弱差动盘11的差动效果，使发电装置上浮的过程中受到的阻力减小，方便打捞。

Claims

1.一种漂浮式全液压海浪发电装置，包括顶盖（1）、支撑架（2）、蓄能器（4）、上浮体（6）、缆绳（8）、定位浮筒（9）、定位配重（10）、桁架（13）、水密接头（14）、发电机（15）、支架（18）、上浮体配重（20）、联轴器（21）、液压马达（22）、溢流阀（23）、发电油缸（25）、主浮筒（26）、孔盖（27）、避雷针（30）、电缆（32）、导向滚轮（41），顶盖（1）通过支撑架（2）和上浮体（6）相连；上浮体（6）由多块子浮体连接而成；避雷针（30）固定在顶盖（1）上；发电油缸（25）的缸筒和主浮筒（26）相连，发电油缸（25）的活塞杆和顶盖（1）相连；孔盖（27）位于主浮筒（26）的顶部，孔盖（27）与主浮筒（26）之间安装有密封圈（31）；发电机（15）固定在主浮筒（26）内部；液压马达（22）通过支架（18）、联轴器（21）和发电机（15）相连，并通过支架（18）固定在主浮筒（26）内部；缆绳（8）两端分别连接主浮筒（26）和桁架（13），缆绳（8）中心与定位浮筒（9）连接；多个定位浮筒（9）均布在上浮体（6）周围；定位配重（10）垂吊在定位浮筒（9）下端；水密接头（14）位于主浮筒（26）下端的小孔里；导向滚轮（41）固定在上浮体（6）上；其特征在于它还包括蓄电池（5）、逆变器（7）、差动盘（11）、主体配重（12）、调节浮筒（16）、空气压缩机（19）、单向阀桥（24）、防水透气管（28）、环状油箱（29）、窗体销（37）、调节片（40）、折页（39）；环状油箱（29）安装在主浮筒（26）上，环状油箱（29）采用环形全密封结构；蓄电池（5）、逆变器（7）、空气压缩机（19）固定安装在主浮筒（26）内；主体配重（12）通过第二缆绳垂吊在差动盘（11）底部；调节浮筒（16）固定在主浮筒（26）外壁上；单向阀桥（24）是由四个单向阀组成，并且单向阀桥（24）分别与溢流阀（23）、蓄能器（4）、发电油缸（25）通过油管相连；差动盘（11）通过桁架（13）和主浮筒（26）相连，差动盘（11）上对称开有多个调节窗（38），每个调节窗（38）中安装两个调节片（40），调节片（40）通过折页（39）与调节窗（38）铰接，两个调节片（40）之间通过窗体销（37）连接；防水透气管（28）固定在孔盖（27）的顶端。

2.根据权利要求1所述的一种漂浮式全液压海浪发电装置，其特征是：防水透气管（28）采用防止水进入的倒U形结构，防水透气管（28）与孔盖（27）下端接触的部分安装有干燥器（36），防水透气管（28）与空气接触的下端加工有锥形腔体（35），锥形腔体（35）上端安装有截止阀（44），锥形腔体（35）内壁及下壁加工有通气孔（34），锥形腔体（35）内装有一个浮动球（33），浮动球（33）在海水淹没的时候能堵住锥形腔体（35），防止海水进入。

3.根据权利要求1所述的一种漂浮式全液压海浪发电装置，其特征是：主浮筒（26）外壁对称加工有可供导向滚轮滚动的导向平面（43）。

4.根据权利要求1所述的一种漂浮式全液压海浪发电装置，其特征是：环状油箱（29）内部安装有气囊（3），气囊（3）初始状态为压缩状态，气囊（3）可随环状油箱（29）内油液的减少而膨胀，使环状油箱（29）内不会产生负压。

5.根据权利要求1所述的一种漂浮式全液压海浪发电装置，其特征是：调节浮筒（16）下端开有与海水相通的通孔，调节浮筒（16）内安装有调节囊（17），当主浮筒（26）需要下沉时，调节囊（17）内的空气释放，海水自通孔进入调节浮筒（16），从而使调节浮筒（16）浮力减小，带动主浮筒下沉；当主浮筒（26）需要上浮时，空气压缩机（19）向调节囊（17）内充入空气，调节囊（17）膨胀，排出调节浮筒（16）内的海水，使调节浮筒（16）浮力增大，带动主浮筒（26）上浮。