CN102588378B - 一种用于波浪能发电的液压缸 - Google Patents

Abstract

本发明属于新能源利用领域，具体涉及一种用于波浪能发电的液压缸。所述用于波浪能发电的液压缸包括缸体(11)、缸盖(12)、活塞(13)、主活塞杆(131)和若干对子液压缸(20)，所述子液压缸(20)沿活塞(13)的中心线的圆周方向均匀的固定在缸体(11)底部的内壁上。每组子液压缸(20)对应一组两位三通高速开关阀(30)，每组两位三通高速开关阀(30)的工作状态可以决定对应的每组子液压缸(20)是与油箱相连通，还是与液压传动系统相连通。通过调节与子液压缸(20)相对应的两位三通高速开关阀(30)，可以控制处于工作状态的子液压缸的组数，进而可以调节一次捕能机构的运动状态和液压传动系统工作压力，提高能量捕获效率和传递效率。

Description

一种用于波浪能发电的液压缸

技术领域

本发明属于新能源发电领域，具体涉及一种用于波浪能发电的液压缸。

背景技术

波浪能发电技术是新能源领域的热门技术之一，波浪能发电装置通常采用液压缸将一次捕能机构捕获到的能量转换为液压能(如附图1所示)，然后通过液压传动系统将能量传递到发电机端用于发电。

波浪能发电装置的效率通常由其自身的结构所决定。例如一次捕能机构的运动状态对捕能效率有很大的影响，传统的提高波浪能发电装置的效率的方法主要是优化一次捕能机构设计，但是，这种方法的局限性，是不能针对波浪的不同波况对一次捕能机构的运动状态进行实时调节。

另外，作为一次捕能机构与液压传动系统的连接单元的液压缸，由于波浪本身具有随机性，使得液压缸输入液压传动系统的液压油的流量和压力都会随之波动。一般来说，液压传动系统工作在设计的额定压力下时，会具有较高的能量传递效率。当波浪发生变化时，液压传动系统内的工作压力也产生变化，由于液压缸的参数无法调整，无法通过调节液压缸的工作状态来调节液压传动系统的工作压力，导致液压传动系统的能量传递效率降低，从而使整个波浪能发电装置的效率降低。

现有的波浪能发电装置，多采用在液压传动系统中配置蓄能器的方法，来解决液压传动系统工作压力调节的问题。蓄能器调节液压传动系统工作压力的工作原理如下：1、随着波浪的变大，液压传动系统的工作压力会相应升高，当液压传动系统的工作压力超过预先设定的蓄能器的工作压力时，管路中的部分油液就会进入蓄能器中储存起来，阻碍液压传动系统工作压力的增大；2、之后，当波浪的变小时，液压传动系统的工作压力会相应降低，蓄能器会释放出储存起来的高压油液到管路中，延缓液压传动系统工作压力的降低，直至蓄能器在波浪变大时储存的油液释放完毕为止。通过上述两个过程，基本可以使液压传动系统工作在一个适当的工作压力下，保证液压系统的传递效率。但是这种压力调节方式存在这样一个问题，如果液压传动系统一直工作在较小的工作压力下时，蓄能器将一直处于未工作状态，液压传动系统的工作压力将始终是一个较小的值，较低的工作压力会使液压传动系统的传递效率非常低。此外，由于蓄能器的充气压力和容积的限制，在采用蓄能器调节液压传递系统的工作压力时也具有一定的局限性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于波浪能发电的液压缸，该所述液压缸通过控制处于工作状态的子液压缸的组数，来调节一次捕能机构的运动状态和液压传动系统的工作压力，提高了波浪能发电装置的捕能效率和能量传递效率，即提供了能量利用率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种用于波浪能发电的液压缸，包括缸体、缸盖、活塞和主活塞杆，在所述缸体底部的内壁上设有一中空的支架，所述支架的侧壁与所述活塞的中心线相平行，所述支架固定在缸体上。所述支架的内部设有一与缸体相固定的油箱。N对子液压缸沿所述活塞的中心线圆周方向，均匀地固定在缸体的内壁上，N大于等于2的自然数，所述子液压缸位于所述支架外侧。所有子液压缸的中心线均位于在以活塞的中心线为中心线的圆柱面上，所有子液压缸的活塞杆均固定在活塞上。

沿活塞的中心线，相对称的每对子液压缸为一组，每组所述子液压缸的两个有杆腔通过管道相连接，每组所述子液压缸的两个无杆腔通过管道相连接。每组所述子液压缸对应一对两位三通高速开关阀，一对两位三通高速开关阀为一组，所述三通高速开关阀的个数等于所述子液压缸的个数，所述两位三通高速开关阀安装固定在支架上。每组所述子液压缸的两个有杆腔均与每组所述三通高速开关阀中的其中一个两位三通高速开关阀的A口通过管道相连接，每组所述子液压缸的两个无杆腔均与每组所述三通高速开关阀中的另一个两位三通高速开关阀的A口通过管道相连接；所有所述两位三通高速开关阀的B口通过管道连接油箱，所有所述两位三通高速开关阀的C口通过管道连接波浪能发电装置的液压传动系统。

进一步的，所述活塞与缸体之间设有密封件，所述缸盖与主活塞杆之间由内向外设有导向环、组合式密封和防尘圈。

进一步的，所述缸体、活塞、主活塞杆、缸盖均采用高氮钢材料。

采用本发明具有如下的有益效果：

1、本发明所述的用于波浪能发电的液压缸，通过控制若干组两位三通高速开关阀的工作状态，来改变处于工作状态的子液压缸的组数，从而间接调节了一次捕能机构的运动状态，提高了能量捕获效率。

2、本发明所述的用于波浪能发电的液压缸，可以调节输入到波浪能发电装置的液压传动系统的油液压力，使得液压传动系统的工作压力得到调节，提高了能量传递效率。

3、本发明所述的用于波浪能发电的液压缸，可以采用压力较低等级的子液压缸，当波浪较小时，波浪能发电装置依然可以具有较高的能量利用率。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为现有的波浪能发电装置的一次捕能机构与液压缸的连接图；

图2为本发明一种用于波浪能发电的液压缸实施例的沿E-E方向的结构剖视图；

图3为本发明一种用于波浪能发电的液压缸实施例的沿D-D方向结构剖视图；

图4为本发明一种用于波浪能发电的液压缸实施例的液压连接原理图。

具体实施方式

参照附图2和附图3。一种用于波浪能发电的液压缸，包括缸体11、缸盖12、活塞13和主活塞杆131，缸体11和缸盖12通过螺栓连接固定在一起并形成一个圆柱形空间，活塞13和主活塞131固定在一起，主活塞杆131通过缸盖12上的通孔伸出到圆柱形空间外部。

在所述缸体11的底部、内壁中心处设有一中空的三角形支架40，所述支架40的侧壁与所述活塞13的中心线相平行，所述支架40焊接固定在缸体11的内壁上。圆柱形油箱50焊接固定在缸体11底部内壁上，所述油箱50的中心线与活塞13的中心线相重合，所述油箱50位于支架40的内部，油箱50与支架40不接触。沿活塞13的中心线圆周方向均匀地设有3对子液压缸20，3对子液压缸20的中心线均位于同一个圆柱面上，所述子液压缸20通过螺栓连接固定在缸体11底部的内壁上。所述子液压缸20的活塞杆21穿过活塞13，并通过螺帽与活塞13固定在一起，所述子液压缸20的活塞杆21可以跟随活塞13一起做直线往复运动。

参照附图4所示的液压连接原理图。沿活塞13的中心线，相对称的每对子液压缸20为一组，每组子液压缸20的两个有杆腔通过管道相连接，每组子液压缸20的两个无杆腔通过管道相连接。这样的连接方式，是为了能够使每组子液压缸20的两个活塞杆能够同时同步动作，保证每组子液压缸20的两个活塞杆作用在活塞13上的力相同，而且，每组子液压缸20的两个子液压缸沿活塞13的中心线对称布置，都可以起到防止活塞13受力不均衡的作用。

参照附图2至附图4。每组子液压缸20对应一对两位三通高速开关阀30，所述两位三通高速开关阀30的个数也为六个，每对两位三通高速开关阀30为一组，所述支架40的三个外表面上分别固定安装有一组三通高速开关阀30。每组子液压缸20的两个有杆腔均与一组两位三通高速开关阀30中的其中一个两位三通高速开关阀30的A口通过管道相连接，每组子液压缸20的两个无杆腔均与一组两位三通高速开关阀30中的另一个两位三通高速开关阀30的A口均通过管道相连接。所有所述两位三通高速开关阀30的B口均通过管道连接油箱50。所有所述两位三通高速开关阀30的C口均通过管道连接波浪能发电装置的液压传动系统，其具体连接方式和连接接口位置由液压传动系统的结构决定。所述支架40的侧壁上设有与管道相配合的小孔作为管道的通路，所述支架40对管道起一定的支撑作用。

所述用于波浪能发电的液压缸的控制过程如下：

1、当一次捕能机构捕获的波浪能较低时，根据液压传动系统的工作压力，选择控制f组所述两位三通高速开关阀30工作在左位，控制g组和h组所述两位三通高速开关阀30工作在右位，使得f组所述两位三通高速开关阀30的A口和C口连通，使得g组和h组所述两位三通高速开关阀30的A口和B口连通。工作在左位的所述两位三通高速开关阀30相连接的所述子液压缸20处于工作状态(即向液压传动系统提供高压油液)，而工作在右位的所述两位三通高速开关阀30相连接的所述子液压缸20处于不工作状态(即未向液压传动系统提供高压油液)，处于不工作状态的子液压缸与油箱处于连通状态。

2、当一次捕能机构捕获的波浪能较高时，所有子液压缸20均处于工作状态，同时向液压传动系统提供高压油液。

通过上述控制过程，可以根据液压传动系统的工作压力，控制处于工作状态的子液压缸20的组数。当处于工作状态的子液压缸20的组数不同时，子液压缸20输入到液压传动系统的油液的压力就会不同，这样就可以既能调节一次捕能机构的运动状态，又能调节液压传动系统的压力，从而提高了能量捕获与传递效率。而且，处于不工作状态的子液压缸20由于此时与油箱相连通，其活塞杆只跟随主活塞杆131做随动运动，消耗的能量较少。

所述用于波浪能发电的液压缸也可以有2组，或者大于等于4组的子液压缸20，具体需要多少组子液压缸20，由设计工作压力、控制精度和加工工艺决定。

由于本发明所述的用于波浪能发电的液压缸需要放置于海水中，所以需要解决密封和抗腐蚀问题。密封问题的解决采用下述方式：在所述活塞13与缸体11之间配置密封件61，在所述缸盖12与活塞杆131之间由内向外配置导向环62、组合式密封63和防尘圈64。抗腐蚀问题的解决采用下述方式：所述缸体11、活塞13、主活塞杆131、缸盖12均采用高氮钢材料，该材料具有耐腐蚀、高强度特性，在液压缸外表面热喷涂铝，在主活塞杆的表面镀铬0.05mm，最后对液压缸外表面整体进行喷涂海工油漆处理。

Claims (3)

1.一种用于波浪能发电的液压缸，包括缸体（11）、缸盖（12）、活塞（13）、主活塞杆（131）和N组子液压缸（20），每组所述子液压缸（20）对应一对两位三通高速开关阀（30），一对两位三通高速开关阀（30）为一组；每组所述子液压缸（20）的两个有杆腔通过管道相连接，每组所述子液压缸（20）的两个无杆腔通过管道相连接；每组所述子液压缸（20）的两个有杆腔均与每组所述三通高速开关阀（30）中的其中一个两位三通高速开关阀（30）的A口通过管道相连接，每组所述子液压缸（20）的两个无杆腔均与每组所述三通高速开关阀（30）中的另一个两位三通高速开关阀（30）的A口通过管道相连接；所有所述两位三通高速开关阀（30）的B口通过管道连接油箱（50），其特征在于：在所述缸体（11）底部的内壁上设有一中空的支架（40），所述支架（40）的侧壁与所述活塞（13）的中心线相平行，所述支架（40）固定在缸体（11）上；所述支架（40）的内部设有一与缸体（11）相固定的油箱（50）；沿活塞（13）的中心线，相对称的每对子液压缸（20）为一组，N对子液压缸（20）沿所述活塞（13）的中心线圆周方向，均匀地固定在缸体（11）的内壁上，N大于等于2的自然数，所述子液压缸（20）位于所述支架（40）外侧；所有子液压缸（20）的中心线均位于在以活塞（13）的中心线为中心线的圆柱面上，所有子液压缸（20）的活塞杆（21）均固定在活塞（13）上；所述三通高速开关阀（30）的个数等于所述子液压缸（20）的个数，所述两位三通高速开关阀（30）安装固定在支架（40）上；所有所述两位三通高速开关阀（30）的C口通过管道连接波浪能发电装置的液压传动系统。

2.按照权利要求1所述的一种用于波浪能发电的液压缸，其特征在于：所述活塞（13）与缸体（11）之间设有密封件（61），所述缸盖（12）与主活塞杆（131）之间由内向外设有导向环（62）、组合式密封（63）和防尘圈（64）。

3.按照权利要求2所述的一种用于波浪能发电的液压缸，其特征在于：所述缸体（11）、活塞（13）、主活塞杆（131）、缸盖（12）均采用高氮钢材料。