CN103104408A - 振荡活塞式波浪发电方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种波浪发电方法及系统。在波浪隆起浮体上升时,卷筒被锁定,利用浮体与锚基的距离增大来拉动液压缸,液压缸被拉的时候,输出高压液压油以驱动液压马达带动发电机发电;当液压缸的做功行程终了时,传输信号给卷筒放绳,此时液压缸在回复力的作用下得以迅速复位,当复位终了的时候,发出信号给卷筒停止放绳,随着浮体与锚基距离的继续增大,液压缸再次被拉动做功,如此循环;在波浪下落浮体下落的时候,先是液压缸复位,然后卷筒回收绳。本系统能够自动适应大部分波形的波浪,其抗风浪能力强,更重要的是,它可在一个波浪上升过程中,实现液压缸的多次自动复位、做功。

Description

振荡活塞式波浪发电方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种波浪发电方法及系统。
背景技术
[0002] 海洋波浪能源是一种无穷无尽的可再生能量资源,如何利用这样丰富的能量资源为人类服务,是前人和现代人一直在研究的重要课题,利用波浪能发电就是其中一大课题。
[0003] 海洋受复杂的自然因素变化影响,其波浪、海潮的大小和形式变化,给人们利用海洋波浪能量来进行稳定发电产生较大的困难。100多年来世界各国科学家提出300多种设想,发明了各种各样的波浪能发电装置,从原理上分有振荡水柱、摆板式、振荡浮子、浮体夹角式、收缩水道式等等,按按基础平台不同可分为:岸式、浅水桩基式、漂浮式、潜水式。日本的海明号是漂浮平台振荡水柱式,以色列SDE公司的是岸基摆板式,英国海蛇是漂浮夹角式,挪威的是收缩水道式,丹麦的是立桩摇臂式,美国的Powerbuoy是漂浮平台式振荡浮子式等。
[0004]目前的各种波浪能发电系统,其出现的问题主要有:造价高昂:、生存性差、适应不同波浪能力差、耐腐蚀性能差、波高利用率低、转换效率低,输出功率不稳定、故障率高、维护成本高等。
[0005] 最近出现的海蛇发电技术,因为其设计理念是侧重于生存性而忽略了效率,它只是利用了波浪面的夹角变化来提取能量,波面越陡,提取的能量越大,仔细观察海浪波形就会发现,浪的波高很大时,波面不一定就陡,因为此时波长也长了。另外在小波浪下,每一节收到的海浪冲击情况类似,所以,形成不了弯矩,输出的功率几何为0,所以经济效益收到限制。
[0006] 另外还有一种波浪发电系统,即浮体垂荡液压缸方式,但因为波浪波高往往是大小不一,最高达十多米,液压缸如果做的很长,成本太高浪费严重,做的很短,又导致行程远远不够。
发明内容
[0007] 本发明的目的是提供一种振荡活塞式波浪能发电方法及系统,它能够自动适应大部分波形的波浪,其抗风浪能力强,更重要的是,它可在一个波浪上升过程中,实现液压缸的多次自动复位、做功。
[0008] 本发明的技术方案:
[0009] 一种波浪能采集发电系统,包括能量采集部分、能量转换部分、绳索或织带、锚基,其特征在于:还包括控制部分;
[0010] 能量采集部分为浮体或摆板;能量转换部分包括液压系统、发电机;
[0011] 控制部分包括行程结束探头、信号传输装置或电力传输导线及辅助电源、控绳装置;
[0012] 液压系统循环路线是液压缸、准出单向阀、液压马达、低压蓄能器、准入单向阀;液压马达带动发电机;
[0013] 浮体连接液压缸体,一根绳索或织带一端系在液压缸的活塞杆上,另一端通向控绳装置,控绳装置固定在锚基上,或用绳索与锚基连接;控绳装置也可固定在浮体上,从控绳装置引出的绳索一端绕过锚基的定滑轮系在活塞杆上;
[0014] 液压缸也可不用低压蓄能器复位,而是液压缸设置复位弹簧,但此时液压系统循环路线是液压缸、准出单向阀、高压蓄能器、液压马达、油箱、准入单向阀;
[0015] 液压系统也可以是气压传动系统,液压元件由相应气压元件代替;
[0016] 也可以不用经过液压传动或气压传动去带动发电机,而是通过齿条齿轮传动机构带动旋转式发电机,齿条连接绳索,齿轮的支架所在的箱体连接浮体,齿轮带动发电机;或直接采用直线发电机,即直线发电机机体、动子分别连接浮体、绳索;直线运动构件或动子的复位用复位弹簧;
[0017] 液压缸、或气缸、或齿条、或直线发电机上带有行程结束探头,通过信号传输装置或电力传输导线控制控绳装置。
[0018] 控绳装置有三种,一种是单片机控制方式:包括锁止机构、运动方向传感器、单片机控制模块、收绳机构;
[0019] 锁止机构为一对互相摩擦或卡位的部件;锁止机构的卡位部件是指:在两部件靠近后,一个部件占据了另一个部件的运动前方的位置或一个部件为凹形状,一个部件为凸起形状,嵌入到凹部件中,使得两个部件无法相对错开运动。锁止机构也可为串联在一闭环管路的容积泵和开关阀;其中一个部件固定在控绳装置的支架上,另一个为活动部件,如果是直线运动形式,则直接与由能量转换部分过来的绳索连接联动,如果是旋转运动形式,则锁止机构的该部件通过直线/旋转运动转换机构连接绳索;
[0020] 直线/旋转运动转换机构为一绳索缠在卷筒上,或一索链绕过索链轮,或齿条齿轮传动机构,旋转部件与其他机构采用轴联方式联接传动;
[0021] 收绳机构为电机或弹簧或气弹簧或配重或潜浮子,与锁止机构的可活动的那个部件联接,产生力与由能量转换部分过来的绳索拉力方向相反;锁止机构的活动部件,如果是直线运动形式,则直接可与拉簧或压簧或气弹簧或配重或直线电机或与一系在潜浮子并绕过安装在控绳装置支架上的定滑轮的绳索连接;如果锁止机构的活动部件是旋转运动形式,则该部件可与收绳机构的旋转式电机或涡簧轴联,或通过直线/旋转运动转换机构,连接直线电机或拉簧或压簧或气弹簧或一细绳,该细绳连接配重或系一潜浮子;拉簧或压簧或气弹簧或涡簧的另一端固定在控绳装置的支架上;
[0022] 运动方向传感器监测与锁止机构的活动部件的运动方向,单片机控制模块通过接收运动方向传感器的信号和行程结束探头通过信号传输装置发来的信号,控制锁止机构的分离或贴合;
[0023] 第二种是:单向传动机构控制方式;
[0024] 单向传动机构为棘轮或棘齿条或超越离合器;
[0025] 棘齿条与由能量转换部分过来的绳索连接,并连接收绳机构;对应的棘爪固定在机架上,棘爪受行程结束探头控制;
[0026] 对于棘轮是,棘轮与收绳机构轴联,或通过直线/旋转转换机构连接收绳机构;棘轮通过直线/旋转转换机构连接由能量转换部分过来的绳索,对应的棘爪固定在机架上,棘爪受行程结束探头控制;
[0027] 对于超越离合器,超越离合器的主动轮与收绳机构轴联或通过直线/旋转转换机构连接收绳机构,超越离合器通过直线/旋转转换机构连接由能量转换部分过来的绳索,超越离合器的从动轮通过锁止机构与机架连接,锁止机构的两个部件的贴合和分离受行程结束探头的控制;
[0028] 棘爪滑离状态下,超越离合器的主动轮或棘轮或棘齿条的运动方向是回收绳索方向;
[0029] 第三种是单向阀控制方式,具体结构是:直线/旋转运动转换机构的直线运动构件与收绳机构、由能量转换部分过来的绳索连接,直线/旋转运动转换机构的旋转运动构件与容积泵轴联,开关阀与单向阀并联后的支路再与容积泵串联在一闭环液压管路里,开关阀受行程结束探头控制;
[0030] 控制的方法可以是单片机通过弱电控制强电方式,或行程结束探头对一带电源的电路进行开关控制,电流的通断产生电磁铁的吸合和分离,或控制电机的旋转,之后也可以选择的通过液压或齿轮传动加以放大,以驱动锁止机构的两部件的分离或贴合;也可采用对带有压力源的气动或液压管路中的电磁阀进行控制,通过控制施加在与锁止机构活动部件联接的活塞上的压力,来驱动其产生动作,使得这对部件的分离或贴合。
[0031] 锁止机构为电磁离合器,或刹车盘与刹车钳、或刹车条与刹车钳、或电插锁;
[0032] 信号传输装置为信号传导电线或光纤或为声波传输装置。
[0033] 控绳装置包括电磁换向阀、高压油路、低压油路、刹车油缸、刹车钳,电磁换向阀控制刹车油缸的无杆腔、有杆腔与高压油路、低压油路的接通对换,电磁换向阀受到单片机控制模块进行控制,或受到行程结束探头的通电断电控制。
[0034] 控绳装置包括卷筒、锁止机构、转向传感器、收绳机构、单片机控制模块、辅助电源,具体结构是:卷筒与收绳机构轴联,收绳机构为与卷筒轴联的PWM电机,或为一端固定在卷筒轴上另一端固定在卷筒支架上的涡簧,产生力矩为回收绳索方向;收绳机构也可以是:一端固定并缠绕在与卷筒轴连的小卷筒上的绳,另一端系一配重或潜浮子,产生力矩为回收绳索方向;
[0035] 卷筒的锁止机构为与卷筒轴联的刹车盘+刹车钳,或为电磁离合器,电磁离合器一端与卷筒轴联另一端固定在卷筒支架上;刹车盘+刹车钳或电磁离合器也可通过变速齿轮传动或链传动间接控制卷筒;
[0036] 卷筒与绳子也可以分别用索链轮和索链代替,收绳机构可以直接采用索链的下端下挂配重方式;
[0037] 单片机控制模块通过导线接收液压缸上行程结束探头的信号,并接收卷筒的转向传感器发来的信号,对锁止机构进行控制;
[0038] 控绳装置的另一种结构形式是:控绳装置包括卷筒、收绳机构、棘轮或超越离合器,卷筒与收绳机构、棘轮轴连;
[0039] 棘轮对应的棘爪在卷筒支架上,棘爪被液压缸上的行程结束探头通过电线进行控制,棘轮的自由转动方向为回收绳索方向;
[0040] 控绳装置的结构也可以采取收绳机构+卷筒+超越离合器+电磁离合器方式,即用超越离合器两侧分别轴联卷筒和电磁离合器;电磁离合器受液压缸的行程结束探头控制,一端固定在支架上,在电磁离合器闭合即超越离合器的从动轮固定时,和卷筒联接的超越离合器主动轮的自由转动方向为回收绳索方向。
[0041] 发电机、液压系统大部在浮体腔内;一波纹管,一端套在液压缸的活塞杆端部,另一端套在液压缸体上,密封形成一波纹腔,该空腔接有出气管和进气管,出气管通过出气单向阀通向浮体腔内的油箱,对于开式油箱,进气管通过进气单向阀与浮体腔内相通,对于闭式油箱,则进气管通过进气单向阀与油箱相通,管口要高于油液面。
[0042] 液压系统、发电机均在浮体内,液压缸缸体侧面下端通过一空心万向节与浮体底面铰接或液压缸缸体上端通过绳索悬吊在浮体顶面,液压缸的活塞杆通过浮体的底面上的孔伸出,液压缸体底端面与孔用同心波纹面连接;液压缸的活塞杆伸出的浮体底面的孔上可以安装一竖直的封气管。
[0043] 液压缸的行程结束探头为磁感应接近开关;也可为布置在活塞杆端部的拉压感应开关,开关上系有拉线,拉线另一端连接液压缸的端面,开关受拉则导线通电;开关受压,则导线断电;
[0044] 液压缸的行程结束探头也可为液压缸内腔触顶感应按钮和底端面的触底感应按钮。
[0045] 浮体下端固定一支架,支架底端固定一导绳器;系在液压缸活塞杆的绳索穿过导绳器通向卷筒;导绳器为互相垂直放置的两对平行紧挨的滑轮。
[0046] —种波浪能采集发电的方法,绳索一端系在与浮体或摆板连接的液压缸的活塞杆上,另一端通向一控绳装置,并在控绳装置处余留出一段绳索;在波浪隆起浮体上升时,浮体与控绳装置之间的绳索处于锁定状态,利用浮体与锚基的距离增大,来拉动液压缸,液压缸被拉的时候,输出高压液压油以驱动液压马达带动发电机发电;当液压缸的做功行程结束时,传输信号给控绳装置释放出一段绳索,此时液压缸得以在复位力的作用下迅速复位,当复位终了的时候,液压缸的行程结束探头发信号给控绳装置停止释放绳索,于是液压缸与控绳装置之间的绳索长度再次锁定,随着浮体与锚基距离的继续增大,液压缸再次被拉动做功,如此反复;在波浪下落浮体下落的时候,先是液压缸在复位力作用下复位,随着液压缸与控绳装置之间距离的继续缩短,绳索松弛,此时控绳装置开始以很小的力回收绳索,当浮体到达波谷时,控绳装置停止收绳,并锁定绳索,浮体与控绳装置之间的绳索长度被锁定;如此循环;
[0047] 也可以采用双缸交替做功方法,具体是:浮体同时带有2个液压缸及其各自的控绳装置,但两个液压缸的行程结束探头的信号都传给一个单片机控制模块,对于带运动方向传感器的控绳装置,两个控绳装置的运动方向传感器都发往这一个单片机控制模块;
[0048] 浮体上升时,一个液压缸的控绳装置处于锁定状态,该液压缸被拉动做功,而另一个液压缸的控绳装置处于开锁状态,该液压缸一直处于完全复位不工作状态,当浮体上升到一定程度,处于绳索被锁定状态的液压缸行程临近结束,液压缸的行程结束探头发信号给单片机控制模块,这时单片机控制模块对两个控绳装置的工作状态进行对换,即原来锁定的控绳装置变为开锁,释放绳索,而原来开锁的控绳装置变为锁定,其绳索长度锁定;这样原来行程结束的液压缸得以复位,而原来一直处于完全复位不工作状态的液压缸因为其绳索长度被锁定,开始做功;等到了下一次行程结束信号发出,再如此切换;
[0049] 浮体下落时,对于系统中含有棘轮的,两个控绳装置的锁止机构始终保持一个为锁定状态,一个为开锁状态;随着浮体下落,处于开锁状态的液压缸的控绳装置立即回收绳索,而处于锁定状态的在行程中途的液压缸是先行复位,控绳装置再以很小的力回收绳索;
[0050] 对于系统中不含棘轮而包含运动方向传感器的,在浮体下落时,处于开锁状态的控绳装置立即回收绳索,而处于锁定状态的控绳装置,其对应的液压缸先行复位,当单片机控制模块同时收到两个液压缸的完全复位状态信号且运动方向传感器发送信号为收绳状态时,对两个控绳装置的锁止机构均设为开锁状态,控绳装置以很小的力回收绳索,一旦运动方向传感器发出放绳状态信号,则立即锁定其中之一的控绳装置的锁止机构;
[0051 ] 液压缸也可为气缸或直线发电机或齿条齿轮带动发电机结构。
[0052] 浮体与液压缸的连接方式为铰接或固接或通过绳索连接。
[0053] 多个浮体液压缸单元共同作业,浮体与浮体之间通过锁扣或十字万向节铰接,多个液压缸共用一套液压管路、液压马达、发电机、补油泵、油箱。
[0054] 液压系统循环路线可以是液压缸、准出单向阀、高压蓄能器、液压马达、低压蓄能器、准入单向阀;低压蓄能器压强大于缸体周围环境压强,复位时,压差在活塞上产生的拉力大于控绳装置的收绳拉力,在液压马达两端并联一溢流阀;补油泵从油箱抽油经止逆单向阀连接低压蓄能器处管路。
[0055] 对于收绳机构为潜浮子方式,连接潜浮子与卷筒的绳子绕过一间距滑轮,以使得潜浮子与卷筒保持一定距离。
[0056] 如果控绳装置是固定在锚基而不是铰接或绳索连接方式,则从液压缸杆引下来的绳索要先穿过控绳机构的导绳器,再通向控绳装置。
[0057] 发电机可与一转动惯量大的飞轮轴连,以增加转动惯量,提高发电稳定性。导线为螺旋弹簧状,具有伸缩弹性。
[0058] 本发明具有以下优点:
[0059] I)抗风浪能力强
[0060] 因为有了控绳机构,浮体的行程就不再局限于液压缸的长度,从而可以在更大的波浪下工作。
[0061] 2)波浪波高利用率高
[0062] 因为在一个波浪隆起过程中,液压缸可以多次做功,从而有效的利用波高。
[0063] 3)寿命长
[0064] 因为卷筒放绳的时候是在很小的力下进行,所以绳索受到的摩擦就大大减小,从而可以提高绳索的寿命。
附图说明
[0065] 图1:振荡活塞式波浪发电流程图(单片机+转向传感器)
[0066] 图2:振荡活塞式波浪发电流程图(电控棘轮)
[0067] 图3:振荡活塞式波浪发电信号-液压缸-卷筒运行状态对应图(单片机+转向传感器)
[0068] 图4:振荡活塞式波浪发电导线-液压缸-卷筒运行状态对应图(电控棘轮)
[0069] 图5:振荡活塞式波浪发电结构图(液压缸采用低压蓄能器复位、与浮体铰接、拉压感应开关、涡簧收绳、卷筒与锚基索链连接)
[0070] 图6:振荡活塞式波浪发电结构图(液压缸弹簧复位、液压缸固连浮体、双触发感应按钮、导绳器、潜浮子收绳、卷筒与锚基固连)
[0071] 图7:振荡活塞式波浪发电上部分透视图及剖视图
[0072] 图8:卷筒的配重收绳结构图
[0073] 图9:涡簧+卷筒+超越离合器+电磁离合器式控绳装置结构图(织带)
[0074] 图10:控绳装置结构图(索链、索链轮、碟刹、单片机、转向传感器)
[0075] 图11:控绳装置结构图(索链、涡簧、索链轮、电控棘轮)
[0076] 图12:单向阀控制液压式控绳装置结构图(涡簧+卷筒+液压泵+单向阀+受控开关阀)
[0077] 图13:容积泵锁止机构+超越离合器式控绳装置结构图
[0078] 图14:单浮体双缸结构图及运行示意图
[0079] 图15:单片机通过控制电磁换向阀控制刹车钳示意图
[0080] 图16:导绳器结构图
[0081] 图17:控绳装置固定在浮体上的结构示意图
[0082] 图18:锚基上的双定滑轮结构示意图
[0083] 图19:其他三种控绳装置(刹车条+配重、电插锁+配重、棘齿条+配重)结构示意图
[0084] 图20:直线发电机与行程结束探头结构示意图
[0085] 图21:齿条齿轮与行程结束探头结构示意图
[0086]
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具体实施方式[0087] 本发明的目的是为解决长度有限的液压缸如何在波高很大的波浪中工作的问题,采取的方法是:绳索一端系在与浮体或摆板连接的液压缸的活塞杆上,另一端通向一控绳装置,并在控绳装置处余留出一段绳索;在波浪隆起浮体上升时,浮体与控绳装置之间的绳索处于锁定状态,利用浮体与锚基的距离增大,来拉动液压缸,液压缸被拉的时候,输出高压液压油以驱动液压马达带动发电机发电;当液压缸的做功行程结束时,传输信号给控绳装置释放出一段绳索,此时液压缸得以在复位力的作用下迅速复位,当复位终了的时候,液压缸的行程结束探头发信号给控绳装置停止释放绳索,于是液压缸与控绳装置之间的绳索长度再次锁定,随着浮体与锚基距离的继续增大,液压缸再次被拉动做功,如此反复;在波浪下落浮体下落的时候,先是液压缸在复位力作用下复位,随着液压缸与控绳装置之间距离的继续缩短,绳索松弛,此时控绳装置开始以很小的力回收绳索,当浮体到达波谷时,控绳装置停止收绳,并锁定绳索,浮体与控绳装置之间的绳索长度被锁定;如此循环;
[0088] 下面讲述一下波浪能采集发电系统的结构,该系统包括能量采集部分、能量转换部分、绳索或织带、锚基,其特征在于:还包括控制部分;
[0089] 能量采集部分为浮体或摆板;能量转换部分包括液压系统、发电机;
[0090] 控制部分包括行程结束探头、信号传输装置或电力传输导线及辅助电源、控绳装置;
[0091] 液压系统循环路线是液压缸、准出单向阀、液压马达、低压蓄能器、准入单向阀;液压马达带动发电机;
[0092] 浮体连接液压缸体,一根绳索或织带一端系在液压缸的活塞杆上,另一端通向控绳装置,控绳装置固定在锚基上,或用绳索与锚基连接;控绳装置也可固定在浮体上,从控绳装置引出的绳索一端绕过锚基的定滑轮系在活塞杆上;
[0093] 液压缸也可不用低压蓄能器复位,而是液压缸设置复位弹簧,但此时液压系统循环路线是液压缸、准出单向阀、高压蓄能器、液压马达、油箱、准入单向阀;
[0094] 液压系统也可以是气压传动系统,液压元件由相应气压元件代替;
[0095] 也可以不用经过液压传动或气压传动去带动发电机,而是通过齿条齿轮传动机构带动旋转式发电机,齿条连接绳索,齿轮的支架所在的箱体连接浮体,齿轮带动发电机;或直接采用直线发电机,即直线发电机机体、动子分别连接浮体、绳索;直线运动构件或动子的复位用复位弹簧;
[0096] 液压缸、或气缸、或齿条、或直线发电机上带有行程结束探头,通过信号传输装置或电力传输导线控制控绳装置。
[0097] 控绳装置有三种,一种是单片机控制方式:包括锁止机构、运动方向传感器、单片机控制模块、收绳机构;
[0098] 锁止机构为一对互相摩擦或卡位的部件;锁止机构的卡位部件是指:在两部件靠近后,一个部件占据了另一个部件的运动前方的位置或一个部件为凹形状,一个部件为凸起形状,嵌入到凹部件中,使得两个部件无法相对错开运动。锁止机构也可为串联在一闭环管路的容积泵和开关阀;其中一个部件固定在控绳装置的支架上,另一个活动部件,如果是直线运动形式,则直接与由能量转换部分过来的绳索连接联动,如果是旋转运动形式,则锁止机构的该部件通过直线/旋转运动转换机构连接绳索;
[0099] 直线/旋转运动转换机构为一绳索缠在卷筒上,或一索链绕过索链轮,或齿条齿轮传动机构,旋转部件与其他机构采用轴联方式联接传动;
[0100] 收绳机构为电机或弹簧或气弹簧或配重或潜浮子,与锁止机构的可活动的那个部件联接,产生力与由能量转换部分过来的绳索拉力方向相反;锁止机构的活动部件,如果是直线运动形式,则直接可与拉簧或压簧或气弹簧或配重或直线电机或与一系在潜浮子并绕过安装在控绳装置支架上的定滑轮的绳索连接;如果锁止机构的活动部件是旋转运动形式,则该部件可与收绳机构的旋转式电机或涡簧轴联,或通过直线/旋转运动转换机构,连接直线电机或拉簧或压簧或气弹簧或一细绳,该细绳连接配重或系一潜浮子;拉簧或压簧或气弹簧或涡簧的另一端固定在控绳装置的支架上;
[0101] 运动方向传感器监测与锁止机构的活动部件的运动方向,单片机控制模块通过接收运动方向传感器的信号和行程结束探头通过信号传输装置发来的信号,控制锁止机构的分离或贴合;
[0102] 第二种是:单向传动机构控制方式;
[0103] 单向传动机构为棘轮或棘齿条或超越离合器;
[0104] 棘齿条与由能量转换部分过来的绳索连接,并连接收绳机构;对应的棘爪固定在机架上,棘爪受行程结束探头控制;
[0105] 对于棘轮是,棘轮与收绳机构轴联,或通过直线/旋转转换机构连接收绳机构;棘轮通过直线/旋转转换机构连接由能量转换部分过来的绳索,对应的棘爪固定在机架上,棘爪受行程结束探头控制;
[0106] 对于超越离合器,超越离合器的主动轮与收绳机构轴联或通过直线/旋转转换机构连接收绳机构,超越离合器通过直线/旋转转换机构连接由能量转换部分过来的绳索,超越离合器的从动轮通过锁止机构与机架连接,锁止机构的两个部件的贴合和分离受行程结束探头的控制;
[0107] 棘爪滑离状态下,超越离合器的主动轮或棘轮或棘齿条的运动方向是回收绳索方向;
[0108] 第三种是单向阀控制方式,具体结构是:直线/旋转运动转换机构的直线运动构件与收绳机构、由能量转换部分过来的绳索连接,直线/旋转运动转换机构的旋转运动构件与容积泵轴联,开关阀与单向阀并联后的支路再与容积泵串联在一闭环液压管路里,开关阀受行程结束探头控制;
[0109] 控制的方法可以是单片机通过弱电控制强电方式,或行程终了探头对一带电源的电路进行开关控制,电流的通断产生电磁铁的吸合和分离,或控制电机的旋转,之后也可以选择的通过液压或齿轮传动加以放大,以驱动锁止机构的两部件的分离或贴合;也可采用对带有压力源的气动或液压管路中的电磁阀进行控制,通过控制施加在与锁止机构活动部件联接的活塞上的压力,来驱动其产生动作,使得这对部件的分离或贴合。
[0110] 锁止机构为电磁离合器,或刹车盘与刹车钳、或刹车条与刹车钳、或电插锁;
[0111] 信号传输装置为信号传导电线或光纤或为声波传输装置。
[0112] 控绳装置包括电磁换向阀、高压油路、低压油路、刹车油缸、刹车钳,电磁换向阀控制刹车油缸的无杆腔、有杆腔与高压油路、低压油路的接通对换,电磁换向阀受到单片机控制模块进行控制,或受到行程结束探头的通电断电控制。
[0113] 控绳装置包括卷筒、锁止机构、转向传感器、收绳机构、单片机控制模块、辅助电源,具体结构是:卷筒与收绳机构轴联,收绳机构为与卷筒轴联的PWM电机,或为一端固定在卷筒轴上另一端固定在卷筒支架上的涡簧,产生力矩为回收绳索方向;收绳机构也可以是:一端固定并缠绕在与卷筒轴连的小卷筒上的绳,另一端系一配重或潜浮子,产生力矩为回收绳索方向;
[0114] 卷筒的锁止机构为与卷筒轴联的刹车盘+刹车钳,或为电磁离合器,电磁离合器一端与卷筒轴联另一端固定在卷筒支架上;刹车盘+刹车钳或电磁离合器也可通过变速齿轮传动或链传动间接控制卷筒;
[0115] 卷筒与绳子也可以分别用索链轮和索链代替,收绳机构可以直接采用索链的下端下挂配重方式;
[0116] 单片机控制模块通过导线接收液压缸上行程结束探头的信号,并接收卷筒的转向传感器发来的信号,对锁止机构进行控制;
[0117] 控绳装置的另一种结构形式是:控绳装置包括卷筒、收绳机构、棘轮或超越离合器,卷筒与收绳机构、棘轮轴连;
[0118] 棘轮对应的棘爪在卷筒支架上,棘爪被液压缸上的行程结束探头通过电线进行控制,棘轮的自由转动方向为回收绳索方向;
[0119] 控绳装置的结构也可以采取收绳机构+卷筒+超越离合器+电磁离合器方式,SP用超越离合器两侧分别轴联卷筒和电磁离合器;电磁离合器受液压缸的行程结束探头控制,一端固定在支架上,在电磁离合器闭合即超越离合器的从动轮固定时,和卷筒联接的超越离合器主动轮的自由转动方向为回收绳索方向。
[0120] 发电机、液压系统大部在浮体腔内;一波纹管,一端套在液压缸的活塞杆端部,另一端套在液压缸体上,密封形成一波纹腔,该空腔接有出气管和进气管,出气管通过出气单向阀通向浮体腔内的油箱,对于开式油箱,进气管通过进气单向阀与浮体腔内相通,对于闭式油箱,则进气管通过进气单向阀与油箱相通,管口要高于油液面。
[0121] 液压系统、发电机均在浮体内,液压缸缸体侧面下端通过一空心万向节与浮体底面铰接或液压缸缸体上端通过绳索悬吊在浮体顶面,液压缸的活塞杆通过浮体的底面上的孔伸出,液压缸体底端面与孔用同心波纹面连接;液压缸的活塞杆伸出的浮体底面的孔上可以安装一竖直的封气管。
[0122] 液压缸的行程结束探头为磁感应接近开关;也可为布置在活塞杆端部的拉压感应开关,开关上系有拉线,拉线另一端连接液压缸的端面,开关受拉则导线通电;开关受压,则导线断电;
[0123] 液压缸的行程结束探头也可为液压缸内腔触顶感应按钮和底端面的触底感应按钮。需要补充说明的是,行程结束探头应该在接近还没到顶端面或底端面的位置,这样活塞还没有触顶和触底而接近时,就发出信号,从而留足控绳装置的反应时间。
[0124] 浮体下端固定一支架,支架底端固定一导绳器;系在液压缸活塞杆的绳索穿过导绳器通向卷筒;导绳器为互相垂直放置的两对平行紧挨的滑轮。
[0125] 也可以采用双缸交替做功方法,具体是:浮体同时带有2个液压缸及其各自的控绳装置,但两个液压缸的行程结束探头的信号都传给一个单片机控制模块,对于带运动方向传感器的控绳装置,两个控绳装置的运动方向传感器都发往这一个单片机控制模块;
[0126] 浮体上升时,一个液压缸的控绳装置处于锁定状态,该液压缸被拉动做功,而另一个液压缸的控绳装置处于开锁状态,该液压缸一直处于完全复位不工作状态,当浮体上升到一定程度,处于绳索被锁定状态的液压缸行程临近结束,液压缸的行程结束探头发信号给单片机控制模块,这时单片机控制模块对两个控绳装置的工作状态进行对换,即原来锁定的控绳装置变为开锁,释放绳索,而原来开锁的控绳装置变为锁定,其绳索长度锁定;这样原来行程结束的液压缸得以复位,而原来一直处于完全复位不工作状态的液压缸因为其绳索长度被锁定,开始做功;等到了下一次行程结束信号发出,再如此切换;
[0127] 浮体下落时,对于系统中含有棘轮的,两个控绳装置的锁止机构始终保持一个为锁定状态,一个为开锁状态;随着浮体下落,处于开锁状态的液压缸的控绳装置立即回收绳索,而在处于锁定状态的行程中途的液压缸是先行复位以后,控绳装置再以很小的力回收绳索;
[0128] 对于系统中不含棘轮而包含运动方向传感器的,在浮体下落时,处于开锁状态的控绳装置立即回收绳索,而处于锁定状态的控绳装置,其对应的液压缸先行复位,单片机控制模块同时收到两个液压缸的完全复位状态信号且运动方向传感器发送信号为收绳状态时,对两个控绳装置的锁止机构均设为开锁状态,控绳装置以很小的力回收绳索,一旦运动方向传感器发出放绳状态信号,则立即锁定其中之一的控绳装置的锁止机构;
[0129] 液压缸也可为气缸或直线发电机或齿条齿轮带动发电机结构。
[0130] 浮体与液压缸的连接方式为铰接或固接或通过绳索连接。
[0131] 多个浮体液压缸单元共同作业,浮体与浮体之间通过锁扣或十字万向节铰接,多个液压缸共用一套液压管路、液压马达、发电机、补油泵、油箱。
[0132] 液压系统循环路线可以是液压缸、准出单向阀、高压蓄能器、液压马达、低压蓄能器、准入单向阀;低压蓄能器压强大于缸体周围环境压强,复位时,压差在活塞上产生的拉力大于控绳装置的收绳拉力,在液压马达两端并联一溢流阀;补油泵从油箱抽油经止逆单向阀连接低压蓄能器处管路。
[0133] 对于收绳机构为潜浮子方式,连接潜浮子与卷筒的绳子绕过一间距滑轮,以使得潜浮子与卷筒保持一定距离。
[0134] 如果控绳装置是固定在锚基而不是铰接或绳索连接方式,则从液压缸杆引下来的绳索要先穿过控绳机构的导绳器,再通向控绳装置。
[0135] 发电机可与一转动惯量大的飞轮轴连,以增加转动惯量,提高发电稳定性。
[0136] 导线为螺旋弹簧状,具有伸缩弹性。
[0137] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
[0138] 首先明确一点就是:液压缸的做功拉力 >> 液压缸的复位拉力 >> 控绳装置的收绳拉力。比如液压缸的做功拉力是100KN,复位拉力只为5KN,控绳装置的收绳拉力为500N。
[0139] 图1、图3是单片机+转向传感器控绳流程图。
[0140] 当波浪上升带动液压缸上升时,液压缸与卷筒之间的距离越来越大,此时控绳装置处于锁定状态无法放绳,液压缸与卷筒间的绳索长度被锁定,因此液压缸被拉做功。
[0141] 当液压缸的活塞杆被拉到底的时候,触发底部探头,发出触底正脉冲信号,发给单片机控制模块,通过弱电控制强电方式,单片机控制锁止机构的电源开关(开关采用IGBT,或MOS管或固态继电器SSR)的导通,锁止机构通电张开,这时卷筒处于自由状态,于是在复位弹簧或压差的作用下液压缸迅速复位,时间很短可为0.2秒,这个过程也带动卷筒放绳。[0142] 复位到顶触发顶部探头,发出触顶负脉冲给单片机,这时,单片机要先打开锁止机构(对于刚完成复位情况,锁止机构是已经开锁状态,所以这种情况下无动作)判断此时浮体处于上升还是下降状态,采取的手段是单片机通过卷筒的转向传感器来判断卷筒转动方向,如果在收绳机构的作用下正转带动卷筒收绳,则表示浮体处于下落状态,就继续保持,并每隔0.01秒采样一次对转向传感器的发来的信号进行判断,一旦发现卷筒反转,即卷筒反转放绳,则表示浮体处于上升状态,于是单片机立刻锁定锁止机构。
[0143] 这时候,液压缸与卷筒间的绳索长度被锁定,浮体上升则液压缸被拉动做功。活塞离开顶部探头,则顶部探头不再发送负脉冲信号。
[0144] 如果波浪的情况使得液压缸时刻处于其自身工作行程之内,则不能触发探头,也不发送信号,单片机不运算,无需卷筒锁止机构变换状态。如果再次触发顶部探头,则发出脉冲,单片机重复刚才的判断程序,先打开锁止机构,再判断浮体运动状态,然后执行打开还是锁定。如果触发底部探头,则波况超过液压缸自身行程,即活塞杆被拉到最底,此时单片机便开锁执行前述的迅速复位程序。
[0145] 图2、图4是棘轮式控绳方式。
[0146] 波浪上升带动液压缸上升,液压缸与卷筒的距离增大,这个过程中由于棘轮的作用卷筒只能收绳不能放绳,而液压缸的拉力又大于控绳装置的收绳拉力,所以绳索既不放也不收,液压缸与卷筒的绳索长度被固定,于是液压缸被拉做功,当液压缸的柱塞杆被拉到底的时候,触发底部探头,控制棘爪的导线开关闭合通电,棘爪在电磁铁的作用下张开,棘轮失效,卷筒处于自由状态,因为液压缸的回复弹簧或回复压差的产生的拉力远大于卷筒的收绳机构的拉力,所以液压缸迅速复位,时间很短,可为0.2秒,这个过程也带动卷筒放绳,收紧了涡簧;
[0147] 复位到顶触发顶部探头时,导线断电,这时,电磁棘爪闭合,棘轮生效,此时如果浮体继续上升,则因为有棘爪的止退作用,卷筒不能放绳,所以液压缸与卷筒间的绳索长度被锁定,液压缸会再次受拉做功;
[0148] 如果这次做功依然被拉到底触及底部探头,则重复迅速复位动作,如果没有触及底部探头而是中途浮体下落,因为液压缸的回复弹簧或回复压差的拉力远大于卷筒的收绳机构的拉力,所以,卷筒不可能倒转收绳,液压缸先复位;
[0149] 当复位到顶端触及顶端探头的时候,则产生导线关断动作,因为导线本来就是关断状态,所以没有效果(图2中打斜杠的方框),卷筒继续保持棘轮状态。此后如果浮体继续下落,则因为活塞杆已经到顶液压缸不能再收缩了,也就没有了液压缸复位的拉力,所以液压缸与卷筒之间的绳索变松,由于卷筒能收绳不能放绳,所以卷筒的收绳机构的拉力产生作用,涡簧的弹性势能释放,将卷筒倒转收回绳索。
[0150] 图5是一种振荡活塞式波浪发电的具体结构图
[0151] 特点是采用:液压缸2用低压蓄能器11复位、液压缸与浮体通过万向节30铰接、拉压触发感应开关10、收绳机构为涡簧37、控绳装置与锚基索链29连接。
[0152] 系统包括浮体1、锚基22、液压系统、发电机14,浮体连接液压缸体,液压缸与浮体的连接为铰接30方式。
[0153] 液压系统循环路线是液压缸2、准出单向阀18、高压蓄能器12、液压马达13、低压蓄能器11、准入单向阀17 ;液压马达带动发电机14 ;液压缸采用压差复位;液压缸的无杆腔5的压强为大气压,低压蓄能器的压强约5个大气压,压差产生拉力为4个大气压乘以活塞有效面积,远大于收绳机构的拉力。
[0154] 在高压蓄能器与低压蓄能器之间,设置一溢流阀72 ;加溢流阀是为了保证液压系统的安全。当液压缸在运转而液压马达13没有转的时候,可以通过溢流阀将高压部分的液压油溢流到低压部分中去,降低高压蓄能器的压力,以免损坏液压系统。为了弥补液压缸以及液压马达的泄油损失,补油泵15从油箱16抽油,止逆单向阀51的作用是为防止液压系统中的油回流到补油泵。
[0155] 发电机、液压系统除液压缸外均在浮体I腔内;一波纹管,一端套在液压缸的活塞杆端部60,另一端套在液压缸体2上,密封形成一波纹腔57,该空腔和液压缸的无杆腔5与出气管58和进气管52连接,出气管通过出气单向阀通向浮体腔内的油箱16,对于开式油箱,进气管通过进气单向阀与浮体腔内相通,对于闭式油箱,则进气管通过进气单向阀与油箱相通,管口要高于油液面,这样就可以保证液压缸的泄油流回油箱。
[0156] 导线20为螺旋弹簧状,具有伸缩弹性。
[0157] 控绳装置是这样的:一根织带36 —端系在液压缸2的活塞杆3,另一端固定并缠绕在一卷筒34上,卷筒的支架33与锚基用索链29连接;织带与活塞杆的连接处为旋转接头53,以使得织带能够自由旋转。控绳装置比重最好小于水,除非控绳装置的收绳拉力足够大,这样在浮体下落液压缸完全复位后,控绳装置不会下沉,从而保证控绳装置与液压缸的距离能够缩短,从而收绳。
[0158] 卷筒34与收绳机构、棘轮轴连,收绳机构为一端固定在卷筒上另一端固定在卷筒支架上的涡簧37,产生力矩为回收绳索方向。
[0159] 棘轮对应的棘爪安装在卷筒支架上,棘爪被液压缸上的行程结束探头通过导线20进行控制;棘轮主动轮的自由转动方向为回收绳索方向。
[0160] 液压缸的行程结束探头为布置在活塞杆端部60的拉压感应开关10,开关上系有拉线9连接液压缸的端面,开关受拉则导线通电,棘爪28被电磁铁吸开,开关受压,则导线断电,棘爪在弹簧作用下闭合。
[0161] 图6是另一种振荡活塞式波浪发电的另外一种实施方式
[0162] 特点是:液压缸采用弹簧54复位、液压缸固连浮体、触顶触底感应按钮、导绳器
19、收绳机构为潜浮子25收绳、卷筒34与锚基22固连。
[0163] 系统包括浮体1、锚基22、液压系统、发电机14,液压缸与浮体为固连。发电机、液压系统均在浮体腔内;一波纹管6, —端套在液压缸的活塞杆端部60,另一端套在液压缸体2上,密封形成一波纹腔57。
[0164] 液压系统的循环路线是液压缸2、准出单向阀、高压蓄能器12、液压马达13、油箱
16、准入单向阀。
[0165] 一根绳子31 —端系在液压缸2的活塞杆3,另一端固定并缠绕在控绳装置的卷筒34上,中途通过导绳器19,导绳器为垂直放置的两对平行紧挨的滑轮44 (图16)。
[0166] 卷筒34与收绳机构、棘轮轴连,收绳机构是一端固定并缠绕在卷筒上的细绳,另一端系一潜浮子25,产生力矩为回收绳子31方向;连接潜浮子与卷筒的细绳绕过一间距定滑轮24,以使得潜浮子与卷筒保持一定距离;防止潜浮子下的绳子与绳子31互相缠绕。卷筒的支架49与锚基固连;对于绳索中间永远不缠绕的一段用拉杆23代替,以提高刚性。[0167] 棘轮对应的棘爪在卷筒支架上,棘爪被液压缸上的行程结束探头通过导线20进行控制;和卷筒固连的棘轮主动轮的自由转动方向为回收绳子31方向。
[0168] 液压缸行程结束探头为液压缸内腔顶端面的触顶感应按钮8和底端面的触底感应按钮7。
[0169] 因为绳子31的角度是变化的,所以为了保证绳子能顺利的缠绕在锚基22上的卷筒34上,锚基也加了一个导绳器21。
[0170] 导线20为螺旋弹簧状,具有伸缩弹性。
[0171] 图7为振荡活塞式波浪发电系统上部分的透视图及剖视图
[0172] 液压缸缸体2侧面下端通过一空心十字万向节74与浮体I底面铰接,液压缸的活塞杆3通过浮体I的底面上的孔伸出,缸体与孔用同心波纹面73连接,高压蓄能器12、低压蓄能器11、准出单向阀18、准入单向阀17及其他液压系统部分、发电机均在浮体内;浮体底面上的孔安装一竖直的封气管75。
[0173] 封气管75的作用是封存部分空气,因为浮体底面始终朝下,所以空气不会跑掉,从而可以减少海水进入浮体腔内的几率。空心万向节74为一圆环,外侧一对轴,环内侧一对轴,两对轴互相垂直,缸体在中心处,可在万向节内侧的一对轴旋转,空心万向节的外侧的一对轴则安装在浮体底面的支架上旋转,空心万向节的作用是调整液压缸2的角度,避免活塞杆3和活塞对缸体有横向的力,从而减少磨损和泄漏。该图中,液压缸仅有一个口用于出油和进油。
[0174] 连接活塞杆3的绳索从浮体下面的导绳器19中穿过。导绳器固定在浮体下面的支架76底端。为了防止在浮体下落时,控绳装置对绳索往下拉的力太小,而液压缸体太重2导致在空心万向节上倾倒,在液压缸体顶端系一短绳索78,连在浮体顶面上,在液压缸倾倒时,能够拽住它,如果液压缸下端没有空心十字万向节,则短绳索78也可起到铰接的作用,使得液压缸能够顺着拉力调整角度。
[0175] 图8、图9、图10、图11为另外四种控绳装置的结构。
[0176] 图8的结构是:卷筒34上缠绕的是绳子31,卷筒的支架33系有索链29,卷筒34的轴上缠有细绳,系有配重32,配重产生的转矩可使卷筒回收绳子31。卷筒上嵌有内棘轮35,与之对应的电控棘爪安装在悬吊支架33上,通过导线20控制电磁铁56吸合释放棘爪。如果电磁铁的力量不够的话,可以通过电控液压来放大。
[0177] 图9的结构是:卷筒34上缠绕的是织带36,收绳机构为一端固定在卷筒上另一端固定在卷筒支架上的涡簧37,产生力矩为回收织带方向;卷筒与超越离合器主动轮39轴连,超越离合器的从动轮59与电磁离合器38轴联,电磁离合器的另一端固定在支架49上。导线20可控制电磁离合器38的分离和合并。
[0178] 图10的结构是:索链29缠绕在索链轮65上,但不反复缠绕而是绕过不到一圈,与手拉葫芦一样,索链的底端系有配重32,提供回收索链的拉力。索链轮65与刹车盘66通过链71传动,刹车钳67被单片机控制模块70控制,单片机控制模块70接收来自液压缸上行程结束探头的信号和监视索链轮65转动方向的转向传感器68的信号。控绳装置通过三根绳索连接三个锚基22,形成三点定位。
[0179] 图11的结构是:索链轮65与棘轮35、涡簧37轴联,棘爪28被导线控制,索链29下段为自由端。[0180] 图12为单向阀控制液压式控绳装置结构图
[0181] 收绳机构为涡簧37,单向阀与开关阀64的并联支路与容积泵串联在一闭环液压管路,构成锁止机构,卷筒34与容积泵、涡簧轴联;一般情况下,开关阀为关闭状态,由于单向阀的作用,容积泵只能朝一个方向转动,即只能在涡簧的作用下沿收绳方向转动,除非在液压缸的行程结束探头探测到行程结束后,行程结束探头控制开关阀64打开,这时容积泵就可以是正反方向旋转,也就是可以在由液压缸过来的绳索的拉力下,放绳。
[0182] 图13:容积泵锁止机构+超越离合器式控绳装置结构图
[0183] 卷筒34与涡簧37、超越离合器39、容积泵轴联;容积泵与开关阀64串联在一闭环液压管路,构成锁止机构;开关阀64 —般为关闭状态,即锁止机构处于锁定状态,此时因为超越离合器的单向传动性,卷筒只能朝一个方向旋转,即收绳方向,除非在液压缸的行程结束探头探测到行程结束后,行程结束探头控制开关阀64打开,这时容积泵就可以是正反方向旋转,超越离合器失效,此时卷筒可在由液压缸过来的绳索的拉力下,放绳。
[0184] 图14为单浮体双缸结构图及运行示意图,
[0185] 浮体同时带有2个液压缸及其各自的控绳装置,控绳装置为棘轮式,但两个液压缸的行程结束探头的信号都传给一个单片机控制模块70,对于带运动方向传感器的控绳装置,两个控绳装置的运动方向传感器都发往这一个单片机控制模块;
[0186] 浮体上升时,一个液压缸的控绳装置处于锁定状态,该液压缸被拉动做功,而另一个液压缸的控绳装置处于开锁状态,该液压缸一直处于完全复位不工作状态,当浮体上升到一定程度,处于绳索被锁定状态的液压缸行程临近结束,液压缸的行程结束探头发信号给单片机控制模块,这时单片机控制模块对两个控绳装置的工作状态进行对换,即原来锁定的控绳装置变为开锁,释放绳索,而原来开锁的控绳装置变为锁定,其绳索长度锁定;这样原来行程结束的液压缸得以复位,而原来一直处于完全复位不工作状态的液压缸因为其绳索长度被锁定,开始做功;等到了下一次行程结束信号发出,再如此切换;
[0187] 浮体下落时,两个控绳装置的锁止机构始终保持一个为锁定状态,一个为开锁状态;随着浮体下落,处于开锁状态的液压缸的控绳装置立即回收绳索,而在行程中途的液压缸是先行复位以后,控绳装置再以很小的力回收绳索。
[0188] 图15为单片机通过控制电磁换向阀控制刹车钳示意图
[0189] 这是单片机控制锁止机构一刹车钳的示意图,包括电磁换向阀84、高压油路85、低压油路86、刹车油缸69、刹车钳67,单片机控制模块70通过固态继电器SSR控制电磁换向阀通电与断电,两种状态下,电磁换向阀对刹车油缸的无杆腔、有杆腔与高压油路、低压油路的接通进行对换。在图中,刹车油缸的无杆腔与低压管路接通,有杆腔与高压管路接通,油缸活塞向左移动,带动刹车钳远离刹车盘66,从而使得锁止机构开锁。当单片机控制模块通过控制电磁阀换向,使得刹车油缸的无杆腔与高压管路接通,有杆腔与低压管路接通,则活塞在压差下向右移动,刹车钳压上刹车盘,从而依靠摩擦,锁定刹车盘,锁止机构处于锁定状态,与汽车的ABS防抱死刹车有些类似。
[0190] 图16为导绳器结构示意图
[0191] 两对平行轴线的滑轮44垂直安装在支架上。
[0192] 图17为控绳装置通过支架49固定在浮体上的结构示意图
[0193] 系在液压缸活塞杆上的绳索31绕过锚基的定滑轮24,再向上连接控绳装置。为了使得绳索能够顺利的缠在控绳装置的卷筒34上,浮体下为控绳装置也安装了导绳器21。液压缸上的导线20不必通向水下,而是在浮体内接到控绳装置上即可。因为海面上的浮体摇摆不定,用配重和潜浮子都不能够顺利收绳,所以只能选择涡簧37提供收绳力。
[0194] 如果是单个浮体同时带两套液压缸、控绳装置,且控绳装置均安装在浮体内,则需要解决一个防止绳索互相缠绕的问题,解决方案是:两套使用的锚基上的定滑轮24互相垂直,两个定滑轮安装在一个支架上,支架通过绳索29与锚基连接,如图18。对于浮体底下的导绳器,要用4个,呈正方形四顶点排列,当然四个导绳器可以共用一个支架。
[0195] 图19为三种直线运动式锁止机构的控绳装置示意图
[0196] 分别为刹车条67+配重32、电插锁80+配重、棘齿条31+配重。刹车条为一摩擦系数高的长条,其通过与刹车钳的相互静摩擦来达到锁定目的,电插锁是通过锁舌与索链的卡位方式来达到锁定目的,棘齿条是单向传动机构。
[0197] 图20为直线发电机与行程结束探头7、8结构示意图,动子82依靠下面的压簧54提供复位力。
[0198] 图21为齿条77齿轮83与行程结束探头8、7结构示意图,齿条77依靠上面的拉簧54提供复位力。

Claims (10)

1.一种波浪能采集发电系统,包括能量采集部分、能量转换部分、绳索或织带、锚基,其特征在于:还包括控制部分; 能量采集部分为浮体或摆板;能量转换部分包括液压系统、发电机; 控制部分包括行程结束探头、信号传输装置或电力传输导线及辅助电源、控绳装置;液压系统循环路线是液压缸、准出单向阀、液压马达、低压蓄能器、准入单向阀;液压马达带动发电机; 浮体连接液压缸体,一根绳索或织带一端系在液压缸的活塞杆上,另一端通向控绳装置,控绳装置固定在锚基上,或用绳索与锚基连接;控绳装置也可固定在浮体上,从控绳装置引出的绳索一端绕过锚基的定滑轮系在活塞杆上; 液压缸也可不用低压蓄能器复位,而是液压缸设置复位弹簧,但此时液压系统循环路线是液压缸、准出单向阀、高压蓄能器、液压马达、油箱、准入单向阀; 液压系统也可以是气压传动系统,液压元件由相应气压元件代替; 也可以不用经过液压传动或气压传动去带动发电机,而是通过齿条齿轮传动机构带动旋转式发电机,齿条连接绳索,齿轮的支架所在的箱体连接浮体,齿轮带动发电机;或直接采用直线发电机,即直线发电机机体和动子分别连接浮体、绳索;直线运动构件或动子的复位用复位弹簧; 液压缸、或气缸、或齿条、或直线发电机上带有行程结束探头,通过信号传输装置或电力传输导线控制控绳装 置。
2.根据权利要求1所述的波浪能发电发电系统,其特征在于:控绳装置有三种,一种是单片机控制方式:包括锁止机构、运动方向传感器、单片机控制模块、收绳机构; 锁止机构为一对互相摩擦或卡位的部件;锁止机构也可为串联在一闭环管路的容积泵和开关阀;其中一个部件固定在控绳装置的支架上,另一个为活动部件,如果是直线运动形式,则直接与由能量转换部分过来的绳索连接联动,如果是旋转运动形式,则锁止机构的该部件通过直线/旋转运动转换机构连接绳索; 直线/旋转运动转换机构为一绳索缠在卷筒上,或一索链绕过索链轮,或齿条齿轮传动机构,旋转部件与其他机构采用轴联方式联接传动; 收绳机构为电机或弹簧或气弹簧或配重或潜浮子,与锁止机构的可活动的那个部件联接,产生力与由能量转换部分过来的绳索拉力方向相反;锁止机构的活动部件如果是直线运动形式,则直接可与拉簧或压簧或气弹簧或配重或直线电机或与一系在潜浮子并绕过安装在控绳装置支架上的定滑轮的绳索连接;如果锁止机构的活动部件是旋转运动形式,则该部件可与收绳机构的旋转式电机或涡簧轴联,或通过直线/旋转运动转换机构,连接直线电机或拉簧或压簧或气弹簧或一细绳,该细绳连接配重或系一潜浮子;拉簧或压簧或气弹簧或涡簧的另一端固定在控绳装置的支架上; 运动方向传感器监测与锁止机构的活动部件的运动方向,单片机控制模块通过接收运动方向传感器的信号和行程结束探头通过信号传输装置发来的信号,控制锁止机构的分离或贴合; 第二种是:单向传动机构控制方式; 单向传动机构为棘轮或棘齿条或超越离合器; 棘齿条与由能量转换部分过来的绳索连接,并连接收绳机构;对应的棘爪固定在机架上,棘爪受行程结束探头控制; 对于棘轮是,棘轮与收绳机构轴联,或通过直线/旋转转换机构连接收绳机构;棘轮通过直线/旋转转换机构连接由能量转换部分过来的绳索,对应的棘爪固定在机架上,棘爪受行程结束探头控制; 对于超越离合器,超越离合器的主动轮与收绳机构轴联或通过直线/旋转转换机构连接收绳机构,超越离合器通过直线/旋转转换机构连接由能量转换部分过来的绳索,超越离合器的从动轮通过锁止机构与机架连接,锁止机构的两个部件的贴合和分离受行程结束探头的控制;棘爪滑离状态下,超越离合器的主动轮或棘轮或棘齿条的运动方向是回收绳索方向;第三种是单向阀控制方式,具体结构是:直线/旋转运动转换机构的直线运动构件与收绳机构、由能量转换部分过来的绳索连接,直线/旋转运动转换机构的旋转运动构件与容积泵轴联,开关阀与单向阀并联后的支路再与容积泵串联在一闭环液压管路里,开关阀受行程结束探头控制; 控制的方法可以是单片机通过弱电控制强电方式,或行程终了探头对一带电源的电路进行开关控制,电流的通断产生电磁铁的吸合和分离,或控制电机的旋转,之后也可以选择的通过液压或齿轮传动加以放大,以驱动锁止机构的两部件的分离或贴合;也可采用对带有压力源的气动或液压管路中的电磁阀进行控制,通过控制施加在与锁止机构活动部件联接的活塞上的压力,来驱动其产生动作,使得这对部件的分离或贴合。
3.根据权利要求1、2所述的波浪能发电发电系统,其特征在于: 锁止机构为电磁离合器,或刹车盘与刹车钳、或刹车条与刹车钳、或电插锁; 信号传输装置为信号传导电线或光纤或为声波传输装置。
4.根据权利要求1、2所述的波浪能发电发电系统,其特征在于: 控绳装置包括电磁换向阀、高压油路、低压油路、刹车油缸、刹车钳,电磁换向阀控制刹车油缸的无杆腔、有杆腔与高压油路、低压油路的接通对换,电磁换向阀受到单片机控制模块进行控制,或受到行程结束探头的通电断电控制。
5.根据权利要求1所述的波浪能发电发电系统,其特征在于: 控绳装置包括卷筒、锁止机构、转向传感器、收绳机构、单片机控制模块、辅助电源,具体结构是:卷筒与收绳机构轴联,收绳机构为与卷筒轴联的PWM电机,或为一端固定在卷筒轴上另一端固定在卷筒支架上的涡簧,产生力矩为回收绳索方向;收绳机构也可以是:一端固定并缠绕在与卷筒轴连的小卷筒上的绳,另一端系一配重或潜浮子,产生力矩为回收绳索方向; 卷筒的锁止机构为与卷筒轴联的刹车盘+刹车钳,或为电磁离合器,电磁离合器一端与卷筒轴联另一端固定在卷筒支架上;刹车盘+刹车钳或电磁离合器也可通过变速齿轮传动或链传动间接控制卷筒; 卷筒也可以用锁链轮代替,收绳机构可以直接采用索链的下端下挂配重方式; 单片机控制模块通过导线接收液压缸上行程结束探头的信号,并接收卷筒的转向传感器发来的信号,对锁止机构进行控制; 控绳装置的另一种结构形式是:控绳装置包括卷筒、收绳机构、棘轮或超越离合器; 卷筒与收绳机构、棘轮轴连;棘轮对应的棘爪在卷筒支架上,棘爪被液压缸上的行程结束探头通过电线进行控制,棘轮的自由转动方向为回收绳索方向; 控绳装置的结构也可以采取收绳机构+卷筒+超越离合器+电磁离合器方式,即用超越离合器两侧分别轴联卷筒和电磁离合器;电磁离合器受液压缸的行程结束探头控制,一端固定在支架上,在电磁离合器闭合即超越离合器的从动轮固定时,和卷筒联接的超越离合器主动轮的自由转动方向为回收绳索方向。
6.根据权利要求1所述的波浪能发电发电系统,其特征在于:发电机、液压系统大部在浮体腔内;一波纹管,一端套在液压缸的活塞杆端部,另一端套在液压缸体上,密封形成一波纹腔,该空腔接有出气管和进气管,出气管通过出气单向阀通向浮体腔内的油箱,对于开式油箱,进气管通过进气单向阀与浮体腔内相通,对于闭式油箱,则进气管通过进气单向阀与油箱相通,管口要高于油液面。
7.根据权利要求1所述的波浪能发电发电系统,其特征在于:液压系统、发电机均在浮体内,液压缸缸体侧面下端通过一空心万向节与浮体底面铰接或液压缸缸体上端通过绳索悬吊在浮体顶面,液压缸的活塞杆通过浮体的底面上的孔伸出,液压缸体底端面与孔用同心波纹面连接。
8.根据权利要求1所述的波浪能发电发电系统,其特征在于:液压缸的行程结束探头为磁感应接近开关;也可为布置在活塞杆端部的拉压感应开关,开关上系有拉线,拉线另一端连接液压缸的端面,开关受拉则导线通电;开关受压,则导线断电; 液压缸的行程结束探头也可 为液压缸内腔触顶感应按钮和底端面的触底感应按钮。
9.根据权利要求1所述的波浪能发电发电系统,其特征在于:浮体下端固定一支架,支架底端固定一导绳器;系在液压缸活塞杆的绳索穿过导绳器通向控绳装置;导绳器为互相垂直放置的两对平行紧挨的滑轮。
10.一种波浪能采集发电的方法,其特征在于:绳索一端系在与浮体或摆板连接的液压缸的活塞杆上,另一端通向一控绳装置,并在控绳装置处余留出一段绳索;在波浪隆起浮体上升时,浮体与控绳装置之间的绳索处于锁定状态,利用浮体与锚基的距离增大,来拉动液压缸,液压缸被拉的时候,输出高压液压油以驱动液压马达带动发电机发电;当液压缸的做功行程结束时,传输信号给控绳装置释放出一段绳索,此时液压缸得以在复位力的作用下迅速复位,当复位终了的时候,液压缸的行程结束探头发信号给控绳装置停止释放绳索,于是液压缸与控绳装置之间的绳索长度再次锁定,随着浮体与锚基距离的继续增大,液压缸再次被拉动做功,如此反复;在波浪下落浮体下落的时候,先是液压缸在复位力作用下复位,随着液压缸与控绳装置之间距离的继续缩短,绳索松弛,此时控绳装置开始以很小的力回收绳索,当浮体到达波谷时,控绳装置停止收绳,并锁定绳索,浮体与控绳装置之间的绳索长度被锁定;如此循环; 也可以采用双缸交替做功方法,具体是:浮体同时带有2个液压缸及其各自的控绳装置,但两个液压缸的行程结束探头的信号都传给一个单片机控制模块,对于带运动方向传感器的控绳装置,两个控绳装置的运动方向传感器都发往这一个单片机控制模块; 浮体上升时,一个液压缸的控绳装置处于锁定状态,该液压缸被拉动做功,而另一个液压缸的控绳装置处于开锁状态,该液压缸一直处于完全复位不工作状态,当浮体上升到一定程度,处于绳索被锁定状态的液压缸行程临近结束,液压缸的行程结束探头发信号给单片机控制模块,这时单片机控制模块对两个控绳装置的工作状态进行对换,即原来锁定的控绳装置变为开锁,释放绳索,而原来开锁的控绳装置变为锁定,其绳索长度锁定;这样原来行程结束的液压缸得以复位,而原来一直处于完全复位不工作状态的液压缸因为其绳索长度被锁定,开始做功;等到了下一次行程结束信号发出,再如此切换; 浮体下落时,对于系统中含有棘轮的,两个控绳装置的锁止机构始终保持一个为锁定状态,一个为开锁状态;随着浮体下落,处于开锁状态的液压缸的控绳装置立即回收绳索,而在处于锁定状态的行程中途的液压缸是先行复位以后,控绳装置再以很小的力回收绳索; 对于系统中不含棘轮而包含运动方向传感器的,在浮体下落时,处于开锁状态的控绳装置立即回收绳索,而处于锁定状态的控绳装置,其对应的液压缸先行复位,当单片机控制模块同时收到两个液压缸的完全复位状态信号且运动方向传感器发送信号为收绳状态时,对两个控绳装置的锁止机构均设为开锁状态,控绳装置以很小的力回收绳索,一旦运动方向传感器发出放绳状态信号,则立即锁定其中之一的控绳装置的锁止机构; 液压缸也可为气缸 或直线发电机或齿条齿轮带动发电机结构。
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