CN103306880A

CN103306880A - 新型三维海浪发电装置

Info

Publication number: CN103306880A
Application number: CN2013101658945A
Authority: CN
Inventors: 马春翔; 陈伟聪; 郑茂琦; 陈康; 王志波; 高峰
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2013-09-18

Abstract

本发明公开了一种新型三维海浪发电装置，主体结构是通过2条球铰-液压缸-球铰支链和1条液压缸-虎克铰支链构成的三维机构。其中，垂直方向上分布2个液压缸。能够更有效地吸收海浪主要的垂荡能量。三维海浪发电装置是由安装平台、液压缸装置、连接平台顺序铰接；安装平台上表面安装有液压马达、发电机、油箱和蓄能器，它们与液压缸装置通过油管连接，构成油路；连接平台下方通过螺纹连接船体形状的浮子装置，能够在浮力及重力的作用下很快地回复平衡状态。浮子在海浪的作用下做空间六维运动，从而带到液压系统工作，推动发电机发电。

Description

新型三维海浪发电装置

技术领域

本发明涉及新型发电装置技术领域，具体是一种三维海浪发电装置。

背景技术

经过对现有技术的检索发现，扇形水槽海浪发电装置（中国专利号ZL.200920002674.X）主要是利用海浪冲击能量，该专利存在下列不足：扇形水槽是浇注在岸基上的，浇筑施工过程难度大。另外扇形水槽是坐落在岸基上的，能够利用的海浪能量有限，发电效率低。在涨潮后，扇形浮块的摆动能力下降，在这过程中没能有效利用海浪发电。

考察现有的感应发电的海浪发电装置，一种海浪发电装置（中国专利号ZL.200720309279.7）。原理为浮子被海浪摇动，带动摆杆及球形永磁壳通过万向活节绕球形永磁壳和球形感应线圈的球心摆转，从球形永磁壳发出的磁力线被球形感应线圈切割，从而产生感应电流。存在的不足：1.由于海浪的波动是朝各个方向的，在该装置中总会有至少一个方向的海浪冲击力未能得到利用；2.这些方向上的力由冲击装置影响发电装置的使用寿命；3.该装置不存在自恢复的机构，在实际情况下可能发电效率不高。

另外有些并联机构的海浪发电装置，只能够实现对于海浪的浮动的能量的吸收。没有能够有效地利用海浪的能量。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种三维海浪发电装置，本发明整体固定在固定支架上，固定支架打入海底。浮体装置呈中空船型，底部有质量较大的铁块。在浮力及重力的作用下能够很快地回复到平衡状态。海浪的运动推动浮子做六维运动。液压系统中的若干个液压缸同时开始工作。液压缸上设置有进油口、出油口各一对。两端各一个进油口一个出油口。每个口处配置有特定方向的单向阀。海浪传播来时通过推动浮体从而推动液压缸运动，液压缸挤压其一侧缸体。海浪过去以后浮子在浮力及自身重力作用下复位，这时液压缸挤压其另一侧缸体。由于合理地配置单向阀，不论海浪如何运动都实现了压缩液压缸的一侧的油液，能够带动液压马达朝一个方向运动；从而液压缸不论是拉伸还是压缩，均能实现吸油和压油的动作，这样就实现了若干个液压缸的同时工作，充分利用了海浪能量，提高发电能力。另外在液压缸到液压马达的油路上布置有蓄能器，能够充分利用能源，保持各装置中油液的压力。

本发明是通过以下技术方案实现的：

所述新型三维海浪发电装置，包括2-SPS&PU构型的三维机构，所述2-SPS&PU构型的三维机构包括第一SPS支链、第二SPS支链、PU支链，其中，第一SPS支链包括依次连接的球铰A1、第一液压缸、球铰A2，第二SPS支链包括依次连接的球铰B1、第二液压缸、球铰B2，PU支链包括依次连接的第三液压缸、虎克铰，第一SPS支链垂直于第二SPS支链与PU支链形成的平面。

优选地，所述第二SPS支链、PU支链沿垂直方向延伸，以吸收海浪主要的垂荡能量。

优选地，还包括安装平台、连接平台、浮子，连接平台位于安装平台的下方，浮子与连接平台的下表面连接，其中：第一SPS支链的球铰A1连接在安装平台的侧壁，球铰A2连接在连接平台的侧壁；第二SPS支链的球铰B1连接在安装平台的下表面，球铰B2连接在连接平台的上表面；PU支链的第三液压缸的一端固定连接安装平台的下表面，另一端通过虎克铰连接在连接平台的上表面。

优选地，还包括液压马达、发电机、油箱，其中，所述第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸分别设有液压缸进油口和液压缸出油口；液压缸出油口与液压马达连接，液压缸进油口与油箱连接，液压马达与油箱相连，发电机与液压马达相连，液压马达、发电机、油箱均安装在安装平台上。

优选地，安装平台为方筒形，安装平台的底部设有止口，安装平台的侧壁上设有突台，安装平台的上表面设有若干油管通孔，液压缸出油口通过输油软管经油管通孔后与液压马达相连，液压缸进油口通过输油软管与油箱出油孔相连接用于液压缸低压一侧的缸体回油。

优选地，所述第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸的两端上均设有一个液压缸出油口和一个液压缸进油口，即第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸上均设有两个液压缸出油口和两个液压缸进油口，每个液压缸出油口和液压缸进油口上都设有一个单向阀，液压缸出油口的单向阀允许的流动方向为自液压缸内向外，液压缸进油口的单向阀允许的流动方向为自液压缸外向内。

优选地，所述连接平台为长方体，连接平台的底部设有一个用于连接浮子的连接座，连接座通过螺栓连接浮子，浮子为密封的中空的船形，浮子内部底面上设有重量较大的铁块，浮子的上表面设有连接杆用于和连接平台相连，连接杆上设有与螺栓相匹配的螺纹孔。

优选地，浮子能够在海浪的作用下做空间六维浮动，当浮子在海浪的作用下上下运动时，主要由垂直方向上的第二SPS支链的第二液压缸、PU支链的第三液压缸工作推动液压马达，侧面方向的第一SPS支链的第一液压缸做协调运动，吸收少量能量；当浮子在海浪作用下左右运动时，主要由侧面方向的第一SPS支链的第一液压缸工作推动液压马达，垂直方向上的第二SPS支链的第二液压缸、PU支链的第三液压缸做协调运动，吸收少量能量。

优选地，还包括蓄能器，蓄能器与液压马达相连，蓄能器用于在第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸到液压马达的油路中油压较高时蓄能，油压较低时释放能量，以维持液压马达工作所需要的油压，保证发电机发电的稳定性。

优选地，安装平台顶部还设有用于安装蓄能器的圆形突台，圆形突台的直径与蓄能器底座的直径相一致。

更为具体地，本发明公开的新型三维海浪发电装置，主体结构是通过2条球铰-液压缸-球铰支链和1条液压缸-虎克铰支链构成2-SPS&PU构型的三维机构，其中一条SPS（Spherical joint-Prismatic pair-Spherical joint，球铰-移动副-球铰）支链垂直于另一SPS支链与PU（Prismatic pair-Universal joint，移动副-虎克铰）支链形成的平面。所述新型三维海浪发电装置还包括安装平台，安装在安装平台上表面的液压马达、发电机、油箱及蓄能器，安装在安装平台下表面的作为支链组件的液压缸装置，与液压缸连接的连接平台，以及与连接平台下部相连的浮子装置，其中，所述液压缸装置包括3个液压缸，分别为第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸，其中第一液压缸和第二液压缸的一端铰接在安装平台的下表面，另一端铰接在连接平台上，分别布置在垂直方向和水平方向，第三液压缸一端固接在安装平台下表面，另一端通过虎克铰与连接平台相连接，第三液压缸布置在垂直方向；所述液压缸装置分别设有液压缸进油口和液压缸出油口；所述液压缸出油口与液压马达连接；所述液压缸进油口与油箱相连接；所述液压马达与油箱相连；所述电机与液压马达相连；所述的浮体加工成船体的形状，能够在浮力及重力的共同作用下很快地回复平衡状态。

所述安装平台成方筒状，通过桁架支脚固定到海底。

所述安装平台的内表面设有2个球铰座和1个固定支座，分布于相邻两面上。其中一个面上设1个球铰座和一个固定支座，另外一个面上设1个球铰座。

所述安装平台的上表面设有3个方形凸台，分别用于安装液压马达，发电机和油箱。另外还设有1个直径与蓄能器直径相同的圆形突台，用于安装蓄能器。

所述安装平台上开有两个通孔，两孔对称分布。输油管通过所述通孔连接液压缸、液压马达及油箱。

所述液压缸装置包括三个液压缸，三个液压缸呈1-2构型排布。所述任一液压缸包括液压缸体以及液压缸活塞杆，其中，所述液压缸活塞杆的一端设置在液压缸体内部并与液压缸体紧密配合，另一端端头处设有液压缸活塞球铰或是虎克铰；所述液压缸体的一端端头上设有液压缸体球铰或是固定连接座，液压缸体的端部设有第一出油口、第一单向阀、第二进油口和第四单向阀，所述第一单向阀设置在第一出油口处形成第一液压缸出油口，第四单向阀设置在第二进油口处形成第二液压缸进油口；所述液压缸体的另一端端头处设有液压缸活塞杆，其端部设有第二出油口、第二单向阀、第一进油口和第三单向阀，第二单向阀设置在第二出油口处形成第二液压缸出油口，第三单向阀设置在第一进油口处形成第一液压缸进油口；所述液压缸通过2-SPS&PU方式与安装平台及连接平台连接。

所述浮子装置通过连接平台与液压缸装置连接并漂浮在海面上。

所述连接平台为长方体，其上表面设有1个用于连接液压缸装置的上部球铰座和1个虎克铰支座；其侧面设有1个用于连接液压缸装置的上部球铰座。

所述连接平台底部设有一个用于连接浮子的连接座，连接座上开有止口，止口中设有螺纹通孔，螺栓通过螺纹通孔连接浮子装置。

所述浮子为密封的中空的船形，其内部底面上设有质量较大的铁块。其上表面设有连接杆用于与连接平台相连接，连接杆上设有螺纹。

所述液压马达包括液压马达进油口、液压马达出油口、转轴和底座，其中，液压马达进油口与液压缸出油口相连，液压马达出油口与油箱回油口相连接，液压马达通过转轴与发电机相连接，底座固定在方形突台上。

本发明采用的船形浮子带动液压系统，通过液压马达驱动发电机发电，能够充分利用海浪势能。海浪运动的方向是不确定，但是不论海浪的方向如何，浮子总能在海浪的作用及自身的重力作用下做六维运动，带动液压系统工作，推动发电机发电，实现海浪能量的利用。

本发明优选采用3个液压缸的缸体同连接平台相连，活塞杆与连接平台相连。3个液压缸均带有2个进油口和2个出油口，每个油口均连接单向阀。每个液压缸的工作时受压缩一侧的缸体油压增大，打开出油口处的单向阀，而同侧的进油口处的单向阀处于关闭状态，将油液通过软管输送到液压马达的进油口，驱动液压马达运动；而液压缸的另一侧体积增大，油压减小，此时进油口处的单向阀打开，同侧的出油口处的单向阀关闭，将油液从油箱吸入缸体。每个液压缸在工作时同时实现压油和吸油的功能，3个液压缸同时工作时均能实现压油和吸油的功能，大大提高了海浪能量的利用率，提高了发电效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明内部结构图；

图3为本发明的俯视图；

图4为液压缸的剖视图；

图5为连接平台的俯视图；

图6为连接平台的仰视图；

图7为浮体剖视图；

图8为液压马达立体图；

图9为本发明简单油路分析示意图；

图中，1-安装平台、2-蓄能器、3-液压马达、4-发电机、5-油箱、6-液压缸体、7-液压缸活塞杆、8-虎克铰、9-连接平台、10-浮子、11-进油孔、12-输油管、13-回油孔、14-突台、15-液压缸体球铰、16-第一出油口、17-第一单向阀、18-第二出油口、19-第二单向阀、20-液压缸活塞杆球铰、21-第一进油口、22-第三单向阀、23-第二进油口、24-第四单向阀、25-连接平台液压缸球铰座、26-连接平台浮子连接座。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

在本实施例中，所述新型三维海浪发电装置包括浮子装置，设置在浮子装置上的液压缸装置，设置在液压缸装置上的安装平台1，设置在安装平台1上的油箱5以及与油箱5相互连接的液压马达3及发电机4；其中，液压缸装置有三个液压缸，即第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸，其中，第一液压缸和第二液压缸的一端铰接在安装平台1的内表面且分别呈垂直和水平分布，另一端铰接与连接平台9；第三液压缸的一端固接在安装平台1的下表面，另一端通过虎克铰8连接在连接平台9上；液压缸装置分别设有液压缸进油口和液压缸出油口；液压缸出油口引出油路到液压马达3；液压缸进油口与油箱5相连接；液压马达3与油箱5相连。

液压缸装置所包括的三个液压缸，任一液压缸包括液压缸体6以及液压缸活塞杆7，其中，液压缸活塞杆7的一端设置在液压缸体6内部并与液压缸体6紧密配合，其中有两个液压缸活塞杆7的另一端端头处设有液压缸活塞球铰20；有两个液压缸体6的一端端头上设有液压缸体球铰15，且端部设有第一出油口16、第一单向阀17、第二进油口23和第四单向阀24，第一单向阀17设置在第一出油口16处形成第一液压缸出油口，第四单向阀24设置在第二进油口23处形成第二液压缸进油口；液压缸体6的另一端端头处设有液压缸活塞杆7，且端部设有第二出油口18、第二单向阀19、第一进油口21和第三单向阀22，第二单向阀19设置在第二出油口18处形成第二液压缸出油口，第三单向阀22设置在第一进油口21处形成第一液压缸进油口；液压缸活塞杆7通过液压缸活塞球铰20或虎克铰8与连接平台9连接，液压缸体6通过液压缸体球铰15或以固定连接方式与安装平台1连接。

浮子装置通过安装平台与海底固定连接并漂浮在海面上，浮子装置包括浮子10、连接平台9，液压缸装置铰接在连接平台9上。

连接平台9为长方体，其上设有两个用于连接液压缸装置的上部球铰座和一个虎克铰支座，且分布位置与液压缸装置布置相对应；连接平台9的底部设有一个用于连接浮子10的底部连接座。

浮子10为中空的船形，其上设有一个用于与连接平台9相连接的连接杆。

液压马达3包括液压马达进油口、液压马达出油口、转轴和底座，其中，液压马达进油口与第一液压缸出油口、第二液压缸出油口和第三液压缸出油口相连，液压马达出油口与油箱回油口相连接，液压马达通过转轴与发电机4相连接，底座固定在方形突台14上。

实施例2

实施例2为实施例1的优选例。

本实施例在实施例1的基础上，所述新型三维海浪发电装置还包括蓄能器2，蓄能器2与液压马达3相连。

此时，安装平台1顶部还设有用于安装蓄能器2的圆形突台，圆形突台的直径与蓄能器2底座的直径相一致。

进一步更具体为：

如图1至3所示，所述新型三维海浪发电装置包括浮子10、连接平台9、通过2-SPS&PU连接的三个液压缸、油箱5、液压马达3、发电机4、蓄能器2。其中，浮子10为密封的船形，内部掏空，浮子10内底部设有质量较大的铁块。浮子10顶部设有连接杆与连接平台9连接。连接平台9的下底面设有连接座，用于连接浮子10，连接平台9的上表面上设有1个球铰座和一个虎克铰支座，连接平台9的侧表面上设有1个球铰座。安装平台1的下表面上设有2个球铰座和一个固定支座，球铰座的分布与连接平台9上表面的球铰座分布相同，固定支座与连接平台9上表面的虎克铰支座相对应。液压缸体6上的球铰与安装平台1上的球铰座或固定支座相连，液压缸活塞杆7上的液压缸活塞杆球铰20与连接平台9上的球铰座相连或通过虎克铰8与连接平台9上的虎克铰支座连接。即安装平台1与连接平台9通过1-2构型的液压缸6连接在一起。

如图5至6所示，连接平台9为长方体，其上表面上设有1个球铰座和一个虎克铰支座，侧表面上设有1个球铰座；连接平台9底部设有一个用于连接浮子10的连接座。

如图8所示，液压马达3包括液压马达进油口、液压马达出油口、转轴和底座。

1-2构型液压缸体6上设有第一出油口16、第一单向阀17、第二出油口18、第二单向阀19、第一进油口21、第三单向阀22、第二进油口23、第四单向阀24，其中第一单向阀17、第二单向阀19、第三单向阀22、第四单向阀24的开口方向一致。如图2-4所示，第一出油口16、第二出油口18通过输油软管穿过安装平台1上的进油孔11与液压马达的进油口相连。第一进油口21、第二进油口23通过输油软管穿过安装平台1上的回油孔13与油箱5相连。简单油路分析如图9所示。

如图4所示，当1-2构型液压缸体6在浮子10的带动下向左边运动时，1-2构型液压缸体6左边的缸体被压缩。这时候第三单向阀22、第一单向阀17关闭。第二单向阀19、第四单向阀24打开。油液从第二出油口18流出推动液压马达运动。油液从油箱5经过第二进油口23流入液压缸右侧。

如图4所示，当1-2构型液压缸6在浮子10的作用下向右边运动时，三并联液压缸的右边的缸体被压缩。这时候第二单向阀19、第四单向阀24关闭。第三单向阀22、第一单向阀17打开。油液从第一出油口16流出推动液压马达3运动。油液从油箱5经过第一进油口22流入液压缸左侧。

通过4个油口与4个单向阀的协同作用，实现了不论液压缸的哪一侧受到挤压都可以保证同一方向压油驱动液压马达3朝相同的方向转动。

如图3所示安装平台1的顶部设有若干突台，用于安装液压马达3、蓄能器2、发电机4、和油箱5。

本实施例的工作原理如下：本实施例整体固定在安装平台1上，安装平台1通过支架固定于海底。海浪冲击浮子10，推动浮子10运动；当海浪退去时，浮子10在浮力及自身的重力的作用下复位。在这浮子10运动的过程中带动1-2构型液压缸开始工作。1-2构型液压缸的三个液压缸同时工作。当浮子10在海浪推动下运动时，1-2构型液压缸挤压一侧的缸体，油液从下部的出油口挤压出去推动液压马达工作；当浮子10在浮力及自身的重力作用下回复时，推动1-2构型液压缸挤压另一侧的缸体，油液从图2所示上部的出油口挤压出去推动液压马达工作。1-2构型液压缸不论发生什么运动都实现了液压缸活塞杆7压缩液压缸体6的一侧的油液。这样就实现了三个液压缸的同时工作，充分利用了海浪能量，提高发电能力。1-2构型液压缸通过油箱5出油孔吸取油液。液压马达3的出油口与油箱的回油口相连，实现回油。蓄能器2在油路中油压较高时蓄能，油压较低时释放能量，维持液压马达5工作所需要的油压，保证发电机4发电的稳定性。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种新型三维海浪发电装置，其特征在于，包括2-SPS&PU构型的三维机构，所述2-SPS&PU构型的三维机构包括第一SPS支链、第二SPS支链、PU支链，其中，第一SPS支链包括依次连接的球铰A1、第一液压缸、球铰A2，第二SPS支链包括依次连接的球铰B1、第二液压缸、球铰B2，PU支链包括依次连接的第三液压缸、虎克铰，第一SPS支链垂直于第二SPS支链与PU支链形成的平面。

2.根据权利要求1所述的新型三维海浪发电装置，其特征在于，所述第二SPS支链、PU支链沿垂直方向延伸，以吸收海浪主要的垂荡能量。

3.根据权利要求1或2所述的新型三维海浪发电装置，其特征在于，还包括安装平台（1）、连接平台（9）、浮子（10），连接平台（9）位于安装平台（1）的下方，浮子（10）与连接平台（9）的下表面连接，其中：第一SPS支链的球铰A1连接在安装平台（1）的侧壁，球铰A2连接在连接平台（9）的侧壁；第二SPS支链的球铰B1连接在安装平台（1）的下表面，球铰B2连接在连接平台（9）的上表面；PU支链的第三液压缸的一端固定连接安装平台（1）的下表面，另一端通过虎克铰连接在连接平台（9）的上表面。

4.根据权利要求3所述的新型三维海浪发电装置，其特征在于，还包括液压马达（3）、发电机（4）、油箱（5），其中，所述第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸分别设有液压缸进油口和液压缸出油口；液压缸出油口与液压马达连接，液压缸进油口与油箱连接，液压马达与油箱相连，发电机与液压马达相连，液压马达（3）、发电机（4）、油箱（5）均安装在安装平台（1）上。

5.根据权利要求4所述的新型三维海浪发电装置，其特征在于，安装平台（1）为方筒形，安装平台（1）的底部设有止口，安装平台（1）的侧壁上设有突台，安装平台（1）的上表面设有若干油管通孔，液压缸出油口通过输油软管经油管通孔后与液压马达相连，液压缸进油口通过输油软管与油箱出油孔相连接用于液压缸低压一侧的缸体回油。

6.根据权利要求4所述的新型三维海浪发电装置，其特征在于，所述第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸的两侧上均设有一个液压缸出油口和一个液压缸进油口，即第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸上均设有两个液压缸出油口和两个液压缸进油口，每个液压缸出油口和液压缸进油口上都设有一个单向阀，液压缸出油口的单向阀允许的流动方向为自液压缸内向外，液压缸进油口的单向阀允许的流动方向为自液压缸外向内。

7.根据权利要求3所述的新型三维海浪发电装置，其特征在于，所述连接平台（9）为长方体，连接平台（9）的底部设有一个用于连接浮子（10）的连接座，连接座通过螺栓连接浮子（10），浮子为密封的中空的船形，浮子内部底面上设有重量较大的铁块，浮子（10）的上表面设有连接杆用于和连接平台（9）相连，连接杆上设有与螺栓相匹配的螺纹孔。

8.根据权利要求4所述的新型三维海浪发电装置，其特征在于，浮子（10）能够在海浪的作用下做空间六维浮动，当浮子（10）在海浪的作用下上下运动时，主要由垂直方向上的第二SPS支链的第二液压缸、PU支链的第三液压缸工作推动液压马达，侧面方向的第一SPS支链的第一液压缸做协调运动，吸收少量能量；当浮子（10）在海浪作用下左右运动时，主要由侧面方向的第一SPS支链的第一液压缸工作推动液压马达，垂直方向上的第二SPS支链的第二液压缸、PU支链的第三液压缸做协调运动，吸收少量能量。

9.根据权利要求4所述的新型三维海浪发电装置，其特征在于，还包括蓄能器（2），蓄能器（2）与液压马达（3）相连，蓄能器（2）用于在第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸到液压马达（3）的油路中油压较高时蓄能，油压较低时释放能量，以维持液压马达（5）工作所需要的油压，保证发电机（4）发电的稳定性。

10.根据权利要求9所述的新型三维海浪发电装置，其特征在于，安装平台（1）顶部还设有用于安装蓄能器（2）的圆形突台，圆形突台的直径与蓄能器（2）底座的直径相一致。