CN103334867B - 适应潮位变化的岸基式波浪能发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋能源开发利用技术领域，尤其涉及一种适应潮位变化的岸基式波浪能发电系统。该系统包括：设置在海岸上面的岸基；沿纵向固定在岸基上的导向滑道，可沿滑道上下移动的滑动装置；在滑动装置的顶部配置制动装置；在制动装置的底部安装竖向压力传感器；滑动装置固定于基础框架上，基础框架中镶嵌了若干浮箱；若干浮子通过浮子臂与基础框架铰接；发电系统的主要设备设施安置在岸基上。发电系统置于岸上，便于维修保护，同时大大提高发电机组的安全稳定性；发电系统工作无需人为操作，且在尽可能小的借助外部能源条件下，可随潮位变化适时调整浮子的工作高度，可靠性高，发电成本低，极大提高了波浪能开发利用的竞争力。
Description
技术领域
本发明属于海洋能源开发利用技术领域，尤其涉及一种极小程度借助外部能源，无需人为操作的可适应潮位变化的岸基式波浪能发电系统。
背景技术
当今社会，能源紧缺、环境污染状况日益严重，向海洋进军，开发利用海洋能源，成为扩大人类生存空间、增加能源储备、保护自然环境的重要出路，世界各国都在高度关注海洋能源的开发和利用，不断强化海洋发展战略，我国政府在近期闭幕的十八大上也郑重提出建设海洋强国的主张。波浪能是海洋能源中品级相对较高的一种，且是清洁无污染的可再生低碳能源，我国海岸线绵长，波浪能资源储量十分丰富，开发利用前景广阔。
波浪能发电系统按其搜集波浪能位置不同可分为岸(基)式和离岸式两种，针对离岸式波浪发电系统而言，停留在海面上固定位置的波浪能能源设备很难避开一些严重的暴风雨侵袭，对相应的结构设计和材料要求都很高，同时在海底建设设备基座异常困难且造价昂贵，会使单元发电成本飙升，而且当有关设备设施出现损坏或需维修时，不能就地提供服务，还需将它们运送到合适的维修地点进行维护，故离岸式波浪能发电发展缓慢。
不论是岸基式还是离岸式，潮位变化都会显著影响波浪能发电系统的运行，尤其是影响波浪能搜集装置的工作，故波浪能发电系统一般都需具备整体或局部可升降的功能，以消除潮位上升或下降带给波浪能搜集的影响。目前，绝大部分波浪能发电系统采用液压自升降系统来实现上述升降功能，虽然效果不错，但借助了大量外部能源，增大了发电成本，与开发利用新能源的初衷不十分相符。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种结构简单、可靠性高、独立性强、经济实用的适应潮位变化的岸基式波浪能发电系统。
本发明提出的技术方案是：
该系统包括：
设置在海岸上面的岸基；
沿纵向固定在岸基上的导向滑道，能沿导向滑道上下移动的滑动装置；在滑动装置的顶部配置制动装置，控制滑动装置与所述导向滑道的相对运动状态；在所述制动装置的底部安装竖向压力传感器，通过导线反馈到控制系统，进行相关控制；
所述滑动装置固定于基础框架上；
在所述基础框架中镶嵌了若干浮箱；
若干浮子通过浮子臂与基础框架铰接，以吸收波浪能；
发电设备安置在岸基上，包括蓄能器、液压马达和直驱发电机；蓄能器与液压缸的输出端相连，液压马达与蓄能器的输出端相连，直驱发电机与液压马达的输出端连接；所述的液压缸的输入端和浮子臂相连。
所述基础框架及其所连接部分依靠自身重力和浮力，借助滑动装置沿导向滑道上下升降，高度定位由制动装置实现。
所述的滑动装置主要由U型滑体、内层滚轮和外层滚轮三部分组成，两个内层滚轮与一个外层滚轮形成一组约束，在所述U型滑体上共设置3组，以带动U型滑体沿导向滑道上下移动。
所述制动装置由一组制动片及对称布置的弹簧型单作用液压缸组成。
多个所述浮子作为波浪能搜集装置，将各自搜集的波浪能转换成液压能后，汇集到蓄能器，经缓冲后进入液压马达做功，带动直驱发电机发电。
所述岸基沿基础框架延伸的方向固定了多套导向滑道，对应的在所述基础框架上安装了相同数量的滑动装置，便于系统平稳的升降。
所述浮箱上下两面与基础框架通过螺栓连接，四周通过斜拉杆件加固，形成网格状，提高基础框架的整体刚度。
所述的制动装置靠液压工作，包括制动片、弹簧型单作用液压缸、对应连接在液压缸上的活塞杆和油箱等，其中制动片固定在活塞杆的一端，液压缸固定于滑动装置顶端的基座上，且一套制动装置对称配置两个液压缸，但两液压缸共用一套打油设备和油箱。
所述压力传感器安装在制动装置与滑动装置基座间，检测的是待升降部分整体的竖向净剩力，传感器接收的信号反馈到发电机组主控制系统，控制系统做出判断后，对制动液压系统，尤其是相关阀门，做出相应控制操作。
本发明的有益效果为：
(1)本发明中发电系统的蓄能器、液压马达和发电机等重要硬件设备都置于岸上，便于维修保护，同时大大提高发电机组的安全稳定性。
(2)本发明的系统升降过程中完全依靠自身，无需借助外部能源，仅在定位时借入少量能源，独立性强，发电成本低。
(3)本发明中升降动力为自身重力与浮力的差值，故升降无需人为操作，可随潮位变化适时调整基础框架的高度。
(4)本发明中整体结构简单，可靠性高，且部件多为常规产品，方便生产和采购，便于推广。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图；
图2是本发明中波浪能发电系统发电原理图；
图3是本发明中滑动装置的结构示意图；
图4是本发明中滑动装置与导向滑道的配合示意图；
图5是本发明中制动装置的工作原理图；
图6是本发明中实现升降功能的流程图。
图中标号：
1-浮子；2-浮箱；3-基础框架；4-制动装置；5-滑动装置；6-导向滑道；7-加固杆；8-压力传感器；9-岸基；10-海水水面；11、24-液压缸；12-出油管道；13-卸载溢流阀；14、31-蓄能器；15、33-减压阀；16-液压马达；17-直驱发电机；18-回油管道；19、28-油箱；20-基座；21-U型滑体；22-外层滚轮；23-内层滚轮；25-活塞杆；26-弹簧；27-制动片；29-电动机；30-泵；32-电磁换向阀；34-单向阀；35-压力计。
具体实施方式
本发明提供了一种适应潮位变化的岸基式波浪能发电系统，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。下述说明仅仅是示例性的，而不限制本发明的范围及其应用。
如图1～5，本发明所述的适应潮位变化的岸基式波浪能发电系统，包括：设置在海岸上面的岸基9；沿纵向固定在岸基9上面的导向滑道6；可沿导向滑道6上下移动的滑动装置5；滑动装置5顶部配有制动装置4，控制滑动装置5与导向滑道6的相对运动状态；在制动装置4底部安装竖向压力传感器8；滑动装置5固定于基础框架3之上，在基础框架3中镶嵌了若干尺寸一定的浮箱2，并在基础框架另一侧通过相应连接方式布置数量一定的浮子1。
如图2，本发明中发电装置包括：浮子1，液压缸11，出油管道12，回油管道18，卸载溢流阀13，蓄能器14，减压阀15，液压马达16，直驱发电机17，油箱19。发电基本原理为：浮子1在波浪的起伏作用下做上下运动，推动液压缸11排出高压油，液压油经出油管路12进入蓄能器14，经缓冲后被送入液压马达16做功，液压马达16排出的低压油则通过回油管道18重新回到液压缸11中，完成一个油路循环；液压马达带动直驱发电机17发电。
如图3、图4所示，滑动装置5包括基座20、U型滑体21、3组滚轮机构，其中每组滚轮机构包括两个内层滚轮23和一个外层滚轮22。内、外层滚轮是相对导向滑道6一侧的位置而言，且两层滚轮竖直方向也是叉开的，滑动装置即靠所述3组滚轮机构在导向滑道6上的滚动来实现相对导向滑道6的滑动。
如图5所示，制动装置包括制动片27，弹簧型单作用液压缸24，及一套简单的液压系统。制动装置的制动原理如下：基础框架3需固定的时候，电动机29给泵30提供动力，从油箱28抽油，往液压缸24打油，借助蓄能器31，液压缸24内的压力可到达预定值，并向外推动活塞杆25，进而将活塞杆25另一侧连接的制动片27推紧压住导向滑道6一侧，制动片27到达指定位置后，关闭电动机29；当控制系统发出松开制动片27的信号后，电磁换向阀32换向，导通回油管路18，液压缸24中的液压油在内、外部油压差和弹簧26弹力的作用下，经回油管路18，回到油箱28中，完成一个油路循环，同时活塞杆25向里收缩，使制动片27脱离导向滑道6。
制动装置包括对称布置的两套制动片27，制动时靠一套液压回路同时提供一对方向相反，大小相同的力。
本发明的适应潮位变化的岸基式波浪能发电系统，通过镶嵌众多浮箱2的基础框架3、导向滑道6、滑动装置5、制动装置4和压力传感器8等部件实现了岸基式波浪能发电系统自适应潮位变化，使搜集波浪能装置的浮子1始终在最佳工作水深下运转，降低了单元发电成本，提高了波浪能的搜集和转换效率。
如图6所示，其适应潮位变化自动升降的原理是：
(1)潮水上涨，基础框架3的浸水深度增加，基础框架所受浮力也随之增大，进而基础框架3所受浮力大于自身重力(初始时，基础框架固定于某高度，其所受浮力等于自身重力)，且两者差值(通过压力传感器8测量并反馈到主控制系统)越来越大，当差值达到某预先设定值时，控制系统向制动装置4发出命令信号，制动系统中的电磁换向阀32(在此相当于电磁开关)换向，导通回油管路18，从液压缸24中泄油，收回连接制动片27的活塞杆25，基础框架3依靠净剩浮力沿导向滑道6自由上升，此过程中，基础框架3的浸水深度不断减小，所受浮力也逐渐减小，当浮力减小与重力大小相等时，压力传感器8示数为零并反馈到主控制系统，控制系统再次向制动装置4发出指令，制动系统中的电磁换向阀32换向，断开回油管路18，同时电动机29给泵30提供动力，向液压缸24打油并使液压缸24内的压力维持一定，向外推动活塞杆25，将制动片27紧紧压在导向滑道6上并关闭电动机29，从而实现一次上升过程；
(2)潮水下退，基础框架3的浸水深度减少，基础框架所受浮力也随之减小，进而基础框架3所受浮力小于自身重力，且两者差值越来越大，当差值到达某预先设定值时，控制系统向制动装置4发出命令信号，制动系统中的电磁换向阀32(在此相当于电磁开关)换向，导通回油管路18，从液压缸24中泄油，收回连接制动片27的活塞杆25，基础框架3依靠净剩重力沿导向滑道6自由下降，此过程中，基础框架3的浸水深度不断增大，所受浮力也逐渐增大，当浮力增大到与重力大小相等时，压力传感器8示数为零并反馈到主控制系统，控制系统再次向制动装置4发出指令，制动系统中的电磁换向阀32换向，断开回油管路18，同时电动机29给泵30提供动力，向液压缸24打油并使液压缸24内的压力维持一定，向外推动活塞杆25，将制动片27紧紧压在导向滑道6上并关闭电动机29，从而实现一次下降过程。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种适应潮位变化的岸基式波浪能发电系统，其特征在于，该系统包括：
设置在海岸上面的岸基(9)，
沿纵向固定在岸基(9)上的导向滑道(6)，能沿导向滑道(6)上下移动的滑动装置(5)；在滑动装置(5)的顶部配置制动装置(4)，控制滑动装置(5)与所述导向滑道(6)的相对运动状态；在所述制动装置(4)的底部安装竖向压力传感器(8)；
所述滑动装置(5)固定于基础框架(3)上；
在所述基础框架(3)中镶嵌了若干浮箱(2)；
若干浮子(1)通过浮子臂与基础框架(3)铰接；
发电设备安置在岸基(9)上，包括蓄能器(14)、液压马达(16)和直驱发电机(17)；蓄能器(14)与液压缸(11)的输出端相连，液压马达(16)与蓄能器(14)的输出端相连，直驱发电机(17)与液压马达(16)的输出端连接；所述的液压缸(11)的输入端和浮子臂相连；
所述基础框架(3)及其所连接部分依靠自身重力和浮力，借助滑动装置(5)沿导向滑道(6)上下升降，高度定位由制动装置(4)实现；
所述滑动装置(5)相对导向滑道(6)的运动通过3组内外层滚轮的滚动来实现；
所述制动装置(4)由一组制动片及对称布置的弹簧型单作用液压缸组成；
多个所述浮子(1)作为波浪能搜集装置，将各自搜集的波浪能转换成液压能后，汇集到蓄能器(14)，经缓冲后进入液压马达(16)做工，带动直驱发电机(17)发电；
所述浮箱(2)上下两面与基础框架(3)通过螺栓连接，四周通过斜拉杆件加固，形成网格状，提高基础框架(3)的整体刚度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160420 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |