CN103557112B - 可变力矩式波浪能液压发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可变力矩式波浪能液压发电装置，它由桩体、波浪能发电机舱、多组曲柄摇杆装置、多组浮子力臂、多组振荡浮子、机舱推杆、无线通讯装置、浪潮仪等多种设备组成。利用浪潮仪测量波浪的波高和潮位实时数据，按照预定规律驱动所述的多组浮子力臂和机舱推杆伸长或者缩短，从而改变所述的多组浮子力臂的长度和改变所述的波浪能发电机舱的漂浮位置，主动调节波浪能输入力矩的大小。利用本发明装置能够获得更为稳定的波浪能，将波浪能收集装置和海上风能收集装置融合为一个整体，不仅可以收集多个振荡浮子的波浪能发电，还可同时收集海上风能发电，有利于提高能源的利用效率，降低发电成本。

Description

可变力矩式波浪能液压发电装置

技术领域

本发明专利属于海洋可再生能源利用技术领域，尤其涉及一种可变力矩式波浪能液压发电装置。

背景技术

波浪能是一种清洁的海洋可再生能源，由于具有绿色环保和储量丰富的特点，日益受到世界各国的广泛关注。波浪能量的产生由自然条件及地理环境决定，能量变化幅值及其变化频率随机性较大，所以波浪能量是不稳定，不连续，甚至是快速突变的。因而，如何有效提高收集波浪能的平稳性，改善波浪能发电装置输出电能的质量，一直是亟待解决的关键问题。波浪能发电过程一般包括波浪能的采集，波浪能的传递以及发电输出三个环节。波浪能的传递装置一般有机械传递和液压传递两种形式，以往主要通过对波浪能传递装置的设计和优化来缓解波浪能的波动性，例如加大机械传递装置中飞轮的转动惯量或在液压传递装置中利用蓄能器来调节波浪能的波动。虽然上述方法一定程度上起到了抑制波浪能波动的作用，但效果并不理想，这也是波浪能发电装置一直未得到广泛推广的主要原因之一。如果能从波浪能的采集环节就采取措施，使波浪能采集装置主动适应波浪波况的实时变化，并结合液压传递装置中的蓄能器一起使用，将会更加有利于波浪能发电装置的平稳运行，提高输出电能的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波浪能输入力矩和波浪能发电机舱的漂浮位置可随波浪实时波况的变化而自适应调节，既能收集多点波浪能，又能同时收集风能的可变力矩式波浪能液压发电装置。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

本发明一种可变力矩式波浪能液压发电装置，它包括桩体、波浪能发电机舱、多组曲柄摇杆装置、多组浮子力臂、多组振荡浮子、导轨、机舱推杆、多组液压发电装置；所述的桩体的下端垂直深插入海底，导轨沿桩体的长度方向固定安装在桩体的外壁上；所述的波浪能发电机舱套接在桩体并与桩体上的导轨滑接并可沿着导轨上下移动；所述的多组曲柄摇杆装置的一端分别安装于波浪能发电机舱上，多组曲柄摇杆装置的另一端分别固定安装在多组浮子力臂的中部，多组曲柄摇杆装置的中部分别与多组液压发电装置连接；所述的多组浮子力臂的内端可旋转的安装于波浪能发电机舱的舱壁上，多组浮子力臂的外端分别固定安装在一用于漂浮于海面上吸收波浪能量多组振荡浮子上；所述的机舱推杆的上端连接在桩体上，机舱推杆下端与波浪能发电机舱顶部连接。

所述的机舱推杆由左、右两个电液推杆组成，该左、右电液推杆上端的缸体分别固定在桩体的横梁两端，该横梁位于桩体的上部，左、右电液推杆下端的活塞杆端与波浪能发电机舱顶部连接。

所述的曲柄摇杆装置包括连杆、曲柄、活塞摇杆、旋转轴、轴承、轴承座；所述的连杆一端与浮子力臂的中部相连，连杆另一端与曲柄的一端和活塞摇杆的一端连接点铰接；曲柄的另一端与旋转轴中部固定连接，旋转轴的两端分别套接一轴承，两个轴承分别固定安装在轴承座上，轴承座固定安装于波浪能发电机舱上；所述的活塞摇杆的上端与连杆和曲柄相连，活塞摇杆的下端与液压发电装置的液压缸活塞相连，在波浪力作用下活塞摇杆可带动液压缸活塞上下运动。

所述的液压发电装置包括液压缸活塞、液压缸、油箱、安全阀、单向阀、蓄能器、油路开关、变量液压马达、永磁发电机、滤油器和单向阀；所述的曲柄摇杆装置的活塞摇杆与液压缸活塞相连，液压缸固定安装于波浪能发电机舱内部并通过液压管道依次连接单向阀、蓄能器、油路开关、变量液压马达；所述的变量液压马达的输出轴与永磁发电机的转子固定连接；变量液压马达通过出油管道与油箱连接，在该出油管道上设有安全阀。

本发明还包括无线通讯装置、浪潮仪、随行通讯电缆；所述的无线通讯装置安装于桩体的横梁上，浪潮仪固定安装在海底，其测量信号通过所述的随行通讯电缆传到安装于波浪能发电机舱内部的自动测控装置中。

所述的自动测控装置包括微控制器、晶振电路、时钟电路、程序存储器、数据存储器、A/D转换器、RS232接口、铅蓄电池、电压测量电路、充放电开关；所述的微控制器的控制端口分别与晶振电路、时钟电路、程序存储器、数据存储器、A/D转换器连接，微控制器由铅蓄电池提供电力，充放电开关安装在微控制器与铅蓄电池之间；在微控制器上设有RS232接口并通过该RS232接口与无线通讯装置连接；所述的铅蓄电池旁接电压测量电路。

采用上述方案后，本发明具有的优点是：

（1）本发明装置可根据波浪波高的实时变化情况，主动伸长或缩短浮子力臂的长度，从而自适应调节波浪能输入力矩，使波浪能输入能量稳定。

（2）本发明装置可根据潮位和波高的综合变化情况，主动调节波浪能发电机舱的漂浮位置，从而调节波浪对整套装置的冲击力，使装置平稳运行，在台风巨浪的情况下可将整个发电机舱抬起，脱离水面。

（3）本发明装置将波浪能收集装置和风能收集装置融合为一个整体，无需锚定装置，不仅可以收集多个振荡浮子的波浪能，还可同时收集海上风能，有利于提高海洋能源的利用效率，降低发电成本。

（4）本发明装置除多组振荡浮子和波浪能发电机舱外，其它设备都置于海面之上，不和海水接触，因此不易被海水腐蚀，有利于延长装置寿命，便于安装、调试与维修。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的曲柄摇杆装置结构示意图；

图3是本发明的液压发电装置结构示意图；

图4是本发明的自动测控装置结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种可变力矩式波浪能液压发电装置，它包括桩体1、波浪能发电机舱2、多组曲柄摇杆装置3、多组浮子力臂4、多组振荡浮子5、导轨6、风机7、风能发电机舱8、机舱推杆9、无线通讯装置10、浪潮仪30、随行通讯电缆301、多组液压发电装置20。

所述的桩体1的下端垂直深插入海底，导轨6沿桩体1的长度方向固定安装在桩体1的外壁上。所述的波浪能发电机舱2漂浮于海面上，其套接在桩体1并与桩体1上的导轨6滑接，使得波浪能发电机舱2可沿着导轨6上下移动。所述的多组曲柄摇杆装置3的一端分别安装于波浪能发电机舱2上，多组曲柄摇杆装置3的另一端分别固定安装在多组浮子力臂4的中部，多组浮子力臂4的内端可旋转的安装于波浪能发电机舱2的舱壁上，多组浮子力臂4的外端分别固定安装在一用于漂浮于海面上吸收波浪能量的振荡浮子5上。所述的多组浮子力臂4由电液推杆构成，其末端推杆可在电信号控制下伸长或者缩短。所述的机舱推杆9由左、右两个电液推杆91、92组成，电液推杆91、92上端的缸体分别固定在桩体1的横梁11两端，该横梁11位于桩体1的上部，电液推杆91、92下端的活塞杆端与波浪能发电机舱2顶部连接，电液推杆91、92的下端可在电信号的控制下伸长或缩短。在本实施例中，多组振荡浮子5和多组浮子力臂4均为4组，分别被布置在波浪能发电机舱2的前、后、左、右4个方向。

如图1所示，无线通讯装置10安装于桩体1的横梁11上，与岸上监控中心实时通讯。浪潮仪30固定安装在海底，实时测量波浪波高和潮位参数，其测量信号通过所述的随行通讯电缆301传到安装于波浪能发电机舱2内部的自动测控装置40中。

如图1所示，所述的风机7、风能发电机舱8安装于桩体1顶部，风机7的作用是收集海面上的风能，并利用安装于风能发电机舱8内部的转化与发电装置将风能转化为电能。风机7、风能发电机舱8以及风能发电机舱8内部所安装的其它各种风能转化与发电装置可采用多种形式，包括现有已经公开的技术。

如图2参考图1所示，所述的曲柄摇杆装置3有4组，每组曲柄摇杆装置3的结构相同，它包括连杆31、曲柄32、活塞摇杆33、旋转轴34、轴承35、轴承座36。所述的连杆31一端与浮子力臂4的中部相连，连杆31另一端与曲柄32的一端和活塞摇杆33的一端连接点铰接。曲柄32的另一端与旋转轴34中部固定连接，旋转轴34的两端分别套接一轴承35，两个轴承35分别固定安装在轴承座36上，轴承座36固定安装于波浪能发电机舱2上。所述的活塞摇杆33的上端与连杆31和曲柄32相连，活塞摇杆33的下端与液压发电装置20的液压缸活塞201相连，在波浪力作用下活塞摇杆33可带动液压缸活塞201上下运动。

如图3所示，所述的液压发电装置20包括液压缸活塞201、液压缸202、油箱203、安全阀204、单向阀205、蓄能器206、油路开关207、变量液压马达208、永磁发电机209、滤油器210和单向阀211。参考图2，曲柄摇杆装置3的活塞摇杆33与液压缸活塞201相连，油箱203中的液压油通过滤油器210和单向阀211进入液压缸202，液压缸202固定安装于波浪能发电机舱2内部，并通过液压管道依次连接单向阀205、蓄能器206、油路开关207、变量液压马达208。变量液压马达208的输出轴与永磁发电机209的转子固定连接。变量液压马达208通过出油管道与油箱203连接。在本实施例中，液压发电装置20共有4套，每套液压发电装置20与一组曲柄摇杆装置3配套安装。

如图4所示，所述的自动测控装置40固定安装于波浪能发电机舱2内部，它包括微控制器401、晶振电路402、时钟电路403、程序存储器404、数据存储器405、A/D转换器406、RS232接口407、铅蓄电池408、电压测量电路409、充放电开关410。

所述的微控制器401的控制端口分别与晶振电路402、时钟电路403、程序存储器404、数据存储器405、A/D转换器406连接，微控制器401由铅蓄电池408提供电力，充放电开关410安装在微控制器401与铅蓄电池408之间。在微控制器401上设有RS232接口407并通过该RS232接口407与无线通讯装置10连接。所述的铅蓄电池408旁接电压测量电路409。

所述的微控制器401是一种型号为80C552的51单片机，晶振电路402为12MHZ晶振，为80C552微控制401提供外部晶振频率，时钟电路403采用DS12887芯片，记录整套装置运行时间。程序存储器404采用27C512芯片，存储系统的程序算法与编程代码。数据存储器405采用62256芯片，A/D转换器406通过随行通讯电缆12获得浪潮仪11的测量信号并转化为数字信号，传递给微控制器401，测量数据被保存于数据存储器405中。铅蓄电池408由永磁发电机209发出的电能充电，并为整套自动测控系统40提供电源，电压测量电路409用于测量铅蓄电池408的端电压，获得的电压值提供给微控制器401，经过程序计算后驱动充放电开关410打开或者闭合，控制铅蓄电池408的充放电过程。微控制器401按照保存在程序存储器404中的程序算法计算获得浮子力臂4和机舱推杆9的控制信号，从而驱动浮子力臂4和机舱推杆9伸长和缩短。无线通讯装置10与RS232接口407连接，RS232接口407采用芯片MAX232，连接到微控制器401上，将通过随行通讯电缆12获得的波浪波况测量数据以及多组浮子力臂4和机舱推杆9的控制信号远程传递给岸上的监控中心。

需要说明的是，本发明的多组曲柄摇杆装置3、多组浮子力臂4、多组振荡浮子5、多组液压发电装置20的组数可据需要而定，可以是3、5、6等组数。

本发明的工作原理：

如图1、图2所示，所述的多组振荡浮子5在波浪作用下上下运动，浮子力臂4在振荡浮子5的带动下，以其在波浪能发电机舱2舱壁上的安装点为圆心，上下摆动。当波浪向上运动时，振荡浮子5向上运动，浮子力臂4向上摆动，曲柄摇杆装置3的连杆31被浮子力臂4向上顶，从而带动曲柄32向上运动，活塞摇杆33也与曲柄32一起向上运动，同时活塞摇杆33将液压缸活塞201向上提起。而当波浪向下运动时，振荡浮子5向下运动，浮子力臂4向下摆动，曲柄摇杆装置3的连杆31被浮子力臂4向下拉，从而带动曲柄32向下运动，活塞摇杆33也与曲柄32一起向下运动，同时活塞摇杆33将液压缸活塞201向下压下。因此，当波浪上下运动时，波浪的势能通过振荡浮子5，浮子力臂4和曲柄摇杆装置3，转化为液压缸活塞201上下运动的动能。

结合图3所示，当液压缸活塞201随波浪上下运动时，液压缸202中的液压油被压入液压管道中，液压缸活塞201的动能被转化为液压能，液压油经蓄能器206稳压后，冲击变量马达208，使变量马达208的输出轴带动永磁发电机209的转子旋转并发电，从而将液压能转化为电能输出。

如图1、图4所示，浪潮仪30安装于海底，实时测量海洋波浪的波高和潮位数据，并将测量信号利用随行通讯电缆301传递给自动测控装置40。微控制器401根据波高数据，利用程序存储器404中的程序算法计算出浮子力臂4的相应长度，并给出控制信号，驱动浮子力臂4伸长或者缩短，从而改变浮子力臂4的长度使其与计算值相等。另一方面，微控制器401根据波高和潮位两种数据，利用程序存储器404中的程序算法计算出波浪能发电机舱2在海面上的漂浮位置，再给出控制信号，驱动机舱推杆9伸长或者缩短，使波浪能发电机舱2沿着导轨6移动到相应位置。通过改变浮子力臂4的长度和调节波浪能发电机舱2的漂浮位置，就能有效改变波浪能输入力矩的大小，使其主动适应海洋波浪波况的变化，从而使收集获得的波浪能更加稳定。在台风巨浪的情况下，机舱推杆9全部缩回，将波浪能发电机舱2从海面上提起，脱离水面，从而降低波浪对整套装置的冲击力，提高安全性。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，即依本发明专利范围及说明书内容所作的振荡浮子数目与外形、浮子力臂数目或者波浪能发电机舱外形的变化，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种可变力矩式波浪能液压发电装置，其特征在于：它包括桩体、波浪能发电机舱、多组曲柄摇杆装置、多组浮子力臂、多组振荡浮子、导轨、机舱推杆、多组液压发电装置；所述的桩体的下端垂直深插入海底，导轨沿桩体的长度方向固定安装在桩体的外壁上；所述的波浪能发电机舱套接在桩体并与桩体上的导轨滑接并可沿着导轨上下移动；所述的多组曲柄摇杆装置的一端分别安装于波浪能发电机舱上，多组曲柄摇杆装置的另一端分别固定安装在多组浮子力臂的中部，多组曲柄摇杆装置的中部分别与多组液压发电装置连接；所述的多组浮子力臂的内端可旋转的安装于波浪能发电机舱的舱壁上，多组浮子力臂的外端分别固定安装在用于漂浮于海面上吸收波浪能量的多组振荡浮子上；所述的机舱推杆的上端连接在桩体上，机舱推杆下端与波浪能发电机舱顶部连接。

2.根据权利要求1所述的可变力矩式波浪能液压发电装置，其特征在于：所述的机舱推杆由左、右两个电液推杆组成，该左、右电液推杆上端的缸体分别固定在桩体的横梁两端，该横梁位于桩体的上部，左、右电液推杆下端的活塞杆端与波浪能发电机舱顶部连接。

3.根据权利要求1所述的可变力矩式波浪能液压发电装置，其特征在于：所述的曲柄摇杆装置包括连杆、曲柄、活塞摇杆、旋转轴、轴承、轴承座；所述的连杆一端与浮子力臂的中部相连，连杆另一端与曲柄的一端和活塞摇杆的一端连接点铰接；曲柄的另一端与旋转轴中部固定连接，旋转轴的两端分别套接一轴承，两个轴承分别固定安装在轴承座上，轴承座固定安装于波浪能发电机舱上；所述的活塞摇杆的上端与连杆和曲柄相连，活塞摇杆的下端与液压发电装置的液压缸活塞相连，在波浪力作用下活塞摇杆可带动液压缸活塞上下运动。

4.根据权利要求1所述的可变力矩式波浪能液压发电装置，其特征在于：所述的液压发电装置包括液压缸活塞、液压缸、油箱、安全阀、单向阀、蓄能器、油路开关、变量液压马达、永磁发电机、滤油器和单向阀；所述的曲柄摇杆装置的活塞摇杆与液压缸活塞相连，液压缸固定安装于波浪能发电机舱内部并通过液压管道依次连接单向阀、蓄能器、油路开关、变量液压马达；所述的变量液压马达的输出轴与永磁发电机的转子固定连接；变量液压马达通过出油管道与油箱连接，在该出油管道上设有安全阀。

5.根据权利要求1所述的可变力矩式波浪能液压发电装置，其特征在于：它还包括无线通讯装置、浪潮仪、随行通讯电缆；所述的无线通讯装置安装于桩体的横梁上，浪潮仪固定安装在海底，其测量信号通过所述的随行通讯电缆传到安装于波浪能发电机舱内部的自动测控装置中。

6.根据权利要求5所述的可变力矩式波浪能液压发电装置，其特征在于：所述的自动测控装置包括微控制器、晶振电路、时钟电路、程序存储器、数据存储器、A/D转换器、RS232接口、铅蓄电池、电压测量电路、充放电开关；所述的微控制器的控制端口分别与晶振电路、时钟电路、程序存储器、数据存储器、A/D转换器连接，微控制器由铅蓄电池提供电力，充放电开关安装在微控制器与铅蓄电池之间；在微控制器上设有RS232接口并通过该RS232接口与无线通讯装置连接；所述的铅蓄电池旁接电压测量电路。