CN104061114A

CN104061114A - 三维振荡浮体海浪发电装置

Info

Publication number: CN104061114A
Application number: CN201410255711.3A
Authority: CN
Inventors: 马春翔; 陈伟聪; 钱超; 陈康; 郑茂琦; 高峰
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2014-09-24

Abstract

本发明公开了一种三维振荡浮体海浪发电装置，主体结构是三条相同的UPS支链和一条决定主要运动特征的UP支链构成的三维并联机构。其中，三条UPS支链的虎克铰U和球铰S分别以120度角均布在上平台和下平台，UP支链布置于三条UPS支链中心。三维振荡浮体海浪发电装置是由上平台、液压缸装置、下平台顺序铰接。其中，上平台与固定在海底的支架固连；下平台下表面安装有液压马达、发电机、油箱和蓄能器，它们与液压缸通过油管连接；位于液压装置中心且连接上、下平台的主轴上安装有复位弹簧；圆柱形浮体与下平台固连，整个发电装置能够在浮力、重力及复位弹簧的作用下很快地回复平衡位置。圆柱形浮体在海浪作用下振荡摆动并上下浮动，从而带动液压系统工作，推动发电机发电。

Description

三维振荡浮体海浪发电装置

技术领域

本发明涉及新型发电装置技术领域，具体是一种三维振荡浮体海浪发电装置。

背景技术

经过对现有技术的检索发现，浮动式海浪发电装置(中国专利号CN201320160866.X)主要是吸收利用浮子随海浪波动而上下浮动的能量，该专利存在下列不足：浮子的运动局限在固定的齿条柱上，吸收海浪的波动有限。另外，齿条柱和与之相啮合的主齿轮暴露在海水中，易被海水腐蚀，导致整个装置寿命有限。

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。该装置存在着几点不足：1.由于海浪是朝各个方向波动的，在该装置中总会有至少一个方向的海浪运动未能得到利用；2.由于该装置是直接利用海浪的冲击力带动感应线圈运动，这些方向上的冲击力将影响装置的可靠性，影响发电装置的使用寿命；3.该装置没有设计自恢复的机构，在实际情况下可能发电效率不高。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种三维振荡浮体海浪发电装置，本发明整体固定在固定支架上，固定支架打入海底。浮体装置呈圆筒形，主要发电装置安装在浮体内部。该发电装置的主体分为上、下两个平台，上、下平台外围通过虎克铰-液压缸-球铰连接，同时固定在下平台中心的主轴通过固定在上平台的虎克铰，且主轴上套有复位弹簧。液压马达、发电机、油箱、蓄能器均安装在下平台下方。上平台固定在支架上，下平台与浮体固连。海浪的波动推动浮体运动，从而带动下平台运动。上、下平台的相对运动触发液压系统中的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。海浪过去以后浮体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：

本发明提供一种三维振荡浮体海浪发电装置，

其特征在于，包括3-UPS&1-UP构型的三维并联机构，所述3-UPS&1-UP构型的三维机构包括第一UPS支链、第二UPS支链、第三UPS支链、UP支链，其中，第一、第二、第三UPS支链机构相同；其中，所述的第一、第二、第三UPS支链机构包括依次连接的虎克铰U、液压缸P、球铰S；所述的UP支链包括中心虎克铰及穿过中心虎克铰套有复位弹簧的主轴，所述的第一、第二、第三UPS支链的虎克铰和球铰分布以120度均布在上平台和下平台，UP支链布置于所述的第一、第二、第三UPS支链的中心。

优选地，所述的3-UPS&1-UP构型的三维并联机构的运动特征由UP支链决定，在海浪作用下震荡摆动并上下浮动，吸收各个方向海浪的能量。

优选地，还包括上平台、液压缸装置、下平台，其中上平台、液压缸装置、下平台顺序铰接；其中，所述的上平台与固定在海底的支架固连，且其中心开有通孔，用以安装中心虎克铰，所述的第一、第二、第三UPS支链的虎克铰支座安装在上平台下表面，主轴穿过中心虎克铰，连接在下平台中心，主轴上套有复位弹簧，下平台上表面安装有三个球铰支座，下表面布置有发电装置。

优选地，还包括液压马达、发电机、油箱和储能器，其中，所述液压缸装置的三个液压缸均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，发电装置整体密封在圆柱形浮体外壳内。

优选地，所述液压缸装置的三个液压缸的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。

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，三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。

优选地，还包括蓄能器，蓄能器与液压马达相连，当三个液压缸到液压马达的油路中油压较高时蓄能器蓄能，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。

本发明采用的圆柱形浮体带动液压系统，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，浮体总能在海浪的作用及自身的重力作用维运动，带动液压系统工作，推动发电机发电，实现海浪能量的利用。

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为液压缸剖视图；

图3为液压缸结构示意图；

图4为本发明简单油路分析示意图；

图中，1-上平台、2-主轴、3-中心虎克铰、4-虎克铰、5-复位弹簧、6-液压缸、7-球铰、8-下平台、9-圆柱形浮体、10-蓄能器、11-油管、12-油箱、13-液压马达、14-发电机、15-油管孔、16-球铰支座、17-虎克铰支座、18-液压缸缸体球铰、19-第一出油口、20-第一单向阀、21-液压缸缸体、22-液压缸活塞杆、23-第二出油口、24-第二单向阀、25-液压缸虎克铰、26-第一进油口、27-第三单向阀、28-第二进油口、29-第四单向阀。

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。

在本实施例中，所述新型三维振荡浮体式海浪发电装置包括圆柱形浮体9，设置在圆柱形浮体9内的发电装置，包括蓄能器10、油箱12、液压马达13、发电机14，及连接的油管11，圆柱形浮体9与下平台8固定，设置在下平台8和上平台1之间的液压缸装置；其中，液压缸装置有三个液压缸，三个均由下到上依次通过球铰7，液压缸6，虎克铰4连接下平台8和上平台1，且固定安装在上平台1上的三个虎克铰支座17和下平台8上的三个球铰支座16呈120度分布；下平台8的中心固定有主轴2，主轴2上设置复位弹簧5，并穿过固定安装在上平台1的中心虎克铰2；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通过若干油管孔14与液压马达12；液压缸进油口与油箱12相连接；液压马达13与油箱12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缸体21以及液压缸活塞杆22；其中，液压缸活塞杆22的一端设置在液压缸缸体21内部并与液压缸缸体紧密配合；其中液压缸活塞杆22的另一端端头处设有液压缸虎克铰25，液压缸缸体21的一端端头上设有液压缸缸体球铰18，且端部设有第一出油口19、第一单向阀20、第二进油口28和第四单向阀29；第一单向阀20设置在第一出油口19处形成第一液压缸出油口，第四单向阀29设置在第二进油口28处形成第二液压缸进油口；液压缸缸体21的另一端端头处设有液压缸活塞杆22，且端部设有第二出油口23、第二单向阀24、第一进油口26和第三单向阀27，第二单向阀24设置在第二出油口23处形成第二液压缸出油口，第三单向阀27设置在第一进油口26处形成第一液压缸进油口；液压缸活塞杆22通过液压缸虎克铰25与上平台1上的虎克铰支座17连接，液压缸缸体21通过液压缸体球铰18与下平台8上的球铰支座16相连。

整个发电装置通过上平台1安装与固定在海底的基座上，圆柱形浮体9漂浮在海面与海浪发生作用。

Claims

1.一种三维振荡浮体海浪发电装置，其特征在于，包括3-UPS&1-UP构型的三维并联机构，所述3-UPS&1-UP构型的三维机构包括第一UPS支链、第二UPS支链、第三UPS支链、UP支链，其中，第一、第二、第三UPS支链机构相同；其中，所述的第一、第二、第三UPS支链机构包括依次连接的虎克铰U、液压缸P、球铰S；所述的UP支链包括中心虎克铰及穿过中心虎克铰套有复位弹簧的主轴，所述的第一、第二、第三UPS支链的虎克铰和球铰分布以120度均布在上平台和下平台，UP支链布置于所述的第一、第二、第三UPS支链的中心。

2.根据权利要求1所述的三维振荡浮体海浪发电装置，其特征在于，所述的3-UPS&1-UP构型的三维并联机构的运动特征由UP支链决定，在海浪作用下震荡摆动并上下浮动，吸收各个方向海浪的能量。

3.根据权利要求1或2所述的三维振荡浮体海浪发电装置，其特征在于，还包括上平台、液压缸装置、下平台，其中上平台、液压缸装置、下平台顺序铰接；其中，所述的上平台与固定在海底的支架固连，且其中心开有通孔，用以安装中心虎克铰，所述的第一、第二、第三UPS支链的虎克铰支座安装在上平台下表面，主轴穿过中心虎克铰，连接在下平台中心，主轴上套有复位弹簧，下平台上表面安装有三个球铰支座，下表面布置有发电装置。

4.根据权利要求3所述的三维振荡浮体海浪发电装置，其特征在于，还包括液压马达、发电机、油箱和储能器，其中，所述液压缸装置的三个液压缸均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，发电装置整体密封在圆柱形浮体外壳内。

5.根据权利要求4所述的三维振荡浮体海浪发电装置，其特征在于所述液压缸装置的三个液压缸的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；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，三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。