CN104121142A - 一种水平螺旋桨驱动式海浪能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平螺旋桨驱动式海浪能发电系统，由海浪能采集转换系统、液压系统、储能装置和发电系统组成；主要包括水平轴螺旋桨、增速泵及辅助液压泵、蓄能器、整流板、溢流阀、节流阀、液压马达和发电机等部件组成。螺旋桨通过联轴器与液压系统连接，液压系统通过联轴器与发电系统连接，储能装置通过两通阀与液压系统连接。系统工作时，增速泵与液压马达形成闭环系统，采用辅助液压泵为整个液压系统提供液压油，同时可以为系统定期补油。采用双向增速泵与液压整流板相结合，可以将顺、逆时针变化的液压油，最终都调整成为单向流动，经过液压马达，然后驱动发电机发电。本发明充分利用了液压储能和液压传动技术，大大简化了发电系统，提高了海浪能的吸收和利用效率，可以实现连续、稳定的电能输出。

Description

一种水平螺旋桨驱动式海浪能发电系统

技术领域

本发明涉及一种海浪能发电系统，尤其是指一种水平螺旋桨驱动式海浪能发电系统，适应海浪时涨时落方向不定的特点，属于可再生能源发电技术领域。

背景技术

海浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，海洋占地球表面面的70%，蕴含着大量的能量。在1平方千米的海面上，海浪能的功率高达200兆瓦，如能合理利用，将是非常可观的。由于海洋能具备无污染、可再生、储量大和分布广等特点，有着广阔的商业前景，因而是各国海洋能研究开发的重点。目前国内外的海浪发电装置大多数都采用机械传动、成本高、制造复杂、效率低，很难建立大型电厂。

由于海浪能自身具备稳定性差、密度低、方向不固定、时大时小、利用难等缺点，所以开发一个能适应这些缺点的海浪能发电系统就变得尤为重要。目前，大部分海浪发电系统均为机械传动系统，比如：中国专利（201210517005.2）公开了一种带增力机构的浮动海浪发电装置，包括外筒体、浮子装置、设置在浮子装置上的增力装置、液压缸装置、设置在液压缸装置上的油箱以及设置在油箱上的相互连接的液压马达和发电机等。中国专利（201110172753.7）公开了一种海浪发电装置及海浪发电系统，包括第一浮体、第一扩口、第二扩口、发电部件，第一扩口、第二扩口分别位于发电部件的两侧，并与发电部件共同固定在第一浮体上，海浪中的海水经由其中一个扩口到达发电部件，并经由发电部件流向另一个扩口。该系统独具创新地充分利用了海浪的侧向动能和势能，也独具特色地充分利用了海浪具有的上下起伏的竖向动能和势能。中国专利（201210197390.7）公开了一种全液压海浪发电集成装置，包括吸油阀、滤油器、排油阀、液压马达、电缆、限压阀、油管、管接头；其特征是它还包括调节器、调节弹簧、外置式油箱、浸油电机、水密接头。该发明将海浪发电装置集成在一个外置式油箱内；但是该系统发电主要依靠类似于柱塞泵的装置驱动液压马达，发电效率较低。

发明内容

    针对现有技术的不足，本发明提出了一种水平螺旋桨驱动式海浪能发电系统, 该系统为液压驱动发电、能适应海浪时涨时落方向不定的特点，发电效率高。

本发明的技术方案：

一种水平螺旋桨驱动式海浪能发电系统，包括螺旋桨、第一联轴器、增速泵、液压整流板、液压马达、第二联轴器和发电机；所述螺旋桨水平放置，所述螺旋桨通过所述第一联轴器与所述增速泵相连接，所述液压整流板包括a、b、c、d四个出口，所述增速泵的一端与所述a口相连，另一端与所述c口相连，所述b口连接所述液压马达的一端，所述d口连接所述液压马达的另一端，所述液压马达通过所述第二联轴器连接所述发电机。

上述方案中，所述液压整流板包括a→b方向的单向阀、c→b方向的单向阀、d→c方向的单向阀和d→a方向的单向阀。

上述方案中，所述液压整流板的b口与所述液压马达之间装有节流阀。

上述方案中，在所述液压整流板的b口与所述节流阀之间旁接第一溢流阀，在所述液压整流板的c口与所述增速泵之间旁接第二溢流阀。

上述方案中，在所述液压整流板的b口与所述液压马达之间旁接前端蓄能器，在所述增速泵与所述液压整流板的c口之间旁接末端蓄能器。

上述方案中，所述前端蓄能器通过第一两通阀接入主回路，所述末端蓄能器通过第二两通阀接入主回路，所述第一电磁阀（7）和第二电磁阀（14）均为二位二通阀。

上述方案中，在所述液压整流板的d口连接辅助液压系统，所述辅助液压系统包括：油箱、辅助液压泵、第三联轴器、电机和第三溢流阀，所述电机通过所述第三联轴器与所述辅助液压泵连接，所述辅助液压泵的一端连接所述液压整流板的d口，另一端连接所述油箱，在所述辅助液压泵与述液压整流板的d口之间旁接所述第三溢流阀。

上述方案中，在所述液压整流板的b端与所述液压马达之间安装单向阀。

本发明的有益效果：

（1）    海浪能经螺旋桨的输出轴经联轴器与增速泵连接，增速泵将来自不同方向上的机械能转变成不同方向上的压力能，经液压整流板将其全部调整为单向流动，再通过节流阀驱动液压马达转动，实现压力能到机械能的转换。

（2）    在液压整流板和液压马达之间安装节流阀，当流量过大时，控制液压流量，使得液压马达稳定工作，保证了液压系统稳定持续发电。

（3）    在液压整流板和液压马达之间旁接前端蓄能器，在增速泵和液压整流板之间旁接末端蓄能器，第一两通阀和第二两通阀分别控制前端蓄能器和末端蓄能器，当流量过大时，电磁阀控制蓄能器充能，当流量过小时，电磁阀控制蓄能器释放能量，其目的是为了给液压驱动马达提供足够的动力，并且保证其稳定工作，最终保证稳定持续的发电。

（4）    在液压整流板的d口连接辅助液压系统，采用辅助液压泵为整个液压系统提供液压油，同时可以为系统定期补油，大大简化了液压系统，系统效率高，节约能量。

附图说明

    图1为本发明的一种水平螺旋桨驱动式海浪能发电系统原理图。

图2为本发明在涨潮时的工作原理图。

    图3为本发明在退潮时的工作原理图。

   图中：1、螺旋桨；2、第一联轴器；3、增速泵；4、液压整流板；5、单向阀；6、前端蓄能器；7、第一两通阀；8、第一溢流阀；9、节流阀；10、液压马达；11、第二联轴器；12、发电机；13、末端蓄能器；14、第二两通阀；15、第三溢流阀；16、油箱；17、辅助液压泵；18、第三联轴器；19、电机；20、第二溢流阀。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所述，本发明涉及一种水平螺旋桨驱动式海浪能发电系统，包括：螺旋桨1；第一联轴器2；增速泵3；液压整流板4；单向阀5；前端蓄能器6；第一两通阀7；第一溢流阀8；节流阀9；液压马达10；第二联轴器11；发电机12；末端蓄能器13；第二两通阀14；第三溢流阀15；油箱16；辅助液压泵17；第三联轴器18；电机19；第二溢流阀20。

螺旋桨1输出轴通过联轴器2与增速泵3相连；所述螺旋桨水平放置，可以适应海浪时涨时落，方向不定的特点，增速泵3一端与液压整流板4的a端连接，另一端与液压整流板4的c端连接；液压整流板将来自不同方向上的液压油，转变成相同方向，并从液压整流板的b端输出，整流板的b端连接液压马达10的一端，液压马达10的另一端连接液压整流板的d端，液压马达10通过第二联轴器11连接发电机12，作为优化设计，在液压整流板4的b端与液压马达10之间连接有节流阀9，当系统流量过大时，节流阀可以调整系统的流量，是液压马达10恒转速输出，实现发电机恒频恒压发电，作为优化设计，在液压整流板4的b口与所述液压马达10之间旁接前端蓄能器6，在增速泵3和液压整流板c口之间旁接末端蓄能器13，当系统流量不足时，蓄能器可以提供足够的流量，使得液压马达10的转速依然维持在发电机12所需的速度，保证了液压系统持续稳定的发电，作为优化设计，前端蓄能器6通过第一电磁阀7接入主回路，所述末端蓄能器13通过第二电磁阀14接入主回路，所述第一电磁阀7和第二电磁阀14均为二位二通阀，当系统流量过大时，控制第一电磁阀7和第二电磁阀14，此时前端蓄能器6和末端蓄能器13处于充能状态，当系统流量较小时，调整第一电磁阀7和第二电磁阀14，此时前端蓄能器6和末端蓄能器13处于卸荷状态，作为优化设计，在液压整流板4的b口与所述节流阀9之间旁接第一溢流阀8，在所述液压整流板4的c口与所述增速泵3之间旁接第二溢流阀20，起到过载保护作用。作为冗余设计，在液压整流板4的b端与所述液压马达10之间安装单向阀5，防止液体回流。作为优化设计，所述液压整流板4的d口连接辅助液压系统，所述辅助液压系统包括：油箱16、辅助液压泵17、第三联轴器18、电机19和第三溢流阀15，所述电机19通过所述第三联轴器18与所述辅助液压泵17连接，所述辅助液压泵17的一端连接所述液压整流板4的d口，另一端连接所述油箱16，在所述辅助液压泵17与述液压整流板4的d口之间旁接所述第三溢流阀15，采用辅助液压泵为整个液压系统提供液压油，同时可以为系统定期补油，大大简化了液压系统，系统效率高，节约能量。

图2为本发明在涨潮时的工作原理图，箭头方向为液压油的流动方向。系统工作之前首先启动电机19，通过第三联轴器18带动辅助液压泵17转动，给系统供油；之后，海浪带动螺旋桨1顺时针旋转，螺旋桨1输出轴通过第一联轴器2带动增速泵3旋转；从增速泵3流出的液压油流向液压整流板4的c端，然后通过液压整流板4右上的单向阀流向b端，经过单向阀5和节流阀9带动液压马达10转动，液压马达10的输出轴经第二联轴器11驱动发电机12发电。从液压马达10流出的液压油流向液压整流板4的d端，经过内部单向阀流向a端，最后流回增速泵3的上端，形成一闭式液压回路。

初始状态时，第一电磁阀7和第二电磁阀14均处于右工位，当螺旋桨1转速较高时，系统压力较高，系统给前端蓄能器6和末端蓄能器13充液，储存能量；当螺旋桨1转速较低时，系统压力减小，此时，通过控制系统，使第一电磁阀7和第二电磁阀14得电，第一电磁阀7和第二电磁阀14切换到左工位，前端蓄能器6和末端蓄能器13释放能量，给系统补充压力，保证系统正常工作；第一溢流阀8和第二溢流阀20可以防止系统过载，起到保护作用。

图3为本发明在退潮时的工作原理图，箭头方向为液压油的流动方向。海浪带动螺旋桨1逆时针旋转，螺旋桨1输出轴通过第一联轴器2带动增速泵3旋转；从增速泵3流出的液压油流向液压整流板4的a端，然后通过液压整流板4左上的单向阀流向b端，经过单向阀5和节流阀9带动液压马达10转动，液压马达10的输出轴经第二联轴器11驱动发电机12发电。从液压马达10流出的液压油流向液压整流板4的d端，经过内部单向阀流向c端，最后流回增速泵3的上端，形成一闭式液压回路。

初始状态时，第一电磁阀7和第二电磁阀14均处于右工位，当螺旋桨1转速较高时，系统压力较高，系统给前端蓄能器6和末端蓄能器13充液，储存能量；当螺旋桨1转速较低时，系统压力减小，此时，通过控制系统，使第一电磁阀7和第二电磁阀14得电，第一电磁阀7和第二电磁阀14切换到左工位，前端蓄能器6和末端蓄能器13释放能量，给系统补充压力，保证系统正常工作；第一溢流阀8和第二溢流阀20可以防止系统过载，起到保护作用。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种水平螺旋桨驱动式海浪能发电系统，其特征在于：包括螺旋桨（1）、第一联轴器（2）、增速泵（3）、液压整流板（4）、液压马达（10）、第二联轴器（11）和发电机（12）；所述螺旋桨（1）水平放置，所述螺旋桨（1）通过所述第一联轴器（2）与所述增速泵相连接，所述液压整流板（4）包括a、b、c、d四个出口，所述增速泵（3）的一端与所述a口相连，另一端与所述c口相连，所述b口连接所述液压马达（10）的一端，所述d口连接所述液压马达（10）的另一端，所述液压马达（10）通过所述第二联轴器（11）连接所述发电机（12）。

2.根据权利要求1所述的一种水平螺旋桨驱动式海浪能发电系统，其特征在于：所述液压整流板（4）包括a→b方向的单向阀、c→b方向的单向阀、d→c方向的单向阀和d→a方向的单向阀。

3.根据权利要求1所述的一种水平螺旋桨驱动式海浪能发电系统，其特征在于：所述液压整流板（4）的b口与所述液压马达（10）之间装有节流阀（9）。

4.根据权利要求3所述的一种水平螺旋桨驱动式海浪能发电系统，其特征在于：在所述液压整流板（4）的b口与所述节流阀（9）之间旁接第一溢流阀（8），在所述液压整流板（4）的c口与所述增速泵（3）之间旁接第二溢流阀（20）。

5.根据权利要求1所述的一种水平螺旋桨驱动式海浪能发电系统，其特征在于：在所述液压整流板（4）的b口与所述液压马达（10）之间旁接前端蓄能器（6），在所述增速泵（3）与所述液压整流板（4）的c口之间旁接末端蓄能器（13）。

6.根据权利要求5所述的一种水平螺旋桨驱动式海浪能发电系统，其特征在于：所述前端蓄能器（6）通过第一电磁阀（7）接入主回路，所述末端蓄能器（13）通过第二电磁阀（14）接入主回路，所述第一电磁阀（7）和第二电磁阀（14）均为二位二通阀。

7.根据权利要求1所述的一种水平螺旋桨驱动式海浪能发电系统，其特征在于：在所述液压整流板（4）的d口连接辅助液压系统，所述辅助液压系统包括：油箱（16）、辅助液压泵（17）、第三联轴器（18）、电机（19）和第三溢流阀（15），所述电机（19）通过所述第三联轴器（18）与所述辅助液压泵（17）连接，所述辅助液压泵（17）的一端连接所述液压整流板（4）的d口，另一端连接所述油箱（16），在所述辅助液压泵（17）与述液压整流板（4）的d口之间旁接所述第三溢流阀（15）。

8.根据权利要求1所述的一种水平螺旋桨驱动式海浪能发电系统，其特征在于：在所述液压整流板（4）的b端与所述液压马达（10）之间安装单向阀（5）。