CN104514678A - 一种下摆板式海浪发电机 - Google Patents

Abstract

一种下摆板式海浪发电机，主要由机架，摆板，摆板轴，单向集流阀，摆动缸，液压马达和发电机组成，海浪推动摆板时，与摆板相连接的摆动轴被转动，摆动轴将转动摆动缸的叶片摆动，叶片摆动挤压出压力油，摆动缸设有两个油口，随着摆动，交替进、出油，经输油管进入单向集流阀，经单向集流阀整流后，由单向集流阀的送油口输出压力油，单向集流阀的吸油口吸入压力油，实现送油吸油的单向性，单向集流阀设置有蓄能器，吸收或增补摆动缸输出压力油的过高压与欠压，实现输出压力油平稳，单向集流阀输出的压力油，经输油管路输送到液压马达，驱动液压马达转动，液压马达经连接轴驱动发电机转动发电。

Description

一种下摆板式海浪发电机

技术领域：属于海洋开发与发电工业技术领域。

背景技术：

风吹海浪，海浪将能量以势能和动能的形式存储起来，海浪发电机的原理是利用波浪能的做功和摆动升降的运动将海浪能量转化为机械能使用，再使用转换的机械能驱动发电装置产生电能。

在上世纪九十年代，苏格兰岛屿奥斯雷扑上建成75千瓦和20000千瓦振荡水柱和固定核心站海岸。全球第一个商业化的海浪发电装置是在1995年8月开始在英国克莱德湾河口建设2000KW级海浪发电装置，在2000年11月在苏格兰岛艾莱岛建设的500kW级容量的家用岸波发电机组能产生驻波能量密度为25千瓦／米电量。在苏格兰奥特希莱尔的英国国家工程实验室开发出了装机容量为11000千瓦的中空波纹管泵波发生器式涡生产设施。

如今的研发重点为对高效率的波浪能到机械能的转化的研究和波浪利用技术的研发，其中的成果包括命名为“海明”的波能发电船，具有六十千瓦功率的具有防波堤功能的电站，摆波波能量利用的装置，功率达40kw的岸式电站，“鲸“式浮波能量发电装置，气压驱动的罐型波浪能发电装置、波力发电装置等。

中国自1986年以来，在珠江口站大万山岛建设了3KW功率级的波浪能发电站，并在接下来的几年改造成一个高达20千瓦的电站，在96年的相关调查研究的初步测试结果显示，20kW波力发电机平均输出功率为5.5～6kW，峰值功率可达15.5kW，拥有在20％～40％的范围的总能量平均俘获宽度比的能力达到了世界的顶尖水平。

与此同时，广州能源研究所科学和技术研究院在科技部的规划下在广东省汕尾市建造了一个100KW波浪能发电站，电站的最大特点是在岸上设置有一个与电网并行工作的震荡水柱型波浪能的发电装置，同时设置有能够在过载情况下自动卸载的装置，防止电压过高，防止波能过高的自动保护装置，电源保护。同时这些功能在计算机控制下自动进行的，减少了人工操作的滞后性，提升了控制的速度和精确程度，使潮汐能量的利用技术更加向实际生产应用的方向迈近了一步。总之，中国的能量波，虽然起步相比其他发达国家较晚，但发展研究的过程中，其能源技术已经日趋接近成熟。快速微波，商业化发电设备技术，岸式发电装备的小型化在全世界已经渐渐进入到人们的实际生活中。海洋里的波浪能具有储量大，可再生，无污染的很多优秀特点，利用海浪的能量，是一个非常有前途的技术研究方向。

在波浪能量的发展进程中，高效转换技术，如何把波能量高效率的被我们所利用一直是个重大研究问题，因为波发电装置的转换装置的不同稳定性，和环境的不明朗性，往往导致了设计之外的一些问题，除此以外有限的能量密度，转换效率低，都进一步拉高了波浪能发电的成本，因此提高了波浪能量的使用率，降低波浪能发电的生产成本成为了波力发电现阶段应该重点追求的目标。

波能发电其中基本的线性问题在设计研究中大部分可以解决，但至于非线形的问题，特别是非线性随机日益迫切的问题则需要花费大量时间实验与论证，主要议题包括：水动力分析线性能量波的非线性随机系统的性能真正波海况预测能力的设备和频谱分析。如果能够很好的解决这些问题，势必能引起波浪能利用的新一次技术革命，甚至影响到全球的可再生能源的未来规划。在波浪能源的使用中的核心技术研究包括聚集波和相位技术，波浪力载荷的分析计算和海洋环境的机械维护，设备波能源技术在建设工程和造船，不规则波能量波设备的设计和优化运营研究涡轮备选流，技术浪潮能源独立和稳定的发电技术。

总之，随着技术的日益成熟，波能利用，波浪能发电将在更多的方面发挥作用。

本发明内容：

本方案涉及一种下摆式海浪发电机，主要由机架，下摆板，轴，单向集流阀，摆动缸，液压马达和发电机组成。

工作原理为波浪冲击了摆板，由于海浪的推力使摆板发生摆动，因此也巨大的力量使轴发生大的摆动，轴带动与其相连的摆动缸将机械能转化成液压能，经单向集流阀，输入到液压马达中，是使液压马达持续的转动，由它驱动发电机产生电能。

方案一：摆板式海浪发电机，它是由上横式摇摆支撑轴、摆板、摆动缸、单向集流阀、液压马达及发电机等组成，当它利用横向运动的摆荡波能对下横向迎浪板的直接正面冲击是，使迎浪板做左右的摇摆，通过与之相连的摆杆带动摆动缸双向做功，摆动缸输出压力油，进入单向集流阀，它输出单向压力油，驱动液压马达，液压马达输出轴带动发电机发电。

下摆式波浪发电装置主要需要解决摆体的能量吸收效率以及液压系统的能量转换效率，采用三个摆板并联布置，让摆板充分的吸收能量摆动。

主要部分分为机架，下摆板，轴，摆动缸，液压马达和发电机六个部分组成。工作原理为通过海浪的推力是摆板发生摆动，带动与摆动轴相连的摆动缸将机械能转化成液压能，通过这些液压能使液压马达持续的转动，带动发电机产生电能。

方案二，结构构成

(1)机架

机架由安装平台，支撑柱和密封舱组成，使用钢架结构，发电机等器件应做相应的防水设计，在密封盖上应有密封圈，软管连接处也设置密封。

(2)摆板

摆板要有足够的抗腐蚀能力，并在此基础上尽量的降低重量，由于摆板很大，故在制造，运输，安装的方面，采用拼装结构，降低成本，简化步骤。

(3)摆动缸

波浪为平行单一方向的周期性能量，考虑到波浪能的特点，故摆动缸要进行独立设计。波浪推动摆板使摆动缸内部发生摆动，由于仅仅能够进行小于180度的摆动，故应充分利用摆动式来回两个方向的能量，故泵缸与活塞应该具有对称性，且由于长期进行摆动往复运动，对泵材料的疲劳强度也有较高的要求。考虑到泵体的独立设计的特性，故应该考虑泵的制作工艺，成本等问题，尽量优化。

(4)液压马达和发电机

考虑的海浪在各地的频率速度的不同，故要求有较高的正常工作区间。

方案三，摆动缸结构设计

(1)摆动缸

摆动缸是把摆动机械能转换成液体的压力能，摆动缸的工作原理是是通过密封容积的变大和缩小，使缸内产生变化的压强，油因为压强的变化实现而被吸入或是压出。

其结构设置为：

1.泵体内设置有足够的密封工作容积，并且此容积应能重复有周期性规律的地变化容积：

2.设置有配套的油箱装置，容积扩大时邮箱向泵体输送油，容积减小时向系统压油。

3.摆动缸设置为，缸体不动，而摆动轴摆动，且摆动轴双端输出，摆动轴与摆板相连，缸体与机架相连。

摆板与轴链接结构方案：

在轴和摆板之间使用连接件，连接件套入轴中，用键相连，连接件另一端用螺钉链接摆板，设置连接件，实现分解安装。

摆板结构方案：

由工字钢交错拼装，在完成拼装以后，用薄钢板覆盖结构，填充聚氨酯材料，之后在表面涂抹防锈漆。

方案三，下摆式海浪发电机的总体结构及工作原理

海浪推动摆板时，与摆板相连接的摆动轴被转动，摆动轴将转动摆动缸的叶片摆动，叶片摆动挤压出压力油，摆动缸设有两个油口，随着摆动，交替进、出油，经输油管进入单向集流阀，经单向集流阀整流后，由单向集流阀的送油口输出压力油，单向集流阀的吸油口吸入压力油，实现送油吸油的单向性，单向集流阀设置有蓄能器，吸收或增补摆动缸输出压力油的过高压与欠压，实现输出压力油平稳，单向集流阀输出的压力油，经输油管路输送到液压马达，驱动液压马达转动，液压马达经连接轴驱动发电机转动发电。

方案四，部件方案

摆动缸：将动能转化成液压能的装置，设计为单叶片式，摆动轴为双端输出轴，缸体固定，摆动轴转动，转动角度为150度。

单向集流阀：采用组合阀结构，从摆动缸输出来的压力油进出交替，经过单向集流阀整流，保证压力油单向输出，以驱动液压马达，单向集流阀配置有蓄能器，吸收或增补摆动缸输出压力油的过高压与欠压，实现输出压力油平稳。

液压马达：将液压能转换成机械能的部件，将压力油的流动能量转化为转动轴的转动能量输出。

发电机：发电机被液压马达驱动发电，设计采用全密封结构。

油箱：机器中液压油的储存部件。

摆板：将波浪能转换为机械能的能量吸收部件，摆板采用钢架包皮结构，包皮为薄钢板材料，内部填充聚氨酯，有足够的强度，外部涂防腐油漆，抗海水的腐蚀。

方案五，摆动轴的结构

摆动轴，为3段结构，中间段为摆动缸的摆动轴，两边段为摆板支撑轴，中间段与两边段设置刚性连接，两边段的摆动轴与摆板采用机械螺栓连接，方便现场安装。

主轴采用合金材料，具有高强度与刚度，外表面做防腐蚀处理。

设置为摆动缸的摆动轴，两边段设置为摆板支撑轴，中间段与两边段设置刚性连接，两边段的摆动轴与摆板采用机械螺栓连接，中间段的摆板与摆动缸外壳之间留有间隙，摆动轴的两端安装在带座球面球轴承上，带座球面球轴承的座安装在前后中横梁上，横向布置3套摆动板与摆动缸系统，三套摆动缸的外壳通过左固定杆、中固定杆与右固定杆固定在中侧梁上，在上中粱上，从左至右，依次设置安装发电机、液压马达与单向集流阀，三套摆动缸通过三套下输油管连接到单向集流阀中，在单向集流阀与液压马达之间设置上输油管连接，在发电机与液压马达之间设置联轴器连接，在机架底部四角上设置地锚柱。

附图说明：

附图为本发明的结构图，图中分别为：1、摆动轴，2、摆动缸，3、发电输出电缆，4、发电机，5、联轴器，6、液压马达，7、上输油管，8、单向集流阀，9、下输油管，10、带座球面球轴承，11、中侧粱，12、摆板，13、右固定杆，14、中固定杆，15、上前粱，16、左固定杆，17、上中粱，18、前中粱，19、地锚杆，20、机架。

具体实施方式：

海浪推动摆板12，摆板12带动摆动轴1转动，摆动轴1将转动摆动缸2的叶片摆动，叶片摆动挤压出压力油，摆动缸设有两个油口，随着摆动，交替进、出油，经下输油管9进入单向集流阀8，经单向集流阀8整流后，由单向集流阀8的送油口输出压力油，单向集流阀8的吸油口吸入压力油，实现送油吸油的单向性，单向集流阀8设置有蓄能器，吸收或增补摆动缸输出压力油的过高压与欠压，实现输出压力油平稳，单向集流阀8输出的压力油，经上输油管路7输送到液压马达6，驱动液压马达6转动，液压马达6经联接轴5驱动发电机4转动发电，后经发电输出电缆3输出电能。

Claims (1)

1.一种下摆板式海浪发电机，设置钢框架结构的机架，框架分三层横梁，下层为支撑层，留有摆动板的摆动空间，中间层安装设置摆动轴与摆动缸，上层安装设置发电机、液压马达与单向集流阀，摆动轴设置为3段结构，中间段设置为摆动缸的摆动轴，两边段设置为摆板支撑轴，中间段与两边段设置刚性连接，两边段的摆动轴与摆板采用机械螺栓连接，中间段的摆板与摆动缸外壳之间留有间隙，摆动轴的两端安装在带座球面球轴承上，带座球面球轴承的座安装在前后中横梁上，横向布置3套摆动板与摆动缸系统，三套摆动缸的外壳通过左固定杆、中固定杆与右固定杆固定在中侧梁上，在上中粱上，从左至右，依次设置安装发电机、液压马达与单向集流阀，三套摆动缸通过三套下输油管连接到单向集流阀中，在单向集流阀与液压马达之间设置上输油管连接，在发电机与液压马达之间设置联轴器连接，在机架底部四角上设置地锚柱。