CN105649865B - 漂浮式波浪能转换器 - Google Patents

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Abstract

一种海上波浪发电技术领域的漂浮式波浪能转换器，包括：浮筒、液压缸、高压蓄势器、低压蓄势器、液压马达、发电机、稳固装置和校流阀组，其中：液压缸一端设置有活塞杆，活塞杆伸出端与浮筒固定连接，液压缸上端口、液压缸下端口分别与校流阀组管路连接，校流阀组分别与高压蓄势器、低压蓄势器管路连接，高压蓄势器与液压马达的液压进口管路连接，低压蓄势器与液压马达的液压出口管路连接，液压马达与发电机轴连接，稳固装置与液压缸底部固定连接。本发明能够提高波浪能转换器发电机功率输出的稳定性，提高能量转换效率，同时减小发电机输出电压的变化范围，有利于电力变换器的设计和研制。

Description

漂浮式波浪能转换器
技术领域
本发明涉及的是一种海上波浪发电领域的技术，具体是一种带校流阀组和双蓄势器的漂浮式波浪能转换器。
背景技术
我国能源消耗巨大，现有的电能70％来自于燃烧煤炭的火力发电，而钢铁、水泥、化工等高能耗行业每年也需要消耗大量的煤炭。燃煤对我国严重超标的PM2.5浓度贡献率在61％左右，为改善生存环境，人们越来越多地把目光投向可再生能源的开发与利用，其中波浪能的开发利用将改善因燃烧矿物能源对环境造成的破坏，缓解矿物能源逐渐枯竭的危机。根据海洋观测资料统计，中国沿海海域年平均波高在2.0m左右，波浪周期平均6s左右。中国台湾及福建、浙江、广东等沿海沿岸波浪能的密度可达5～8kW/m，波浪能资源十分丰富，总量约有5亿千瓦，可开发利用的约1亿千瓦。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102506005A，公开(公告)日2012.06.20，公开了一种基于参数共振的浮子-液压波能发电装置和方法，包括：一个浮子，浮子与锚固点之间连接的是一个带有液压缸的伸缩杆，液压缸的上下两个液压腔的液压进出口分别与上液压调节阀、下液压调节阀管路连接，上液压调节阀、下液压调节阀与桥型整流阀管路连接，桥型整流阀与液压马达管路连接，液压马达与发电机轴连接，伸缩杆上还设置有与液压缸同步伸缩的气缸，气缸带有气室，气缸与气室之间设有气阀。液压缸上设置有位移传感器，位移传感器与控制器电连接，控制器与气阀电连接。但是该技术中发电机输出功率不稳定，浪高小到一定程度时容易导致电力供应不足，同时发电机输出电压范围变化太大，不利于电力变换器的设计和研制。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种漂浮式波浪能转换器，能够提高波浪能转换器发电机功率输出的稳定性，提高能量转换效率。
本发明是通过以下技术方案实现的，
本发明包括：浮筒、液压缸、校流阀组、高压蓄势器、低压蓄势器、液压马达、发电机和稳固装置，其中：液压缸一端设置有活塞杆，活塞杆伸出端与浮筒固定连接，液压缸上端口、液压缸下端口分别与校流阀组管路连接，校流阀组分别与高压蓄势器、低压蓄势器管路连接，高压蓄势器与液压马达的液压进口管路连接，低压蓄势器与液压马达的液压出口管路连接，液 压马达与发电机轴连接，稳固装置与液压缸底部固定连接；
所述的校流阀组由第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门相连成环，其中：第一阀门和第四阀门出口与高压蓄势器进口相连，第二阀门出口分别与液压缸上端口、第一阀门进口相连，第三阀门出口分别与液压缸下端口、第四阀门进口相连，第二阀门和第三阀门进口与低压蓄势器出口相连。
技术效果
与现有技术相比，本发明能够提高波浪能转换器发电机功率输出的稳定性，提高能量转换效率，同时减小发电机输出电压的变化范围，有利于电力变换器的设计和研制。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：浮筒1、液压缸2、活塞杆21、活塞22、液压缸上端口23、液压缸下端口24、校流阀组3、第一阀门31、第二阀门32、第三阀门33、第四阀门34、高压蓄势器4、低压蓄势器5、液压马达6、发电机7、三角吊架8、稳固装置9、支柱91、压载水箱92、悬链式锚泊缆93。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例包括：浮筒1、液压缸2、校流阀组3、高压蓄势器4、低压蓄势器5、液压马达6、发电机7和稳固装置9，其中：液压缸2一端设置有活塞杆21，活塞杆21伸出端与浮筒1固定连接，液压缸上端口23、液压缸下端口24分别与校流阀组3管路连接，校流阀组3分别与高压蓄势器4、低压蓄势器5管路连接，高压蓄势器4与液压马达6的液压进口管路连接，低压蓄势器5与液压马达6的液压出口管路连接，液压马达6与发电机7轴连接，稳固装置9与液压缸2底部固定连接；
所述的校流阀组3由第一阀门31、第二阀门32、第三阀门33和第四阀门34相连成环，其中：第一阀门31和第四阀门34的出口与高压蓄势器4的进口相连，第二阀门32的出口分别与液压缸上端口23、第一阀门31的进口相连，第三阀门33的出口分别与液压缸下端口24、第四阀门34的出口相连，第二阀门32和第三阀门33的进口与低压蓄势器5的出口相连。
所述的浮筒1上装有三角吊架8，便于浮筒1的安装和吊装维修。
所述的稳固装置9包括：依次固定连接的支柱91、压载水箱92和悬链式锚泊缆93，其中：支柱91起到连接液压缸2和压载水箱92的作用，压载水箱92用于调整整个系统的吃水和浮态，悬链式锚泊缆93将整个系统泊于海底岩土层内。
本发明的工作过程如下：
当海面上浪高足够大时，浮筒1将随着波浪的起伏带动活塞杆21做垂荡运动，活塞杆21带动活塞22在液压缸2内做上下往复运动。
当活塞22向上运动时，液压缸2内的上部液压油承压，压力升高，高压液压油通过液压缸上端口23进入油管，后经第一阀门31流出并沿油管流进高压蓄势器4，高压蓄势器4内液压油达到一定压力后沿油管流进液压马达6，液压马达6驱动发电机7发出电力，所发出的电力经电力变换器变换后被送入当地的交流电网；
上述过程中，液压马达6内的液压油经油管流进低压蓄势器5，如果低压蓄势器5内的压力累积的足够高，这时低压蓄势器5内的液压油先后经第二阀门32和第一阀门31流出并沿油管流进高压蓄势器4，形成循环，提高了可做功的液压油的利用率，进而提高了能量转换的效率；如果低压蓄势器5内的压力达不到压力要求，这时液压油将经第三阀门33流出并沿油管流进液压缸下端口24。
当活塞22向下运动时，液压缸2内的下部液压油承压，压力升高，高压液压油通过液压缸下端口24进入油管，后经第四阀门34流出并沿油管流进高压蓄势器4，高压蓄势器4内液压油达到一定压力后沿油管流进液压马达6，液压马达6驱动发电机17发出电力，所发出的电力经电力变换器变换后被送入当地交流电网；
上述过程中，液压马达6内的液压油经油管流进低压蓄势器5，如果低压蓄势器5内的压力累计的足够高，这时低压蓄势器5内的液压油先后经第三阀门33和第四阀门34流出并沿油管流进高压蓄势器4，形成循环；如果低压蓄势器4内的压力达不到压力要求，这时液压油将经第二阀门32流出并沿油管流进液压缸上端口23。
由于本发明中的高压蓄势器4内经常保持有足够压力的液压油，因此在风停浪静的时段，这部分高压液压油仍能够沿油管流进液压马达6并驱动发电机7发出电力，不至于造成停发电现象，保证了波浪能转换器的发电机功率输出的稳定性，同时发电机输出电压的变化范围小，有利于电力变换器的设计和研制；同时本发明中的低压蓄势器5也可提供一部分压力足够高的液压油，为避免停发电现象提供了额外的保障。
本实施例通过以下参数进行仿真模拟：
所述的浮筒1的结构参数为：直径×高＝20m×15m。
所述的液压缸2的油缸直径为8m，油缸的本体高度为25m。
所述的高压蓄势器4的直径为8m。
所述的低压蓄势器5的直径为8m。
所述的发电机7的额定功率为286kW。
所述的三角吊架8包括3根圆钢，每根圆钢的直径×长＝0.25m×18m。
所述的支柱91的结构参数为：直径×高＝4m×220m。
所述的压载水箱92的结构参数为：直径×高＝30m×5m。
所述的悬链式锚泊缆93是直径为0.45m的钢缆。
本实施例基于上述参数，通过Matlab/Simulink建立本发明的仿真模型，得到输出相电压和输出功率的变化范围，其中输出相电压仅在130V-220V之间变化，输出功率仅在280kW附近微幅变化。

Claims (3)

1.一种漂浮式波浪能转换器，包括：浮筒、液压缸、高压蓄势器、低压蓄势器、液压马达、发电机和稳固装置，其特征在于，还包括校流阀组，其中：液压缸一端设置有活塞杆，活塞杆伸出端与浮筒固定连接，液压缸上端口、液压缸下端口分别与校流阀组管路连接，校流阀组分别与高压蓄势器、低压蓄势器管路连接，高压蓄势器与液压马达的液压进口管路连接，低压蓄势器与液压马达的液压出口管路连接，液压马达与发电机轴连接，稳固装置与液压缸底部固定连接；
所述的校流阀组由第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门相连成环，其中：第一阀门和第四阀门出口与高压蓄势器进口相连，第二阀门出口分别与液压缸上端口、第一阀门进口相连，第三阀门出口分别与液压缸下端口、第四阀门进口相连，第二阀门和第三阀门进口与低压蓄势器出口相连。
2.根据权利要求1所述的漂浮式波浪能转换器，其特征是，所述的浮筒上装有三角吊架。
3.根据权利要求1所述的漂浮式波浪能转换器，其特征是，所述的稳固装置包括：依次固定连接的支柱、压载水箱和悬链式锚泊缆。
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