CN105804927B - 一种漂浮地固定于海岸边的波浪能发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种漂浮地固定于海岸边的波浪能发电装置。包括漂浮于海面的浮体结构以及连接浮体结构用于能量转换的液压系统，浮体结构包括浮体、支架、连接在浮体和支架之间的两根连接杆，浮体为内部空心的钢铁焊接而成的密封结构，浮体与固定在海岸或者大型浮体上的支架铰接，使得浮体随波浪的起伏绕支点摆动；其中一根连接杆与液压系统连接，将浮体摆动的机械能转化成液压能传递到液压系统进行发电。本发明能实现高波浪能吸收效率，对一定范围的潮位变化适应能力强，减少了对环境的污染，降低了本身被破坏的概率。
Description
技术领域
本发明设计的是一种波浪能发电装置，更具体是涉及了一种漂浮地固定于海岸边的波浪能发电装置。
背景技术
用于波浪能开发的波浪能发电装置，按照布放位置可分为岸边波浪能发电装置、近岸波浪能发电装置以及离岸波浪能发电装置。相比较而言，岸边波浪能发电装置可以更方便地并网，并且更加便于维护。但是岸边的波浪能发电装置的工作状况容易受海水潮位的影响。现有的岸边波浪能发电装置，在潮位高于或低于设计水位的情况下都无法达到最优工作状况。
另一方面，现有的岸边波浪能发电装置，很多没有考虑浮体外形对波浪吸收效率的影响，往往使用最简单的圆柱体、立方体等外形。即使优化设计了吸波浮体外形的岸边波浪能发电装置，其不具备随潮位变化而改变姿态的功能，优化了的吸波外形的优势无法最大程度发挥出来。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供了一种漂浮地固定于海岸边的波浪能发电装置，能够适应一定范围的潮位变化，浮体随波浪绕支点旋转把波浪能最终转化成电能，始终保持在最优设计效率下运行。
为解决技术问题，本发明是通过如下技术方案实现：
本发明包括漂浮于海面的浮体结构以及连接浮体结构用于能量转换的液压系统，浮体结构包括浮体、支架、连接在浮体和支架之间的两根连接杆，浮体为内部空心的钢铁焊接而成的密封结构，浮体与固定在海岸或者大型浮体上的支架铰接，使得浮体随波浪的起伏绕支点摆动；其中一根连接杆与液压系统连接，将浮体摆动的机械能转化成液压能传递到液压系统进行发电。
所述的两根连接杆分别为第一连接杆和第二连接杆，第一连接杆和第二连接杆下端均铰接于支架底部，第一连接杆和第二连接杆上端铰接于浮体上的两处，第一连接杆和第二连接杆平行安装使得两根连接杆、浮体和支架之间形成平行四边形铰接结构，所述液压系统的油缸一端与其中一根连接杆的上部铰接，另一端与支架顶部铰接。
所述的液压系统包括双作用式液压油缸、高压蓄能器、低压蓄能器、液压马达、液压泵、电动机、发电机和配套阀组；双作用式液压油缸的缸体端铰接于支架，双作用式液压油缸的输出杆端铰接于连接杆；双作用式液压油缸有杆腔与两位两通方向阀的一端连接，两位两通方向阀的另一端经第二单向阀与液压马达的输入端连接，液压马达的输出端经第四单向阀与双作用式液压油缸无杆腔连接相通，液压马达连接发电机进行发电；两位两通方向阀的另一端依次经电磁开关阀、液压泵后与低压蓄能器连接相通，低压蓄能器经第一单向阀后连接到两位两通方向阀的另一端，电动机连接液压泵驱动其运行，双作用式液压油缸无杆腔经第三单向阀与高压蓄能器连接相通，高压蓄能器和低压蓄能器分别连接有高压压力表和低压压力表。
所述双作用式液压油缸随浮体的摆动而伸缩，将液压油加压，从低压蓄能器端注入高压蓄能器，通过高压蓄能器与低压蓄能器液压油的压强差驱动液压马达做功，带动配套的发电机发电实现电能输出。
所述的浮体漂浮于海面，其面向来波方向的着水面采用倾斜向下的内凹曲面，以尽可能增大对波浪的能量吸收；其背向来波方向的一侧着水面采用与连接杆相垂直的斜面，以减小浮体摆动过程中后端辐射出的波浪，减小能量损失。
所述的液压油缸一端与连接杆铰接，另一端与支架铰接，有较大的伸缩范围，保证能够在一定范围内的不同潮位下工作。
本发明采用封闭的低压蓄能器作为油箱，从而使整个液压系统封闭运作，避免液压油对环境的污染。
本发明设计了一对平行布置的连接杆，其两端均分别与浮体和支架铰接，共同构成了平行四边形的框架结构，使得浮体在摆动过程中的相对运动为平动而不是摆动，其可以始终以设计的特殊曲面面向来波方向实现对波浪能最大程度地吸收。
本发明中，所述液压系统采用双作用式油缸，无杆腔连接两股配有相反方向单向阀的油路，分别在伸和缩的动作中从低压蓄能器补油以及往高压蓄能器注油；有杆腔接三股油路，其中两路分别配有反方向的单向阀，作用与无杆腔所连接油路相同，第三路油路为驱动油路，当遇到恶劣海况，如台风、巨浪等，可以打开电动机带动液压泵将浮体抬出水面，防止恶劣天气对装置的破坏。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)以优化的外形设计实现更高的波浪能吸收效率；
(2)浮体始终以设计姿态正面朝向来波方向，对一定范围的潮位变化适应能力强；
(3)密封的液压系统可以减少对环境的污染；
(4)主动抬升浮体的功能可以减少被破坏的概率。
附图说明
图1是本发明的结构图。
图2是本发明的液压系统图。
图3是本发明在波浪向上运动过程中驱动液压油缸收缩时，液压系统内工作过程图。
图4是本发明在波浪向下运动过程中驱动液压油缸伸长时，液压系统内工作过程图。
图5是本发明在遭遇恶劣天气时，主动抬升浮体避浪操作时，液压系统内的工作过程图。
图中的附图标记为：1—双作用式液压油缸，2—第一连接杆，3—第二连接杆，4—支架，5—浮体，6—两位两通方向阀，7—第一单向阀，8—第二单向阀，9—高压蓄能器，10—高压压力表，11—发电机，12—液压马达，13—第三单向阀，14—第四单向阀，15—低压蓄能器，16—低压压力表，17—液压泵，18—电动机，19—电磁开关阀。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，本发明包括漂浮于海面的浮体结构以及连接浮体结构用于能量转换的液压系统，浮体结构包括浮体、支架、连接在浮体和支架之间的两根连接杆2、3，浮体为内部空心的钢铁焊接而成的密封结构，浮体与固定在海岸或者大型浮体上的支架铰接，使得浮体随波浪的起伏绕支点摆动；其中一根连接杆与液压系统连接，将浮体摆动的机械能转化成液压能传递到液压系统进行发电。
两根连接杆2、3分别为第一连接杆和第二连接杆，第一连接杆和第二连接杆下端均铰接于支架底部，第一连接杆和第二连接杆上端铰接于浮体上的两处，第一连接杆和第二连接杆平行安装使得两根连接杆2、3、浮体和支架之间形成平行四边形铰接结构，所述液压系统的油缸一端与其中一根连接杆的上部铰接，另一端与支架顶部铰接。
如图2所示，液压系统包括双作用式液压油缸、高压蓄能器、低压蓄能器 15、液压马达12、液压泵17、电动机18、发电机11和配套阀组；双作用式液压油缸的缸体端铰接于支架，双作用式液压油缸的输出杆端铰接于连接杆；双作用式液压油缸有杆腔与两位两通方向阀的一端连接，两位两通方向阀的另一端经第二单向阀与液压马达12的输入端连接，液压马达12的输出端经第四单向阀14与双作用式液压油缸无杆腔连接相通，液压马达12连接发电机11进行发电。
两位两通方向阀的另一端依次经电磁开关阀19、液压泵17后与低压蓄能器 15连接相通，低压蓄能器15经第一单向阀后连接到两位两通方向阀的另一端，电动机18连接液压泵17驱动其运行，双作用式液压油缸无杆腔经第三单向阀 13与高压蓄能器连接相通，高压蓄能器和低压蓄能器15分别连接有高压压力表 10和低压压力表16。
在配套阀组的控制下，所述双作用式液压油缸随浮体的摆动而伸缩，将液压油加压，从低压蓄能器15端注入高压蓄能器，通过高压蓄能器与低压蓄能器 15液压油的压强差驱动液压马达12做功，带动配套的发电机11发电实现电能输出。
浮体漂浮于海面，其面向来波方向的着水面采用倾斜向下的内凹曲面，以尽可能增大对波浪的能量吸收；其背向来波方向的一侧着水面采用与连接杆相垂直的斜面，以减小浮体摆动过程中后端辐射出的波浪，减小能量损失。
在恶劣海况下，液压泵17主动开启，通过低压蓄能器15给高压蓄能器加压，抬升浮体进行避浪，避免系统损伤。
本发明的具体实施工作过程如下：
(1)整体系统在下水运作之前，首先要对液压系统进行充油，使得液压系统充满液压油的同时，在低压蓄能器15中保留有一定量的富余的液压油。
(2)根据当地潮位变化情况调整系统的布放水深，使得其尽可能地适应当地的多种潮位。
(3)如图3所示，当波浪水位上升时，双作用式液压油缸1在上浮的浮体 5的驱动下收缩。无杆腔受压流出的液压油流经第三单向阀13，注入高压蓄能器9。低压蓄能器15中的液压油流经第一单向阀7补充到双作用式液压油缸1 的有杆腔。在液压强差作用下，油液从高压蓄能器9流经液压马达12进入到低压蓄能器15。发电机11在液压马达12的带动下工作。
(4)如图4所示，当波浪水位下降时，双作用式液压油缸1在下降的浮体 5的驱动下伸长。有杆腔受压流出的液压油流经第一单向阀8，注入高压蓄能器 9。低压蓄能器15中的液压油流经第四单向阀14补充到双作用式液压油缸1的无杆腔。在液压强差作用下，油液从高压蓄能器9流经液压马达12进入到低压蓄能器15。发电机11在液压马达12的带动下工作。
(5)如图5所示，当遭遇恶劣天气时，调整电磁控制两位两通方向阀8为单向阀状态，调整电磁开关阀19为打开状态，同时开启电动机18，液压泵17 在电动机18的带动下，低压蓄能器15中的液压油被加压，流经电磁开关阀19、两位两通方向阀6最终注入双作用式液压油缸1的有杆腔，驱动双作用式液压油缸1收缩，实现对浮体5的主动抬升。
由此本发明能实现更高的波浪能吸收效率，能始终保持正面朝向来波方向，能很好地适应潮位变化，减少被破坏的概率，具有突出显著的技术效果。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种漂浮地固定于海岸边的波浪能发电装置，其特征在于：包括漂浮于海面的浮体结构以及连接浮体结构用于能量转换的液压系统，浮体结构包括浮体(5)、支架(4)、连接在浮体(5)和支架(4)之间的两根连接杆(2、3)，浮体(5)为内部空心的钢铁焊接而成的密封结构，浮体(5)与固定在海岸或者大型浮体上的支架(4)铰接，使得浮体(5)随波浪的起伏绕支点摆动；其中一根连接杆(2)与液压系统连接，将浮体(5)摆动的机械能转化成液压能传递到液压系统进行发电；
所述的液压系统包括双作用式液压油缸(1)、高压蓄能器(9)、低压蓄能器(15)、液压马达(12)、液压泵(17)、电动机(18)、发电机(11)和配套阀组；双作用式液压油缸(1)的缸体端铰接于支架(4)，双作用式液压油缸(1)的输出杆端铰接于连接杆(2)；双作用式液压油缸(1)有杆腔与两位两通方向阀(6)的一端连接，两位两通方向阀(6)的另一端经第二单向阀(8)与液压马达(12)的输入端连接，液压马达(12)的输出端经第四单向阀(14)与双作用式液压油缸(1)无杆腔连接相通，液压马达(12)连接发电机(11)进行发电；
两位两通方向阀(6)的另一端依次经电磁开关阀(19)、液压泵(17)后与低压蓄能器(15)连接相通，低压蓄能器(15)经第一单向阀(7)后连接到两位两通方向阀(6)的另一端，电动机(18)连接液压泵(17)驱动其运行，双作用式液压油缸(1)无杆腔经第三单向阀(13)与高压蓄能器(9)连接相通，高压蓄能器(9)和低压蓄能器(15)分别连接有高压压力表(10)和低压压力表(16)。
2.根据权利要求1所述的一种漂浮地固定于海岸边的波浪能发电装置，其特征在于：所述的两根连接杆(2、3)分别为第一连接杆(2)和第二连接杆(3)，第一连接杆(2)和第二连接杆(3)下端均铰接于支架(4)底部，第一连接杆(2)和第二连接杆(3)上端铰接于浮体(5)上的两处，第一连接杆(2)和第二连接杆(3)平行安装使得两根连接杆(2、3)、浮体(5)和支架(4)之间形成平行四边形铰接结构，所述液压系统的油缸一端与其中一根连接杆(2)的上部铰接，另一端与支架(4)顶部铰接。
3.根据权利要求1所述的一种漂浮地固定于海岸边的波浪能发电装置，其特征在于：所述双作用式液压油缸(1)随浮体(5)的摆动而伸缩，将液压油加压，从低压蓄能器(15)端注入高压蓄能器(9)，通过高压蓄能器(9)与低压蓄能器(15)液压油的压强差驱动液压马达(12)做功，带动配套的发电机(11)发电实现电能输出。
4.根据权利要求1或2所述的一种漂浮地固定于海岸边的波浪能发电装置，其特征在于：所述的浮体(5)漂浮于海面，其面向来波方向的着水面采用倾斜向下的内凹曲面，以尽可能增大对波浪的能量吸收；其背向来波方向的一侧着水面采用与连接杆(2)相垂直的斜面，以减小浮体摆动过程中后端辐射出的波浪，减小能量损失。
5.根据权利要求1所述的一种漂浮地固定于海岸边的波浪能发电装置，其特征在于：在恶劣海况下，所述的液压泵(17)主动开启，通过低压蓄能器(15)给高压蓄能器(9)加压，抬升浮体(5)进行避浪，避免系统损伤。
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