CN105888953B - 采用液压传动的三自由度点吸收式波浪能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用液压传动的三自由度点吸收式波浪能发电装置。包括：圆柱形浮体，连杆，横荡基座，纵荡滑轨，固定基座，三个固定件，横荡液压缸，横荡氮气弹簧，垂荡氮气弹簧，垂荡液压缸，纵荡基座，纵荡氮气弹簧，纵荡液压缸和横荡滑轨。浮体漂浮在水中，浮体的垂荡运动通过连杆带动垂荡液压缸活塞杆在竖直方向上往复运动，纵荡运动通过纵荡基座带动纵荡液压缸活塞杆在水平方向上往复运动，横荡运动通过横荡基座带动横荡液压缸活塞杆在水平方向上往复运动，各液压缸均压缩液压油做功。本发明可实现将垂荡，纵荡，横荡三个自由度上的波浪能转换为电能，可用于建立立桩平台支撑的大型波浪能发电场，或各种海洋工程平台的可再生能源供能系统。

Description

采用液压传动的三自由度点吸收式波浪能发电装置
技术领域
本发明涉及波浪能发电装置，尤其是涉及一种采用液压传动的三自由度点吸收式波浪能发电装置。
背景技术
波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，是一种储备丰富的可再生能源。波浪能发电装置用于将波浪的能量转换为电能。在已有的多种波浪能发电装置中，点吸收式由于其较高的发电效率和便于建造与布放的优点被广泛采用。点吸收式装置又叫做振荡浮子式装置，通常用一个放在水中的浮子作为波浪能的吸收载体，然后将浮子吸收的能量通过机械或液压装置转换出去，用来驱动电机发电。然而目前的点吸收式波浪能装置考虑到多自由度带来的各方向上吸收能量互相干扰，纵横荡自由度需人为设置回复力矩等复杂性都被设计成只能在一个振荡自由度上吸收波浪能，通常是垂荡方向，其他自由度上的波浪能量被浪费了，大大降低了能量转换效率。
发明内容
为了解决点吸收式波浪能装置因自由度的限制导致能量利用率降低的问题，本发明的目的在于提供一种采用液压传动的三自由度点吸收式波浪能发电装置，在更多的自由度上吸收波浪能，通过配置有液压马达与蓄能器的液压系统将浮子动能转换为电能，提高了能量捕获效率和复杂海况下的发电平稳性。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
本发明包括：圆柱形浮体，连杆，横荡基座，纵荡滑轨，固定基座，第三固定件，横荡液压缸，横荡氮气弹簧，垂荡氮气弹簧，垂荡液压缸，第一固定件，纵荡基座，纵荡氮气弹簧，第二固定件，纵荡液压缸，横荡滑轨；
圆柱形浮体固接在连杆下方，连杆上方连接垂荡液压缸的活塞杆和其两侧的垂荡氮气弹簧的活塞杆，垂荡液压缸和其两侧的垂荡氮气弹簧通过上、下的第一固定件固定后，垂直固接在纵荡基座上，纵荡基座通过底面前、后两侧的滑杆分别与横荡基座前、后两侧的纵荡滑轨两侧连接，纵荡基座能整体在横荡基座上沿左、右方向滑动；
所述装置在水平纵荡方向上为对称结构，对称部分原理相同，其中一侧的纵荡液压缸的活塞杆和其两侧的纵荡氮气弹簧的活塞杆固接于纵荡基座的一侧面，纵荡液压缸和其两侧的纵荡氮气弹簧通过左、右的第二固定件固接在横荡基座的一侧，横荡基座通过底面左、右两侧的滑杆分别与固定基座左、右两侧的横荡滑轨两侧连接，横荡基座能整体在固定基座上沿前、后方向滑动；
所述装置在横荡方向上为对称结构，对称部分原理相同，其中一侧的横荡液压缸的活塞杆和其两侧的横荡氮气弹簧的活塞杆固接于横荡基座的一侧面，横荡液压缸和其两侧的横荡氮气弹簧通过前、后的第三固定件固接在固定基座的一侧；
固定基座固定于海洋工程平台或海底立桩结构物上。
所述垂荡液压缸、纵荡液压缸和横荡液压缸所在轴线正交，垂荡液压缸在竖直方向上，纵荡液压缸和横荡液压缸在水平方向上。
所述垂荡液压缸两侧的垂荡氮气弹簧，纵荡液压缸两侧的纵荡氮气弹簧，横荡液压缸两侧的横荡氮气弹簧均与各自的液压缸平行放置，弹簧系数均能调节；垂荡氮气弹簧提供向下弹簧力，用于改变浮体吃水深度，纵荡氮气弹簧和横荡氮气弹簧提供水平方向弹簧力，用于提供额外回复力矩。
本发明具有的有益效果是：
本发明可实现将多个自由度上的浮体运动能量先转换为平缓的液压能，再通过液压发电系统转换为可持续使用的电能。本发明可实现将垂荡，纵荡，横荡三个自由度上的波浪能转换为电能，可用于建立立桩平台支撑的大型波浪能发电场，也可用于各种海洋工程平台的可再生能源供能系统。
附图说明
图1是本发明的结构原理的示意图。
图中：1、圆柱形浮体，2、连杆，3、横荡基座，4、纵荡滑轨，5、固定基座，6、第三固定件，7、横荡液压缸，8、横荡氮气弹簧，9、垂荡氮气弹簧，10、垂荡液压缸，11、第一固定件，12、纵荡基座，13、纵荡氮气弹簧，14、第二固定件，15、纵荡液压缸，16、横荡滑轨。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明包括：圆柱形浮体1，连杆2，横荡基座3，纵荡滑轨4，固定基座5，第三固定件6，横荡液压缸7，横荡氮气弹簧8，垂荡氮气弹簧9，垂荡液压缸10，第一固定件11，纵荡基座12，纵荡氮气弹簧13，第二固定件14，纵荡液压缸15，横荡滑轨16。
圆柱形浮体1固接在连杆2下方，连杆2上方连接垂荡液压缸10的活塞杆和其两侧的垂荡氮气弹簧9的活塞杆，垂荡液压缸10和其两侧的垂荡氮气弹簧9通过上、下的第一固定件11固定后，垂直固接在纵荡基座12上，纵荡基座12通过底面前、后两侧的滑杆分别与横荡基座3前、后两侧的纵荡滑轨4两侧连接，纵荡基座12能整体在横荡基座3上沿左、右方向滑动。
所述装置在水平纵荡方向上为对称结构，对称部分原理相同，其中一侧的纵荡液压缸15的活塞杆和其两侧的纵荡氮气弹簧13的活塞杆固接于纵荡基座12的一侧面，纵荡液压缸15和其两侧的纵荡氮气弹簧13通过左、右的第二固定件14固接在横荡基座3的一侧，横荡基座3通过底面左、右两侧的滑杆分别与固定基座5左、右两侧的横荡滑轨16两侧连接，横荡基座3能整体在固定基座5上沿前、后方向滑动。
所述装置在横荡方向上为对称结构，对称部分原理相同，其中一侧的横荡液压缸7的活塞杆和其两侧的横荡氮气弹簧8的活塞杆固接于横荡基座3的一侧面，横荡液压缸7和其两侧的横荡氮气弹簧8通过前、后的第三固定件6固接在固定基座5的一侧。
固定基座5固定于海洋工程平台或海底立桩结构物上。
所述垂荡液压缸10、纵荡液压缸15和横荡液压缸7所在轴线正交，垂荡液压缸10在竖直方向上，纵荡液压缸15和横荡液压缸7在水平方向上。
所述垂荡液压缸10两侧的垂荡氮气弹簧9，纵荡液压缸15两侧的纵荡氮气弹簧13，横荡液压缸7两侧的横荡氮气弹簧8均与各自的液压缸平行放置，弹簧系数均能调节；垂荡氮气弹簧9提供向下弹簧力，用于改变浮体吃水深度，纵荡氮气弹簧13和横荡氮气弹簧8提供水平方向弹簧力，用于提供额外回复力矩。
本发明的工作原理是：
圆柱形浮体1漂浮在水中，有一定的吃水深度，在波浪力的作用下在垂荡，纵荡和横荡三个自由度下运动，圆柱形浮体1的垂荡运动通过连杆2带动垂荡液压缸10的活塞杆在竖直方向上往复运动压缩液压油，圆柱形浮体1的纵荡运动通过纵荡基座12带动纵荡液压缸15活塞杆在水平方向上往复运动压缩液压油做功，圆柱形浮体1的横荡运动通过横荡基座3带动横荡液压缸7活塞杆在水平方向上往复运动压缩液压油做功，垂荡氮气弹簧9用于调节浮体吃水深度，纵荡氮气弹簧13和横荡氮气弹簧8提供回复力矩。圆柱形浮体1在波浪力作用下可同时在垂荡、纵荡、横荡三个自由度上作往复运动，带动三个方向上的液压缸压缩液压油做功获得液压能，进而转换为电能，相较单自由度点吸收式波浪能发电装置，提高了能量利用率，可用于海洋工程平台供能和波浪能发电场的建设。

Claims (3)

1.一种采用液压传动的三自由度点吸收式波浪能发电装置，其特征在于，包括：圆柱形浮体(1)，连杆(2)，横荡基座(3)，纵荡滑轨(4)，固定基座(5)，第三固定件(6)，横荡液压缸(7)，横荡氮气弹簧(8)，垂荡氮气弹簧(9)，垂荡液压缸(10)，第一固定件(11)，纵荡基座(12)，纵荡氮气弹簧(13)，第二固定件(14)，纵荡液压缸(15)，横荡滑轨(16)；
圆柱形浮体(1)固接在连杆(2)下方，连杆(2)上方连接垂荡液压缸(10)的活塞杆和其两侧的垂荡氮气弹簧(9)的活塞杆，垂荡液压缸(10)和其两侧的垂荡氮气弹簧(9)通过上、下的第一固定件(11)固定后，垂直固接在纵荡基座(12)上，纵荡基座(12)通过底面前、后两侧的滑杆分别与横荡基座(3)前、后两侧的纵荡滑轨(4)两侧连接，纵荡基座(12)能整体在横荡基座(3)上沿左、右方向滑动；
所述装置在水平纵荡方向上为对称结构，对称部分原理相同，其中一侧的纵荡液压缸(15)的活塞杆和其两侧的纵荡氮气弹簧(13)的活塞杆固接于纵荡基座(12)的一侧面，纵荡液压缸(15)和其两侧的纵荡氮气弹簧(13)通过左、右的第二固定件(14)固接在横荡基座(3)的一侧，横荡基座(3)通过底面左、右两侧的滑杆分别与固定基座(5)左、右两侧的横荡滑轨(16)两侧连接，横荡基座(3)能整体在固定基座(5)上沿前、后方向滑动；
所述装置在横荡方向上为对称结构，对称部分原理相同，其中一侧的横荡液压缸(7)的活塞杆和其两侧的横荡氮气弹簧(8)的活塞杆固接于横荡基座(3)的一侧面，横荡液压缸(7)和其两侧的横荡氮气弹簧(8)通过前、后的第三固定件(6)固接在固定基座(5)的一侧；
固定基座(5)固定于海洋工程平台或海底立桩结构物上。
2.根据权利要求1所述的一种采用液压传动的三自由度点吸收式波浪能发电装置，其特征在于：所述垂荡液压缸(10)、纵荡液压缸(15)和横荡液压缸(7)所在轴线正交，垂荡液压缸(10)在竖直方向上，纵荡液压缸(15)和横荡液压缸(7)在水平方向上。
3.根据权利要求1所述的一种采用液压传动的三自由度点吸收式波浪能发电装置，其特征在于：所述垂荡液压缸(10)两侧的垂荡氮气弹簧(9)，纵荡液压缸(15)两侧的纵荡氮气弹簧(13)，横荡液压缸(7)两侧的横荡氮气弹簧(8)均与各自的液压缸平行放置，弹簧系数均能调节；垂荡氮气弹簧(9)提供向下弹簧力，用于改变浮体吃水深度，纵荡氮气弹簧(13)和横荡氮气弹簧(8)提供水平方向弹簧力，用于提供额外回复力矩。
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