CN106050540A - 一种多浮杆波浪能发电装置 - Google Patents

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王驰宇
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Abstract

本发明提供了一种多浮杆波浪能发电装置，包括浮标壳体、浮杆、液压缸、液压马达和发电机，所述的浮标壳体为封闭式中空腔体，浮标壳体内部安装有若干液压缸，每个液压缸活塞杆顶端有滑移轮；与液压缸数量相同的浮杆一端连接浮球，另一端穿过浮标壳体侧壁，连接滑移轮；所述的浮杆与浮标壳体侧壁铰接，在波浪作用下带动活塞杆往复运动；各个液压缸通过设置有单向阀件的输油管连接蓄能器，确保液压油在液压缸、高压蓄能器、液压马达、油箱和低压蓄能器之间单向循环；液压马达驱动发电机工作。本发明响应速度快，能适应不同频率的海况，适合于小型发电领域，应用灵活，不受来波方向影响且吸收波浪能充分，具有更高的效率。

Description

一种多浮杆波浪能发电装置
技术领域
本发明涉及新能源设备领域，具体涉及一种波浪能发电装置。
背景技术
随着全球能源危机愈演愈烈，开发利用各种新形式的可再生能源成为世界各国日益关注的焦点。以波浪能为代表的海洋能源具有储量巨大、清洁并可再生的特点，是一种极具发展潜力的替代能源形式。其中波浪能以机械能的形式出现，是品位最高的海洋能，全球可利用的波浪能约为20亿KW，我国约为1亿KW。世界各海洋大国均十分重视波浪能的研究利用，先后发明了振荡水柱式、摆式、筏式、收缩波道式、振荡浮子式、鸭式等波浪能转换装置。我国海岸线狭长、海域广阔，波浪能发电技术替代部分常规能源，可以为边远海域的国防、海洋开发等活动提供能量。这对于节约海洋开发成本，增强国防力量都有着重要的社会经济意义。
目前世界上的波浪能利用方式有振荡水柱式、摆式、筏式、收缩波道式、振荡浮子式、鸭式等。但是，这些波浪能发电装置往往都存在着波浪能俘获和利用的效率低、或者装置体积巨大、使用不灵活等问题。如振荡浮子式在特定的波浪频率下具有最高的发电效率，但切换到其它频率时效率下降严重。振荡水柱式、鸭式要求有一定的波高，而实际上我国近海由于受地形影响，小波浪的情况较多。
在公开号为102094746A的发明创造中，公开了一种单摆式波浪能发电系统，该装置利用漂浮体内部的重锤在随波浪摆动时产生的机械能发电，但重锤摆动的固有频率为定值，无法适应海况不断变化的实际情况。当摆锤固有频率与海浪频率不匹配时，发电效率低下。
由于以上原因，现有的波浪能发电装置不能很好地应用于实际，尤其不能很好地应用于小功率波浪能发电领域。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种多浮杆波浪能发电装置，以中小型海洋浮标为应用对象，能够很好的利用波浪能发电，增强海洋浮标的自持能力，减少维护成本。本发明采用作升沉运动的多个浮球与呈稳定姿态的浮标主体的组合结构，利用受波浪激励作用的浮球与浮标主体的相对运动俘获波浪能，不受来波方向影响，俘获波浪能效率高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括浮标壳体、浮杆、液压缸、液压马达和发电机。
所述的浮标壳体为封闭式中空腔体，浮标壳体内部安装有若干液压缸，每个液压缸活塞杆顶端有滑移轮；与液压缸数量相同的浮杆一端连接浮球，另一端穿过浮标壳体侧壁，连接滑移轮；所述的浮杆与浮标壳体侧壁铰接，在波浪作用下带动活塞杆往复运动；各个液压缸通过设置有单向阀件的输油管连接蓄能器，确保液压油在液压缸、高压蓄能器、液压马达、油箱和低压蓄能器之间单向循环；液压马达驱动发电机工作。
所述的高压蓄能器通过压力控制阀连接液压马达，所述的低压蓄能通过压力控制阀连接液压缸；液压缸中的油性介质进入高压蓄能器中蓄能；油压增大到设定压力时，高压蓄能器的压力控制阀打开，油性介质从高压蓄能器中输出，进入液压马达，带动液压马达转动；油箱中的油性介质进入低压蓄能器中蓄能；油压增大到设定压力时，低压蓄能器的压力控制阀打开，油性介质从低压蓄能器中输出，进入液压缸。
所有的液压缸连接同一个高压蓄能器和同一个低压蓄能器。
所述的浮标壳体上端有仪器平台，仪器平台上安置太阳能电池板和仪器架，仪器架上端安装有风速仪、航标灯和通讯天线。
所述的浮标壳体下部有重力球，确保浮标壳体能够在风浪中始终保持竖直姿态。
本发明还包括锚链、重力锚和抓力锚，所述的重力锚和抓力锚通过锚链连接浮标壳体下端，使浮标壳体系留在设定海域中。
所述浮杆的长度为海浪起伏波长的二分之一。
本发明的有益效果是：工作时浮球受浮力和自身重力的双重驱动，响应速度快，相比于单摆式波浪能发电系统，更能适应不同频率的海况。浮杆最佳长度为波长的二分之一，适合于小型发电领域，应用灵活。多个浮球周向布置，可吸收各个方向的波浪能，不受来波方向影响且吸收波浪能充分，相比于单摆式波浪能发电系统，具有更高的效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的浮标主体内部结构示意图；
图3为本发明的液压传动系统结构示意图；
图4为本发明的发电系统结构示意图；
图中，01-仪器架，02-太阳能电池板，03-仪器平台，04-浮标壳体，05-重力球，06-锚链，07-重力锚，08-抓力锚，09-浮球，10-浮杆，11-浮杆支架，12-滑移轮，13-液压缸，14-液压缸出油口A，15-活塞前侧油管，16-活塞后侧油管，17-液压缸出油口B，18-出油单向阀A，19-进油单向阀A，20-出油单向阀B，21-进油单向阀B，22-高压蓄能器，23-低压蓄能器，24-出油管，25-进油管，26-油箱，27-液压马达，28-发电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明提供的多浮杆波浪能发电装置，包括浮标主体，锚泊系统，波浪能俘获系统，液压传动系统和发电系统。浮标主体漂浮在海面上，由锚泊系统系留，波浪能俘获系统分布在浮标主体四周，液压传动系统和发电系统设置在浮标主体内。
所述浮标主体包括仪器平台-浮标壳体-重力球。仪器平台位于浮标主体的顶端，仪器平台上安置太阳能电池板和仪器架，仪器架上端安装有风速仪-航标灯和通讯天线。仪器平台与下方的浮标壳体连接。浮标壳体内部有液压缸，液压缸活塞杆上端有滑移轮。浮标壳体下部有重力球，可使浮标主体能够在风浪中始终保持竖直姿态。
所述锚泊系统包括锚链-重力锚和抓力锚，锚链分别连接浮标主体下端的重力球和设置在海底的重力锚-抓力锚，使多浮杆波浪能发电装置系留在海中。
所述波浪能俘获系统包括浮球-浮杆-浮杆支架。浮杆的一端与浮球相连。浮杆中部的支点与浮杆支架铰接，浮杆支架固连在浮标壳体上。浮杆的另一端与液压缸上端伸出的活塞杆的上端的滑移轮滚动接触，滑移轮与液压缸上端伸出的活塞杆的上端连接。浮球在波浪的作用下上下波动，带动浮杆一端上下摆动。
所述液压传动系统包括蓄能器组-单向阀件-输油管。蓄能器组-单向阀件-输油管设置在浮标主体内。蓄能器组通过输油管与液压缸连接，输油管设置单向阀件。
蓄能器组包括高压蓄能器和低压蓄能器，输油管包括活塞前侧油管-活塞后侧油管-进油管和出油管，单向阀包括进油单向阀-进油单向阀-出油单向阀和出油单向阀。
与液压缸出油口相连的活塞前侧油管通过出油单向阀和进油单向阀分别与高压蓄能器和低压蓄能器连接，与液压缸出油口相连的活塞后侧油管通过出油单向阀和进油单向阀分别与高压蓄能器和低压蓄能器连接。
高压蓄能器通过压力控制阀与出油管连接，低压蓄能通过压力控制阀与进油管连接。
所述发电系统包括油箱-液压马达-发电机，发电系统设置在浮标主体内。油箱-液压马达与液压传动系统的蓄能器组由输油管连接，液压马达连接发电机。
本发明所涉及的新型多浮杆波浪能发电装置在海面上呈漂浮状态，通过锚泊系统固定在海底，通过重力球增强装置在风浪中的稳定性。在波浪作用下，浮球会产生一定周期和振幅的随波运动，并与波浪产生共振；做升沉运动的浮球带动浮杆绕固定支点摆动，驱使液压缸的活塞杆做往复运动，推动液压缸中的油性介质进入液压系统形成回路；液压缸工作时活塞杆做双向运动，单向阀使液压缸排出的介质始终为单向回路；油性介质从液压缸中通过油管输出，进入高压蓄能器增压，再进入液压马达；液压马达旋转带动发电机发电，实现利用波浪能发电。
所述浮杆的长度为海浪起伏波长的二分之一。
本发明的实施例如图所示，多浮杆波浪能发电装置包括浮标主体、锚泊系统、波浪能俘获系统、液压传动系统和发电系统。浮标主体漂浮在海面上，由锚泊系统系留，波浪能俘获系统分布在浮标主体四周，液压传动系统和发电系统设置在浮标主体内。
所述浮标主体包括仪器平台03、浮标壳体04、重力球05。仪器平台03位于浮标主体的顶端，仪器平台03上安置太阳能电池板02和仪器架01，仪器架01上端安装有风速仪、航标灯和通讯天线。仪器平台03与下方的浮标壳体04连接。浮标壳体04内部有液压缸13，液压缸活塞杆上端有滑移轮12。浮标壳体04下部有重力球05，可使浮标主体能够在波浪中始终保持竖直姿态。
所述锚泊系统包括锚链06、重力锚07和抓力锚08，锚链06分别连接浮标主体下端的重力球05和设置在海底的重力锚07、抓力锚08，使多浮杆波浪能发电装置系留在海中。
所述波浪能俘获系统包括浮球09、浮杆10、浮杆支架11。浮杆的一端与浮球相连。浮杆10中部的支点与浮杆支架11铰接，浮杆支架11固连在浮标壳体04上。浮杆10的另一端与液压缸13上端伸出的活塞杆的上端的滑移轮12滚动接触，滑移轮12与液压缸13上端伸出的活塞杆的上端连接。浮球09在波浪的作用下上下波动，带动浮杆10的一端上下摆动，带动液压缸13上的活塞杆也将做往复运动，进而带动液压缸13吸油和排油。
所述液压传动系统包括蓄能器组、单向阀件、输油管。蓄能器组、单向阀件、输油管设置在浮标主体内。蓄能器组通过输油管与液压缸13连接，输油管设置单向阀件。蓄能器组包括高压蓄能器22和低压蓄能器23，输油管包括活塞前侧油管15、活塞后侧油管16、进油管25和出油管24，单向阀包括进油单向阀A19、进油单向阀B21、出油单向阀A18和出油单向阀B20。
与液压缸出油口A14相连的活塞前侧油管15通过出油单向阀A18和进油单向阀A19分别与高压蓄能器22和低压蓄能器23连接，与液压缸出油口B17相连的活塞后侧油管16通过出油单向阀B20和进油单向阀B21分别与高压蓄能器22和低压蓄能器23连接。
高压蓄能器22通过压力控制阀与出油管24连接，低压蓄能23通过压力控制阀与进油管25连接。
当进油管25中油性介质压力不足时，油性介质进入低压蓄能器23中蓄能；油压增大到一定程度，低压蓄能器23的压力控制阀打开，油性介质从低压蓄能器23中输出，进入液压缸13。
所述发电系统包括油箱26、液压马达27、发电机28。油箱26通过进油管25与低压蓄能器23连接，液压马达27通过出油管24与高压蓄能器22连接，液压马达27通过油管与油箱26连接。液压马达27的转动轴连接发电机28电枢。
液压缸13出油油压不足时，油性介质进入高压蓄能器22中蓄能；油压增大到一定程度，高压蓄能器22的压力控制阀打开，油性介质从高压蓄能器22中输出，进入发电系统，带动液压马达27转动，液压马达27带动发电机28转动发电。
所有液压缸的出油单向阀A18和出油单向阀B20与同一个高压蓄能器22连接，所有液压缸的进油单向阀A19和进油单向阀B21与同一个低压蓄能器23连接。

Claims (7)

1.一种多浮杆波浪能发电装置，包括浮标壳体、浮杆、液压缸、液压马达和发电机，其特征在于：所述的浮标壳体为封闭式中空腔体，浮标壳体内部安装有若干液压缸，每个液压缸活塞杆顶端有滑移轮；与液压缸数量相同的浮杆一端连接浮球，另一端穿过浮标壳体侧壁，连接滑移轮；所述的浮杆与浮标壳体侧壁铰接，在波浪作用下带动活塞杆往复运动；各个液压缸通过设置有单向阀件的输油管连接蓄能器，确保液压油在液压缸、高压蓄能器、液压马达、油箱和低压蓄能器之间单向循环；液压马达驱动发电机工作。
2.根据权利要求1所述的多浮杆波浪能发电装置，其特征在于：所述的高压蓄能器通过压力控制阀连接液压马达，所述的低压蓄能通过压力控制阀连接液压缸；液压缸中的油性介质进入高压蓄能器中蓄能；油压增大到设定压力时，高压蓄能器的压力控制阀打开，油性介质从高压蓄能器中输出，进入液压马达，带动液压马达转动；
油箱中的油性介质进入低压蓄能器中蓄能；油压增大到设定压力时，低压蓄能器的压力控制阀打开，油性介质从低压蓄能器中输出，进入液压缸。
3.根据权利要求1所述的多浮杆波浪能发电装置，其特征在于：所有的液压缸连接同一个高压蓄能器和同一个低压蓄能器。
4.根据权利要求1所述的多浮杆波浪能发电装置，其特征在于：所述的浮标壳体上端有仪器平台，仪器平台上安置太阳能电池板和仪器架，仪器架上端安装有风速仪、航标灯和通讯天线。
5.根据权利要求1所述的多浮杆波浪能发电装置，其特征在于：所述的浮标壳体下部有重力球，确保浮标壳体能够在风浪中始终保持竖直姿态。
6.根据权利要求1所述的多浮杆波浪能发电装置，其特征在于：还包括锚链、重力锚和抓力锚，所述的重力锚和抓力锚通过锚链连接浮标壳体下端，使浮标壳体系留在设定海域中。
7.根据权利要求1所述的多浮杆波浪能发电装置，其特征在于：所述浮杆的长度为海浪起伏波长的二分之一。
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