CN107559131B - 一种悬挂摆式与振荡水柱式耦合的波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬挂摆式与振荡水柱式耦合的波浪能发电装置，包括悬挂摆式波浪能转换机构、振荡水柱式波浪能转换机构、液压控制机构、液压马达和发电机，液压马达通过变速器连接发电机；悬挂摆式波浪能转换机构包括第一旋转叶片泵；振荡水柱式波浪能转换机构包括第二旋转叶片泵；第一旋转叶片泵和第二旋转叶片泵通过液压控制机构与液压马达形成液压回路，兼具悬挂摆式和振荡水柱式波浪能转换技术优点，振荡水柱式波浪能转换机构也省去了中间能量转换环节，提高了能量转换效率，振荡水柱式波浪能转换机构弥补了悬挂摆式波浪能转换机构能量输出稳定性差的缺陷，使整个耦合装置的能量输出趋于稳定，具有巨大的社会效益和经济效益。

Description

一种悬挂摆式与振荡水柱式耦合的波浪能发电装置

技术领域

本发明涉及一种发电装置，特别是一种海洋波浪能发电装置。

背景技术

波浪能是一种可再生能源，它是在风的作用下产生的，具有随机性，以机械能的形式存在。目前，波浪能转换技术主要有摆式、振荡水柱式、越浪式和振荡浮子式等方式。其中，摆式和振荡水柱式波浪能转换技术具有较高的商业化价值，此两种波浪能发电技术已逐步接近工程化应用水平。

摆式波浪能转换技术是在波浪作用下，摆板的摇摆运动捕获波浪能，带动活塞泵将机械能转换为液压能，驱动液压马达转动进而带动发电机进行发电。摆板的运动很适合波浪大推力、低频特性，故摆式波浪能转换装置的能量转换效率较高。1983年在日本北海道建成的5kW悬挂摆式波浪能试验电站，总效率可达40%-50%。然而，受摆板后去流段长度的影响，摆式波浪能转换装置的效率稳定性较差。

振荡水柱式波浪能转换技术是利用气室内水柱与波浪发生共振，往复压缩水柱上方空气产生气流推动涡轮机转动，涡轮机驱动发电机进行发电。振荡水柱式波浪能发电装置的涡轮机可在双向气流作用下同向旋转，具有能量输出较稳定的优点，然而，由于往复气流与涡轮机之间的能量转换环节的能量转换效率很低，导致整个装置的波浪能转换效率较低，装置总效率仅有10%-30%。

针对上述两种波浪能转换技术的优缺点，行业希望设计一种能够兼具上述两种波浪能转换技术优点的波浪能发电装置，以获得较高的波浪能转换效率和较稳定的能量输出，从而提高波浪能发电装置的商用价值。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种兼具悬挂摆式和振荡水柱式波浪能转换技术优点，转换效率较高，能量输出较稳定的悬挂摆式与振荡水柱式耦合的波浪能发电装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种悬挂摆式与振荡水柱式耦合的波浪能发电装置，包括悬挂摆式波浪能转换机构、振荡水柱式波浪能转换机构、液压控制机构、液压马达和发电机，所述液压马达通过变速器连接所述发电机；所述悬挂摆式波浪能转换机构包括第一旋转叶片泵；所述振荡水柱式波浪能转换机构包括第二旋转叶片泵；所述第一旋转叶片泵和第二旋转叶片泵通过液压控制机构与液压马达形成液压回路。

所述液压控制机构包括油箱、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀和第六单向阀；所述油箱的进油端通过低压油管道接所述液压马达的出油端，所述第一单向阀、第二单向阀和第五单向阀的进油端接所述油箱的出油端；所述第一单向阀的出油端分两路，一路接所述第一旋转叶片泵的一端；另一路接所述第四单向阀的进油端；所述第二单向阀的出油端分两路，一路接所述第一旋转叶片泵的另一端，另一路接所述第三单向阀的进油端；所述第五单向阀的出油端接所述第二旋转叶片泵的进油端；所述第六单向阀的进油端接所述第二旋转叶片泵的出油端；所述第三单向阀、第四单向阀和第六单向阀的出油端通过高压油管道接所述液压马达的进油端。

所述高压油管道上连接有储能器。

所述低压油管道上安装有第七单向阀。

所述高压油管道上安装有控制器，所述控制器与所述液压马达的伺服机电连接。

所述液压马达的出油端和进油端之间设置有旁通管道，所述旁通管道上安装有第八单向阀。

所述悬挂摆式波浪能转换机构还包括前水室、摆动器和通过支座安装在所述前水室上的传动杆，所述摆动器和第一旋转叶片泵的转轴均与所述传动杆连接。

所述振荡水柱式波浪能转换机构还包括与所述前水室相连通的后水室, 所述后水室的上部设置有通风口；所述后水室内安装有承力架，所述承力架上安装有与所述第二旋转叶片泵连接的对称翼型的涡轮机。

所述前水室和后水室之间设置有半隔墙，所述半隔墙的上端与所述前水室或后水室连接，下端悬空。

所述油箱的出油端安装有滤油器。

本发明的有益效果是：本发明将悬挂摆式波浪能转换技术与振荡水柱式波浪能转换技术相耦合，一是充分利用波浪能的能量，提高了能量转换效率；二是振荡水柱式波浪能转换机构中直接利用波浪能驱动涡轮机工作，与传统的振荡水柱式波浪能转换装置相比，省去了波浪能转换为气流能量再转换为涡轮机械能的中间能量转换环节，进一步提高了能量转换效率；三是振荡水柱式波浪能转换机构弥补了悬挂摆式波浪能转换机构能量输出稳定性差的缺陷，使整个耦合装置的能量输出趋于稳定。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的原理图；

图2是本发明的结构示意图。

具体实施方式

参照图1、图2，一种悬挂摆式与振荡水柱式耦合的波浪能发电装置，包括悬挂摆式波浪能转换机构1、振荡水柱式波浪能转换机构7、液压控制机构18、液压马达31和发电机33，所述液压马达31通过变速器32连接所述发电机33，所述液压控制机构18、液压马达31和发电机33安装在发电机室17中。

所述悬挂摆式波浪能转换机构1包括第一旋转叶片泵6，前水室2、摆动器3和通过支座5安装在所述前水室2上的传动杆4，所述摆动器3和第一旋转叶片泵6的转轴均与所述传动杆4连接。前水室2为U型槽状，支座5有两只，两只支座5安装在前水室2的侧壁上，传动杆4的两端通过轴承安装在两只支座5上，传动杆4随着摆动器转动同时带动第一旋转叶片泵的转轴转动，从而驱动第一旋转叶片泵工作。

所述振荡水柱式波浪能转换机构7包括第二旋转叶片泵15和与所述前水室2相连通的后水室8, 所述后水室8的上部设置有通风口10，通风口10位于后水室8的上部侧壁，通风口10位于海平面以上。所述后水室8内安装有承力架11，所述承力架11上安装有与所述第二旋转叶片泵15连接的对称翼型的涡轮机12，涡轮机12安装在后水室8的中部，并在所述前水室2和后水室8之间设置有半隔墙9，所述半隔墙9的上端与所述前水室2或后水室8连接，下端悬空，使前水室2和后水室8之间形成水流通道。

半隔墙9有两个作用，一是对入射波浪产生反作用力，从而推动摆动器来回摆动，二是使波浪在后水室形成振荡水柱，振荡水柱推动涡轮机12工作，从而带动第二旋转叶片泵15工作。

所述第一旋转叶片泵6和第二旋转叶片泵15通过液压控制机构18与液压马达31形成液压回路，具体来说，所述液压控制机构18包括油箱19、第一单向阀21、第二单向阀22、第三单向阀23、第四单向阀24、第五单向阀25和第六单向阀26；所述油箱19的进油端通过低压油管道35接所述液压马达31的出油端，所述低压油管道35上安装有第七单向阀27，所述第一单向阀21、第二单向阀22和第五单向阀25的进油端接所述油箱19的出油端；所述第一单向阀21的出油端分两路，一路接所述第一旋转叶片泵6的一端（第一旋转叶片泵6的配油盘左腔室）；另一路接所述第四单向阀24的进油端；所述第二单向阀22的出油端分两路，一路接所述第一旋转叶片泵6的另一端（第一旋转叶片泵6的配油盘右腔室），另一路接所述第三单向阀23的进油端；所述第五单向阀25的出油端接所述第二旋转叶片泵15的进油端（第二旋转叶片泵15的配油盘右腔室）；所述第六单向阀26的进油端接所述第二旋转叶片泵15的出油端（第二旋转叶片泵15的配油盘左腔室）；所述第三单向阀23、第四单向阀24和第六单向阀26的出油端通过高压油管道14接所述液压马达31的进油端。

对于悬挂摆式波浪能转换机构1，在波浪作用下，摆动器3往复摆动并带动第一旋转叶片泵6工作；当摆动器3向右摆动时，油箱19中的油首先经过滤油器20，随后经过第一单向阀21进入第一旋转叶片泵6的配油盘左腔室，配油盘右腔室的压力油经过第三单向阀23后进入液压马达31；当摆动器3向左摆动时，从滤油器20流出的油经过第二单向阀22进入第一旋转叶片泵6的配油盘右腔室，配油盘左腔室的压力油经过第四单向阀24后进入液压马达。

对于振荡水柱式波浪能转换机构7，在波浪作用下，后水室8内的水柱往复升降，水柱驱动涡轮机12旋转，由于涡轮机12为对称翼型涡轮，无论水柱上升还是降落，涡轮均按同一方向旋转，涡轮机12带动第二旋转叶片泵15工作，从滤油器流出的油经过第五单向阀25后，进入第二旋转叶片泵15的配油盘右腔室，配油盘左腔室的压力油经过第六单向阀后进入液压马达。

从悬挂摆式波浪能转换机构1和振荡水柱式波浪能转换机构7流出的压力油汇聚到高压油管道14中，进入液压马达驱动液压马达工作，液压马达通过变速器32带动发电机33工作产生电能，将悬挂摆式波浪能转换技术与振荡水柱式波浪能转换技术相耦合，一是充分利用波浪能的能量，提高了能量转换效率；二是振荡水柱式波浪能转换机构中直接利用波浪能驱动涡轮机工作，与传统的振荡水柱式波浪能转换装置相比，省去了波浪能转换为气流能量再转换为涡轮机械能的中间能量转换环节，进一步提高了能量转换效率；三是振荡水柱式波浪能转换机构弥补了悬挂摆式波浪能转换机构能量输出稳定性差的缺陷，使整个耦合装置的能量输出趋于稳定。

所述高压油管道14上连接有储能器29，储能器29的结构形式主要有皮囊式、活塞式、隔膜式、重锤式、弹簧式等几种，具体可参见CN102022251A号专利文献。若油压较高，储能器29将储存多余的液压能，若油压较低，储能器29将释放出储存的液压能，使液压系统输出的功率较为稳定。

所述高压油管道14上安装有控制器30（油压表），所述控制器30与所述液压马达31的伺服机电连接，控制器的压力接口不断地获取输入液压马达的油压参数，并转换为压力信号传送给液压马达的伺服机，从而调整液压马达的排量，使液压马达高效运行。

所述液压马达31的出油端和进油端之间设置有旁通管道13，所述旁通管道13上安装有第八单向阀28和阀门（压力阀门或电动阀门），如果高压油管道14中的油压过高，可以通过第八单向阀28所在的旁通管道13回流到油箱中，起到旁通稳压作用。

Claims (9)

1.一种悬挂摆式与振荡水柱式耦合的波浪能发电装置，其特征在于它包括悬挂摆式波浪能转换机构（1）、振荡水柱式波浪能转换机构（7）、液压控制机构（18）、液压马达（31）和发电机（33），所述液压马达（31）通过变速器（32）连接所述发电机（33）；所述悬挂摆式波浪能转换机构（1）包括第一旋转叶片泵（6）；所述振荡水柱式波浪能转换机构（7）包括第二旋转叶片泵（15）；所述第一旋转叶片泵（6）和第二旋转叶片泵（15）通过液压控制机构（18）与液压马达（31）形成液压回路；所述液压控制机构（18）包括油箱（19）、第一单向阀（21）、第二单向阀（22）、第三单向阀（23）、第四单向阀（24）、第五单向阀（25）和第六单向阀（26）；所述油箱（19）的进油端通过低压油管道（35）接所述液压马达（31）的出油端，所述第一单向阀（21）、第二单向阀（22）和第五单向阀（25）的进油端接所述油箱（19）的出油端；所述第一单向阀（21）的出油端分两路，一路接所述第一旋转叶片泵（6）的一端；另一路接所述第四单向阀（24）的进油端；所述第二单向阀（22）的出油端分两路，一路接所述第一旋转叶片泵（6）的另一端，另一路接所述第三单向阀（23）的进油端；所述第五单向阀（25）的出油端接所述第二旋转叶片泵（15）的进油端；所述第六单向阀（26）的进油端接所述第二旋转叶片泵（15）的出油端；所述第三单向阀（23）、第四单向阀（24）和第六单向阀（26）的出油端通过高压油管道（14）接所述液压马达（31）的进油端。

2.根据权利要求1所述的悬挂摆式与振荡水柱式耦合的波浪能发电装置，其特征在于所述高压油管道（14）上连接有储能器（29）。

3.根据权利要求1所述的悬挂摆式与振荡水柱式耦合的波浪能发电装置，其特征在于所述低压油管道（35）上安装有第七单向阀（27）。

4.根据权利要求1所述的悬挂摆式与振荡水柱式耦合的波浪能发电装置，其特征在于所述高压油管道（14）上安装有控制器（30），所述控制器（30）与所述液压马达（31）的伺服机电连接。

5.根据权利要求1所述的悬挂摆式与振荡水柱式耦合的波浪能发电装置，其特征在于所述液压马达（31）的出油端和进油端之间设置有旁通管道（13），所述旁通管道（13）上安装有第八单向阀（28）。

6.根据权利要求1所述的悬挂摆式与振荡水柱式耦合的波浪能发电装置，其特征在于所述悬挂摆式波浪能转换机构（1）还包括前水室（2）、摆动器（3）和通过支座（5）安装在所述前水室（2）上的传动杆（4），所述摆动器（3）和第一旋转叶片泵（6）的转轴均与所述传动杆（4）连接。

7.根据权利要求6所述的悬挂摆式与振荡水柱式耦合的波浪能发电装置，其特征在于所述振荡水柱式波浪能转换机构（7）还包括与所述前水室（2）相连通的后水室（8）, 所述后水室（8）的上部设置有通风口（10）；所述后水室（8）内安装有承力架（11），所述承力架（11）上安装有与所述第二旋转叶片泵（15）连接的对称翼型的涡轮机（12）。

8.根据权利要求7所述的悬挂摆式与振荡水柱式耦合的波浪能发电装置，其特征在于所述前水室（2）和后水室（8）之间设置有半隔墙（9），所述半隔墙（9）的上端与所述前水室（2）或后水室（8）连接，下端悬空。

9.根据权利要求1所述的悬挂摆式与振荡水柱式耦合的波浪能发电装置，其特征在于所述油箱（19）的出油端安装有滤油器（20）。