CN108894906A - 一种全维度摇摆式波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开提供了一种全维度摇摆式波浪能发电装置，包括浮球、三菱形连杆、半球差腔体、活塞盖、柱塞、底座、发电平台、油泵、发电机、蓄能器、压力油箱、单向阀和压力感测器等设备等。利用浮球在波浪作用下全维度摆动时半球差腔体外壳与内部的相对转动造成油腔体积的变化进行液压发电。三菱形连杆互成120度的杆翼具有汇集波浪能的作用，减少了能量流经连杆时的流失，同时该装置与传统波浪能转换装置不同，没有限制浮球的运动维度，运动方向，极大地适应波浪运动的复杂多变性，从而提高了波浪能量的转换利用效率。

Description

一种全维度摇摆式波浪能发电装置

技术领域

本发明涉及发电装置，尤其涉及一种全维度摇摆式波浪能发电装置。

背景技术

随着化石燃料等不可再生资源的使用，能源短缺问题日益加剧，环境污染越来越严重，走可持续发展道路的理念深入人心。海洋拥有巨大的波浪能，并且波浪能属于可再生能源，绿色环保。国内外涉及波浪能发电装置的转换效率并不是很高，主要原因是波浪运动的多维度性、复杂性和多变性。本发明就是针对波浪运动的多维性进行设计，可以利用振荡浮体（浮球）吸收全维度的波浪能。

目前国内外涉及的波浪能发电装置，大多数在运动维度上是受限制的（如二自由度，四自由度等）。工作原理主要是利用接受波浪力的振荡浮体连接直线活塞液压杆，通过直线活塞液压杆进行液压发电；由于振荡浮体通过连接一组或几组直线活塞液压杆进行二自由度或多自由度的运动，这种结构有一定的局限性，即规定了振荡浮体的运动维度。而波浪运动是复杂多变的，振荡浮体的运动受到限制，其结构部件受到的应力冲击就会较大，损毁率会相对较高，影响装置的使用寿命；另外，由于波浪朝各个方向运动，运用直线活塞液压杆的装置会有多个维度的能量没有收集到，从而影响波浪能转换效率。

发明内容

本发明是为了解决上述不足，提供了一种全维度摇摆式波浪能发电装置。

本发明的上述目的通过以下的技术方案来实现：一种全维度摇摆式波浪能发电装置，置于海底或海中的全维度摇摆式液压装置和置于岸上或浮于海面或置于船上的发电平台系统；

所述全维度摇摆式液压装置包括浮球，三菱形连杆，半球差腔体，活塞盖，弹性刮油环、柱塞、底座、发电平台、油泵、发电机、蓄能器、压力油箱、单向阀和压力检测器；所述浮球为中空设计；所述三菱形连杆的三个杆翼互成120度，三菱形连杆上、下端分别与浮球、半球差腔体焊接相连；

所述半球差腔体是由底部带有内围台的外半球面壳体和底部带有外围台的内半球面壳体组成，由于外半球面壳体和内半球面壳体半径的不同而形成了一个内部空腔，内半球面壳体外部设有三个互成120度的凸起，凸起的高度与外半球面壳体和内半球面壳体的半径差相等，并且外半球面壳体的围台留有三个互成120度的凹口，与内半球面壳体上的凸起互为契合，外半球面壳体的围台和内半球面壳体的围台的径向尺寸一致且都等于它们外半球面壳体和内半球面壳体的半径差的一半，所述内半球面壳体的三个互成120度的凸起把空腔平均分成三等份，装置的运动只是外半球面壳体在转动，内部半球是不动的。

所述三菱形连杆是圆柱外有三个互成120度的杆翼，杆翼与半球差腔体的焊接角度互成120度，并且与半球差腔体的凹口和凸起在俯视角度重合。

所述弹性刮油环是一个扁平圆弧形的弹性材料，起初放置在半球差腔体的空腔底部，即围台上面，在底部与各个接触面形成无间隙接触，刮油环包括Ⅰ号刮油环、Ⅱ号刮油环和Ⅲ号刮油环；刮油环可以在半球半径切线方向上伸缩，当外壳转动时底部围台会拖动刮油环上升，在上升的过程中会受到内部半球凸起的挤压而发生压缩，下降的过程刮油环会伸长。

所述半球差腔体内部半球有一个圆柱形中空，在中空的上部有一个活塞盖，在下部有一个与圆柱形中空互为契合的柱塞。

所述柱塞上端插入半球差腔体的圆柱形中空内，柱塞下端插入底座，底座内设有两条油路管道，一条出油管道，一条进油管道，出油口与油泵相连，进油口与压力油箱相连。

所述发电平台系统包括发电平台、油泵、发电机、蓄能器和压力油箱，油泵、发电机、蓄能器和压力油箱都有螺栓孔，通过螺栓固定在发电平台上；所述油泵与发电机相连，油泵出油口通过管道与三向转换接头相连，三向转换接头一端与蓄能器相连，一端与压力油箱进油口相连，在压力油箱进油口处有第二单向阀，方向为只进不出，压力油箱出油口也有一个第一单向阀，方向只进不出，在单向阀的外端也就是出油的管道内设有一个压力感测器用来控制单向阀的，其压力油箱内部留有一定量的空气，空气用于加压缓冲；压力油箱出油口通过管道与柱塞的进油口相连，从而构成了一个闭合回路。

本发明的工作原理：当全维度摇摆式液压装置自平衡位置向四周摆动时，半球差腔体外壳底部带动一侧的弹性刮油环向上刮油，油腔体积减小，推动活塞盖向下运动，挤压的油液通过柱塞进入油泵带动发电机工作，从油泵出来的油液进入压力油箱进行蓄压；当浮球和三菱形连杆在波浪力、重力、浮力的共同作用下进行回复运动时油腔内压力减小，管道内压力也随之减小，压力检测器感知压力减小时控制单向阀工作，压力油箱开始泄油，油腔内油压较之升高，推动之前的刮油环回位，这就是整个工作流程。

本发明与现有技术相比的优点是：

1、与传统的直线活塞液压连杆不同，提出来全维度摇摆式液压装置，可以在其平衡位置进行方向为360度的转动。

2、提出的三菱形连杆设计，运用互成120度的杆翼来减少波浪流经连杆时能量的流失。

3、提出的半球差腔体设计，利用两个不同半径结构之间的空腔进行摆动发电，克服了传统装置运动维度的限制。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是半球差腔体和底座剖面图。

图3是摇摆式液压装置立体结构图。

图4是底座和去除半球差腔体外壳的示意图。

图5是半球差腔体的外半球面壳体图。

图6是半球差腔体的内半球面壳体图。

图7是弹性刮油环示意图。

图8是波浪能的液压转换原理图。

图9是半球差腔体内部结构俯视图。

图中：1为浮球，2为三菱形连杆，3为半球差腔体，4为柱塞，5为发电平台，6为压力油箱，7为蓄能器，8为发电机，9为油泵，10为底座，11为活塞盖,12为外半球面壳体内围台，13为内半球面壳体外围台，14为刮油环。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步详述。

如图1至图9所示，一种全维度摇摆式波浪能发电装置，置于海底或海中的全维度摇摆式液压装置和置于岸上或浮于海面或置于船上的发电平台系统；

所述全维度摇摆式液压装置包括浮球1、三菱形连杆2、半球差腔体3、活塞盖11、弹性刮油环14、柱塞4、底座10、发电平台5、油泵9、发电机8、蓄能器7、压力油箱6、单向阀和压力检测器；所述浮球为中空设计；所述三菱形连杆2的三个杆翼互成120度，三菱形连杆2上、下端分别与浮球1、半球差腔体3焊接相连；

所述半球差腔体3是由底部带有内围台12的外半球面壳体和底部带有外围台13的内半球面壳体组成，由于外半球面壳体和内半球面壳体半径的不同而形成了一个内部空腔，内半球面壳体外部设有三个互成120度的凸起，凸起的高度与外半球面壳体和内半球面壳体的半径差相等，并且外半球面壳体的围台留有三个互成120度的凹口，与内半球面壳体上的凸起互为契合，外半球面壳体的围台和内半球面壳体的围台的径向尺寸一致且都等于它们外半球面壳体和内半球面壳体的半径差的一半，所述内半球面壳体的三个互成120度的凸起把空腔平均分成三等份，装置的运动只是外半球面壳体在转动，内部半球是不动的。

所述三菱形连杆是圆柱外有三个互成120度的杆翼，杆翼与半球差腔体的焊接角度互成120度，并且与半球差腔体的凹口和凸起在俯视角度重合。

所述弹性刮油环14是一个扁平圆弧形的弹性材料，起初放置在半球差腔体的空腔底部，即围台上面，在底部与各个接触面形成无间隙接触，刮油环14包括Ⅰ号刮油环、Ⅱ号刮油环和Ⅲ号刮油环；刮油环14可以在半球半径切线方向上伸缩，当外壳转动时底部围台会拖动刮油环14上升，在上升的过程中会受到内部半球凸起的挤压而发生压缩，下降的过程刮油环14会伸长。

所述半球差腔体内部半球有一个圆柱形中空，在中空的上部有一个活塞盖11，在下部有一个与圆柱形中空互为契合的柱塞4。

所述柱塞4上端插入半球差腔体的圆柱形中空内，柱塞4下端插入底座10，底座10内设有两条油路管道，一条出油管道，一条进油管道，出油口与油泵9相连，进油口与压力油箱6相连。

所述发电平台系统包括发电平台5、油泵9、发电机8、蓄能器7和压力油箱6，油泵9、发电机8、蓄能器7和压力油箱6都有螺栓孔，通过螺栓固定在发电平台5上；所述油泵9与发电机8相连，油泵9出油口通过管道与三向转换接头相连，三向转换接头一端与蓄能器7相连，一端与压力油箱6进油口相连，在压力油箱6进油口处有第二单向阀，方向为只进不出，压力油箱6出油口也有一个第一单向阀，方向只进不出，在单向阀的外端也就是出油的管道内设有一个压力感测器用来控制单向阀的，其压力油箱6内部留有一定量的空气，空气用于加压缓冲；压力油箱6出油口通过管道与柱塞4的进油口相连，从而构成了一个闭合回路。

实施例1：

在装置安装完成前提下，分析一种波浪对装置的冲击的情况，如图9为带有刮油环的差腔半球体去除外壳的俯视图，图中的虚线为刮油环下面半球差腔体内部外围台13的边缘；波浪力作用方向沿某一杆翼的方向（如图9所示），此时浮球1和连杆在浮力、重力、波浪力共同作用下进行转动，以半球差腔体3的球心为固定点，沿波浪力的方向进行转动，连杆2和半球差腔体外壳为焊接连接，所以半球差腔体外壳也会进行转动，半球外壳内围台12会带动Ⅰ和Ⅱ号弹性刮油环运动，此时的Ⅰ号刮油环的⑤端点处受半球差腔体内部外围台13支撑，⑥端点处受外壳内围台12的带动发生一个以⑤端点为支点以⑥端点为力矩点的一个转动，此过程Ⅰ号刮油环处于压缩状态，但不会弯曲（刮油环的弹性特点之前已经描述）；Ⅱ号刮油环的②端点处受半球差腔体内部外围台13支撑，①端点处受外壳内围台的带动发生一个以②端点为支点以①端点为力矩点的一个转动，此过程Ⅰ号刮油环处于压缩状态，但不会弯曲；Ⅲ号刮油环此时受油压的作用紧紧贴合在油腔底部，即受半球内部外围台的支撑，不压缩也不伸长；此时油腔里的油压处于高压状态，推动活塞盖11向下运动，活塞盖挤压下部油液从柱塞4的出油口流出到达油泵9，油泵9转动带动发电机8工作，油液从油泵9的出油口进入有2号单向阀的压力油箱6进行蓄压，油液进入压力油箱6之前经过一个三向转换接头联通蓄能器。

当装置在重力、浮力、波浪力共同作用下进行恢复运动时，此时油腔内油压会瞬时减小，活塞盖11会上移，下部油管回路的油压会下降，管道内的油压感测器（如图8所示）检测到油压下降，控制1号单向阀对压力油箱进行泄油，油液压力通过管道传递到油腔，在油压的作用下Ⅰ和Ⅱ刮油环回到以前的位置，即油腔的底部，此时一种情况下的摇摆液压装置的往复运动已经完成。

实施例2：

在装置安装完成前提下，分析另一种一种波浪对装置的冲击的情况，如图9波浪力作用方向沿某两个杆翼之间的方向，此时浮球1和连杆在浮力，重力，波浪力共同作用下进行转动，以半球差腔体3的球心为固定点，沿波浪力的方向进行转动，连杆2和半球差腔体外壳为焊接连接，所以半球差腔体外壳也会进行转动，半球外壳内围台12会带动Ⅱ和Ⅲ号弹性刮油环运动，此时的Ⅱ号刮油环的②端点处受半球差腔体内部外围台13支撑，①端点处受外壳内围台的带动发生一个以②端点为支点以①端点为力矩点的一个转动，此过程Ⅱ号刮油环处于压缩状态，但不会弯曲；同理Ⅲ号刮油环④端点处受外壳内围台的带动发生一个以③端点为支点以④端点为力矩点的一个转动，此过程Ⅲ号刮油环处于压缩状态，但不会弯曲；Ⅰ号刮油环此时受油压的作用紧紧贴合在油腔底部，即受半球外壳内围台的支撑，向上作压缩运动此时油腔里的油压处于高压状态，推动活塞盖11向下运动，活塞盖挤压下部油液从柱塞4的出油口流出到达油泵9，油泵9转动带动发电机8工作，油液从油泵9的出油口进入有2号单向阀的压力油箱6进行蓄压，油液进入压力油箱6之前经过一个三向转换接头联通蓄能器。此时发电过程原理与恢复运动的发电过程原理参照实施例1。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及实施例内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种全维度摇摆式波浪能发电装置，置于海底或海中的全维度摇摆式液压装置和置于岸上或浮于海面或置于船上的发电平台系统，其特征在于：

所述全维度摇摆式液压装置包括浮球，三菱形连杆，半球差腔体，活塞盖，弹性刮油环、柱塞、底座、发电平台、油泵、发电机、蓄能器、压力油箱、单向阀和压力检测器；所述浮球为中空设计；所述三菱形连杆的三个杆翼互成120度，三菱形连杆上、下端分别与浮球、半球差腔体焊接相连；

所述半球差腔体是由底部带有内围台的外半球面壳体和底部带有外围台的内半球面壳体组成，由于外半球面壳体和内半球面壳体半径的不同而形成了一个内部空腔，内半球面壳体外部设有三个互成120度的凸起，凸起的高度与外半球面壳体和内半球面壳体的半径差相等，并且外半球面壳体的围台留有三个互成120度的凹口，与内半球面壳体上的凸起互为契合，外半球面壳体的围台和内半球面壳体的围台的径向尺寸一致且都等于它们外半球面壳体和内半球面壳体的半径差的一半，所述内半球面壳体的三个互成120度的凸起把空腔平均分成三等份，装置的运动只是外半球面壳体在转动，内部半球是不动的；

所述三菱形连杆是圆柱外有三个互成120度的杆翼，杆翼与半球差腔体的焊接角度互成120度，并且与半球差腔体的凹口和凸起在俯视角度重合；

所述弹性刮油环是一个扁平圆弧形的弹性材料，放置在半球差腔体的空腔底部，即围台上面，在底部与各个接触面形成无间隙接触，刮油环包括Ⅰ号刮油环、Ⅱ号刮油环和Ⅲ号刮油环；刮油环在半球半径切线方向上伸缩，当外壳转动时底部围台会拖动刮油环上升，在上升的过程中会受到内部半球凸起的挤压而发生压缩，下降的过程刮油环会伸长；

所述半球差腔体内部半球有一个圆柱形中空，在中空的上部有一个活塞盖，在下部有一个与圆柱形中空互为契合的柱塞；

所述柱塞上端插入半球差腔体的圆柱形中空内，柱塞下端插入底座，底座内设有两条油路管道，一条出油管道，一条进油管道，出油口与油泵相连，进油口与压力油箱相连；

所述发电平台系统包括发电平台、油泵、发电机、蓄能器和压力油箱，油泵、发电机、蓄能器和压力油箱都有螺栓孔，通过螺栓固定在发电平台上；所述油泵与发电机相连，油泵出油口通过管道与三向转换接头相连，三向转换接头一端与蓄能器相连，一端与压力油箱进油口相连，在压力油箱进油口处有第二单向阀，方向为只进不出，压力油箱出油口也有一个第一单向阀，方向只进不出，在单向阀的外端也就是出油的管道内设有一个压力感测器用来控制单向阀的，其压力油箱内部留有一定量的空气，空气用于加压缓冲；压力油箱出油口通过管道与柱塞的进油口相连，从而构成了一个闭合回路。