CN109386510A - 一种波浪能发电装置自适应变阻尼液压控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发电装置领域，尤其是一种波浪能发电装置自适应变阻尼液压控制系统。包括，双杆液压缸，外侧带有浮筒；供油管路；输油管路；系统还包括：蓄能单元，包括N个与输油管路相连的蓄能器，以在输油管路内油压高于设定阈值时蓄能，在输油管路内油压低于设定阈值时，向输油管路释能；稳压单元，进液端与输油管路相连，以使得输油管路内压力超过设定阈值时，释放输油管路内压力；其中，稳压单元的设定阈值大于蓄能单元的阈值。它结构巧妙，设计合理，可以使得输油管路中的压力和流量稳定，使得整个系统供电稳定，有效地防止发电单元受到冲击损坏，延长整个装置的使用寿命。本发明能够有效满足人们的需求。

Description

一种波浪能发电装置自适应变阻尼液压控制系统
技术领域：
本发明涉及发电装置领域，尤其是一种波浪能发电装置自适应变阻尼液压控制系统。
背景技术：
海洋能源开发利用在我国能源发展战略中占有举足轻重的作用，在这其中，波浪能领一直是研究的重点。目前，应用较多的波浪能发电，现有的波浪能发电系统较多的采用液压系统发电，即通过在在海里设置一双杆液压缸，在其外侧设置浮筒，在波浪的带动下，浮筒上下移动，将双杆液压缸内的油液接替的挤向液压马达，液压马达带动发电机转动发电。由于波浪的起伏频率、幅度变化较大，具有极大的不确定性，使得液压马达供入的油液压力、流量变化较大，发电不稳定，并且在波浪变化剧烈、双杆液压缸挤出油液压力过大时，在高压力油液的作用下，液压马达极易损坏。因此，如何使得液压马达稳定转动是当前急需解决的问题。
发明内容：
本发明提供了一种波浪能发电装置自适应变阻尼液压控制系统，它结构巧妙，设计合理，可以使得输油管路中的压力和流量稳定，使得整个系统供电稳定，有效地防止发电单元受到冲击损坏，延长整个装置的使用寿命。本发明能够有效满足人们的需求。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种波浪能发电装置自适应变阻尼液压控制系统，包括，双杆液压缸，外侧带有浮筒；供油管路，与所述双杆液压缸的两油腔相连；两个第一锁止单元，分别设置在所述双杆液压缸两油腔与所述供油管路之间，以限制所述双杆液压缸的两油腔向供油管路回流油液；输油管路，进液端分别与所述双杆液压缸的两油腔相连，排液端与发电单元相连；两个第二锁止单元，分别设置在所述双杆液压缸两油腔与所述输油管路之间，以限制所述输油管路向所述双杆液压缸的两油回流油液；所述系统还包括：蓄能单元，包括N个与所述输油管路相连的蓄能器，以在所述输油管路内油压高于设定阈值a时蓄能，在所述输油管路内油压低于设定阈值a时，向所述输油管路释能；稳压单元，进液端与所述输油管路相连，以使得所述输油管路内压力超过设定阈值b时，释放所述输油管路内压力；其中，所述稳压单元的设定阈值a大于所述蓄能单元的设定阈值b。
进一步的，所述稳压单元包括一电液比例溢流阀a。
进一步的，在所述电液比例溢流阀的控油口上连接有一两位两通电磁阀a。
进一步的，各所述蓄能器的最高工作压力不同，在所述蓄能器与输油管路之间分别设有一两位两通电磁阀b。
进一步的，在所述输油管路上还设有流量传感器、压力传感器，所述流量传感器、压力表、均与一控制单元a相连，以使得：
所述两位两通电磁阀a与所述控制单元a相连时，所述压力传感器监测输油管路压力大于设定阈值时，所述控制单元a开启所述两位两通电磁阀a；
所述两位两通电磁阀b与所述控制单元a相连时，所述根据控制单元a判断所述压力传感器和/或所述流量传感器监测数值，判断开启匹配工作压力蓄能器位置处两位两通电磁阀b。
进一步的，所述发电单元包括若干个与所述输油管路相连的液压马达，各所述液压马达分别与一发电机传动相连，且各所述液压马达与所述输油管路之间分别设有一开关单元。
进一步的，所述液压马达为变量液压马达，各所述液压马达的进液口处分别设有一比例调速阀。
进一步的，所述液压马达的一侧设有转速计，所述系统还包括与所述转速计、所述比例调速阀相连的控制单元，以使得所述转速计所监测转速超出设定阈值范围时，控制单元控制比例调速阀稳定所述液压马达转速。
进一步的，所述液压马达至少设有两个，且各所述液压马达的额定功率不同；
所述系统还包括波浪传感器、控制单元b，所述系统如此设置，以使得所述控制单元b判断所述波浪传感器所传送的监测数值，选择匹配功率液压马达处的开关单元开启。
进一步的，所述系统还包括一安全油路，所述安全油路包括一进液管和一排液管，所述进液管进液端与一液压泵相连、出液端与所述双杆液压缸的上油腔相连，所述排液管的进液端与所述双杆液压缸的出液端相连、出液端与外界油箱相连；在所述安全油路上设有一第三锁止单元，以控制所述安全油路开合。
进一步的，所述系统还包括锁止油缸，在所述浮筒上设有与所述锁止油缸配合的锁止结构，所述锁止油缸和所述锁止结构如此设置，以使得所述浮筒下落至最底端时，所述锁止油缸可与所述锁止结构配合，以限制所述浮筒活动。
本发明的有益效果在于，它结构巧妙，设计合理，可以使得输油管路中的压力和流量稳定，使得整个系统供电稳定，有效地防止发电单元受到冲击损坏，延长整个装置的使用寿命。本发明能够有效满足人们的需求。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图中，1、双杆液压缸；2、浮筒；3、供油管路；4、输油管路；5、蓄能器；6、电液比例溢流阀a；7、两位两通电磁阀a；8、两位两通电磁阀b；9、流量传感器；10、压力传感器；11、液压马达；12、发电机；13、比例调速阀；14、转速计；15、波浪传感器；16、进液管；17、排液管；18、液压泵；19、锁止油缸；20、单向阀；21、两位两通电磁阀c；22、插装阀；23、先导控制阀；24、两位四通电液换向阀；25、三位四通电液换向阀a、26、液压锁26；27、三位四通电液换向阀b；28、调速阀；29、液位计；30、补充油箱；31、压油过滤器；32、辅助油路蓄能器；33、辅助油路蓄能器耐震压力表；34、溢流阀；35、下位移传感器；36、上位移传感器。
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
本发明的实施方式如图1所示，一种波浪能发电装置自适应变阻尼液压控制系统，包括：双杆液压缸11，外侧带有浮筒2；供油管路3，与所述双杆液压缸11的两油腔相连；两个第一锁止单元，分别设置在所述双杆液压缸11两油腔与所述供油管路3之间，以限制所述双杆液压缸1的两油腔向供油管路3回流油液；输油管路4，进液端分别与所述双杆液压缸1的两油腔相连，排液端与发电单元相连；两个第二锁止单元，分别设置在所述双杆液压缸1两油腔与所述输油管路4之间，以限制所述输油管路4向所述双杆液压缸1的两油回流油液；所述系统还包括：蓄能单元，包括N个与所述输油管路4相连的蓄能器5，以在所述输油管路4内油压高于设定阈值a时蓄能，在所述输油管路4内油压低于设定阈值a时，向所述输油管路4释能；稳压单元，进液端与所述输油管路4相连，以使得所述输油管路4内压力超过设定阈值b时，释放所述输油管路4内压力；其中，所述稳压单元的设定阈值a大于所述蓄能单元的设定阈值b。
本发明的控制系统在使用时，通过供油管路3向双杆液压缸1的两油腔供油，在浮筒2随着海浪上下浮动，其中一个油腔内的油液受到压缩进入输油管路4中，并带动液压马达11转动发电，并且，在该油腔处的第一锁止单元可以防止该油腔内的油液留回供油管路3；同时，另一个油腔内体积增大，从供油管路3中吸入油液，并且，第二锁止单元可以防止输油管路4中的高压油液进入体积增大的油腔内，从而使得本发明可在波浪起伏下，向外持续输出油液，带动液压马达11转动。
值得一提的是，由此可在波浪起伏剧烈，输油管路4中油液压力变化较大时，本发明还设有蓄能单元，在输油管路4中油液压力较大时，且油液压力大于蓄能器5的设定阈值a时，蓄能单元可以吸收输油管路4中的油液，降低高压对液压马达11的冲击，在输油管路4中油液的压力较小时，小于设定阈值a时，蓄能器5向外释放油压，防止输油管路4中压力急剧下降，从而可以维持液压马达11的平稳运转；
进一步的，本发明还设有稳压单元，由此可以在波浪变化剧烈，输油管路4中压力过大，蓄能器5无法进一步的蓄能，输油管路4中的压力大于稳压单元的设定阈值b时，稳压单元对整个输油管路4泄压，可以防止高压破坏输油管路4、及输油管路4相连的各器件。
在本实施方式中，第一锁止单元和第二锁止单元均设置为单向阀20的形式。
并且，为了便于控制输油管路4、供油管路3的通断，在一些实施例中，第一锁止单元和第二锁止单元还设有两位两通电磁阀c21。
进一步的具体的说，在本实施方式中，所述稳压单元包括一电液比例溢流阀a6。由此可以通过电液比例溢流阀a6快速响应，在输油管路4中压力高于其设定阈值b时，快速溢流泄压。
或者，在一些可替换的实施例中，稳压单元也可如此设置，设置为两位两通电磁阀，通过在输油管路4中单独设置压力监测器，在压力监测器监测到的压力高于某一设定值时，两位两通电磁阀导通泄压。
进一步的优化之处在于，在所述电液比例溢流阀34的控油口上连接有一两位两通电磁阀a7。由此可以在波浪起伏及其剧烈，输油管路4中压力变化幅度大、频率极高时，可通过两位两通电磁阀a7控制溢流阀34常开，快速卸荷。
值得一提的是，在本实施方式中，各所述蓄能器5的最高工作压力不同，在所述蓄能器5与输油管路4之间分别设有一两位两通电磁阀b8。由此可以根据波浪实时状况，输油管路4中的实时压力，选择开启相匹配的的蓄能器5，具体的说，在本实施方式中，选用空气蓄能器5，各蓄能器5的充气压力不同，由此可在波浪变化较小、输油管路4中油压较小、变化较小时，选用充气压力较小的蓄能器5，由此可在波浪变化较大、输油管路4中油压较大、变化较大时，选用充气压力较大的蓄能器5。
在一些优选的实施例中，对于上述实施例的进一步优化之处在于，在所述输油管路4上还设有流量传感器9、压力传感器10，所述流量传感器9、压力表、均与一控制单元a相连，以使得：
所述两位两通电磁阀a7与所述控制单元a相连时，所述压力传感器10监测输油管路4压力大于设定阈值时，所述控制单元a开启所述两位两通电磁阀a7；
由此可以压力传感器10、流量传感器9实时监测输油管路4中的压力和流量，通过控制单元a自动控制两位两通电磁阀a7的开合，可以快速响应。
在一些实施例中，所述两位两通电磁阀b8与所述控制单元a相连时，所述根据控制单元a判断所述压力传感器10和/或所述流量传感器9监测数值，判断开启匹配工作压力蓄能器5位置处两位两通电磁阀b8。由此可以压力传感器10、流量传感器9实时监测输油管路4中的压力和流量，控制单元根据监测的数值，判断输油管路4内的压力、流量的具体等级，根据判断结果，选择开启响应压力等级蓄能器5所对应的两位两通电磁阀b8，可以自动、快速响应。
具体的，如本实施例中所示，设有三个充气压力不同的蓄能器5，在设定三个压力数值的区间范围、三个流量数值的区间范围，各区间范围分别对应一个蓄能器5，在压力传感器10监测到的数值或流量传感器9监测到的数值处于某一区间范围内时，控制单元a控制相匹配的蓄能器5对应的两位两通电磁阀b8开启，在流量数值、压力数值所对应的蓄能器5不同时，选择开启蓄能压力较高的蓄能器5。
进一步的具体的说，所述发电单元包括若干个与所述输油管路4相连的液压马达11，各所述液压马达11分别与一发电机12传动相连，且各所述液压马达11与所述输油管路4之间分别设有一开关单元。
值得一提的是，所述液压马达11为变量液压马达11。由此可以在输油管路4中的压力或流量具有较小的变化时，通过改变变量液压马达11的排量稳定液压马达11的转速。
进一步的优化之处在于，各所述液压马达11的进液口处分别设有一比例调速阀13。由此可以在变量液压马达11盖片排量不能够有效的稳定液压马达11的转速时，通过比例调速阀13进一步的稳定液压马达11的转速。
值得一提的是，在本实施方式中，为了能够自动通过比例调速阀13稳定液压马达11的转速，所述液压马达11的一侧设有转速计14，所述系统还包括与所述转速计14、所述比例调速阀13相连的控制单元b，以使得所述转速计14所监测转速超出设定阈值范围时，控制单元b控制比例调速阀13稳定所述液压马达11转速。
具体的说，当波浪频率、幅度较小时，变量液压马达11通过改变排量来稳定马达转速，进而缓和能量波动，当波浪的周期、波高波动较大时，当通过改变变量液压马达11的排量不能够有效稳定液压马达11的转速时，则通过转速计14的反馈，由控制单元调节比例调速阀13的工作状态，以稳定液压马达11的转速，从而使发电机12的转速控制在额定转速范围内，保证较高发电效率的同时维持较好的稳定性。
对于上述实施例的进一步优化之处在于，所述液压马达11至少设有两个，且各所述液压马达11的额定功率不同；
所述系统还包括波浪传感器15、控制单元，所述系统如此设置，以使得所述控制单元判断所述波浪传感器15所传送的监测数值，选择匹配功率液压马达11处的开关单元开启。由此可以在一定时间段内，波浪状况未有大幅度变化时，控制单元，可以开启与波浪条件相匹配的液压马达11，即可有效的利用波浪能量，还可使得液压马达11在额定压力范围、流量范围内远转，提高液压马达11使用的稳定性和使用寿命。
需要说明的是，本实施方式中，控制单元根据波浪传感器15选择匹配功率的液压马达11，其具体判断举例如下：控制单元预先将波高、周期数值划分为不同的区间范围，各区间范围分别对应相应功率的液压马达11，将波浪传感器15采集到的波高、周期参数传输至控制单元，进行比对，确定波高、周期处于的区间范围，然后选择开启相应功率的液压马达11。在波高数值与周期数值所对应的液压马达11不一致时，可优选功率较高的液压马达11。
进一步的具体的说，在本实施方式中，为了能够快速响应，所述开关单元包括一插装阀22、与所述插装阀22相连的先导控制阀23。
值得一提的是，为了应对海上的极端天气，所述系统还包括一安全油路，所述安全油路包括一进液管16和一排液管17，所述进液管16进液端与一液压泵18相连、出液端与所述双杆液压缸1的上油腔相连，所述排液管17的进液端与所述双杆液压缸1的出液端相连、出液端与外界油箱相连；在所述安全油路上设有一第三锁止单元，以控制所述安全油路开合。
由此可以在海上出现极端天气时，通过安全油路将双杆液压缸1浮筒2向下降落至液面以下较深位置处，防止波浪带动浮筒2任意、快速活动。具体的，在出现极端恶劣天气时，通过进液管16向双杆液压缸的上油腔内注入油液，同时通过排液管17将双杆液压缸1的下油腔内的油液排出，使得浮筒下沉。
并且，在增加了安全油路的系统中，为了在向下移动浮筒2时，安全油液的油路向外流失，在一些实施例中，第二锁止单元还包括两位两通电磁阀c21，由此可以在启动安全油路时，将第二锁止单元的两位两通电磁阀c21关闭。
进一步的具体的说，在本实施方式中，所述第三锁止单元包括一设置在所述进液管16和所述排液管17之间的两位四通电液换向阀24。
为了进一步的增加整个安全油路工作的稳定性，所述第三锁止单元包括一设置在所述进液管16和所述排液管17之间的三位四通电液换向阀a3。
为了使得进液管16和排液管17能够同步快速进液、排液，在本实施方式中，在所述第三锁止单元与所述双杆液压缸1之间的安全油路上设有液压锁26。
值得一提的是，为了降低浮筒2在水面以下受到水流冲击晃动，进一步的保持整个装置的稳定性，所述系统还包括锁止油缸19，在所述浮筒2上设有与所述锁止油缸19配合的锁止结构，所述锁止油缸19和所述锁止结构如此设置，以使得所述浮筒2下落至最底端时，所述锁止油缸19可与所述锁止结构配合，以限制所述浮筒2活动。
具体的说，在本实施方式中，锁止油缸19用设有四个，锁止机构包括在浮筒2上设置的插槽，在浮筒下沉至设定位置后，锁止油缸19伸出，通过插入插槽内固定浮筒2，由此实现浮筒2的固定。
进一步具体的说，在本实施方式中，所述锁止油缸19与所述液压泵18连通设置，在所述锁止油缸19与所述液压泵18之间设有一第四锁止单元，以使得所述液压泵18向所述安全油路供液时，所述锁止油缸19与所述液压泵18断开。由此可以充分的利用液压泵18。
或者也可为锁止油缸19单独设置专用的液压泵18。
进一步的具体的说，所述锁止油缸19为双作用油缸，所述第四锁止单元包括一三位四通电液换向阀b27。
为了实现各锁止油缸19的同步伸出，使得在固定浮筒2时，各锁止油缸19能够同步锁止，在本实施方式中，在各锁止油缸19的进液管16上还设有调速阀28。
在一些实施例中，为了能够保证整个油路油量充足，本系统还可包括一个补油油路，具体为，通过设置一个补充油箱30，通过一个补油液压泵18向双杆液压缸1的油箱内供油，为了能够实现自动补油、供油，还可在双杆液压缸1的油箱内设置液位计29，并与一个控制单元相连，该控制单元与补油液压泵18相连，在液位低于设定值时，补油液压泵18可自动补油。
值得一提的是，在一些实施例中，补油油路和安全油路可共用一个补充油箱30，并且，可共用一段油管，同时在共用油管上设有过滤器、安全溢流阀34等元器件，由此使得整个装置更加紧凑。具体的说，在补充油路、安全油路的共用油管上设有压油过滤器31，还设有辅助油路蓄能器32、辅助油路蓄能器耐震压力表33、溢流阀34。
需要说明的是，在本实施方式中，采用了集中的控制器，该控制器的控制单元可同时担负控制单元a、控制单元b的任务。或者，在一些实施例中，孔单元a、控制单元b也可设置成单独的控制器。
此外，在本实施方式中，还在浮筒2的一侧设有下位移传感器35，由此可以通过下位移传感器35监测浮筒2向下移动的位置，便于对浮筒2进行锁止，或者监测浮筒2的上下移动幅度、频率。
并且，为了能够应对恶劣天气，在一些优选实施例中，还可实现安全油路的自动运行，具体为，通过控制器判断波浪传感器15的数值，如若波浪传感器15传输的波高、频率数值达到一定的触发数值，控制器将输油管路4和供油管路3关闭，同时通过安全油路将浮筒2落下，再打开与锁止油缸19相连的第四锁止单元，关闭安全油路上的第三锁止单元，通过锁止油缸19将浮筒2锁止固定。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种波浪能发电装置自适应变阻尼液压控制系统，包括：
双杆液压缸，外侧带有浮筒；
供油管路，与所述双杆液压缸的两油腔相连；
两个第一锁止单元，分别设置在所述双杆液压缸两油腔与所述供油管路之间，以限制所述双杆液压缸的两油腔向供油管路回流油液；
输油管路，进液端分别与所述双杆液压缸的两油腔相连，排液端与发电单元相连；
两个第二锁止单元，分别设置在所述双杆液压缸两油腔与所述输油管路之间，以限制所述输油管路向所述双杆液压缸的两油回流油液；其特征在于，所述系统还包括：
蓄能单元，包括N个与所述输油管路相连的蓄能器，以在所述输油管路内油压高于设定阈值a时蓄能，在所述输油管路内油压低于设定阈值a时，向所述输油管路释能；
稳压单元，进液端与所述输油管路相连，以使得所述输油管路内压力超过设定阈值b时，释放所述输油管路内压力；其中，所述稳压单元的设定阈值a大于所述蓄能单元的设定阈值b。
2.根据权利要求1所述的一种波浪能发电装置自适应变阻尼液压控制系统，其特征在于：所述稳压单元包括一电液比例溢流阀a；在所述电液比例溢流阀的控油口上连接有一两位两通电磁阀a。
3.根据权利要求1所述的一种波浪能发电装置自适应变阻尼液压控制系统，其特征在于：各所述蓄能器的最高工作压力不同，在所述蓄能器与输油管路之间分别设有一两位两通电磁阀b。
4.根据权利要求2或3所述的一种波浪能发电装置自适应变阻尼液压控制系统，其特征在于：在所述输油管路上还设有流量传感器、压力传感器，所述流量传感器、压力表、均与一控制单元a相连，以使得：
所述两位两通电磁阀a与所述控制单元a相连时，所述压力传感器监测输油管路压力大于设定阈值时，所述控制单元a开启所述两位两通电磁阀a；
所述两位两通电磁阀b与所述控制单元a相连时，所述根据控制单元a判断所述压力传感器和/或所述流量传感器监测数值，判断开启匹配工作压力蓄能器位置处两位两通电磁阀b。
5.根据权利要求1所述的一种波浪能发电装置自适应变阻尼液压控制系统，其特征在于：所述发电单元包括若干个与所述输油管路相连的液压马达，各所述液压马达分别与一发电机传动相连，且各所述液压马达与所述输油管路之间分别设有一开关单元。
6.根据权利要求5所述的一种波浪能发电装置自适应变阻尼液压控制系统，其特征在于：所述液压马达为变量液压马达，各所述液压马达的进液口处分别设有一比例调速阀。
7.根据权利要求6所述的一种波浪能发电装置自适应变阻尼液压控制系统，其特征在于：所述液压马达的一侧设有转速计，所述系统还包括与所述转速计、所述比例调速阀相连的控制单元，以使得所述转速计所监测转速超出设定阈值范围时，控制单元控制比例调速阀稳定所述液压马达转速。
8.根据权利要求5所述的一种波浪能发电装置自适应变阻尼液压控制系统，其特征在于：所述液压马达至少设有两个，且各所述液压马达的额定功率不同；
所述系统还包括波浪传感器、控制单元b，所述系统如此设置，以使得所述控制单元b判断所述波浪传感器所传送的监测数值，选择匹配功率液压马达处的开关单元开启。
9.根据权利要求1所述的一种波浪能发电装置自适应变阻尼液压控制系统，其特征在于：所述系统还包括一安全油路，所述安全油路包括一进液管和一排液管，所述进液管进液端与一液压泵相连、出液端与所述双杆液压缸的上油腔相连，所述排液管的进液端与所述双杆液压缸的出液端相连、出液端与外界油箱相连；在所述安全油路上设有一第三锁止单元，以控制所述安全油路开合。
10.根据权利要求9所述的一种波浪能发电装置自适应变阻尼液压控制系统，其特征在于：所述系统还包括锁止油缸，在所述浮筒上设有与所述锁止油缸配合的锁止结构，所述锁止油缸和所述锁止结构如此设置，以使得所述浮筒下落至最底端时，所述锁止油缸可与所述锁止结构配合，以限制所述浮筒活动。
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