CN109763931A - 一种组合式波浪能发电装置及发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式波浪能发电装置及发电方法，所述的发电装置包括海洋平台，在海洋平台上安装低压油管、高压油管、蓄能器、电磁球阀、液压马达、发电机和油箱。本发明所公开的组合式波浪能发电装置及发电方法，将液压悬臂捕能系统和多自由度偏心摆式捕能系统与海洋平台结合在一起，可以充分利用海洋平台周围的波浪能资源，为海洋平台主体结构上的生产生活活动提供电能。连杆通过其两端的球铰分别与悬臂架的头部及漂浮在海面上的多自由度偏心摆式捕能系统相连接，可以极大的减少连接方式对多自由度偏心摆式捕能系统的约束。同侧的两个悬臂架一长一短，可以减少前方多自由度偏心摆式捕能系统以及液压悬臂捕能系统对后方捕能系统的遮挡屏蔽作用，提高对波浪能的利用效率。

Description

一种组合式波浪能发电装置及发电方法

技术领域

本发明属于波浪能发电领域，特别涉及该领域中的一种将液压悬臂捕能系统和多自由度偏心摆式捕能系统与海洋平台相结合的组合式波浪能发电装置及发电方法。

背景技术

海洋波浪能作为一种绿色可再生能源，备受人们重视。现今利用海洋波浪能发电的装置发展迅速，其在外形结构上具有多样性，大致划分为以下几种：振荡水柱式、越浪式和振荡浮子式。其中振荡浮子式波浪能发电装置类型多、发展迅速，如：点吸收式、鸭式、筏式、摆式等。但是大多数波浪能发电装置仅以单体形式工作，很少采用组合形式，而海洋平台所建位置往往波浪能储量丰富，如果能把各种波浪能发电装置以组合方式与海洋平台相结合，就可以为海洋平台上的生产生活活动提供持续的供电。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种将液压悬臂捕能系统和多自由度偏心摆式捕能系统与海洋平台相结合的组合式波浪能发电装置及发电方法。

本发明采用如下技术方案：

一种组合式波浪能发电装置，其改进之处在于：所述的发电装置包括海洋平台，在海洋平台上安装低压油管、高压油管、蓄能器、电磁球阀、液压马达、发电机和油箱，其中蓄能器的进油口与高压油管相连接、出油口通过管路与电磁球阀的进油口相连接，电磁球阀的出油口通过管路与液压马达的进油口相连接，液压马达的出油口通过管路与油箱相连接，油箱还与低压油管相连接，此外液压马达的动力输出端与发电机的动力输入端传动连接；在海洋平台的侧面安装钢架，悬臂架的根部与钢架的底部相铰接，液压缸的根部与钢架的顶部相铰接，液压缸内活塞杆的头部与悬臂架相铰接，在液压缸的上端和下端各连接一根液压输油管，在每一根液压输油管的末端都连接一个三通，各三通均通过单向入油阀与海洋平台上的低压油管相连接，通过单向出油阀与海洋平台上的高压油管相连接，在悬臂架的底部固定安装可漂浮在海面上的浮箱；连杆通过其两端的球铰分别与悬臂架的头部及漂浮在海面上的多自由度偏心摆式捕能系统相连接，所述的多自由度偏心摆式捕能系统包括半椭球形外壳，在半椭球形外壳的内部安装水平方向的上部支架和下部支架，在下部支架上安装发电机，该发电机发出的电输送至海洋平台，竖直主轴的底部安装在下部支架的轴承上，顶部则透过上部支架上的轴承穿出上部支架，在竖直主轴位于上部支架之上的部分上固定安装水平直杆，在水平直杆的末端安装摆锤，此外竖直主轴还通过齿轮换向增速传动系统与下部支架发电机的动力输入端传动连接。

进一步的，在海洋平台的两侧各设置两个钢架，在每个钢架上均安装由悬臂架、液压缸和浮箱组成的液压悬臂捕能系统和多自由度偏心摆式捕能系统。

进一步的，在海洋平台同侧的两个悬臂架中，前方的悬臂架比后方的悬臂架短。

进一步的，下部支架发电机发出的电输送至海洋平台的储能装置中。

进一步的，所述的齿轮换向增速传动系统包括在竖直主轴上位于上部支架和下部支架之间的部位从上到下依次安装逆时针单向轴承和顺时针单向轴承，在逆时针单向轴承上安装第一驱动齿轮，在顺时针单向轴承上安装第二驱动齿轮，在上部支架和下部支架之间为齿轮固定板，在齿轮固定板上沿竖直方向安装从动轴和输出轴，在从动轴上安装与上述第一驱动齿轮相啮合的从动齿轮，在输出轴上从上到下依次安装有与上述从动齿轮相啮合的第一输出齿轮和与上述第二驱动齿轮相啮合的第二输出齿轮，此外该输出轴还通过联轴器与下部支架发电机的动力输入端传动连接。

一种发电方法，使用上述的组合式波浪能发电装置，其改进之处在于：

（1）发电装置安装就位并启动后，在海面波浪的作用下，多自由度偏心摆式捕能系统的半椭球形外壳发生多个自由度的运动，其竖直主轴不再与水平面正交，此时水平直杆与水平面之间会产生夹角，摆锤则在重力的作用下运动，从而使水平直杆带动竖直主轴转动，齿轮换向增速传动系统将竖直主轴顺时针或逆时针的转动转化为同一方向的转动后带动发电机发电，发电机发出的电输送至海洋平台的储能装置中；

（2）发电装置安装就位并启动后，漂浮在海面上的浮箱在波浪的作用下起伏运动，从而带动悬臂架绕钢架摆动，使液压缸内的活塞杆往复伸缩运动，当活塞杆缩回时，把低压油从低压油管经三通上的单向入油阀和液压输油管吸入液压缸的下端，把高压油从液压缸上端的液压输油管经三通上的单向出油阀和高压油管挤入蓄能器内，当活塞杆伸出时，把低压油从低压油管经三通上的单向入油阀和液压输油管吸入液压缸的上端，把高压油从液压缸下端的液压输油管经三通上的单向出油阀和高压油管挤入蓄能器内，当蓄能器内高压油升至一定压力值时开启电磁球阀，高压油在进入液压马达并驱动其转动后变为低压油，液压马达转动可以带动发电机发电，低压油则从液压马达的出油口流出至油箱，当蓄能器内高压油降至一定压力值时关闭电磁球阀。

本发明的有益效果是：

本发明所公开的组合式波浪能发电装置及发电方法，将液压悬臂捕能系统和多自由度偏心摆式捕能系统与海洋平台结合在一起，可以充分利用海洋平台周围的波浪能资源，为海洋平台主体结构上的生产生活活动提供电能。连杆通过其两端的球铰分别与悬臂架的头部及漂浮在海面上的多自由度偏心摆式捕能系统相连接，可以极大的减少连接方式对多自由度偏心摆式捕能系统的约束。同侧的两个悬臂架一长一短，可以减少前方多自由度偏心摆式捕能系统以及液压悬臂捕能系统对后方捕能系统的遮挡屏蔽作用，提高对波浪能的利用效率。

附图说明

图1是本发明实施例1所公开发电装置中海洋平台上各液压部件之间的连接关系示意图；

图2是本发明实施例1所公开发电装置中液压悬臂捕能系统和多自由度偏心摆式捕能系统之间的连接关系示意图；

图3是本发明实施例1所公开发电装置中多自由度偏心摆式捕能系统的内部结构示意图；

图4是本发明实施例1所公开发电装置的整体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，本实施例公开了一种组合式波浪能发电装置，如图1所示，所述的发电装置包括海洋平台401，在海洋平台上安装低压油管302、高压油管301、蓄能器303、电磁球阀304、液压马达305、发电机307和油箱306，其中蓄能器的进油口与高压油管相连接、出油口通过管路与电磁球阀的进油口相连接，电磁球阀的出油口通过管路与液压马达的进油口相连接，液压马达的出油口通过管路与油箱相连接，油箱还与低压油管相连接，此外液压马达的动力输出端与发电机的动力输入端传动连接；如图2所示，在海洋平台的侧面安装钢架402，悬臂架202的根部与钢架的底部相铰接，液压缸203的根部与钢架的顶部相铰接，液压缸内活塞杆的头部与悬臂架相铰接，在液压缸的上端和下端各连接一根液压输油管，在每一根液压输油管的末端都连接一个三通，各三通均通过单向入油阀与海洋平台上的低压油管相连接，通过单向出油阀与海洋平台上的高压油管相连接，即液压缸的上端和下端各与一个三通相对应，各三通均是一个接头与单向入油阀相连接，一个接头与单向出油阀相连接，一个接头与液压输油管相连接，各单向入油阀均连接至海洋平台上的共用低压油管，各单向出油阀均连接至海洋平台上的共用高压油管，液压输油管则分别连接至与其相对应的液压缸上端或下端。在悬臂架的底部固定安装可漂浮在海面上的浮箱204；连杆201通过其两端的球铰分别与悬臂架的头部及漂浮在海面上的多自由度偏心摆式捕能系统相连接，如图3所示，所述的多自由度偏心摆式捕能系统包括半椭球形外壳101，在半椭球形外壳的内部安装水平方向的上部支架103和下部支架104，在下部支架上安装发电机106，该发电机发出的电输送至海洋平台的储能装置中，竖直主轴的底部安装在下部支架的轴承上，顶部则透过上部支架上的轴承穿出上部支架，在竖直主轴位于上部支架之上的部分上固定安装水平直杆，在水平直杆的末端安装摆锤105，此外竖直主轴还通过齿轮换向增速传动系统102与下部支架发电机的动力输入端传动连接。

在本实施例中，如图4所示，在海洋平台的两侧各设置两个钢架，在每个钢架上均安装由悬臂架、液压缸和浮箱组成的液压悬臂捕能系统和多自由度偏心摆式捕能系统。并且在海洋平台同侧的两个悬臂架中，前方的悬臂架比后方的悬臂架短，前后两个液压悬臂捕能系统成阵列式布置。

所述的齿轮换向增速传动系统包括在竖直主轴上位于上部支架和下部支架之间的部位从上到下依次安装逆时针单向轴承和顺时针单向轴承，在逆时针单向轴承上安装第一驱动齿轮，在顺时针单向轴承上安装第二驱动齿轮，在上部支架和下部支架之间为齿轮固定板，在齿轮固定板上沿竖直方向安装从动轴和输出轴，在从动轴上安装与上述第一驱动齿轮相啮合的从动齿轮，在输出轴上从上到下依次安装有与上述从动齿轮相啮合的第一输出齿轮和与上述第二驱动齿轮相啮合的第二输出齿轮，此外该输出轴还通过联轴器与下部支架发电机的动力输入端传动连接。

本实施例还公开了一种发电方法，使用上述的组合式波浪能发电装置：

（1）发电装置安装就位并启动后，在海面波浪的作用下，多自由度偏心摆式捕能系统的半椭球形外壳发生多个自由度的运动，其竖直主轴不再与水平面正交，此时水平直杆与水平面之间会产生夹角，摆锤则在重力的作用下运动，从而使水平直杆带动竖直主轴转动，齿轮换向增速传动系统将竖直主轴顺时针或逆时针的转动转化为同一方向的转动后带动发电机发电，发电机发出的电输送至海洋平台的储能装置中；

（2）发电装置安装就位并启动后，漂浮在海面上的浮箱在波浪的作用下起伏运动，从而带动悬臂架绕钢架摆动，使液压缸内的活塞杆往复伸缩运动，当活塞杆缩回时，把低压油从低压油管经三通（即与液压缸的下端相对应的三通）上的单向入油阀和液压输油管吸入液压缸的下端，把高压油从液压缸上端的液压输油管经三通（即与液压缸的上端相对应的三通）上的单向出油阀和高压油管挤入蓄能器内，当活塞杆伸出时，把低压油从低压油管经三通（即与液压缸的上端相对应的三通）上的单向入油阀和液压输油管吸入液压缸的上端，把高压油从液压缸下端的液压输油管经三通（即与液压缸的下端相对应的三通）上的单向出油阀和高压油管挤入蓄能器内，蓄能器内高压油的增加使蓄能器不断积累能量，当蓄能器内高压油升至一定压力值时开启电磁球阀，高压油在进入液压马达并驱动其转动后变为低压油，液压马达转动可以带动发电机发电，低压油则从液压马达的出油口流出至油箱，当蓄能器内高压油降至一定压力值时关闭电磁球阀，使蓄能器内高压油重新增加以继续积累能量。

Claims (6)

1.一种组合式波浪能发电装置，其特征在于：所述的发电装置包括海洋平台，在海洋平台上安装低压油管、高压油管、蓄能器、电磁球阀、液压马达、发电机和油箱，其中蓄能器的进油口与高压油管相连接、出油口通过管路与电磁球阀的进油口相连接，电磁球阀的出油口通过管路与液压马达的进油口相连接，液压马达的出油口通过管路与油箱相连接，油箱还与低压油管相连接，此外液压马达的动力输出端与发电机的动力输入端传动连接；在海洋平台的侧面安装钢架，悬臂架的根部与钢架的底部相铰接，液压缸的根部与钢架的顶部相铰接，液压缸内活塞杆的头部与悬臂架相铰接，在液压缸的上端和下端各连接一根液压输油管，在每一根液压输油管的末端都连接一个三通，各三通均通过单向入油阀与海洋平台上的低压油管相连接，通过单向出油阀与海洋平台上的高压油管相连接，在悬臂架的底部固定安装可漂浮在海面上的浮箱；连杆通过其两端的球铰分别与悬臂架的头部及漂浮在海面上的多自由度偏心摆式捕能系统相连接，所述的多自由度偏心摆式捕能系统包括半椭球形外壳，在半椭球形外壳的内部安装水平方向的上部支架和下部支架，在下部支架上安装发电机，该发电机发出的电输送至海洋平台，竖直主轴的底部安装在下部支架的轴承上，顶部则透过上部支架上的轴承穿出上部支架，在竖直主轴位于上部支架之上的部分上固定安装水平直杆，在水平直杆的末端安装摆锤，此外竖直主轴还通过齿轮换向增速传动系统与下部支架发电机的动力输入端传动连接。

2.根据权利要求1所述的组合式波浪能发电装置，其特征在于：在海洋平台的两侧各设置两个钢架，在每个钢架上均安装由悬臂架、液压缸和浮箱组成的液压悬臂捕能系统和多自由度偏心摆式捕能系统。

3.根据权利要求2所述的组合式波浪能发电装置，其特征在于：在海洋平台同侧的两个悬臂架中，前方的悬臂架比后方的悬臂架短。

4.根据权利要求1所述的组合式波浪能发电装置，其特征在于：下部支架发电机发出的电输送至海洋平台的储能装置中。

5.根据权利要求1所述的组合式波浪能发电装置，其特征在于：所述的齿轮换向增速传动系统包括在竖直主轴上位于上部支架和下部支架之间的部位从上到下依次安装逆时针单向轴承和顺时针单向轴承，在逆时针单向轴承上安装第一驱动齿轮，在顺时针单向轴承上安装第二驱动齿轮，在上部支架和下部支架之间为齿轮固定板，在齿轮固定板上沿竖直方向安装从动轴和输出轴，在从动轴上安装与上述第一驱动齿轮相啮合的从动齿轮，在输出轴上从上到下依次安装有与上述从动齿轮相啮合的第一输出齿轮和与上述第二驱动齿轮相啮合的第二输出齿轮，此外该输出轴还通过联轴器与下部支架发电机的动力输入端传动连接。

6.一种发电方法，使用权利要求1所述的组合式波浪能发电装置，其特征在于：

（1）发电装置安装就位并启动后，在海面波浪的作用下，多自由度偏心摆式捕能系统的半椭球形外壳发生多个自由度的运动，其竖直主轴不再与水平面正交，此时水平直杆与水平面之间会产生夹角，摆锤则在重力的作用下运动，从而使水平直杆带动竖直主轴转动，齿轮换向增速传动系统将竖直主轴顺时针或逆时针的转动转化为同一方向的转动后带动发电机发电，发电机发出的电输送至海洋平台的储能装置中；

（2）发电装置安装就位并启动后，漂浮在海面上的浮箱在波浪的作用下起伏运动，从而带动悬臂架绕钢架摆动，使液压缸内的活塞杆往复伸缩运动，当活塞杆缩回时，把低压油从低压油管经三通上的单向入油阀和液压输油管吸入液压缸的下端，把高压油从液压缸上端的液压输油管经三通上的单向出油阀和高压油管挤入蓄能器内，当活塞杆伸出时，把低压油从低压油管经三通上的单向入油阀和液压输油管吸入液压缸的上端，把高压油从液压缸下端的液压输油管经三通上的单向出油阀和高压油管挤入蓄能器内，当蓄能器内高压油升至一定压力值时开启电磁球阀，高压油在进入液压马达并驱动其转动后变为低压油，液压马达转动可以带动发电机发电，低压油则从液压马达的出油口流出至油箱，当蓄能器内高压油降至一定压力值时关闭电磁球阀。