CN109812375A - 适用于振荡浮子式波能转换装置的pto装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于振荡浮子式波能转换装置的PTO装置，包括至少一个单一能量转换装置和两个发电装置，单一能量转换装置包括空气泵室、活塞、浮子、连接杆、整流气道和整流气阀；活塞安装于空气泵室内，将其分为下空腔和上空腔；浮子通过连接杆与活塞连接；整流气道包括出气管和进气管，分别设置在空气泵室两侧，与上空腔和下空腔连通，两气道另一端分别连接一个发电装置；整流气阀设于整流气道与空气泵室的连接处，两气道的进出气状态均由气体流动的压强带动阀门控制。本发明的单一能量转换装置能实现浮子上下垂荡运动过程中进气管与出气管内均有气体流动，使上下两空腔中的能量均可被用于驱动两个发电装置同时工作，提升波浪能利用效率。

Description

适用于振荡浮子式波能转换装置的PTO装置

技术领域

本发明涉及振荡浮子式波浪能发电技术领域，具体涉及一种适用于振荡浮子式波能转换装置的新型PTO装置。

背景技术

目前化石能源的过度开采使得环境问题成为了能源开发中不可忽视的重要一环，而清洁能源的发展则将为能源问题带来转机。波浪能作为清洁能源的一种，储量丰富，具有巨大的开发潜力，成为目前海洋可再生能源开发的热点。

近海可再生能源主要包括波浪能、风能和潮流能。在波浪能的利用方式中，波浪能装置一般由采集系统和PTO(Power Take-off，动力摄取装置)系统组成，采集系统俘获波浪能，又称为一级能量转换系统，PTO系统将俘获的波浪能转化为电能。PTO系统不仅直接影响波能发电效率，而且还影响波能发电装置的质量、尺寸和结构形式。不同的波能发电装置的PTO也不尽相同。

现行振荡浮子式波能转换装置的PTO主要有两种：一种是利用液压装置，连接到液压缸的浮子相对于致动器上下移动，迫使流体通过受控的液压管到达液压马达，液压马达继而驱动发电机，液压非常适合高负荷，低速度应用。另一种是直接机械驱动PTO系统，通过驱动旋转发电机的额外机械系统将受波浪影响的浮子机械能转化为电力。对于液压系统来说，液体的选用及装置的密封是主要问题，而对于机械驱动PTO直接机械传动系统经历了不可计数的负载循环，并且这种系统的可靠性仍需要证明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种适用于振荡浮子式波能转换装置的PTO装置，它具有更为高效可靠的特点，可运用于振荡浮子式波能发电装置，或布置在海洋平台上为平台供电。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种适用于振荡浮子式波能转换装置的PTO装置，所述PTO装置包括至少一个单一能量转换装置和两个发电装置。所述单一能量转换装置包括空气泵室、活塞、浮子、连接杆、整流气道和整流气阀；所述活塞安装于所述空气泵室内，将空气泵室分为下空腔和上空腔，活塞的运动使空气泵室内部空气流动；所述浮子位于所述空气泵室外部，并通过所述连接杆与所述活塞连接；所述整流气道包括出气管和进气管，分别设置在所述空气泵室的两侧，且两气道均与空气泵室的上空腔和下空腔连通，两气道另一端分别连接一个发电装置；所述整流气阀设于所述整流气道与空气泵室的连接处，空气泵室上下两侧共计四个阀门：上空腔出气管阀门、上空腔进气管阀门、下空腔出气管阀门、下空腔进气管阀门，所述上空腔出气管阀门位于上空腔外侧、出气管内侧，所述上空腔进气管阀门位于上空腔内侧，所述下空腔出气管阀门位于下空腔外侧、出气管内侧，所述下空腔进气管阀门位于下空腔内侧，四个阀门与空腔之间均以铰链形式连接。

上述方案中，所述PTO装置包括多个并排设置的单一能量转换装置；所述PTO装置还包括总管道，所述总管道包括总出气管和总进气管；所述单一能量转换装置的出气管均与所述总出气管连通，再与所述发电装置连接；所述单一能量转换装置的进气管均与所述总进气管连通，再与所述发电装置连接。

上述方案中，所述发电装置为气轮机，两个气轮机并排设置，分别为与所述出气管连接的出气管一侧气轮机，以及与所述进气管连接的进气管一侧气轮机。

上述方案中，所述出气管一侧气轮机后接管道位于该气轮机后侧，所述进气管一侧气轮机后接管道位于该气轮机前侧。

上述方案中，所述空气泵室内设有缓冲装置，包括设置于上空腔顶端的缓冲装置，以及设置于下空腔底端的缓冲装置。

上述方案中，所述缓冲装置为橡胶垫。

上述方案中，所述浮子采用在相同波浪周期下对波浪能的利用效率高的呈锥体的浮子。

本发明的有益效果在于：

1、本发明PTO装置的单一能量转换装置能够实现在浮子上下垂荡运动过程中进气管与出气管内均有气体流动，使得活塞在上下震荡的过程中上下两空腔中的能量均可被用于驱动两个发电装置同时工作，以提高波浪能利用效率；

2、可以通过设置多组并排的单一能量转换装置共同作业，进一步提升波浪能利用效率；

3、通过设置缓冲装置为本发明使用时限及抵抗恶劣天气的能力提供了有力保障；

4、气轮机后接管道的不同位置使得两气轮机转向相同，利于进一步对能量的吸收利用；

5、浮子形状设计进一步提升了能量利用率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明PTO装置的立体图；

图2是图1所示PTO装置的单一能量转换装置的剖视图。

图中：10、单一能量转换装置；1、空气泵室；11、下空腔；12、上空腔；2、活塞；3、整流气道；31、出气管；32、进气管；4、缓冲装置；51、上空腔出气管阀门；52、上空腔进气管阀门；53、下空腔出气管阀门；54、下空腔进气管阀门；6、浮子；7、连接杆；20、总管道；201、总出气管；202、总进气管；30、气轮机；301、出气管一侧气轮机；302、进气管一侧气轮机。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-2所示，为本发明一较佳实施例的适用于振荡浮子式波能转换装置的PTO装置，该PTO装置包括至少一个单一能量转换装置10和两个发电装置。单一能量转换装置10包括空气泵室1、活塞2、浮子6、连接杆7、整流气道3和整流气阀。空气泵室1为单一能量转换装置10的主体结构，内部为气体，活塞2安装于空气泵室1内，将空气泵室1分为下空腔11和上空腔12，活塞2的运动使空气泵室1内部空气流动，气体的流动带动PTO装置发电，空气泵室1底部和顶部各设有气体流通的口。浮子6位于空气泵室1外部，并通过连接杆7与活塞2连接，使活塞2随浮子6垂荡运动而运动。整流气道3包括出气管31和进气管32，分别设置在空气泵室1的两侧，且两气道均与空气泵室1的上空腔12和下空腔11连通，两气道另一端分别连接一个发电装置。整流气阀设于整流气道3与空气泵室1的连接处，包括设置于空气泵室1上下两侧的共计四个阀门：上空腔出气管阀门51、上空腔进气管阀门52、下空腔出气管阀门53、下空腔进气管阀门54，上空腔出气管阀门51位于上空腔12外侧、出气管31内侧，上空腔进气管阀门52位于上空腔12内侧，下空腔出气管阀门53位于下空腔11外侧、出气管31内侧，下空腔进气管阀门54位于下空腔11内侧，四个阀门与空腔之间均以铰链形式连接。

进一步优化，本实施例中，PTO装置包括多个并排设置的单一能量转换装置10；PTO装置还包括总管道20，总管道20包括总出气管201和总进气管202；单一能量转换装置10的出气管31均与总出气管201连通，再与发电装置连接；单一能量转换装置10的进气管32均与总进气管202连通，再与发电装置连接。

进一步优化，本实施例中，发电装置为气轮机30，两个气轮机30并排设置，分别为与所述出气管31连接的出气管一侧气轮机301，以及与所述进气管32连接的进气管一侧气轮机302，依靠总出气管201和总进气管202中的气流带动气轮机30发电。

进一步优化，本实施例中，出气管一侧气轮机301后接管道位于该气轮机后侧，所述进气管一侧气轮机302后接管道位于该气轮机前侧，使得两气轮机转向相同，利于进一步对能量的吸收利用。

进一步优化，本实施例中，空气泵室1内设有缓冲装置4，包括设置于上空腔12顶端的缓冲装置4，以及设置于下空腔11底端的缓冲装置4。在两空腔与活塞2之间设置缓冲装置4以约束活塞2的垂荡运动幅度，避免活塞2与空气泵室1的剧烈碰撞造成整体设施的损坏。

进一步优化，本实施例中，缓冲装置4为橡胶垫。

进一步优化，本实施例中，浮子6采用在相同波浪周期下对波浪能的利用效率高的呈锥体的浮子6。

本发明适用于振荡浮子6式波能转换装置的PTO装置的工作原理为：当浮子6受波浪作用而上升时，与浮子6以连接杆7连接的活塞2同时上升，在上空腔12中，由于活塞2压缩空气使得上空腔出气管阀门51打开，上空腔进气管阀门52关闭；与此同时，下空腔11中由于气压骤然下降，下空腔出气管阀门53关闭，下空腔进气管阀门54打开。这样，在浮子6上升过程中同时利用了活塞2上下两侧空腔中空气的流通运动所产生的能量。同样的，浮子6下降，则上空腔出气管阀门51关闭，上空腔进气管阀门52打开；同时，下空腔出气管阀门53打开，下空腔进气管阀门54关闭。这样的过程使得不论浮子6处于上升阶段还是下降阶段，均实现了出气管31始终有气流排出，进气管32始终有气流流进。为了整合并利用整流气道3中的气流，将多组单一能量转换装置10并排连接，所述出气管31相互连通为一条总出气管201，进气管32连通为一条总进气管202，并分别接入并列在两侧的气轮机30，依靠气道中的气流带动气轮机30发电。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种适用于振荡浮子式波能转换装置的PTO装置，其特征在于，所述PTO装置包括至少一个单一能量转换装置和两个发电装置；所述单一能量转换装置包括空气泵室、活塞、浮子、连接杆、整流气道和整流气阀；所述活塞安装于所述空气泵室内，将空气泵室分为下空腔和上空腔，活塞的运动使空气泵室内部空气流动；所述浮子位于所述空气泵室外部，并通过所述连接杆与所述活塞连接；所述整流气道包括出气管和进气管，分别设置在所述空气泵室的两侧，且两气道均与空气泵室的上空腔和下空腔连通，两气道另一端分别连接一个发电装置；所述整流气阀设于所述整流气道与空气泵室的连接处，空气泵室上下两侧共计四个阀门：上空腔出气管阀门、上空腔进气管阀门、下空腔出气管阀门、下空腔进气管阀门，所述上空腔出气管阀门位于上空腔外侧、出气管内侧，所述上空腔进气管阀门位于上空腔内侧，所述下空腔出气管阀门位于下空腔外侧、出气管内侧，所述下空腔进气管阀门位于下空腔内侧，四个阀门与空腔之间均以铰链形式连接。

2.根据权利要求1所述的适用于振荡浮子式波能转换装置的PTO装置，其特征在于，所述PTO装置包括多个并排设置的单一能量转换装置；所述PTO装置还包括总管道，所述总管道包括总出气管和总进气管；所述单一能量转换装置的出气管均与所述总出气管连通，再与所述发电装置连接；所述单一能量转换装置的进气管均与所述总进气管连通，再与所述发电装置连接。

3.根据权利要求1所述的适用于振荡浮子式波能转换装置的PTO装置，其特征在于，所述发电装置为气轮机，两个气轮机并排设置，分别为与所述出气管连接的出气管一侧气轮机，以及与所述进气管连接的进气管一侧气轮机。

4.根据权利要求3所述的适用于振荡浮子式波能转换装置的PTO装置，其特征在于，所述出气管一侧气轮机后接管道位于该气轮机后侧，所述进气管一侧气轮机后接管道位于该气轮机前侧。

5.根据权利要求1所述的适用于振荡浮子式波能转换装置的PTO装置，其特征在于，所述空气泵室内设有缓冲装置，包括设置于上空腔顶端的缓冲装置，以及设置于下空腔底端的缓冲装置。

6.根据权利要求5所述的适用于振荡浮子式波能转换装置的PTO装置，其特征在于，所述缓冲装置为橡胶垫。

7.根据权利要求1所述的适用于振荡浮子式波能转换装置的PTO装置，其特征在于，所述浮子采用在相同波浪周期下对波浪能的利用效率高的锥体式浮子。