CN109882346A - 一种海洋能采集装置及发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋能采集装置及发电装置，所述海洋能采集装置包括浮体、液压缸、重力平衡块、定位装置和系泊缆绳；所述液压缸包括有活塞杆；所述重力平衡块与所述活塞杆固接，用于带动活塞杆做功；所述系泊缆绳一端连接重力平衡块，另一端依次经过若干个定位装置、万向连接器与所述浮体连接。所述发电装置，包括海洋能采集装置、液压系统以及发电机，所述液压系统包括主油路，所述主油路包括油箱、以及用于驱动所述发电机的液压马达。可以同时采集海洋能中的海浪能和潮汐能，无需修建拦潮坝利用潮汐能，利用海浪能也不会受到潮汐的制约，提升了海洋能的利用效率。

Description

一种海洋能采集装置及发电装置

技术领域

本发明涉及发电设备，特别涉及一种海洋能采集装置及发电装置。

背景技术

海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生绿色清洁的自然能源，主要包括潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水温差能和海水盐差能等。现有的技术中，通过建有拦潮坝的潮汐发电站发电利用潮汐能，但是潮汐电站对环境有较大影响，它不仅会改变潮差和潮流，还会改变海水温度和水质。

另外，海浪能作为一种海水动能，其利用不受天气因素影响，且能量密度高，分布广泛，储存的能量巨大。目前世界代表性的海浪发电装置按照工作原理分为三类：震荡水柱式(oscillating water column)、振荡浮体式(oscillating bodies)和越浪式(overtopping)。但是，目前各类海浪发电装置存在一些缺点：将浮子安装在海洋中的固定平台上，浮子的漂浮行程受潮汐制约，影响发电效率。

如何避开现有技术中潮汐能发电装置和海浪能发电装置的上述缺点，并提供一种能同时利用潮汐能和海浪能的发电装置，成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明第一方面的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种海洋能采集装置及发电装置，能够同时采集海洋能中的海浪能和潮汐能。

根据本发明的第一方面，提供一种海洋能采集装置，包括：

浮体；

液压缸，所述液压缸包括有活塞杆；

重力平衡块，所述重力平衡块与所述活塞杆固接，用于带动活塞杆做功；

定位装置；

万向连接器；

系泊缆绳，所述系泊缆绳一端连接重力平衡块，另一端依次经过若干个定位装置、万向连接器与所述浮体连接。

有益效果：漂浮在海水上的浮体随着海浪或者潮汐的推动而上下起伏，从而获取海浪或者潮汐的机械能，当海面高度上升时(即浮体从海浪的波谷向波峰移动或者涨潮时)，获取了机械能的浮体通过系泊缆绳牵动另一端的重力平衡块向上提升高度，重力平衡块在提升高度的同时不仅提升了自身的势能而且带动活塞杆向上移动做功并将机械能转换为液压能，当海面高度下降时(即浮体处从海浪的波峰向波谷移动或者落潮时)，重力平衡块在重力作用下带动活塞杆向下移动做功并将自身的势能转换为液压能。因此，可以同时采集海洋能中的海浪能和潮汐能，无需修建拦潮坝利用潮汐能，利用海浪能也不会受到潮汐的制约，提升了海洋能的利用效率。

根据本发明第一方面所述的，所述定位装置包括设置在系泊缆绳经过路径上的滑轮。定位装置用于约束系泊缆绳经过的路径，而滑轮作为定位装置，可以减少系泊缆绳和滑轮之间的摩擦力，减小能量在传递中的损耗，提升了海洋能的利用率，同时也可以较小系泊缆绳和滑轮的磨损，提高耐用性。

根据本发明第一方面所述的，所述万向连接器包括安装底座、固定座和导向轮，所述固定座与安装底座活动连接，所述导向轮与固定座转动连接，所述导向轮表面设有凹槽，所述系泊缆绳穿绕于所述凹槽中。安装底座固定安装在浮体下方的海床上，系泊缆绳穿绕在导向轮的凹槽中，由于固定座又与安装底座活动连接，因此连接在系泊缆绳一端的浮体可以采集到来着不同方向的海浪的动能，提升对海洋能的利用效率。

根据本发明第一方面所述的，还包括包裹在所述系泊缆绳外围的海底管道，所述海底管道沿所述系泊缆绳经过的路径设置。滑轮和穿绕在滑轮上的系泊缆绳通过防护管道进行保护，避免海洋生物的冲撞破坏，提升了使用寿命，便于维护。

根据本发明的第二方面，提供一种发电装置，包括如第一方面所述的一种海洋能采集装置、液压系统以及发电机，所述液压系统包括主油路，所述主油路包括油箱、以及用于驱动所述发电机的液压马达，所述主油路的进油路包括依次连通的液压缸的通油口、液压马达的进油端，所述主油路的回油路包括依次连通的液压马达的回油端、油箱、液压缸的通油口。

有益效果：海浪或者潮汐带动浮体上下浮动，浮体的动能通过系泊缆绳传递给重力平衡块，重力平衡块带动液压缸的活塞杆做功，液压缸泵出的液压油驱动液压马达转动，液压马达带动发电机工作实现发电。由于海洋能采集装置通过系泊缆绳和重力平衡块连接到液压缸的活塞杆，因此用于将液压能转换为驱动发电机发电的机械能的液压系统和发电机均可以设置在陆地上，避免了液压油泄漏对海洋造成的污染，同时发电机设置在陆地上，也方便产生的电力向电网的输送；而且液压系统和发电机等设备设置在陆地上可以避免受到海水腐蚀，方便对设备的维护。

根据本发明第二方面所述的，还包括第一单向阀、第二单向阀，所述液压缸为双作用式液压缸，所述双作用式液压缸具有两个所述通油口，两个所述通油口与液压马达的进油端之间通过分别通过两个所述第一单向阀连通，油箱与两个所述通油口之间通过两个所述第二单向阀连通。双作用式液压缸具有两个通油口，液压油通过两个通油口与双作用式液压缸的上腔和下腔两个腔连通，当浮体从海浪的波谷移动到波峰或者涨潮时，浮体通过系泊缆绳牵动重力平衡块提升势能，同时，重力平衡块带动活塞杆向上移动做功将双作用式液压缸上腔中的液压油从相应的通油口排出，液压油通过第一单向阀进入主油路的进油路驱动液压马达做功，此时，双作用式液压缸的下腔容积变大，油箱中的液压油通过第二单向阀进入主油路的回油路并流入到双作用式液压缸的下腔中。同理，在浮体从波峰移动到波谷或者落潮时，液压油从下腔中排出通过第一单向阀进入主油路的进油路驱动液压马达，同时，液压油从油箱中通过第二单向阀进入主油路的回油路补充到双作用式液压缸的上腔中。通过第一单向阀和第二单向阀实现双作用式液压缸与主油路的连接，可以同时利用浮体上升和下降时的动能以及涨潮和落潮时产生的动能进行发电，增加了海浪能和潮汐能的利用效率。

根据本发明第二方面所述的，所述液压系统还包括有蓄能器和节流阀，所述蓄能器和节流阀连接在主油路的进油路上的通油口和液压马达之间。从液压缸排出的液压油携带的动能不稳定，先输入到蓄能器中，通过缓冲调和之后流往液压马达，推动液压马达做功，可以提升液压马达转动时的稳定性以及发电机工作状态的稳定性。

根据本发明第二方面所述的，所述液压系统还包括与液压马达并联的减压支路，所述减压支路包括依次连接的压力表、溢流阀。当海浪或者潮汐在某个时间区间过于激烈，使浮体在某个时间区间产生的动能过大时，从液压缸排出到主油路的进油路中的液压油所产生的压力波动可能超出了蓄能器的调节范围，此时，减压支路通过溢流阀将液压油回油到油箱中，进行泄压。

根据本发明第二方面所述的，所述主油路的回油路还包括滤油器，所述滤油器连接在主油路的回油路上的油箱和通油口之间。为了增强液压系统的运转稳定性，设置滤油器过滤杂质，避免油路堵塞。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1为本发明海洋能采集装置实施例的结构示意图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为图1中B处的放大图；

图4为本发明海洋能采集装置的万向连接器的结构示意图；

图5为本发明发电装置实施例的液压系统原理图；

图中，110-海洋、120-陆地、200-双作用式液压缸、210-活塞杆、220-活塞、230-上腔、240-下腔、300-重力平衡块、400-滑轮、410-系泊缆绳、500-浮体、600-安装底座、610-固定座、620-导向轮、621-凹槽、710-第一单向阀、720-蓄能器、730-节流阀、740-液压马达、750-发电机、810-油箱、820-滤油器、830-第二单向阀、910-压力表、920-溢流阀。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1-图3，本实施例提供一种海洋能采集装置，包括浮体500、液压缸、重力平衡块300、定位装置和系泊缆绳410；浮体500用于获取海水的动能，浮体500漂浮在水面上，当海浪冲击或者涨落潮的时候，浮体500跟随水面上下起伏，将海水的动能转换为自身的动能；所述液压缸包括有活塞杆210，液压缸竖直放置，液压缸用于将机械能转换为液压能，活塞杆210在液压缸的腔内竖直上下移动用于推动腔内的液压油通过液压缸的通油口排出液压缸；所述重力平衡块300与所述活塞杆210固接，用于带动活塞杆210做功；为了将浮体500获取的海浪能和潮汐能转换为液压能，所述系泊缆绳410一端连接重力平衡块300，另一端依次经过若干个定位装置、万向连接器与所述浮体500连接。定位装置用于确定系泊缆绳410经过的路径轨迹，系泊缆绳410穿绕在定位装置上，改变系泊缆绳410上力的方向。

其工作过程如下：漂浮在海水上的浮体500随着海浪或者潮汐的推动而上下起伏，从而获取海浪或者潮汐的机械能，当海面高度上升时(即浮体500从海浪的波谷向波峰移动或者涨潮时)，获取了机械能的浮体500通过系泊缆绳410牵动另一端的重力平衡块300向上提升高度，重力平衡块300在提升高度的同时不仅提升了自身的势能而且带动活塞杆210向上移动做功并将机械能转换为液压能，当海面高度下降时(即浮体500处从海浪的波峰向波谷移动或者落潮时)，重力平衡块300在重力作用下带动活塞杆210向下移动做功并将自身的势能转换为液压能。因此，可以同时采集海洋能中的海浪能和潮汐能，无需修建拦潮坝利用潮汐能，利用海浪能也不会受到潮汐的制约，提升了海洋能的利用效率。

如图1所示，在上述实施例的基础上，所述定位装置包括设置在系泊缆绳410经过路径上的滑轮400。定位装置用于约束系泊缆绳410经过的路径，而滑轮400作为定位装置，可以减少系泊缆绳410和滑轮400之间的摩擦力，减小能量在传递中的损耗，提升了海洋能的利用率，同时也可以较小系泊缆绳410和滑轮400的磨损，提高耐用性。需要指出的是，定位装置的实现不限于滑轮400，为了实现系泊缆绳410穿绕在定位装置上实现改变方向的功能，定位装置也可以是滚筒，滚筒表面供系泊缆绳410穿绕的位置设有与系泊缆绳410粗细匹配的凹位，限定系泊缆绳410与滚筒接触的位置，避免系泊缆绳410脱落，提升稳定性能。

如图3和图4所示，在上述实施例的基础上，所述万向连接器包括安装底座600、固定座610和导向轮620，所述导线轮为滑轮400，所述固定座610与安装底座600活动连接，所述导向轮620与固定座610转动连接，所述导向轮620表面设有凹槽621，所述系泊缆绳410穿绕于所述凹槽621中。所述固定座610与安装底座600可以是铰接或者是转动连接，如果固定座610与安装底座600使用转动连接，则固定座610实现转动的转轴与导线轮的转轴正交，二者配合实现更高自由度的转动。安装底座600固定安装在浮体500下方的海床上，系泊缆绳410穿绕在导向轮620的凹槽621中，由于固定座610又与安装底座600活动连接，因此连接在系泊缆绳410一端的浮体500可以采集到来着不同方向的海浪的动能，提升对海洋能的利用效率。另外的，万向连接器的目的是使得浮体500可以采集各个方向的海浪的动能，

另外的，万向连接器的实现方式还可以采用其他的形式(图中未示出)，例如设置一个固定连接在海床上的安装座，在安装座上铰接一根空心管，空心管由于铰接在安装座上可以实现多个自由度的转动，然后将系泊缆绳410的一端穿过该空心管的两个端口后固接所述浮体500，也可以实现该万向连接器。但是使用导线轮可以尽可能的降低系泊缆绳410与万向连接器之间的摩擦，提升耐用性。

优选地，还包括包裹在所述系泊缆绳410外围的海底管道(图中未示出)，所述海底管道沿所述系泊缆绳410经过的路径设置。滑轮400和穿绕在滑轮400上的系泊缆绳410通过防护管道进行保护，避免海洋生物的冲撞破坏，提升了使用寿命，便于维护。

如图5所示，以下的实施例提供了一种发电装置，包括上述的一种海洋能采集装置、液压系统以及发电机750，所述液压系统包括主油路，所述主油路包括油箱810、以及用于驱动所述发电机750的液压马达740，所述主油路的进油路包括依次连通的液压缸的通油口、液压马达740的进油端，所述主油路的回油路包括依次连通的液压马达740的回油端、油箱810、液压缸的通油口。

海浪或者潮汐带动浮体500上下浮动，浮体500的动能通过系泊缆绳410传递给重力平衡块300，重力平衡块300带动液压缸的活塞杆210做功，液压缸泵出的液压油驱动液压马达740转动，液压马达740带动发电机750工作实现发电。由于海洋能采集装置通过系泊缆绳410和重力平衡块300连接到液压缸的活塞杆210，因此用于将液压能转换为驱动发电机750发电的机械能的液压系统和发电机750均可以设置在陆地上，避免了液压油泄漏对海洋造成的污染，同时发电机750设置在陆地上，也方便产生的电力向电网的输送；而且液压系统和发电机750等设备设置在陆地上可以避免受到海水腐蚀，方便对设备的维护。

优选地，还包括第一单向阀710、第二单向阀830，所述液压缸为双作用式液压缸200，所述双作用式液压缸200具有两个所述通油口，两个所述通油口与液压马达740的进油端之间通过分别通过两个所述第一单向阀710连通，油箱810与两个所述通油口之间通过两个所述第二单向阀830连通。双作用式液压缸200具有两个通油口，液压油通过两个通油口与双作用式液压缸200的上腔230和下腔240两个腔连通，当浮体500从海浪的波谷移动到波峰或者涨潮时，浮体500通过系泊缆绳410牵动重力平衡块300提升势能，同时，重力平衡块300带动活塞杆210向上移动做功将双作用式液压缸200上腔230中的液压油从相应的通油口排出，液压油通过第一单向阀710进入主油路的进油路驱动液压马达740做功，此时，双作用式液压缸200的下腔240容积变大，油箱810中的液压油通过第二单向阀830进入主油路的回油路并流入到双作用式液压缸200的下腔240中。同理，在浮体500从波峰移动到波谷或者落潮时，液压油从下腔240中排出通过第一单向阀710进入主油路的进油路驱动液压马达740，同时，液压油从油箱810中通过第二单向阀830进入主油路的回油路补充到双作用式液压缸200的上腔230中。通过第一单向阀710和第二单向阀830实现双作用式液压缸200与主油路的连接，可以同时利用浮体500上升和下降时的动能以及涨潮和落潮时产生的动能进行发电，增加了海浪能和潮汐能的利用效率。

优选地，所述液压系统还包括有蓄能器720和节流阀730，所述蓄能器720和节流阀730连接在主油路的进油路上的通油口和液压马达740之间。从液压缸排出的液压油携带的动能不稳定，先输入到蓄能器720中，通过缓冲调和之后流往液压马达740，推动液压马达740做功，可以提升液压马达740转动时的稳定性以及发电机750工作状态的稳定性。

优选地，所述液压系统还包括与液压马达740并联的减压支路，所述减压支路包括依次连接的压力表910、溢流阀920。当海浪或者潮汐在某个时间区间过于激烈，使浮体500在某个时间区间产生的动能过大时，观察压力表910发现从液压缸排出到主油路的进油路中的液压油所产生的压力波动超出了蓄能器720的调节范围，此时，控制减压支路通过溢流阀920将液压油回油到油箱810中，进行泄压。

优选地，所述主油路的回油路还包括滤油器820，所述滤油器820连接在主油路的回油路上的油箱810和通油口之间。为了增强液压系统的运转稳定性，设置滤油器820过滤杂质，避免油路堵塞。

如图1-图5所示，以下提供优选的实施例，该实施例中提供了一种发电装置，该发电装置可以同时利用海浪能和潮汐能进行发电，其包括设置在海洋110上可以同时采集海浪能和潮汐能的海洋能采集装置，该海洋能采集装置用于将采集到的海洋动能转换为液压能，其包括漂浮在海面的浮体500，浮体500为使用耐海浪撞击的船用玻璃钢材料制成的中空结构，位于浮体500下方的海床上固定连接有安装底座600，安装底座600上转动连接有固定座610，固定座610上转动连接有一导向轮620，导向轮620为周向表面设有凹槽621的滑轮400，导向轮620的凹槽621和系泊缆绳410的尺寸匹配，并且设计的时候保证系泊缆绳410仅能够在导向轮620的凹槽621和固定座610之间形成的空间活动，避免系泊缆绳410从凹槽621中脱落，导向轮620转动的转轴与固定座610转动的转轴相互正交，并在海底铺设海底管道，在海底管道内布置若干滑轮400，海底管道从海底延伸至海岸边缘。选择强度高、耐磨性好、耐腐蚀的绳子做为系泊缆绳410，将系泊缆绳410穿绕在滑轮400上形成滑轮400组，其一端伸出海底隧道并穿绕过导向轮620并与浮体500固接，另一端拉伸到海岸上与悬吊在空中的重力平衡块300连接，重力平衡块300为铸铁或者其他重量达到要求的固体，结构需为回转体，中心需在正中。由于浮体500受到的浮力竖直向上，重力平衡块300受到的重力竖直向下，因此为了保证系泊缆绳410始终处于张紧状态，使得重力平衡块300与浮体500气浮的行程保持一致，要求在海面平静的时候(定义海面平静的时候，浮体500所处的水位高度为海浪波峰水位和海浪波谷水位的中间值)重力平衡块300受到的重力与浮体500受到的浮力大小相等。将重力平衡块300固接在双作用式液压缸200的活塞杆210上，由于重力平衡块300与浮体500起伏行程一致，因此活塞杆210的行程与浮体500起伏行程一致，实现了将浮体500的动能转换为液压能。

通过上述的可以同时采集海浪能和潮汐能的海洋能采集装置，将海洋能和潮汐能转换为了液压能，该发电装置还包括设置在陆地120上用于将液压能转换为机械能的液压系统和发电机750，该液压系统包括主油路和减压支路，主油路将液压缸排出的液压油的液压能用于驱动液压马达740转动，发电机750将液压马达740的机械能转换为电能。减压支路用于为主油路泄压，避免液压系统受冲击过大发生损坏。

主油路的进油路为：

双作用式液压缸200的通油口—>第一单向阀710—>蓄能器720—>节流阀730—>液压马达740的进油端

主油路的回油路为：

液压马达740的回油端—>油箱810—>滤油器820—>第二单向阀830—>双作用式液压缸200的通油口

减压支路为：

双作用式液压缸200的通油口—>第一单向阀710—>压力表910—>溢流阀920—>油箱810

需要指出的是，需要根据相应海域的海水密度、海浪的浪高、潮汐落差等数据，对液压缸活塞220的行程和重力平衡块300块的质量进行选择，避免选择的液压缸的活塞220的行程过小，导致涨落潮时活塞220剩余行程不足以充分利用海浪能的浪高。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种海洋能采集装置，其特征在于，包括：

浮体；

液压缸，所述液压缸包括有活塞杆；

重力平衡块，所述重力平衡块与所述活塞杆固接，用于带动活塞杆做功；

定位装置；

万向连接器；

系泊缆绳，所述系泊缆绳一端连接重力平衡块，另一端依次经过若干个定位装置、万向连接器与所述浮体连接。

2.根据权利要求1所述的一种海洋能采集装置，其特征在于：所述定位装置包括设置在系泊缆绳经过路径上的滑轮。

3.根据权利要求1所述的一种海洋能采集装置，其特征在于：所述万向连接器包括安装底座、固定座和导向轮，所述固定座与安装底座活动连接，所述导向轮与固定座转动连接，所述导向轮表面设有凹槽，所述系泊缆绳穿绕于所述凹槽中。

4.根据权利要求1所述的一种海洋能采集装置，其特征在于：还包括包裹在所述系泊缆绳外围的海底管道，所述海底管道沿所述系泊缆绳经过的路径设置。

5.一种发电装置，其特征在于：包括上述权利要求1-4任一所述的一种海洋能采集装置、液压系统以及发电机，所述液压系统包括主油路，所述主油路包括油箱、以及用于驱动所述发电机的液压马达，所述主油路的进油路包括依次连通的液压缸的通油口、液压马达的进油端，所述主油路的回油路包括依次连通的液压马达的回油端、油箱、液压缸的通油口。

6.根据权利要求5所述的一种发电装置，其特征在于：还包括第一单向阀、第二单向阀，所述液压缸为双作用式液压缸，所述双作用式液压缸具有两个所述通油口，两个所述通油口与液压马达的进油端之间通过分别通过两个所述第一单向阀连通，油箱与两个所述通油口之间通过两个所述第二单向阀连通。

7.根据权利要求5所述的一种发电装置，其特征在于：所述液压系统还包括有蓄能器和节流阀，所述蓄能器和节流阀连接在主油路的进油路上的通油口和液压马达之间。

8.根据权利要求5所述的一种发电装置，其特征在于：所述液压系统还包括与液压马达并联的减压支路，所述减压支路包括依次连接的压力表、溢流阀。

9.根据权利要求5所述的一种发电装置，其特征在于：所述主油路的回油路还包括滤油器，所述滤油器连接在主油路的回油路上的油箱和通油口之间。