CN109989871A - 基于多腔液压缸连续相位控制的阵列波浪能发电液压回路 - Google Patents

基于多腔液压缸连续相位控制的阵列波浪能发电液压回路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多腔液压缸连续相位控制的波浪能发电液压回路。多腔液压缸内部依次设有液压腔A、液压腔B、液压腔C、液压腔D的四个液压腔，液压腔A和液压腔B之间设置第一活塞，液压腔C和液压腔D之间设置第二活塞；液压腔A和液压腔D分别第一单向阀、第二单向阀连接到第三四象限模式泵的输入端和第二四象限模式泵的一端，液压腔B和液压腔C分别连接到第一四象限模式泵的两端，第一四象限模式泵旋转轴和第二四象限模式泵的旋转轴同轴连接，第三四象限模式泵的输出端和第二四象限模式泵的另一端连接。本发明既达到相位控制的功能由将相位控制回路和发电回路隔离实现发电效率最大化，同时由于转换器的作用也可以达到阵列功能。

Description

基于多腔液压缸连续相位控制的阵列波浪能发电液压回路
技术领域
本发明设计针对波浪能发电的连续型相位控制，同时也可以实现波浪能阵列发电。
背景技术
近年来，波浪能利用技术得到了较快的发展，被认为是比较有希望形成产业化发展的海洋能能种之一，应用潜力巨大。我国的海洋能事业迅速发展，开发了多种海洋能装置，建设了多项海洋能示范工程，构建了海洋能开发利用公共支撑服务平台，国家级海上试验场也在筹建之中。英国、挪威以及美国等国家在潮流能发电的发展中已经走在世界前列，英国的Pelamis和Oyster，美国的PowerBuoy，中国的鹰式、组合型振荡浮子等均成功进行了海试。
当前的波浪能发电液压回路的相位控制主要分为离散型和连续型两种，离散型主要是通过多个压力线性组合得到所需要的PTO力，使得能量吸收最大化；连续型是通过调节四象限操作泵的排量控制管路中的压力，得到所需要的PTO 力；但是离散型相位控制的阀太多能量损失太大，连续型相位控制的控制较为复杂，同时控制回路和发电回路会有重叠导致发电效率较低。
由此现有波浪能发电液压回路，由于前端并不能跟随波浪运动造成能量捕获效率底，其次由于由于波浪的不稳定性造成有些时候不能推动马达发电在有时能量过大对装置造成损伤，使得发电效率大大降低。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，解决波浪能吸收的相位控制阵列发电问题，本发明提供了一种基于多腔液压缸连续相位控制的阵列波浪能发电液压回路，该结构不仅达到了连续相位控制的功能，又实现了发电回路高压和低压侧的压力稳定可以实现阵列，同时由于多腔液压缸的作用将相位控制和发电回路分离减少能量损失。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明包括多腔液压缸、液压转换器和二次控制组件，液压转换器包括第一四象限模式泵、第二四象限模式泵、第一单向阀和第二单向阀，二次控制组件包括第三四象限模式泵；多腔液压缸内部依次设有液压腔A、液压腔B、液压腔C、液压腔D的四个液压腔，液压腔A和液压腔B之间设置第一活塞，液压腔C和液压腔D之间设置第二活塞；液压腔A和液压腔D分别第一单向阀、第二单向阀连接到第三四象限模式泵的输入端和第二四象限模式泵的一端，液压腔B和液压腔C分别连接到第一四象限模式泵的两端，第一四象限模式泵旋转轴和第二四象限模式泵的旋转轴同轴连接，第三四象限模式泵的输出端和第二四象限模式泵的另一端连接。
所述的第三四象限模式泵的旋转轴和发电机连接，发电机输出电能。
第三四象限模式泵的输入端和第二四象限模式泵的一端之间连接设有高压蓄能器，第三四象限模式泵的输出端和第二四象限模式泵的另一端之间连接设有低压蓄能器。
所述的多腔液压缸中液压腔A和液压腔D组成了单独发电腔，液压腔B和液压腔C组成了相位控制腔；相位控制腔通过第一四象限模式泵和第二四象限模式泵构成的液压转换器的转换控制带动单独发电腔工作发电，且同时相位控制腔自身工作发电，使得相位控制腔中的能量不仅用于相位控制同时也用于发电。
一个多腔液压缸和一个液压转换器构成一组发电组件，还包括多个发电组件，多个发电组件中的多个多腔液压缸的液压腔A和液压腔D均一起连接到第三四象限模式泵的输入端，多个发电组件中的多个液压转换器的第二四象限模式泵两端均一起并联到第三四象限模式泵的两端。
所述的液压腔A和液压腔D还外接液压泵，经液压泵连接到油箱来实现回油。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
所述的液压回路采用了多腔液压缸，将发电回路和相位控制回路隔离开这样减少了控制的复杂性和能量损失。
在相位控制和发电回路之间通过液压转换器连接，使得相位控制的能量一部分也用于发电同时也不会影响到发电回路的压力稳定，便于实现阵列。
在发电回路使用马达泵的二次控制组件，可以通过调整排量控制管路中的压力，一方面使得发电更加平稳，另一方面使得管路压力稳定实现阵列。
综合来说，本发明做出了优化改进，采用多腔液压缸和压力转换器的结构既达到相位控制的功能由将相位控制回路和发电回路隔离实现发电效率最大化，同时由于转换器的作用也可以达到阵列功能。
附图说明
图1：单个液压缸工作时的液压回路图；
图2：液压缸上升时液压油流动方向示意图；
图3：液压缸下降时液压油流动方向示意图；
图4：阵列发电时的液压回路示意图。
图中：1.多腔液压缸(从上往下液压缸依次记为A,B,C,D)，2.第一四象限模式泵，3.第一单向阀，4.第二单向阀，5.第二四象限模式泵，6.第三四象限模式泵，7.高压蓄能器，8.低压蓄能器，9.发电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明具体实施包括多腔液压缸1、液压转换器和二次控制组件，多腔液压缸对应图中的1，液压转换器包括第一四象限模式泵2、第二四象限模式泵5、第一单向阀3和第二单向阀4，二次控制组件包括第三四象限模式泵6、高压蓄能器7、低压蓄能器8；多腔液压缸1内部依次设有液压腔A、液压腔B、液压腔C、液压腔D的四个液压腔，液压腔A和液压腔B之间设置第一活塞，第一活塞在液压腔A和液压腔B中来回往复运动，液压腔C和液压腔 D之间设置第二活塞，第二活塞在液压腔C和液压腔D中来回往复运动，液压腔B和液压腔C之间不连通也不设置活塞。
如图1所示，本发明采用多腔液压缸，内部由四个液压腔，液压腔A和液压腔D两个腔直接与发电管路连接能量直接用于发电，液压腔B和液压腔C两个腔先连接一个压力转换器然后与发电管路连接。液压腔A和液压腔D分别第一单向阀3、第二单向阀4连接到第三四象限模式泵6的输入端和第二四象限模式泵5的一端，直接用于发电，液压腔A和液压腔D还外接液压泵，经液压泵连接到油箱来实现回油。液压腔B和液压腔C分别连接到第一四象限模式泵2 的两端，第一四象限模式泵2旋转轴和第二四象限模式泵5的旋转轴同轴连接，第三四象限模式泵6的输出端和第二四象限模式泵5的另一端连接。第三四象限模式泵6的旋转轴和发电机9连接，发电机9输出电能。
如图1所示，第三四象限模式泵6的输入端和第二四象限模式泵5的一端之间连接设有高压蓄能器7，第三四象限模式泵6的输出端和第二四象限模式泵 5的另一端之间连接设有低压蓄能器8。在发电回路高压端和低压端都连接蓄能器，使得压力稳定，能够实现阵列。
多腔液压缸1中分为单独发电腔和相位控制腔，液压腔A和液压腔D组成了单独发电腔，液压腔B和液压腔C组成了相位控制腔；相位控制腔通过第一四象限模式泵2和第二四象限模式泵5构成的液压转换器的转换控制带动单独发电腔工作发电，且同时相位控制腔自身工作发电，使得相位控制腔中的能量不仅用于相位控制同时也用于发电。
如图4所示，一个多腔液压缸1和一个液压转换器构成一组发电组件，多腔液压缸1和液压转换器数量相同，还包括多个发电组件，多个发电组件中的多个多腔液压缸1的液压腔A和液压腔D均一起连接到第三四象限模式泵6的输入端，多个发电组件中的多个液压转换器的第二四象限模式泵5两端均一起并联到第三四象限模式泵6的两端。
相位控制腔与发电回路之间连接液压转换器，可以通过调整扭矩实现相位控制，另一端出来的压力也可以保持在一个恒定稳定值，即液压转换器一端的压力流量时刻变化一端的压力在一个恒定值，使得相位控制不影响发电，进而可以实现阵列。
发电装置采用二次控制组件，采用马达泵，通过调整斜盘倾角来控制扭矩实现对发电回路的压力控制，发电回路为图中第三四象限模式泵6两端ef之间的油路，从而使得发电管路高压端的压力稳定在恒定值，这样一来就是可以并联第二个装置实现阵列。
在本实施例中，当液压缸1上升的时候，液压腔A中的液压油被压缩，通过第一单向阀3直接流入第三四象限模式泵6的输入端用于发电，同时液压腔c 中的液压油流入第一四象限模式泵2，通过调节第一四象限模式泵2的斜盘倾角来改变排量去调整扭矩从而改变液压腔c中的压力进而控制液压缸运动，控制液压缸相位。第一四象限模式泵2和第二四象限模式泵5通过轴连接，带动第二四象限模式泵5运动，第二四象限模式泵5驱动液压油向第三四象限模式泵6 输入端流入，使得液压腔c中的液压油输出产生的一部分能量用于发电。
如图2所示，在本实施例中，当液压缸1下降的时候，液压腔D中的液压油被压缩，通过第二单向阀4直接流入第三四象限模式泵6输入端用于发电，同时液压腔b中的液压油流入第一四象限模式泵2，通过调节第一四象限模式泵 2的斜盘倾角排量去调整扭矩从而改变液压腔b中的压力进而控制液压缸运动，同时也使得连接第一四象限模式泵2和第二四象限模式泵5的轴单向转动，通过四象限模式控制第二四象限模式泵5保持油路泵体输出不变，控制液压缸相位。第一四象限模式泵2和第二四象限模式泵5通过轴连接，带动第二四象限模式泵5运动，第二四象限模式泵5驱动液压油向第三四象限模式泵6输入端流入，使得一部分能量用于发电。
如图3所示，在本实施例中，高压蓄能器7主要用于稳定液压回路ed段压力，低压蓄能器8主要用于稳定液压回路cf段的压力，同时第三四象限模式泵 6采用二次控制组件(通过改变斜盘倾角来改变排量与流量匹配来保持回路压力恒定，因为斜盘倾角的改变时电控的所以改变的频率可达到要求)由于高压蓄能器7和低压蓄能器8以及第三四象限模式泵6使得ed段和cf段的压力恒定使得液压缸1的运动并不会影响发电回路的压力所以可以实现阵列。
本发明的工作原理：多腔液压缸1主要将液压腔分为发电腔和相位控制腔，相位控制腔中的能量不仅用于相位控制同时也用于发电，第一四象限模式泵2 一端的压力流量时刻变化，第二四象限模式泵5一端的压力在一个恒定值，第一四象限模式泵2和第二四象限模式泵5通过机械方式连接构成压力变换器，第一单向阀3和第二单向阀4并联接入高压侧主要用于整流，使用第三四象限模式泵6的二次控制组件，配合高压蓄能器7和低压蓄能器8控制回路中压力稳定，第三四象限模式泵6与发电机9连接用于带动电机发电。

Claims (6)

1.一种基于多腔液压缸连续相位控制的阵列波浪能发电液压回路，其特征在于：包括多腔液压缸(1)、液压转换器和二次控制组件，液压转换器包括第一四象限模式泵(2)、第二四象限模式泵(5)、第一单向阀(3)和第二单向阀(4)，二次控制组件包括第三四象限模式泵(6)；多腔液压缸(1)内部依次设有液压腔A、液压腔B、液压腔C、液压腔D的四个液压腔，液压腔A和液压腔B之间设置第一活塞，液压腔C和液压腔D之间设置第二活塞；液压腔A和液压腔D分别第一单向阀(3)、第二单向阀(4)连接到第三四象限模式泵(6)的输入端和第二四象限模式泵(5)的一端，液压腔B和液压腔C分别连接到第一四象限模式泵(2)的两端，第一四象限模式泵(2)旋转轴和第二四象限模式泵(5)的旋转轴同轴连接，第三四象限模式泵(6)的输出端和第二四象限模式泵(5)的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于多腔液压缸连续相位控制的阵列波浪能发电液压回路，其特征在于：所述的第三四象限模式泵(6)的旋转轴和发电机(9)连接，发电机(9)输出电能。
3.根据权利要求1所述的一种基于多腔液压缸连续相位控制的阵列波浪能发电液压回路，其特征在于：第三四象限模式泵(6)的输入端和第二四象限模式泵(5)的一端之间连接设有高压蓄能器(7)，第三四象限模式泵(6)的输出端和第二四象限模式泵(5)的另一端之间连接设有低压蓄能器(8)。
4.根据权利要求1所述的一种基于多腔液压缸连续相位控制的阵列波浪能发电液压回路，其特征在于：所述的多腔液压缸(1)中液压腔A和液压腔D组成了单独发电腔，液压腔B和液压腔C组成了相位控制腔；相位控制腔通过第一四象限模式泵(2)和第二四象限模式泵(5)构成的液压转换器的转换控制带动单独发电腔工作发电，且同时相位控制腔自身工作发电，使得相位控制腔中的能量不仅用于相位控制同时也用于发电。
5.根据权利要求1所述的一种基于多腔液压缸连续相位控制的阵列波浪能发电液压回路，其特征在于：一个多腔液压缸(1)和一个液压转换器构成一组发电组件，还包括多个发电组件，多个发电组件中的多个多腔液压缸(1)的液压腔A和液压腔D均一起连接到第三四象限模式泵(6)的输入端，多个发电组件中的多个液压转换器的第二四象限模式泵(5)两端均一起并联到第三四象限模式泵(6)的两端。
6.根据权利要求1所述的一种基于多腔液压缸连续相位控制的阵列波浪能发电液压回路，其特征在于：所述的液压腔A和液压腔D还外接液压泵，经液压泵连接到油箱来实现回油。
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