CN110081039B - 一种能量跟踪阀组及模块化洋流发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能量跟踪阀组以及模块化洋流发电系统，阀组包括：溢流阀(301)、流速测量靶(302)、单向阀(303)、换向阀(304)和弹簧(305)以及连接管道，其中，溢流阀(301)接入主路旁路，用于限制换向阀在换向时产生的瞬间高压，保护系统安全；所述换向阀(304)位于主路液压系统，用于控制液压系统的开关；在单向阀(303)接入换向阀(304)后，用于防止高压液体倒流；流速测量靶(302)的后端与换向阀(304)的阀杆前端相连，流速测量靶(302)将流体的动能转换成推力；弹簧(305)装在换向阀(304)的后端，以用来平衡流速测量靶因流速产生的推力。

Description

一种能量跟踪阀组及模块化洋流发电系统
技术领域
本发明属于洋流发电领域，属于一种用于模块化洋流发电的能量跟踪阀组及其运用。
背景技术
现有的潮汐发电系统存在一个最大的难题，就是能量不能充分从海流中吸收，例如海水流速从1节增加到4节，海流的能量增加了64倍，现有的水轮机直接带动发电系统吸收能量的调节幅度很窄，能量吸收不充分，造成大量能量浪费，增长回收期。
发明内容
本发明在原有的利用流体传动间接发电系统中，增加能量跟踪系统，就可以从理论上完全吸收潮汐的能量。相较于增压系统，在成本上可以大幅降低。在效率上，可以大幅提升直至水轮机的理论效率。
在控制方面，本专利采用流速控制，而非压力控制，大大提高控制的可靠性、及时性和准确性。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种能量跟踪阀组，包括：
溢流阀(301)、流速测量靶(302)、单向阀(303)、换向阀(304)和弹簧(305)以及连接管道，其中，溢流阀(301)接入主路旁路，用于限制换向阀在换向时产生的瞬间高压，保护系统安全；所述换向阀(304)位于主路液压系统，用于控制液压系统的开关；在单向阀(303)接入换向阀(304) 后，用于防止高压液体倒流；流速测量靶(302)的后端与换向阀(304)的阀杆前端相连，流速测量靶(302)将流体的动能转换成推力；弹簧(305) 装在换向阀(304)的后端，以用来平衡流速测量靶因流速产生的推力。
优选的是，在流速未达到设定的流速时，整个系统不工作，液体从换向阀泄压；
当流速大于等于设定流速时，流速测量靶的推力大于弹簧的推力，于是换向阀向右移动，随之流体通过单向阀流向主液压系统。
或者，当流体产生的推力大于或小于弹簧的推力时，换向阀右移或者左移，使其控制到变量泵的控制活塞的流量变大或变小，从而使变量泵的排量增大或减小。
一种包含能量跟踪阀组的模块化洋流发电系统，包括：水轮机单元(1)、定量泵单元(2)、能量跟踪阀组单元以及第二单向阀(5)，所述定量泵单元 (2)由多个定量泵互相连接而成，所述能量跟踪阀组单元包括：多个能量跟踪阀组，且定量泵的数量为能量跟踪阀组的数量+1，每个能量跟踪阀组都依次连接一个定量泵，剩余的定量泵连接到所述第二单向阀(5)，且能量跟踪阀组单元以及第二单向阀(5)共同连接到主液压系统，所述定量泵单元(2) 又连接到所述水轮机单元(1)，其中，在流速未达到设定的流速时，整个系统不工作，液体从换向阀泄压；
当流速大于等于设定流速时，流速测量靶的推力大于弹簧的推力，于是换向阀向右移动，随之流体通过单向阀流向主液压系统。
优选的是，所述能量跟踪阀组单元包括：第一能量跟踪阀组(31)和第二能量跟踪阀组(32)和第三能量跟踪阀组(33)；各个阀组并排的串联在定量泵单元(2)与主液压系统之间；
所述定量泵单元(2)，包括：第一定量泵(201)、第二定量泵(202)、第三定量泵(203)和第四定量泵(204)，定量泵单元直接连在同一个水轮机上，各个泵之间相互独立，但泵的输入轴心都连接在水轮机的输出轴上。定量泵单元中的任何一个的高压输出口与单项阀连接，其余泵的输出口与能量跟踪阀组单元的输入口相连。
优选的是，各个能量跟踪阀组中的流速测量靶设定值如下：
第一能量跟踪阀组(31)的流速测量靶设定值<第二能量跟踪阀组(32) 的流速测量靶设定值<第三能量跟踪阀组(33)的流速测量靶设定值；
且溢流阀的设定值大于主液压系统压力的1-2MPa。
优选的是，第一能量跟踪阀组(31)的流速测量靶设定值为a，第二能量跟踪阀组(32)的流速测量靶设定值为b，第三能量跟踪阀组(33)的流速测量靶设定值为c；
当水流流速小于a时，水轮机1带动4个定量泵工作，但是只有第四定量泵(204)接入了主液压系统，其余定量泵产生的流量都通过能量跟踪阀组中的换向阀流回大海；
当流速增加到a时，第一能量跟踪阀组(31)中的流速测量靶检测到与设定相等，推动第一能量跟踪阀组(31)中的换向阀，使与其连接的第二定量泵(201)接入主液压系统，此时接入主液压系统的泵有2个，其余定量泵产生的流量都通过能量跟踪阀组中的换向阀流回大海；
当流速增加到b时，第二能量跟踪阀组(32)中的流速测量靶检测到与设定相等，推动第二能量跟踪阀组(32)中的换向阀，使与其连接的第二定量泵(202)接入主液压系统，此时接入主液压系统的泵有3个，其余定量泵产生的流量都通过能量跟踪阀组中的换向阀流回大海；
当流速增加到c时，第三能量跟踪阀组(33)中的流速测量靶检测到与设定相等，推动第三能量跟踪阀组(33)中的换向阀，使与其连接的第三定量泵(203)接入主液压系统，此时接入主液压系统的泵有4个；
当洋流在天文的作用下逐渐变小时，其工作原理与上述描述刚好相反，即定量泵逐一切出主液压系统，从而实现在不同流速下的接入相对应的定量泵数量进而实现能量跟随，完成最大化的吸收洋流能量。
一种包含能量跟踪阀组的模块化洋流发电系统，包括：
水轮机，能量跟踪阀组和变量泵，其中，所述水轮机的输出轴连接变量泵，变量泵的出口连接高压液压系统，所述能量跟踪阀组安装在变量泵上，且能量跟踪阀组进口连接变量泵的高压控制油路，出口连接变量泵的控制活塞，所述变量泵包括：可变节流阀(601)和变量泵控制活塞(602)；其中，当流体产生的推力大于或小于弹簧的推力时，换向阀右移或者左移，使其控制到变量泵的控制活塞的流量变大或变小，从而使变量泵的排量增大或减小。
优选的是，变量泵任意时刻都有一个最小排量；
在没有流速时或流速很小时，流速测量靶不工作，变量泵一直在最小排量工作；
当流速逐渐上升，流速测量靶开始工作，流速测量靶把流速转换成推力，通过换向阀传递力后与刚度渐变性弹簧相比较，当流速增大时，流速测量靶产生的推力加大，从而使换向阀的阀口变大，使其到变量柱塞的后端的高压液体变多，由于存在可变节流孔，变量柱塞后端压力升高，从而推动变量机构，使其变量泵的排量增加；
当流速变小时，流速测量靶产生的推力减小，从而使换向阀的阀口变小，使其到变量柱塞的后端的高压液体变少，由于存在可变节流孔，变量柱塞后端压力较小，在变量机构的作用下，使其变量泵的排量减小；
从而达到在不同流速下通过能量跟踪阀组使其变量泵的排量逐渐变化，实现能量跟随。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。其中，
图1是本发明能量跟踪阀的结构示意图；
图2是本发明包含能量跟踪阀组的模块化洋流发电系统的结构示意图；
图3是本发明包含能量跟踪阀组的模块化洋流发电系统的结构示意图；
图4是在实施例中用定量泵能量跟踪系统能量的获得曲线和其他几种系统的能量获得曲线的对比示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
本发明用于一种利用潮汐、波浪、洋流的模块发电系统中，或者其他重工业领域，在洋流的模块发电系统中，通过水的流速来控制泵切入系统的排量，从而尽可能的从低流速的潮汐中获得更多的能量，在高流速的潮汐中，尽可能的贴近叶片的理想功率曲线工作。这样就能既不浪费低流速的能量，同时还能获得更多高流速的能量。从而降低整机投资回收年限。
现有技术缺点：
1.现有的发电系统不能有效利用潮汐的能量。2.相较于增压系统，在成本上可以大幅降低。3.在效率上，现有的效率只有一流段流速较高，其余较低。 4.现阶段的采用了压力控制，可靠性差，反馈不及时，反馈有误差。
如图1所示，一种能量跟踪阀组，包括：
溢流阀(301)、流速测量靶(302)、单向阀(303)、换向阀(304)和弹簧(305)以及连接管道，其中，溢流阀(301)接入主路旁路，用于限制换向阀在换向时产生的瞬间高压，保护系统安全；所述换向阀(304)位于主路液压系统，用于控制液压系统的开关；在单向阀(303)接入换向阀(304) 后，用于防止高压液体倒流；流速测量靶(302)的后端与换向阀(304)的阀杆前端相连，流速测量靶(302)将流体的动能转换成推力；弹簧(305) 装在换向阀(304)的后端，以用于平衡流速测量靶因流速产生的推力。
其中，如图2和图3，分别是包含该能量跟踪阀组的模块化洋流发电系统的结构示意图。
以下分别以开关型能量跟踪阀组称呼图2，以比例型能量跟踪阀组称呼图 3，具体来说，如图2所示：开关型能量跟踪阀组用于定量泵的能量跟踪系统，其主要思路是在不同流速下的接入相对应的定量泵数量从而实现能量跟随，进而最大化的吸收洋流能量。
其包括：水轮机单元(1)、定量泵单元(2)、能量跟踪阀组单元以及第二单向阀(5)，所述定量泵单元(2)由多个定量泵互相连接而成，所述能量跟踪阀组单元包括：多个能量跟踪阀组，且定量泵的数量为能量跟踪阀组的数量+1，每个能量跟踪阀组都依次连接一个定量泵，剩余的定量泵连接到所述第二单向阀(5)，且能量跟踪阀组单元以及第二单向阀(5)共同连接到主液压系统，所述定量泵单元(2)又连接到所述水轮机单元(1)，其中，在流速未达到设定的流速时，整个系统不工作，液体从换向阀泄压；
当流速大于等于设定流速时，流速测量靶的推力大于弹簧的推力，于是换向阀向右移动，随之流体通过单向阀流向主液压系统。
优选的是，所述能量跟踪阀组单元包括：第一能量跟踪阀组(31)和第二能量跟踪阀组(32)和第三能量跟踪阀组(33)；各个阀组并排的串联在定量泵单元(2)与主液压系统之间；
所述定量泵单元(2)，包括：第一定量泵(201)、第二定量泵(202)、第三定量泵(203)和第四定量泵(204)，定量泵单元直接连在同一个水轮机上，各个泵之间相互独立，但泵的输入轴心都连接在水轮机的输出轴上。定量泵单元中的任何一个的高压输出口与单项阀连接，其余泵的输出口与能量跟踪阀组单元的输入口相连。
优选的是，各个能量跟踪阀组中的流速测量靶设定值如下：
第一能量跟踪阀组(31)的流速测量靶设定值<第二能量跟踪阀组(32) 的流速测量靶设定值<第三能量跟踪阀组(33)的流速测量靶设定值；
且溢流阀的设定值大于主液压系统压力的1-2MPa。
优选的是，第一能量跟踪阀组(31)的流速测量靶设定值为a，第二能量跟踪阀组(32)的流速测量靶设定值为b，第三能量跟踪阀组(33)的流速测量靶设定值为c；
当水流流速小于a时，水轮机1带动4个定量泵工作，但是只有第四定量泵(204)接入了主液压系统，其余定量泵产生的流量都通过能量跟踪阀组中的换向阀流回大海；
当流速增加到a时，第一能量跟踪阀组(31)中的流速测量靶检测到与设定相等，推动第一能量跟踪阀组(31)中的换向阀，使与其连接的第二定量泵(201)接入主液压系统，此时接入主液压系统的泵有2个，其余定量泵产生的流量都通过能量跟踪阀组中的换向阀流回大海；
当流速增加到b时，第二能量跟踪阀组(32)中的流速测量靶检测到与设定相等，推动第二能量跟踪阀组(32)中的换向阀，使与其连接的第二定量泵(202)接入主液压系统，此时接入主液压系统的泵有3个，其余定量泵产生的流量都通过能量跟踪阀组中的换向阀流回大海；
当流速增加到c时，第三能量跟踪阀组(33)中的流速测量靶检测到与设定相等，推动第三能量跟踪阀组(33)中的换向阀，使与其连接的第三定量泵(203)接入主液压系统，此时接入主液压系统的泵有4个；
当洋流在天文的作用下逐渐变小时，其工作原理与上述描述刚好相反，即定量泵逐一切出主液压系统，从而实现在不同流速下的接入相对应的定量泵数量进而实现能量跟随，完成最大化的吸收洋流能量。
在实施例中，a选1节、b选2节、c选3节的流速。
定量泵的能量跟踪系统由一个水轮机、一个单向阀和若干个定量泵和能量跟踪阀组组成。其主要思路是在不同流速下的接入相对应的定量泵数量从而实现能量跟随，进而最大化的吸收洋流能量。定量泵可以是多个单独的定量泵单元成，也可以是一个多层径向柱塞低速正反转海水泵。其中能量跟踪阀组的数量与定量泵数量的关系：能量跟踪阀组的数量+1等于定量泵数量。
如图3所示，其包括：水轮机，能量跟踪阀组和变量泵(6)，其中，所述水轮机的输出轴连接变量泵，变量泵的出口连接高压液压系统，所述能量跟踪阀组安装在变量泵上，且能量跟踪阀组进口连接变量泵的高压控制油路，出口连接变量泵的控制活塞，所述变量泵包括：可变节流阀(601)和变量泵控制活塞(602)；其中，当流体产生的推力大于或小于弹簧的推力时，换向阀右移或者左移，使其控制到变量泵的控制活塞的流量变大或变小，从而使变量泵的排量增大或减小。
优选的是，变量泵任意时刻都有一个最小排量；
在没有流速时或流速很小时，流速测量靶不工作，变量泵一直在最小排量工作；
当流速逐渐上升，流速测量靶开始工作，流速测量靶把流速转换成推力，通过换向阀传递力后与刚度渐变性弹簧相比较，当流速增大时，流速测量靶产生的推力加大，从而使换向阀的阀口变大，使其到变量柱塞的后端的高压液体变多，由于存在可变节流孔，变量柱塞后端压力升高，从而推动变量机构，使其变量泵的排量增加；
当流速变小时，流速测量靶产生的推力减小，从而使换向阀的阀口变小，使其到变量柱塞的后端的高压液体变少，由于存在可变节流孔，变量柱塞后端压力较小，在变量机构的作用下，使其变量泵的排量减小；
从而达到在不同流速下通过能量跟踪阀组使其变量泵的排量逐渐变化，实现能量跟随。
比例型能量跟踪阀组用于变量泵的能量跟踪系统方案如图3：其主要思路是在不同流速下通过能量跟踪先导阀组使其变量泵的排量逐渐变化，从而实现能量跟随，进而最大化的吸收洋流能量。
本发明与现有技术相比的优点、所产生的效果：
1.可以有效利用潮汐的能量。
2.相较于增压系统，在成本上可以大幅降低。
3.在效率上，可以大幅提升直至水轮机的理论效率。
4.在控制方面，本专利采用流速控制，而非压力控制，大大提高控制的可靠性、及时性和准确性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种模块化洋流发电系统，其特征在于，包括：水轮机单元(1)、定量泵单元(2)、能量跟踪阀组单元以及第二单向阀(5)，所述定量泵单元(2)由多个定量泵互相连接而成，所述能量跟踪阀组单元包括：多个能量跟踪阀组，且定量泵的数量为能量跟踪阀组的数量+1，每个能量跟踪阀组都依次连接一个定量泵，剩余的定量泵连接到所述第二单向阀(5)，且能量跟踪阀组单元以及第二单向阀(5)共同连接到主液压系统，所述定量泵单元(2)又连接到所述水轮机单元(1)，
所述能量跟踪阀组，包括：
溢流阀(301)、流速测量靶(302)、单向阀(303)、换向阀(304)和弹簧(305)以及连接管道，其中，溢流阀(301)接入主路旁路，用于限制换向阀在换向时产生的瞬间高压，保护系统安全；所述换向阀(304)位于主路液压系统，用于控制液压系统的开关；在单向阀(303)接入换向阀(304)后，用于防止高压液体倒流；流速测量靶(302)的后端与换向阀(304)的阀杆前端相连，流速测量靶(302)将流体的动能转换成推力；弹簧(305)装在换向阀(304)的后端，以用来平衡流速测量靶因流速产生的推力；在流速未达到设定的流速时，整个系统不工作，液体从换向阀泄压；
当流速大于等于设定流速时，流速测量靶的推力大于弹簧的推力，于是换向阀向右移动，随之流体通过单向阀流向主液压系统。
2.根据权利要求1所述的模块化洋流发电系统，其特征在于，所述能量跟踪阀组单元包括：
第一能量跟踪阀组(31)和第二能量跟踪阀组(32)和第三能量跟踪阀组(33)；各个阀组并排的串联在定量泵单元(2)与主液压系统之间；
所述定量泵单元(2)，包括：第一定量泵(201)、第二定量泵(202)、第三定量泵(203)和第四定量泵(204)，定量泵单元直接连在同一个水轮机上，各个泵之间相互独立，但泵的输入轴心都连接在水轮机的输出轴上；
定量泵单元中的任何一个的高压输出口与单向阀连接，其余泵的高压输出口与能量跟踪阀组单元的输入口相连。
3.根据权利要求2所述的模块化洋流发电系统，其特征在于，各个能量跟踪阀组中的流速测量靶设定值如下：
第一能量跟踪阀组(31)的流速测量靶设定值<第二能量跟踪阀组(32)的流速测量靶设定值<第三能量跟踪阀组(33)的流速测量靶设定值；
且溢流阀的设定值大于主液压系统压力的1-2MPa。
4.根据权利要求3所述的模块化洋流发电系统，其特征在于，第一能量跟踪阀组(31)的流速测量靶设定值为a，第二能量跟踪阀组(32)的流速测量靶设定值为b，第三能量跟踪阀组(33)的流速测量靶设定值为c；
当水流流速小于a时，水轮机单元(1)带动4个定量泵工作，但是只有第四定量泵(204)接入了主液压系统，其余定量泵产生的流量都通过能量跟踪阀组中的换向阀流回大海；
当流速增加到a时，第一能量跟踪阀组(31)中的流速测量靶检测到与设定相等，推动第一能量跟踪阀组(31)中的换向阀，使与其连接的第一定量泵(201)接入主液压系统，此时接入主液压系统的泵有2个，其余定量泵产生的流量都通过能量跟踪阀组中的换向阀流回大海；
当流速增加到b时，第二能量跟踪阀组(32)中的流速测量靶检测到与设定相等，推动第二能量跟踪阀组(32)中的换向阀，使与其连接的第二定量泵(202)接入主液压系统，此时接入主液压系统的泵有3个，其余定量泵产生的流量都通过能量跟踪阀组中的换向阀流回大海；
当流速增加到c时，第三能量跟踪阀组(33)中的流速测量靶检测到与设定相等，推动第三能量跟踪阀组(33)中的换向阀，使与其连接的第三定量泵(203)接入主液压系统，此时接入主液压系统的泵有4个；
当洋流在天文的作用下逐渐变小时，其工作原理与上述描述刚好相反，即定量泵逐一切出主液压系统，从而实现在不同流速下的接入相对应的定量泵数量进而实现能量跟随，完成最大化的吸收洋流能量。
5.一种模块化洋流发电系统，其特征在于，包括：
水轮机，能量跟踪阀组和变量泵，其中，所述变量泵包括：可变节流阀(601)和变量泵的控制活塞(602)，所述水轮机的输出轴连接变量泵，变量泵的出口连接主液压系统，所述能量跟踪阀组安装在变量泵上，且能量跟踪阀组进口连接变量泵的出口，能量跟踪阀组出口连接变量泵的控制活塞；
所述能量跟踪阀组，包括：
溢流阀(301)、流速测量靶(302)、单向阀(303)、换向阀(304)和弹簧(305)以及连接管道，其中，溢流阀(301)接入主路旁路，用于限制换向阀在换向时产生的瞬间高压，保护系统安全；所述换向阀(304)位于主路液压系统，用于控制液压系统的开关；在单向阀(303)接入换向阀(304)后，用于防止高压液体倒流；流速测量靶(302)的后端与换向阀(304)的阀杆前端相连，流速测量靶(302)将流体的动能转换成推力；弹簧(305)装在换向阀(304)的后端，以用来平衡流速测量靶因流速产生的推力；当流体产生的推力大于或小于弹簧的推力时，换向阀右移或者左移，使其控制到变量泵的控制活塞的流量变大或变小，从而使变量泵的排量增大或减小。
6.根据权利要求5所述的模块化洋流发电系统，其特征在于，变量泵任意时刻都有一个最小排量；
在没有流速时或流速很小时，流速测量靶不工作，变量泵一直在最小排量工作；
当流速逐渐上升，流速测量靶开始工作，流速测量靶把流速转换成推力，通过换向阀传递力后与刚度渐变性弹簧相比较，当流速增大时，流速测量靶产生的推力加大，从而使换向阀的阀口变大，使其到控制活塞的后端的高压液体变多，由于存在可变节流孔，控制活塞后端压力升高，从而推动变量机构，使其变量泵的排量增加；
当流速变小时，流速测量靶产生的推力减小，从而使换向阀的阀口变小，使其到控制活塞的后端的高压液体变少，由于存在可变节流孔，控制活塞后端压力较小，在变量机构的作用下，使其变量泵的排量减小；
从而达到在不同流速下通过能量跟踪阀组使其变量泵的排量逐渐变化，实现能量跟随。
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