CN110594082B - 一种振荡浮子式发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及波浪能发电系统技术领域，具体地说是一种结构简单、安全可靠、波能采集效率高的振荡浮子式发电系统，其特征在于该发电系统由浮体、套管、导杆、锚石、多级液压组件、液压系统、发电机组成，多级液压组件由内向外依次设有活塞杆、套筒和缸筒，缸筒内设有套筒，套筒与缸筒之间形成外导油腔，套筒内设有活塞杆，活塞杆与套筒之间形成内导油腔，套筒的筒壁内设有导油空腔，导油空腔的上端设有与外导油腔相连通的上导油口，导油空腔的下端设有与内导油腔相连通的下导油口，缸筒上分别设有与外导油腔相连通的进油口和出油口，具有结构简单、安全可靠、波能采集效率高等优点。

Description

一种振荡浮子式发电系统

技术领域

本发明涉及波浪能发电系统技术领域，具体地说是一种结构简单、安全可靠、能量损失少、波能采集效率高的振荡浮子式发电系统。

背景技术

众所周知，随着国家海洋战略的实施，海上用电日趋增加。同时化石能源的频繁使用所引起的环境问题也越发严重，这使得开发清洁新能源迫在眉睫。海洋波浪能作为绿色的可再生资源，储量大、分布广、能流密度高，可以有效的缓解世界范围的能源紧张形势，改善环境问题，为海洋观测和开发提供便捷而廉价的能源需求。

目前，振荡浮子式发电系统包括如下方式：1.现有弹簧收绳的浮体绳轮波浪发电技术，存在弹簧疲劳寿命短、收绳能力弱、绳缆磨损等严重缺陷；2.现有配重收绳的浮体绳轮波浪发电技术，因配重外置易受海洋中漂浮物的影响，可靠性差；3.现有真空气缸收链的浮体链轮波浪发电系统：①真空气缸可靠性差：真空气缸精度要求高，浮体升降过程中，链条容易发生晃动。如果晃动量过大，真空气缸会因为链条的碰撞产生损坏。②无法克服潮差的问题：为了克服潮差，真空气缸和链条必须加大长度，这样增加了成本的同时，也加大了链条的晃动量，更容易发生碰撞。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、安全可靠、能量损失少、波能采集效率高的振荡浮子式发电系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种振荡浮子式发电系统，其特征在于该发电系统由浮体、套管、导杆、锚石、多级液压组件、液压系统、发电机组成，所述的多级液压组件由内向外依次设有活塞杆、套筒和缸筒，所述的缸筒和套筒分别设为上端封闭下端开口的筒状结构，所述的缸筒内设有套筒，套筒外壁的上端与缸筒内壁密封滑动连接，缸筒的下端开口处与套筒的杆部滑动密封连接，滑进缸筒内的套筒与缸筒之间形成外导油腔，套筒的内设有活塞杆，活塞杆的上端与套筒内壁密封滑动连接，套筒的下端开口处与活塞杆的杆部滑动密封连接，滑进套筒内的活塞杆与套筒之间形成内导油腔，所述的套筒的筒壁内设有导油空腔，所述的导油空腔的上端设有与外导油腔相连通的上导油口，导油空腔的下端设有与内导油腔相连通的下导油口，所述的缸筒上分别设有与外导油腔相连通的进油口和出油口，所述的进油口和出油口上分别设有单向阀门，通过单向阀门控制油的进入和排出，所述的多级液压组件的缸筒的外侧套有套管，所述的套管设为上端封闭下端开口的管状结构，所述的缸筒的上端与套管内侧上端封闭面相铰接，所述的多级液压组件的活塞杆的下端与伸进套管内的导杆的上端软连接，所述的导杆的下端伸出套管并经球铰副与锚石相连接，所述的套管的上端部外壁上设有液压系统和发电机，所述的液压系统中的液压油箱经油管与穿过套管与缸筒上的进油口相连通，所述的缸筒的出油口经油管依次穿过套管与液压系统中的液压马达相连通，发电机与液压系统中的液压马达相连通，缸筒被套管上拉的过程中，活塞杆挤压内导油腔的液压油经油管流进液压系统的液压马达驱动发电机进行发电，缸筒被套管下拉的过程中，液压油由液压系统中的液压油箱经油管进入外导油腔和内导油腔内，所述的套管外侧的液压系统和发电机经浮体包裹在套管上。

本发明所述的多级液压组件的活塞杆的下端通过绳缆与导杆的上端软连接，浮体升降过程中会有左右晃动，活塞杆和导杆的连接处采用柔性绳缆，可以减少液压缸轴线偏移所带来的影响，能起到自动找中的作用，若采用刚性连接，则极容易因为液压缸晃动产生损坏。

本发明所述的浮体内设有气囊，所述的气囊经导气管与套管的内腔相连通，增大套管内的气体压强，避免海水从套管和导杆连接处涌入，气囊与套管相通，增大了套管内气体体积，当套管随浮体升降时，套管内气体压强变化小，海水不会从间隙处涌入。

本发明所述的导杆和套管分别设为矩形管，避免导杆和套管绕轴向相对转动。

本发明所述的所述套管的下端开口处的内侧面设有套管滚轮，套管滚轮经连接轴与套管连接，套管滚轮的滚动面与导杆外侧面相抵触。

本发明所述导杆的上端外侧面设有导杆滚轮，导杆滚轮经连接轴与导杆连接，导杆滚轮的滚动面与套管内侧面相抵触。

本发明由于该发电系统由浮体、套管、导杆、锚石、多级液压组件、液压系统、发电机组成，所述的多级液压组件由内向外依次设有活塞杆、套筒和缸筒，所述的缸筒和套筒分别设为上端封闭下端开口的筒状结构，所述的缸筒内设有套筒，套筒外壁的上端与缸筒内壁密封滑动连接，缸筒的下端开口处与套筒的杆部滑动密封连接，滑进缸筒内的套筒与缸筒之间形成外导油腔，套筒的内设有活塞杆，活塞杆的上端与套筒内壁密封滑动连接，套筒的下端开口处与活塞杆的杆部滑动密封连接，滑进套筒内的活塞杆与套筒之间形成内导油腔，所述的套筒的筒壁内设有导油空腔，所述的导油空腔的上端设有与外导油腔相连通的上导油口，导油空腔的下端设有与内导油腔相连通的下导油口，所述的缸筒上分别设有与外导油腔相连通的进油口和出油口，所述的进油口和出油口上分别设有单向阀门，通过单向阀门控制油的进入和排出，所述的多级液压组件的缸筒的外侧套有套管，所述的套管设为上端封闭下端开口的管状结构，所述的缸筒的上端与套管内侧上端封闭面相铰接，所述的多级液压组件的活塞杆的下端与伸进套管内壁的导杆的上端软连接，所述的导杆的下端伸出套管并经球铰副与锚石相连接，所述的套管的上端部外壁上设有液压系统和发电机，所述的液压系统中的液压油箱经油管与穿过套管与缸筒上的进油口相连通，所述的缸筒的出油口经油管依次穿过套管与液压系统中的液压马达相连通，发电机与液压系统中的液压马达相连通，缸筒被套管上拉的过程中，活塞杆挤压内导油腔的液压油经油管流进液压系统的液压马达驱动发电机进行发电，缸筒被套管下拉的过程中，液压油由液压系统中的液压油箱经油管进入外导油腔和内导油腔内，所述的套管外侧的液压系统和发电机经浮体包裹在套管上，所述的多级液压组件的活塞杆的下端通过绳缆与导杆的上端软连接，浮体升降过程中会有左右晃动，活塞杆和导杆的连接处采用柔性绳缆，可以减少液压缸轴线偏移所带来的影响，能起到自动找中的作用，若采用刚性连接，则极容易因为液压缸晃动产生损坏，所述的浮体内设有气囊，所述的气囊经导气管与套管的内腔相连通，增大套管内的气体压强，避免海水从套管和导杆连接处涌入，气囊与套管相通，增大了套管内气体体积，当套管随浮体升降时，套管内气体压强变化小，海水不会从间隙处涌入，所述的导杆和套管分别设为矩形管，避免导杆和套管绕轴向相对转动，所述的套管的下端开口处的内侧面设有套管滚轮，套管滚轮经连接轴与套管连接，套管滚轮的滚动面与导杆外侧面相抵触，所述导杆的上端外侧面设有导杆滚轮，导杆滚轮经连接轴与导杆连接，导杆滚轮的滚动面与套管内侧面相抵触，具有结构简单、安全可靠、能量损失少、波能采集效率高等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中浮体的剖视图。

图3是图1中套管的内部示意图。

图4是图3中多级液压组件的结构示意图。

图5是图4的剖视图。

图6是套管与导杆之间的连接关系图。

图7是导杆与锚石之间的连接关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如附图所示，一种振荡浮子式发电系统，其特征在于该发电系统由浮体1、套管2、导杆3、锚石4、多级液压组件5、液压系统6、发电机7组成，所述的多级液压组件5由内向外依次设有活塞杆8、套筒9和缸筒10，所述的缸筒10和套筒9分别设为上端封闭下端开口的筒状结构，所述的缸筒10内设有套筒9，套筒9外壁的上端与缸筒10内壁密封滑动连接，缸筒10的下端开口处与套筒9的杆部滑动密封连接，滑进缸筒10内的套筒9与缸筒10之间形成外导油腔，套筒9的内设有活塞杆8，活塞杆8的上端与套筒9内壁密封滑动连接，套筒9的下端开口处与活塞杆8的杆部滑动密封连接，滑进套筒9内的活塞杆8与套筒9之间形成内导油腔，所述的套筒9的筒壁内设有导油空腔13，所述的导油空腔13的上端设有与外导油腔11相连通的上导油口14，导油空腔13的下端设有与内导油腔12相连通的下导油口15，所述的缸筒10上分别设有与外导油腔11相连通的进油口16和出油口17，所述的进油口16和出油口17上分别设有单向阀门，通过单向阀门控制油的进入和排出，所述的多级液压组件5的缸筒10的外侧套有套管2，所述的套管2设为上端封闭下端开口的管状结构，所述的缸筒10的上端与套管2内侧上端封闭面相铰接，所述的多级液压组件5的活塞杆8的下端与伸进套管2内壁的导杆3的上端软连接，所述的导杆3的下端伸出套管2并经球铰副22与锚石4相连接，所述的套管2的上端部外壁上设有液压系统6和发电机7，所述的液压系统6中的液压油箱经油管与穿过套管2与缸筒10上的进油口16相连通，所述的缸筒10的出油口经油管依次穿过套管2与并在蓄能器稳压之后与液压系统中的液压马达相连通，发电机7与液压系统6中的液压马达相连通，缸筒10被套管2上拉的过程中，活塞杆8挤压内导油腔的液压油经油管流进液压系统6的液压马达驱动发电机7进行发电，缸筒10被套管2下拉的过程中，液压油由液压系统6中的液压油箱经油管进入外导油腔和内导油腔内，所述的套管2外侧的液压系统6和发电机7经浮体1包裹在套管2上，所述的多级液压组件5的活塞杆8的下端通过绳缆19与导杆3的上端软连接，浮体1升降过程中会有左右晃动，活塞杆8和导杆3的连接处采用柔性绳缆19，可以减少液压缸轴线偏移所带来的影响，能起到自动找中的作用，若采用刚性连接，则极容易因为液压缸晃动产生损坏，所述的浮体1内设有气囊18，所述的气囊18经导气管与套管2的内腔相连通，增大套管内的气体压强，避免海水从套管和导杆连接处涌入，气囊与套管相通，增大了套管内气体体积，当套管随浮体升降时，套管内气体压强变化小，海水不会从间隙处涌入，所述的导杆3和套管2分别设为矩形管，避免导杆3和套管2绕轴向相对转动，所述的套管2的下端开口处的内侧面设有套管滚轮20，套管滚轮20经连接轴与套管2连接，套管滚轮20的滚动面与导杆3外侧面相抵触，所述导杆3的上端外侧面设有导杆滚轮21，导杆滚轮21经连接轴与导杆3连接，导杆滚轮21的滚动面与套管2内侧面相抵触，上述所述的液压系统内的结构与连接方式与现有技术相同，此不赘述。

本发明所述的多级液压组件5中的缸筒10外接油路，产生的高压油带动液压马达旋转，进而带动发电机7发电，所述的多级液压组件5为多级结构可伸缩。当涨潮引起浮体1上升，使有效工作行程减少时，多级液压组件5可以伸出活塞杆8，增大工作行程，从而消除潮差的影响，外导油腔11和内导油腔12内装有液压油，所述套筒9的筒壁内有导油空腔13，套筒9内的内导油腔12产生的高压油，经导油空腔13流向缸筒10内的外导油腔11，最后经缸筒10的出油口17进入液压系统6，所述的多级液压组件5中的活塞杆8和导杆3通过绳缆19连接，浮体1升降过程中会有左右晃动，活塞杆8和导杆3的连接处采用柔性绳缆，可以减少多级液压组件5轴线偏移所带来的影响，能起到自动找中的作用，所述的多级液压组件5的缸筒10外侧装有套管2，增大套管2内的气体压强，避免海水从套管2和导杆3连接处涌入。在浮体1内部安有气囊18，气囊18通过导气管与套管2相通，增大套管内的气体压强，避免海水从套管和导杆连接处涌入，气囊与套管相通，增大了套管内气体体积，当套管随浮体升降时，套管内气体压强变化小，海水不会从间隙处涌入，所述的导杆3系统中导杆3和套管2分别设为矩形管，避免导杆3和套管2绕轴向相对转动。

本发明的工作过程是：当浮体1随波浪上浮时，由于导杆3受到锚石4的固定，浮体1带动套管2向上移动，进而带动多级液压组件5的缸筒10上移，活塞杆8与导杆3通过绳缆连接，缸筒10上移时活塞杆8固定不动，从而挤压液压油使液压缸内压强增大，产生高压油。高压油经出油口17进入液压系统6，带动液压马达旋转，最终驱动发电机7发电；当浮体1随波浪下降时，浮体1带动液压缸缸筒10下移，液压缸内压强减小，通过进油口16，从油箱吸油。

采用液压系统6转换的优势：

波浪能变化幅值大，变化频率随机，转换效率低。而液压系统6具有柔性传输，蓄能稳压的特点，通过液压系统6可以使能量得到缓冲且可以在波浪较小的情况下蓄积波浪能，实现波浪能向电能的持续稳定转换；液压元件具有体积小、重量轻的特点，系统的安装布置比较灵活；另外液压元件已实现了标准化、通用化，在设计和使用时也更加方便；液压元件因为液压油的润滑作用，使用寿命较长。具有结构简单、安全可靠、能量损失少、波能采集效率高等优点。

Claims (4)

1.一种振荡浮子式发电系统，其特征在于该发电系统由浮体、套管、导杆、锚石、多级液压组件、液压系统、发电机组成，所述的多级液压组件由内向外依次设有活塞杆、套筒和缸筒，所述的缸筒和套筒分别设为上端封闭下端开口的筒状结构，所述的缸筒内设有套筒，套筒外壁的上端与缸筒内壁密封滑动连接，缸筒的下端开口处与套筒的杆部滑动密封连接，滑进缸筒内的套筒与缸筒之间形成外导油腔，套筒内设有活塞杆，活塞杆的上端与套筒内壁密封滑动连接，套筒的下端开口处与活塞杆的杆部滑动密封连接，滑进套筒内的活塞杆与套筒之间形成内导油腔，所述的套筒的筒壁内设有导油空腔，所述的导油空腔的上端设有与外导油腔相连通的上导油口，导油空腔的下端设有与内导油腔相连通的下导油口，所述的缸筒上分别设有与外导油腔相连通的进油口和出油口，所述的进油口和出油口上分别设有单向阀门，通过单向阀门控制油的进入和排出，所述的多级液压组件的缸筒的外侧套有套管，所述的套管设为上端封闭下端开口的管状结构，所述的缸筒的上端与套管内侧上端封闭面相铰接，所述的多级液压组件的活塞杆的下端与伸进套管内的导杆的上端软连接，所述的导杆的下端伸出套管并经球铰副与锚石相连接，所述的套管的上端部外壁上设有液压系统和发电机，所述的液压系统中的液压油箱经油管穿过套管与缸筒上的进油口相连通，所述的缸筒的出油口经油管依次穿过套管与液压系统中的液压马达相连通，发电机与液压系统中的液压马达相连通，缸筒被套管上拉的过程中，活塞杆挤压内导油腔的液压油，经油管流进液压系统的液压马达驱动发电机进行发电，缸筒被套管下拉的过程中，液压油由液压系统中的液压油箱经油管进入外导油腔和内导油腔内，所述的套管外侧的液压系统和发电机经浮体包裹在套管上，所述的多级液压组件的活塞杆的下端通过绳缆与导杆的上端软连接，所述的浮体内设有气囊，所述的气囊经导气管与套管的内腔相连通。

2.根据权利要求1所述的一种振荡浮子式发电系统，其特征在于所述的导杆和套管分别设为矩形管，避免导杆和套管间的相对扭动。

3.根据权利要求1所述的一种振荡浮子式发电系统，其特征在于所述的套管的下端开口处内侧面设有套管滚轮，套管滚轮经连接轴与套管连接，套管滚轮的滚动面与导杆外侧面相抵触。

4.根据权利要求1所述的一种振荡浮子式发电系统，其特征在于所述导杆的上端外侧面设有导杆滚轮，导杆滚轮经连接轴与导杆连接，导杆滚轮的滚动面与套管内侧面相抵触。

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