CN112196721A - 一种用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统，包括发电系统、液压缸和储能器，发电系统包括直线传动杆和发电装置，直线传动杆的下端连接波浪能捕获装置，直线传动杆通过发电装置将波浪能转化为电能，直线传动杆的上端穿过液压缸底部的通孔后伸展至液压缸内部，液压缸内固定有活塞限位器，液压缸内设有液压活塞，活塞限位器的中部开设有通槽，储能器通过管路与液压缸顶部的通孔相连通。本发明的宽功率复合波浪发电系统在波浪能低功率范围内，波浪能通过发电系统直接转换为电能；在高功率海况时，一部分波浪能将存储于储能器中，并在随后进行释放，储能器中存储的能量通过发电系统转换为电能，有效提高了波浪能的利用率。

Description

一种用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统
技术领域
本发明涉及波浪发电储能系统的技术领域，尤其涉及一种宽功率复合波浪发电系统。
背景技术
波浪能作为一种清洁能源，近年来受到越来越多的关注和研究，传统对波浪能的提取和转化大多通过振荡水柱、惯性摆、振荡浮子等手段实现，但是，海洋波浪实际等级范围非常广，考虑到装置应力和造价因数，传统波浪能发电装置一般只能设计在较窄波浪等级范围内发电，对波浪能的总体利用率较低，发电时长低，总体的发电效率较低，难以在宽功率内进行高效发电。
近些年，各种新型发电技术不断出现和发展，其中包括直线电机发电、磁力丝杆传动发电等技术。中国专利CN202010371167.4提出一种基于磁力丝杆的液-电混合动力系统，可以实现能量的回收利用，但是磁力丝杆的缺点在于控制上存在不可避免的机械延时，在力过大时，磁力丝杆会打滑自动保护，因此，相对于传递能量双向传递的液压传动系统，回收能量难以得到有效提取，反而降低了系统的工作效率。其结构类似于中国专利CN202010433686.9所提出的一种电动液压作动装置，该装置借助丝杠将动力组件的旋转运动转化为直线运动，适用于液压机应用领域。波浪能在宽功率内发电，提高发电效率是待研究的问题。
发明内容
针对上述产生的问题，本发明的目的在于提供一种用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统，解决了现有波浪能利用效率低，难以在宽功率内高效发电的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统，包括发电系统、液压缸和储能器，所述发电系统包括直线传动杆和发电装置，所述直线传动杆的下端连接波浪能捕获装置，所述直线传动杆通过所述发电装置将波浪能转化为电能，所述直线传动杆的上端穿过所述液压缸底部的通孔后伸展至所述液压缸内部，所述液压缸内固定有活塞限位器，所述液压缸内设有液压活塞，所述液压活塞位于所述活塞限位器远离所述直线传动杆的一侧，所述活塞限位器的中部开设有通槽，所述直线传动杆的上端能够穿过所述通槽，所述储能器位于所述液压缸的一侧，所述储能器通过管路与所述液压缸顶部的通孔相连通。
上述的一种用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统，其中，所述波浪能捕获装置为振荡浮子。
上述的一种用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统，其中，所述发电装置为磁力丝杆发电机，包括转子和定子，所述直线传动杆为圆柱形长直杆，所述直线传动杆的外壁上安装有螺旋形磁体一，所述转子内表面安装有螺旋形磁体二，所述螺旋形磁体一和所述螺旋形磁体二形成磁场耦合，所述转子的外表面安装瓦片状磁体。
上述的一种用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统，其中，所述直线传动杆与所述液压活塞隔开一段距离。
上述的一种用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统，其中，所述直线传动杆沿所述液压缸的中轴线方向设置。
上述的一种用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统，其中，所述直线传动杆与所述液压缸底部的通孔处可滑动连接。
上述的一种用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统，其中，发电装置可以是常规的旋转发电机或者直线发电机。
本发明由于采用上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：
1、本发明的宽功率复合波浪发电系统具有自动适应多种海况的能力；在波浪能低功率范围内，波浪能通过发电系统直接转换为电能，而不经过储能器，避免了多级能量变化，有效提高了能效；在出现冲击功率和高功率海况时，振荡浮子带动直线传动杆在上升过程中会推动液压活塞，发电系统将一部分波浪能转换为电能，另一部分波浪能将存储于储能器中，在振荡浮子和直线传动杆下降时，储能器中存储的能量通过发电系统转换为电能，有效提高了波浪能的利用率。
2、本发明的液压缸结构简单，并无传统液压泵进行压力转换过程，也不需要额外的控制系统，有利于减少整体控制系统复杂度。
3、本发明的液压缸内的液压油，因无传统液压泵的旋转叶片的直接冲击，液压油的老化过程变慢，降低了装置的维护成本，也提高了系统可靠性。
附图说明
图1是本发明的用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统的示意图。
图2是本发明的直线传动杆和液压杆的局部剖视图。
图3是本发明具有台阶的液压缸的局部剖视图。
附图标记：1、液压缸；11、活塞限位器；111、通槽；12、液压活塞；2、储能器；21、管路；31、直线传动杆；311、螺旋形磁体一；32、磁力丝杆发电机；321、转子；322、定子；4、台阶。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图和具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要指出的是，本文提及的方位词“上”和“下”、“内”和“外”是以本发明的附图中零部件的相对位置为基准定义的，只是为了描述技术方案的清楚及方便，应当理解，此方位词的应用对本申请的保护范围不构成限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1、图2所示，图1是本发明的用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统的示意图；图2是本发明的直线传动杆和液压杆的局部剖视图。
本发明实施例提供的一种用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统，包括发电系统、液压缸1和储能器2，发电系统的作用是将机械能转化为电能，发电系统包括直线传动杆31和发电装置，直线传动杆31的下端连接波浪能捕获装置(图中未示出)，波浪能捕获装置用于吸收波浪能，直线传动杆31 通过发电装置将波浪能转化为电能。
其中，直线传动杆31的上端穿过液压缸1底部的通孔后伸展至液压缸1 内部，直线传动杆31与液压缸1底部的通孔处可滑动连接，液压缸1内的中部固定有活塞限位器11，液压缸1内设有液压活塞12，液压活塞12位于活塞限位器11远离直线传动杆31的一侧，液压活塞12能够在活塞限位器11 和液压缸1内远离直线传动杆31的一端的有限区域内运动，活塞限位器11 的中部开设有通槽111，直线传动杆31的上端能够穿过通槽111，直线传动杆31与液压活塞12隔开一段距离，当直线传动杆31上端在液压缸1内运动到一定位置时才会接触到液压活塞12，然后能够推动液压活塞12运动。
储能器2位于液压缸1的一侧，储能器2通过管路21与液压缸1顶部的通孔相连通，储能器2和液压缸1之间串联，直线传动杆31推动液压活塞 12运动时，液压活塞12将液压油压缩至储能器2中，因此液压活塞12可以将发电装置未利用的一部分波浪能传递至储能器2内，可以对多种海况下的波浪能进行有效提取和转化，在较平静的海况中，主要依靠发电系统进行常规发电，在波浪起伏较大的海况中，依靠发电系统、液压缸1和储能器2协同发电，在受到波浪冲击时，发电系统将一部分波浪能转化为电能，发电系统提取不到的另一部分波浪能经过液压缸1储存至储能器2中，并在随后进行释放，最终由发电系统转化为电能，因此本发明具有适应多种海况的优势，可有效提高波浪能利用率，并降低输出功率峰均比。
进一步地，发电装置为磁力丝杆发电机32，包括转子321和定子322，直线传动杆31作为磁力丝杆发电机32的丝杆动子，直线传动杆31为圆柱形长直杆，直线传动杆31的外壁上安装有螺旋形磁体一311，转子321内表面安装有螺旋形磁体二，螺旋形磁体一311和螺旋形磁体二形成磁场耦合且无机械接触，转子321的外表面安装N-S极性交替的瓦片状磁体，当直线传动杆31在受到推力作直线运动时，在螺旋形磁体一311和螺旋形磁体二的耦合作用下，转子321发生旋转，转子321外表面的磁场将切割定子322的绕组，从而能发出电能。
除此之外，在其他的实施方式中，发电装置可以是市场上常规的旋转发电机或者直线发电机(图中未示出)，直线传动杆31和发电装置之间形成直接接触式传动，旋转发电机或直线发电机的电机轴与直线传动杆31相互垂直，直线传动杆31上设有齿，旋转发电机或者直线发电机的电机轴上安装齿轮，齿轮与直线传动杆31上的齿耦合，当直线传动杆31做直线运动时，旋转发电机或者直线发电机发出电能。
还有，波浪能捕获装置为振荡浮子，振荡浮子漂浮在海面上，可以随波浪浮动，振荡浮子吸收波浪能，进而推动直线传动杆31上下运动，实现波浪能的有效传递。
除此之外，在其他的实施方式中，液压缸1设有液压杆(图中未示出)，直线传动杆31的上端不伸入液压缸1内部，而是与液压杆的的下端安装在一起，直线传动杆31做升降运动时推动液压杆运动，液压杆能够穿过通槽111 推动液压活塞12运动。
进一步地，如图3所述，液压缸1下侧内壁的厚度大于液压缸1上侧内壁的厚度，因此在液压缸1内壁的中部形成台阶，台阶能够替代活塞限位器 11，台阶起到对液压活塞12的限位作用。
本发明的工作原理：
当波浪能在低功率范围内，直线传动杆31在升降运动过程中不会接触液压活塞12，直线传动杆31将波浪能通过发电装置转换为电能；在出现冲击功率和高功率的海况时，直线传动杆31在上升过程中，将一部分波浪能直接转换为电能，由于直线传动杆31的升降运动幅度大，直线传动杆31的上端穿过通槽111并推动液压活塞12向上运动，液压活塞12将未利用的另一波浪能存储于储能器2内，在直线传动杆31下降过程中，储能器2中存储的能量反过来推动液压活塞12向下运动，液压活塞12推动直线传动杆31下降，然后直线传动杆31再次通过发电装置进行发电，有效的提高了波浪能的利用率，在宽功率范围内进行高效发电。
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。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此本发明将不会限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统，包括发电系统、液压缸(1)和储能器(2)，所述发电系统包括直线传动杆(31)和发电装置，所述直线传动杆(31)的下端连接波浪能捕获装置，所述直线传动杆(31)通过所述发电装置将波浪能转化为电能，其特征在于：
所述直线传动杆(31)的上端穿过所述液压缸(1)底部的通孔后伸展至所述液压缸(1)内部，所述液压缸(1)内固定有活塞限位器(11)，所述液压缸(1)内设有液压活塞(12)，所述液压活塞(12)位于所述活塞限位器(11)远离所述直线传动杆(31)的一侧，所述活塞限位器(11)的中部开设有通槽(111)，所述直线传动杆(31)的上端能够穿过所述通槽(111)，所述储能器(2)位于所述液压缸(1)的一侧，所述储能器(2)通过管路(21)与所述液压缸(1)顶部的通孔相连通。
2.根据权利要求1所述的用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统，其特征在于，所述波浪能捕获装置为振荡浮子。
3.根据权利要求1所述的用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统，其特征在于，所述发电装置为磁力丝杆发电机(32)，包括转子(321)和定子(322)，所述直线传动杆(31)为圆柱形长直杆，所述直线传动杆(31)的外壁上安装有螺旋形磁体一(311)，所述转子(321)内表面安装有螺旋形磁体二，所述螺旋形磁体一(311)和所述螺旋形磁体二形成磁场耦合，所述转子(321)的外表面安装瓦片状磁体。
4.根据权利要求1所述的用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统，其特征在于，所述直线传动杆(31)与所述液压活塞(12)隔开一段距离。
5.根据权利要求1所述的用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统，其特征在于，所述直线传动杆(31)沿所述液压缸(1)的中轴线方向设置。
6.根据权利要求1所述的用于复杂海况的宽功率复合波浪发电系统，其特征在于，所述直线传动杆(31)与所述液压缸(1)底部的通孔处可滑动连接。
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