CN112664487A

CN112664487A - 一种循环式等比减压高压发电装置

Info

Publication number: CN112664487A
Application number: CN202011518297.2A
Authority: CN
Inventors: 陈燕虎; 何美玲; 陈炳喆
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2021-04-16
Anticipated expiration: 2040-12-21
Also published as: CN112664487B

Abstract

本发明涉及一种循环式等比减压高压发电装置，属于能源转换设备技术领域。包括依次连接的高压油源、等比减压缸和蓄能器；高压油源通过第一换向阀的两个连接端分别连接至等比减压缸的高压腔和低压腔；低压腔通过补油油路连接至油箱；第一换向阀与等比减压缸之间设有液控油路；中间腔通过平衡油路连接至油箱；蓄能器连接发电系统，并连接等比减压缸的低压腔。当第一换向阀换向前，高压油源通过等比减压缸减压后输入蓄能器中。第一换向阀换向后，高压腔和低压腔直接连通，实现高压腔体的卸油。中间腔直接与外部油箱相连，液压油压力为零。第一换向阀自主循环换向能够使蓄能器中压力不断提高，直到高压源通过等比减压缸后的输出压力为止。

Description

一种循环式等比减压高压发电装置

技术领域

本发明涉及能源转换设备技术领域，具体地说，涉及一种循环式等比减压高压发电装置。

背景技术

等比减压方法与现有的等比增压方法类似，其原理是利用两个固连的不同面积的活塞，其中低压活塞面积大于高压活塞面积，高压压力推动高压活塞向下运动并压缩低压活塞端的液柱，形成低压。高压压力与低压压力的比值会等于低压活塞与高压活塞的面积比。

现有的高压发电方法主要有两种：

1、直接利用高压油发电，该方法发电效率高，但很难找到能够耐高压的发电液压器件，需要采用其他辅助方法，如增加环境压力等，结构复杂，具有一定的危险性。

2、将高压油通过等比减压的方法降低油压力发电，该方法能够使用常规发电液压器件，且安全可靠。

公开号为CN108708836A的专利申请文献公开了一种海洋剖面运动设备及其海洋温差能发电装置，包括密封腔体、蓄能回路、发电回路及置于密封腔体内的等比减压器；蓄能回路包括置于密封腔体外的相变腔桶与相变处液压油囊，和置于密封腔体内的蓄能器及由油管路依序串联成回路的第一单向阀、第二单向阀与控制阀；相变腔桶内盛放有固液相变材料及与固液相变材料不互溶且密度不同的密封液体材料，相变处液压油囊置于相变腔桶内并被密封液体包覆，相变处液压油囊的油端口旁接于两单向阀间的油管路上，蓄能器的油端口旁接于第二单向阀与所述控制阀间的油管路上；发电回路包括置于密封腔体内的存储有低压油的储油囊，发电机，及由油管路依序串联成回路的第三单向阀与用于驱动发电机进行发电的液压马达；储油囊的油端口旁接于第三单向阀与液压马达间的一侧油管路上；等比减压器的高压油端口旁接于第一单向阀与控制阀间的油管路上，低压油端口旁接于第三单向阀与液压马达间的另一侧油管路上。

然而，现有技术存在以下缺陷：

现有高压直接发电方法难以使用常规发电液压器件，高压带有一定的危险性。且需要辅助方法或结构，如增加环境压力，导致设备结构复杂。

现有等比减压发电方法，在高压活塞与低压活塞之间需要真空条件，使用不便。且低压口直接连接发电设备，一次性发电完成，不具备蓄能发电功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种循环式等比减压高压发电装置，分多次进行打油，每一次转换一小部分，解决了液压动作过大造成的液压冲击以及对液压器件的损耗问题。

为了实现上述目的，本发明提供的循环式等比减压高压发电装置，包括依次连接的高压油源、等比减压缸和蓄能器；

所述高压油源通过第一换向阀的两个连接端分别连接至所述等比减压缸的高压腔和低压腔；所述低压腔通过补油油路连接至油箱；所述第一换向阀与所述等比减压缸之间设有液控油路；所述中间腔通过平衡油路连接至所述油箱；

所述蓄能器连接发电系统，并连接所述等比减压缸的低压腔。

上述技术方案中，当第一换向阀换向前，高压油源通过等比减压缸减压后输入蓄能器中。第一换向阀换向后，高压腔和低压腔直接连通，实现高压腔体的卸油。中间腔直接与外部油箱相连，液压油压力为零。第一换向阀自主循环换向能够使蓄能器中压力不断提高，直到高压源通过等比减压缸后的输出压力为止。

可选地，在一个实施例中，所述的等比减压缸内设有高压活塞和低压活塞，将缸体分隔成所述的高压腔、中间腔和低压腔；所述高压活塞和低压活塞之间通过连接杆固连。

可选地，在一个实施例中，所述的低压活塞的底部设有推动所述高压活塞和低压活塞向上运动的复位弹簧。复位弹簧在液体压力平衡时将活塞往上推，往上推的过程中低压腔可通过第一单向阀从外部油箱中补给液压油。

可选地，在一个实施例中，所述低压活塞的面积与所述高压活塞的面积之比为n，n为大于1小于10的任意实数。高压油压力为p₁ MPa，则输出到蓄能器的低压油压力为p₂＝p₁/n MPa，减压比n越大则减压效果越明显。

可选地，在一个实施例中，所述的等比减压缸的腔壁上设有第一油口、第二油口和第三油口；所述第一油口和第三油口用于连接所述第一换向阀的两个连接端，所述第二油口用于连接所述液控油路，且第二油口根据所述高压活塞的上下移动分别连通所述高压腔和中间腔。

可选地，在一个实施例中，所述的高压活塞厚度大于等于第二油口直径。

可选地，在一个实施例中，所述的第三油口同时用于连接所述的补油油路，所述等比减压缸上还设有用于连接所述平衡油路的第四油口，所述第四油口始终高于所述低压活塞的高度。

可选地，在一个实施例中，所述的补油油路上设有防止液压油从所述低压腔到所述油箱流动的第一单向阀。

可选地，在一个实施例中，所述的蓄能器与所述等比减压缸的连接管路上设有防止液压油倒流的第二单向阀。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

通过本发明将高压液压油转换为低压液压油存储在蓄能器中，能够在需要时开始发电，实现蓄能发电，安全稳定；利用常规的液压器件就能进行高压发电；循环多次对蓄能器充油，能够减小对液压冲击；等比减压缸的中间腔不用抽真空，操作简单。

附图说明

图1为本发明实施例中循环式等比减压高压发电装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中等比减压缸的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例

参见图1，本实施例的循环式等比减压高压发电装置包括高压油源1，第一换向阀2，等比减压缸3，平衡油路4，补油油路5，油箱6，第一单向阀7，换向阀液控油路8，高低压腔连通油路9，第二单向阀10，蓄能器11，换向阀12和发电系统13。

第一换向阀2有两种状态：常态下，第一换向阀2的A口与P口连通，B口截止；切换状态后，第一换向阀2的B口与P口连通，A口截止。第一换向阀2状态的切换是通过K油口连接的换向阀液控油路8中压力进行控制，当换向阀液控油路8中油压为低压时(油箱中的油压为环境压力0MPa)，第一换向阀2处于常态；当换向阀液控油路8中油压为高压时，第一换向阀2切换状态。

参见图2，等比减压缸3内设有高压活塞16和低压活塞20，高压活塞16和低压活塞20之间通过连接杆固连。高压活塞16和低压活塞20将等比减压缸3的内腔分为从上至下布置的高压腔15、中压强19和低压腔21。高压活塞16和低压活塞20与等比减压缸3的腔体内壁具有良好的密封。低压活塞20的底部设有推动高压活塞16和低压活塞20向上运动的复位弹簧22。

等比减压缸3上还设有第一油口14、第二油口17、第三油口23和第四油口18。第二油口17设置在高压活塞16做往复运动行程的某一位置处。高压活塞16厚度大于等于第二油口17的直径。低压活塞20面积与高压活塞16面积之比为n(n为大于1小于10的任意实数)，高压油压力为p₁MPa，则输出到蓄能器的低压油压力为p₂＝p₁/n MPa，减压比n越大则减压效果越明显。复位弹簧22置于低压腔21中，在每一次的循环打油结束时能够推动高压活塞16和低压活塞20向上运动，同时，也可减震，防止动作过快造成的液压冲击损坏元器件。运动过程中低压活塞20不能越过第四油口18。

高压油源1提供装置工作所需的高压油。高压油源1的出口连接第一换向阀2的A口。第一换向阀2的P口连接等比减压缸3的第一油口14。第一换向阀2的B口通过高低压腔连通油路9连接等比减压缸3的第三油口23，同时通过第二单向阀10与蓄能器11和第二换向阀12相连接，第二换向阀12连接发电系统13。

第一换向阀2的K油口通过换向阀液控油路8连接等比减压缸3的第二油口17。等比减压缸3的中间腔19通过第四油口18连接平衡油路4到油箱6，中间腔19的液压油压力与油箱6相同，皆为0Mpa，作用有二，一是在高压活塞16由下往上经过第二油口17时，控制油路由高压变为0MPA，先导阀卸压，换向阀换向。二是活塞的工作行程和回复行程(一次循环)没有多余的阻力。油箱6还通过补油回路5与等比减压缸3的第三油口23连接，之间有防止液压油从低压腔21到油箱6流动的第一单向阀7。

本实施例中，蓄能器11的容积足够大以保证液压油在工作循环中能正常的打进蓄能器11。

本实施例的工作原理如下：

开始工作时，换向阀液控油路8通过等比减压缸3的中间腔19与油箱6相连，压力为零，所以第一换向阀2初始阶段位于左位，高压油源1与等比减压缸3的高压腔15直接相连，高压油推动活塞往下运动，通过等比减压的作用，低压腔21输出降低之后的压力油，低压腔21输出的压力油压力大于蓄能器11的预充压力，液压油充入蓄能器11，蓄能器11压力增大。

高压活塞16从上往下运动经过第二油口17时，换向阀液控油路8连通高压腔15中的高压油，所以第一换向阀2换向，高压油源1暂时截止，高压腔15与低压腔21直接相连，高压腔15快速卸压，高压腔15、低压腔21和蓄能器11油压平衡，由于蓄能器11和低压腔21的容积相对高压腔15容积很大，因此平衡后的压力趋近于高压腔15卸压前的蓄能器压力。压力平衡后，由于低压活塞20面积大于高压腔15并且还有复位弹簧22的回复作用，活塞被往上推，第二单向阀10阻止了蓄能器11的油液倒流，在往上推的过程中低压腔21的油液由外部油箱6补充。

当高压活塞16又从下往上经过了第二油口17时，换向阀液控油路8通过等比减压缸3的中间腔19与油箱6相连，压力为零，第一换向阀2再次回到左位，进行下一个工作循环，向蓄能器11中充油。循环直到高压油源1的液体压力与蓄能器11内部压力的比值约等于高低压活塞面积的比值时结束。

循环打油的循环次数x与高低压腔体容积，高压活塞16的厚度以及第二油口17的孔径有关。在高低压腔容积比一定的情况下，容积越大，则每次循环压入蓄能器11的油越多，则循环次数越少。高压活塞16的厚度和第二油口17的孔径差值越大，则每次循环压入蓄能器11的油越多，则循环次数越少。

Claims

1.一种循环式等比减压高压发电装置，其特征在于，包括依次连接的高压油源、等比减压缸和蓄能器；

2.根据权利要求1所述的循环式等比减压高压发电装置，其特征在于，所述的等比减压缸内设有高压活塞和低压活塞，将缸体分隔成所述的高压腔、中间腔和低压腔；所述高压活塞和低压活塞之间通过连接杆固连。

3.根据权利要求2所述的循环式等比减压高压发电装置，其特征在于，所述的低压活塞的底部设有推动所述高压活塞和低压活塞向上运动的复位弹簧。

4.根据权利要求2所述的循环式等比减压高压发电装置，其特征在于，所述低压活塞的面积与所述高压活塞的面积之比为n，n为大于1小于10的任意实数。

5.根据权利要求2所述的循环式等比减压高压发电装置，其特征在于，所述的等比减压缸的腔壁上设有第一油口、第二油口和第三油口；所述第一油口和第三油口用于连接所述第一换向阀的两个连接端，所述第二油口用于连接所述液控油路，且第二油口根据所述高压活塞的上下移动分别连通所述高压腔和中间腔。

6.根据权利要求5所述的循环式等比减压高压发电装置，其特征在于，所述的高压活塞厚度大于等于第二油口直径。

7.根据权利要求5所述的循环式等比减压高压发电装置，其特征在于，所述的第三油口同时用于连接所述的补油油路，所述等比减压缸上还设有用于连接所述平衡油路的第四油口，所述第四油口始终高于所述低压活塞的高度。

8.根据权利要求1所述的循环式等比减压高压发电装置，其特征在于，所述的补油油路上设有防止液压油从所述低压腔到所述油箱流动的第一单向阀。

9.根据权利要求1所述的循环式等比减压高压发电装置，其特征在于，所述的蓄能器与所述等比减压缸的连接管路上设有防止液压油倒流的第二单向阀。