CN112696306B - 一种模块化能量转换装置及其工作方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化能量转换装置及其工作方法与应用，属于波浪能发电领域，包括执行器模块、插装阀模块、高压蓄能器模块、发电模块和浮子模块，执行器模块包括一级空心活塞杆、二级空心活塞杆和低压蓄能器，低压蓄能器内圆壁用于设置一级空心活塞杆，一级空心活塞杆的空心结构内滑动设置二级空心活塞杆，一级空心活塞杆与浮子模块连接，能够随浮子模块的运动而运动，液压马达与发电机连接。本发明采用模块化、集成式设计，能适用于多类波浪能发电的装置，通过浮子模块的垂荡运动来收集波浪能，在浮子模块上升、下降阶段均能对波浪能进行收集，具有双程收集波浪能的特征。

Description

一种模块化能量转换装置及其工作方法与应用

技术领域

本发明涉及一种模块化能量转换装置及其工作方法与应用，属于波浪能发电技术领域。

背景技术

中国是工业大国，其轻、重工业产业链较为完备，对能源的需求旺盛。目前以及未来一段时间内化石能源依然是首要选择，在世界能源中有着统治性地位，化石燃料的大量使用、燃烧导致了一系列的环境问题例如大气污染、全球变暖、极端天气等问题。为了在保障经济发展的同时减少温室气体排放，世界各国都在积极发展风能、太阳能、海洋能等可再生能源，对其能源供给结构进行优化。其中海洋占有地球表面积的71％，海洋中拥有更加丰富的生物、矿产资源以及可再生能源。

我国海疆辽阔、海岛众多、海洋资源丰富。同时沿海地区也是中国的人口、工业的聚集区，对资源和能源需求巨大，发展前景广阔。海洋能主要指潮流能、波浪能、温差能等海水具有的能量，也包括海上风能、太阳能。其中波浪能相对风能、太阳能，具有能源密度高、理论捕获效率高、传播损耗小等优点。其中波浪能属于能量密度等级较大的可再生能源，其能量分布集中、理论能量俘获效率高、有效产能时间长，是世界各国可再生能源的研究热点。

中国专利文献CN 108240280 A公开了“基于模块化的超大型浮式平台与波浪能装置集成系统”，通过齿轮齿条传动方式把浮子的垂荡运动转化为执行器活塞杆的水平往复运动，进而驱动液压马达进行发电，该专利装置的结构复杂，功能单一，主要面向大型波浪能发电装置，其后期维修困难、维持运行的成本较大，难以促进波浪能发电装置的商业化、产业化。在波浪能发电领域，采用模块化、集成式设计方法，能适用于多类波浪能发电的装置基本处于空白。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种模块化能量转换装置及其工作方法与应用，采用模块化、集成式设计，能适用于多类波浪能发电的装置，通过浮子模块的垂荡运动来收集波浪能，在浮子模块上升、下降阶段均能对波浪能进行收集，具有双程收集波浪能的特征。

本发明采用以下技术方案：

一种模块化能量转换装置，包括执行器模块、插装阀模块、高压蓄能器模块、发电模块和浮子模块，所述浮子模块用于漂浮在水面/海面上，并且与波浪直接接触，所述执行器模块包括一级空心活塞杆、二级空心活塞杆和低压蓄能器，所述低压蓄能器的形状为空心圆环柱，其外圆壁为执行器模块的壳体，内圆壁用于设置一级空心活塞杆，低压蓄能器与一级空心活塞杆之间形成执行器第一腔，所述一级空心活塞杆的空心结构内滑动设置所述二级空心活塞杆，即一级空心活塞杆还作为二级空心活塞杆的活塞缸筒，二级空心活塞杆的空心结构底部设置有通孔，即二级空心活塞杆的空心结构与一级空心活塞杆的空心结构相通，形成执行器第三腔，二级空心活塞杆与低压蓄能器之间形成执行器第二腔，执行器第二腔与低压蓄能器连接，所述一级空心活塞杆与浮子模块连接，能够随浮子模块的运动而运动；

当一级空心活塞杆随着浮子模块垂荡运动进行上下往复运动时，此时执行器第一腔、执行器第三腔的大小发生变化，进而压出高压液压油，这一过程能把波浪能转换为执行器的活塞杆往复运动的机械能；

所述低压蓄能器内设置有低压蓄能器可动活塞，低压蓄能器可动活塞上部设置有一充气口A，充气口A充入一定压力的氮气，低压蓄能器可动活塞下部充入液压油，当一级空心活塞杆向上移动时，执行器第一腔从低压蓄能器吸油，执行器第三腔向高压蓄能器模块输出高压油；当一级空心活塞杆向下移动时，执行器第三腔从低压蓄能器吸油，执行器第一腔向高压蓄能器模块输出高压油；

所述高压蓄能器模块包括高压蓄能器，所述高压蓄能器内部设置有高压蓄能器可动活塞，在高压蓄能器可动活塞上部设置有充气口B，充气口B充入一定压力的氮气，高压蓄能器可动活塞下部充入液压油；

所述插装阀模块包括插装阀壳体、单向阀A、单向阀B、单向阀C和单向阀D，单向阀A用于连接执行器第一腔和高压蓄能器有液压油的部分，通过单向阀A能够将执行器第一腔的高压油输入到高压蓄能器中存储；所述单向阀B用于连接执行器第一腔和低压蓄能器有液压油的部分，通过单向阀B能够将低压蓄能器的液压油输入执行器第一腔内；所述单向阀C用于连接执行器第三腔和高压蓄能器，通过单向阀C能够将执行器第三腔的液压油输入至高压蓄能器有液压油的部分；所述单向阀D用于连接执行器第三腔和低压蓄能器，通过单向阀D能够将低压蓄能器的液压油输入执行器第三腔；

所述发电模块包括发电模块壳体、液压马达和发电机，液压马达和发电机固定于发电模块壳体内，所述液压马达的输出端连接低压蓄能器，输入端连接高压蓄能器，液压马达与发电机连接，液压马达旋转带动发电机工作。

优选的，所述发电模块壳体、高压蓄能器的壳体、插装阀壳体和执行器模块的壳体相连接处通过卯榫结构进行连接，进而可实现快速组装；本发明的卯榫结构可参考现有技术进行，只要能实现快速组装即可；

所述插装阀壳体内设置有插装孔，单向阀A、单向阀B、单向阀C插装固定在插装孔内。

优选的，高压蓄能器模块的上部气体压力通常是根据海况进行设定，低压蓄能器的作用是为空腔补充液压油，高压蓄能器可动活塞上部的充气口B充入氮气的压力为10Mpa以上，所述低压蓄能器可动活塞上部充气口A充入氮气的压力为0.8Mpa以下，优选为0.4～0.6Mpa。

优选的，为有效防止海水腐蚀，所述发电模块壳体、高压蓄能器的壳体、插装阀壳体和执行器模块的壳体均由耐腐蚀的合金材料制成，且其外表面均涂有防腐涂料。

优选的，所述耐腐蚀的合金材料优选为铸钛ZT、NH55等，防腐涂料优选为ZS-711无机防腐涂料。

优选的，所述高压蓄能器输入端和高压蓄能器连接的管路上设置有调速阀，所述调速阀为由定差减压阀与节流阀串联而成的组合阀，所述定差减压阀的进口与高压蓄能器连接，定差减压阀的出口与节流阀的进口连接，节流阀的出口与液压马达连接。

当波浪较小时，浮子模块的运动行程较小，运动周期短，执行器第一腔、执行器第三腔瞬时出油量较小，少量高压油经高压蓄能器、调速阀进入液压马达，带动发电机发电，此时调速阀能消除海况变化对流量的影响；

当浮子的垂荡运动行程较大时，执行器第一腔、执行器第三腔瞬时出油量大，大量高压油经高压蓄能器、调速阀进入液压马达，带动发电机发电，此时调速阀能消除海况变化对流量的影响。

调速阀是由定差减压阀与节流阀串联而成的组合阀，定差减压阀两腔也分别与节流阀两端相通，设定差减压阀的进口压力为p1，油液经减压后出口压力为p2，通过节流阀又降至p3进入液压马达。p3大小由液压马达所连接的负载决定，负载变化，则p3和调速阀两端压差p1-p3随之变化，但节流阀两端压差p2-p3却不变。

实际应用时，液压马达不切换，负载几乎不变，p3不变，减压阀芯弹簧腔液压作用力不变，当p1受高海况作用下压力增大，则减压口开度减小，减压作用增大，使p2有所减小，使p2与p3间压力差值保持不变；同理，当p1受低海况作用下压力减小，则减压口开度增大，减压作用减小，使p2有所增大，使p2与p3间压力差值保持不变，因为流量只与压差有关，故而调速阀通过的流量因此就保持恒定了。

优选的，所述插装阀模块还包括单向阀E，单向阀E连接高压蓄能器和低压蓄能器，所述单向阀E处于常闭状态，在高压蓄能器的充油口、充气口B损坏且高压蓄能器缺油时，或者在排除插装阀模块故障时打开；

所述执行器模块还包括单向阀F、单向阀G和单向阀H，单向阀F为低压蓄能器的补油口，单向阀G为低压蓄能器的测压口，单向阀H设置在低压蓄能器的充气口A上；

所述高压蓄能器模块还包括单向阀J和单向阀K，单向阀J设置在高压蓄能器充气口B上，所述单向阀K为高压蓄能器的测压口，低压蓄能器和高压蓄能器的测压口均可使用压力传感器进行测压。

优选的，所述液压马达的数量为两个，分别为液压马达A和液压马达B，并分别为并联在低压蓄能器和高压蓄能器之间，两个液压马达高压蓄能器连接的管路一上设置有压力传感器A，两个液压马达低压蓄能器连接的管路二上设置有压力传感器B，液压马达A与管路一连接的液压支路上设置有二位二通阀，液压马达B与发电机连接，当波浪较小时，二位二通阀处于右位，仅液压马达B启动，当波浪较大时，二位二通阀处于左位，两液压马达同时启动。

当波浪较小时，浮子模块的运动行程较小，运动周期短，执行器第一腔、第三腔瞬时出油量较小，二位二通阀处于右位，仅一个液压马启动。高压油经高压蓄能器、调速阀进入液压马达，带动发电机发电；

当波浪较大时，浮子模块的运动行程较大，执行器第一腔、第三腔瞬时出油量较大，二位二通阀处于左位，两个液压马达启动，高压油经高压蓄能器、调速阀进入两个液压马达带动发电机发电。

优选的，本发明中，发电模块的位置可根据实际情况进行调整，如发电模块可位于高压蓄能器模块的上部或侧部。

本发明中发电模块中如何将发电机输出的电能整流逆变存储，为现有技术，此处不再赘述。

一种模块化能量转换装置的工作方法：

当有波浪时，浮子模块上下浮动，使得与浮子模块连接的一级空心活塞杆上下运动，其中，一级空心活塞杆的空心部分还作为二级空心活塞杆的液压缸缸筒，当一级空心活塞杆向上移动时，执行器第一腔经单向阀B从低压蓄能器吸油，执行器第三腔经单向阀C向高压蓄能器输出高压油；

当一级空心活塞杆向下移动时，执行器第三腔经单向阀D从低压蓄能器吸油，液压缸第一腔经单向阀A向高压蓄能器模块输出高压油，液压马达右接高压蓄能器，左接低压蓄能器，液压马达与发电机连接，液压马达旋转带动发电机工作，将波浪能转化为电能。

一种上述模块化能量转换装置的应用，应用于点吸收式波浪能发电系统，将该模块化能量转换装置倒置，一级空心活塞杆向上伸出与浮子模块连接，所述浮子模块上固定设置有两导向柱，两导向柱之间滑动设置有一导向架，导向架能够沿两导向柱上下移动，所述导向架与模块化能量转换装置侧部刚性连接，所述模块化能量转换装置下部通过一锚链插入海底，构成一个点吸收式波浪能发电系统。

一种上述模块化能量转换装置的应用，应用于摆式波浪能发电系统，将多个模块化能量转换装置对称阵列安装于海上漂浮平台上，该海上漂浮平台为一工作船，工作船两侧对称安装若干模块化能量转换装置，每个模块化能量转换装置的一级空心活塞杆铰接在一浮子摆架中部，模块化能量转换装置两侧部通过L型固定架固定在工作船上，L型固定架通过一转动副连接浮子摆架，浮子摆架与浮子模块连接，从而组成摆式波浪能发电系统；

当波浪冲击浮子模块时，带动浮子摆架上下旋转运动，而带动模块化能量转换装置的一级空心活塞杆相对于执行器模块发生运动，当一级空心活塞杆向上移动时，执行器第一腔经单向阀B从低压蓄能器吸油，执行器第三腔经单向阀C向高压蓄能器输出高压油；

当一级空心活塞杆向下移动时，执行器第三腔经单向阀D从低压蓄能器吸油，液压缸第一腔经单向阀A向高压蓄能器模块输出高压油，执行器第二腔与低压蓄能器连接，液压马达右接高压蓄能器，左接低压蓄能器，液压马达与发电机连接，液压马达旋转带动发电机工作，将波浪能转化为电能。

本发明未详尽之处，均可采用现有技术。

本发明的有益效果为：

1)本发明采用采用模块化、集成式设计方法，能适用于多类波浪能发电的装置，通过浮子模块的垂荡运动来收集波浪能，其中该装置在浮子模块上升、下降阶段均能对波浪能进行收集，具有双程收集波浪能的特征，此外本发明装置不需要其他外部参考点，仅需依靠浮子模块与执行器模块之间的相对运动。

2)本发明将浮子模块、执行器模块、插装阀模块、高压蓄能器模块、发电模块，先分别制造再集成组装于一体，各个模块能够实现快速组装以及直接替换的功能，只需要将问题模块拆下维修即可，方便发电装置各模块的组装、维修以及维护。

3)本发明装置的执行器模块，是一种高效、简单、稳定的闭环波浪能发电液压系统，不仅可以减小了整个装置的体积，还能省掉一般装置所需的油箱。

4)本发明的装置的各个模块外壳均为封闭的，抗击自然灾害的能力较强；各模块外壳采用耐腐蚀合金材料，可以有效防海水腐蚀；外壳外表面采用特种涂层技术，可以解决海洋生物附着的问题，海洋环境适应性大大增强。

5)本发明的模块化能量转换装置及其工作方法与应用，装置的模块化、集成化、通用化能够有效地降低其制造、组装以及维修成本，可促进波浪能发电装置的商业化、产业化。

附图说明

图1为本发明的模块化能量转换装置的结构示意图一；

图2为图1的外观示意图；

图3为本发明的模块化能量转换装置的结构示意图二；

图4为本发明调速阀的连接关系示意图；

图5为应用于点吸收式波浪能发电系统示意图；

图6为应用于摆式波浪能发电系统示意图；

图7为应用于摆式波浪能发电系统俯视图；

图8为本发明的发电模块位置示意图一；

图9为本发明的发电模块位置示意图二；

其中，1-发电机，2-液压马达，2.1-液压马达A，2.2-液压马达B，3-高压蓄能器，4-单向阀A，5-执行器第三腔，6-一级空心活塞杆，7-单向阀B，8-执行器第一腔，9-低压蓄能器，10-高压蓄能器可动活塞，11-单向阀D，12-单向阀C，13-执行器第二腔，14-二级空心活塞杆，15-低压蓄能器可动活塞，16-单向阀J，17-单向阀H，18-浮子模块，19-调速阀，20-单向阀E，21-单向阀F，22-单向阀G，23-单向阀K，24-压力传感器A，25-压力传感器B，26-二位二通阀，27-导向柱，28-导向架，29-锚链，30-工作船，31-浮子摆架，32-L型固定架。

具体实施方式：

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。

实施例1：

一种模块化能量转换装置，如图1-9所示，包括执行器模块、插装阀模块、高压蓄能器模块、发电模块和浮子模块18，浮子模块18用于漂浮在水面/海面上，并且与波浪直接接触，执行器模块包括一级空心活塞杆6、二级空心活塞杆14和低压蓄能器9，低压蓄能器9的形状为空心圆环柱，其外圆壁为执行器模块的壳体，内圆壁用于设置一级空心活塞杆6，低压蓄能器9与一级空心活塞杆6之间形成执行器第一腔8，一级空心活塞杆6的空心结构内滑动设置二级空心活塞杆14，即一级空心活塞杆还作为二级空心活塞杆的活塞缸筒，二级空心活塞杆可在一级空心活塞杆的空心结构内滑动，二级空心活塞杆14的空心结构底部设置有通孔，即二级空心活塞杆14的空心结构与一级空心活塞杆6的空心结构相通，形成执行器第三腔5，二级空心活塞杆14与低压蓄能器9之间形成执行器第二腔13，执行器第二腔13与低压蓄能器9连接，一级空心活塞杆6与浮子模块18连接，能够随浮子模块18的运动而运动；

当一级空心活塞杆6随着浮子模块垂荡运动进行上下往复运动时，此时执行器第一腔8、执行器第三腔5的大小发生变化，进而压出高压液压油，这一过程能把波浪能转换为执行器的活塞杆往复运动的机械能；

低压蓄能器9内设置有低压蓄能器可动活塞15，低压蓄能器可动活塞15上部设置有一充气口A，充气口A充入一定压力的氮气，低压蓄能器可动活塞15下部充入液压油，当一级空心活塞杆6向上移动时，执行器第一腔8从低压蓄能器9吸油，执行器第三腔5向高压蓄能器模块输出高压油；当一级空心活塞杆向下移动时，执行器第三腔5从低压蓄能器9吸油，执行器第一腔8向高压蓄能器模块输出高压油；

高压蓄能器模块包括高压蓄能器3，高压蓄能器3内部设置有高压蓄能器可动活塞10，在高压蓄能器可动活塞10上部设置有充气口B，充气口B充入一定压力的氮气，高压蓄能器可动活塞10下部充入液压油；

插装阀模块包括插装阀壳体、单向阀A4、单向阀B 7、单向阀C12和单向阀D11，单向阀A 4用于连接执行器第一腔8和高压蓄能器有液压油的部分，通过单向阀A 4能够将执行器第一腔8的高压油输入到高压蓄能器3中存储；单向阀B 7用于连接执行器第一腔8和低压蓄能器有液压油的部分，通过单向阀B 7能够将低压蓄能器9的液压油输入执行器第一腔8内；单向阀C12用于连接执行器第三腔5和高压蓄能器3，通过单向阀C12能够将执行器第三腔的液压油输入至高压蓄能器有液压油的部分；单向阀D11用于连接执行器第三腔5和低压蓄能器9，通过单向阀D11能够将低压蓄能器的液压油输入执行器第三腔5；

发电模块包括发电模块壳体、液压马达2和发电机1，液压马达2和发电机1固定于发电模块壳体内，液压马达2的输出端连接低压蓄能器9，输入端连接高压蓄能器3，液压马达2与发电机1连接，液压马达2旋转带动发电机1工作。

实施例2：

一种模块化能量转换装置，如实施例1所述，所不同的是，发电模块壳体、高压蓄能器的壳体、插装阀壳体和执行器模块的壳体相连接处通过卯榫结构进行连接，进而可实现快速组装；本发明的卯榫结构可参考现有技术进行，只要能实现快速组装即可；

插装阀壳体内设置有插装孔，单向阀A 4、单向阀B 7、单向阀C12插装固定在插装孔内。

实施例3：

一种模块化能量转换装置，如实施例1所述，所不同的是，高压蓄能器可动活塞10上部的充气口B充入氮气的压力为10Mpa以上，低压蓄能器可动活塞15上部充气口A充入氮气的压力为0.5Mpa。

实施例4：

一种模块化能量转换装置，如实施例1所述，所不同的是，发电模块壳体、高压蓄能器的壳体、插装阀壳体和执行器模块的壳体均由耐腐蚀的合金材料制成，且其外表面均涂有防腐涂料；

耐腐蚀的合金材料优选为铸钛ZT，防腐涂料为ZS-711无机防腐涂料。

实施例5：

一种模块化能量转换装置，如实施例1所述，所不同的是，如图3所示，高压蓄能器输入端和高压蓄能器连接的管路上设置有调速阀19，调速阀19为由定差减压阀与节流阀串联而成的组合阀，定差减压阀的进口与高压蓄能器连接，定差减压阀的出口与节流阀的进口连接，节流阀的出口与液压马达连接。

当波浪较小时，浮子模块的运动行程较小，运动周期短，执行器第一腔、执行器第三腔瞬时出油量较小，少量高压油经高压蓄能器、调速阀进入液压马达，带动发电机发电，此时调速阀能消除海况变化对流量的影响；

当浮子的垂荡运动行程较大时，执行器第一腔、执行器第三腔瞬时出油量大，大量高压油经高压蓄能器、调速阀进入液压马达，带动发电机发电，此时调速阀能消除海况变化对流量的影响。

如图4所示，调速阀是由定差减压阀与节流阀串联而成的组合阀，定差减压阀两腔也分别与节流阀两端相通，设定差减压阀的进口压力为p1，油液经减压后出口压力为p2，通过节流阀又降至p3进入液压马达。p3大小由液压马达所连接的负载决定，负载变化，则p3和调速阀两端压差p1-p3随之变化，但节流阀两端压差p2-p3却不变。

实际应用时，液压马达不切换，负载几乎不变，p3不变，减压阀芯弹簧腔液压作用力不变，当p1受高海况作用下压力增大，则减压口开度减小，减压作用增大，使p2有所减小，使p2与p3间压力差值保持不变；同理，当p1受低海况作用下压力减小，则减压口开度增大，减压作用减小，使p2有所增大，使p2与p3间压力差值保持不变，因为流量只与压差有关，故而调速阀通过的流量因此就保持恒定了。

实施例6：

一种模块化能量转换装置，如实施例5所述，所不同的是，如图3所示，插装阀模块还包括单向阀E 20，单向阀E 20连接高压蓄能器3和低压蓄能器9，单向阀E 20处于常闭状态，在高压蓄能器的充油口、充气口B损坏且高压蓄能器缺油时，或者在排除插装阀模块故障时打开；

执行器模块还包括单向阀F 21、单向阀G 22和单向阀H17，单向阀F 21为低压蓄能器的补油口，单向阀G 22为低压蓄能器的测压口，单向阀H17设置在低压蓄能器的充气口A上；

高压蓄能器模块还包括单向阀J16和单向阀K 23，单向阀J16设置在高压蓄能器充气口B上，单向阀K 23为高压蓄能器的测压口，低压蓄能器9和高压蓄能器3的测压口均可使用压力传感器进行测压。

实施例7：

一种模块化能量转换装置，如实施例6所述，所不同的是，液压马达的2数量为两个，分别为液压马达A 2.1和液压马达B 2.2，并分别为并联在低压蓄能器9和高压蓄能器3之间，两个液压马达高压蓄能器连接的管路一上设置有压力传感器A 24，两个液压马达低压蓄能器连接的管路二上设置有压力传感器B 25，液压马达A 2.1与管路一连接的液压支路上设置有二位二通阀26，液压马达B 2.2与发电机1连接，当波浪较小时，二位二通阀26处于右位，仅液压马达B 2.2启动，当波浪较大时，二位二通阀26处于左位，两液压马达同时启动。

当波浪较小时，浮子模块的运动行程较小，运动周期短，执行器第一腔、第三腔瞬时出油量较小，二位二通阀处于右位，仅一个液压马启动。高压油经高压蓄能器、调速阀进入液压马达，带动发电机发电；

当波浪较大时，浮子模块的运动行程较大，执行器第一腔、第三腔瞬时出油量较大，二位二通阀处于左位，两个液压马达启动，高压油经高压蓄能器、调速阀进入两个液压马达带动发电机发电。

实施例8：

一种模块化能量转换装置，如实施例1所述，所不同的是，发电模块可位于高压蓄能器模块的上部或侧部，如图8、9所示。

实施例9：

一种模块化能量转换装置的工作方法：

当有波浪时，浮子模块18上下浮动，使得与浮子模块18连接的一级空心活塞杆6上下运动，其中，一级空心活塞杆6的空心部分还作为二级空心活塞杆14的液压缸缸筒，当一级空心活塞杆6向上移动时，执行器第一腔8经单向阀B 7从低压蓄能器9吸油，执行器第三腔5经单向阀C 12向高压蓄能器3输出高压油；

当一级空心活塞杆6向下移动时，执行器第三腔5经单向阀D 11从低压蓄能器9吸油，液压缸第一腔8经单向阀A 4向高压蓄能器模块输出高压油，液压马达2右接高压蓄能器3，左接低压蓄能器9，液压马达2与发电机1连接，液压马达2旋转带动发电机1工作，将波浪能转化为电能。

实施例10：

一种模块化能量转换装置的应用，如图5所示，应用于点吸收式波浪能发电系统，将该模块化能量转换装置倒置，一级空心活塞杆向上伸出与浮子模块18连接，浮子模块18上固定设置有两导向柱27，两导向柱之间滑动设置有一导向架28，导向架28能够沿两导向柱上下移动，导向架28与模块化能量转换装置侧部刚性连接，模块化能量转换装置下部通过一锚链29插入海底，构成一个点吸收式波浪能发电系统。

当一级空心活塞杆向上移动时，液压缸第一腔从低压蓄能器吸油，液压缸第三腔向高压蓄能器模块输出高压油；当一级活塞杆向下移动时，液压缸第三腔从低压蓄能器吸油，液压缸第一腔向高压蓄能器模块输出高压油。单向阀A与执行器第一腔以及高压蓄能器相连，当一级活塞杆向下移动时，液压缸第一腔向高压蓄能器模块输出高压油。单向阀B与执行器第一腔以及低压蓄能器相连，当一级活塞杆向上移动时，液压缸第一腔从低压蓄能器吸油。单向阀C与执行器第三腔以及高压蓄能器相连，当一级活塞杆向上移动时，液压缸第三腔向高压蓄能器模块输出高压油。单向阀D与执行器第三腔以及低压蓄能器相连，当一级活塞杆向下移动时，液压缸第三腔从低压蓄能器吸油。液压缸第二腔和低压蓄能器通过油路相连。液压马达右接低压蓄能器，左接高压蓄能器，液压马达与发电机连接，液压马达旋转带动发电机工作，发电机电流可输入到蓄电池模块。

实施例11：

一种模块化能量转换装置的应用，如图6、7所示，应用于摆式波浪能发电系统，将多个模块化能量转换装置对称阵列安装于海上漂浮平台上，该海上漂浮平台为一工作船30，工作船30两侧对称安装若干模块化能量转换装置，每个模块化能量转换装置的一级空心活塞杆铰接在一浮子摆架31中部，模块化能量转换装置两侧部通过L型固定架32固定在工作船30上，L型固定架32通过一转动副连接浮子摆架31，浮子摆架31与浮子模块18连接，从而组成摆式波浪能发电系统；

当波浪冲击浮子模块时，带动浮子摆架上下旋转运动，而带动模块化能量转换装置的一级空心活塞杆相对于执行器模块发生运动，当一级空心活塞杆向上移动时，执行器第一腔经单向阀B从低压蓄能器吸油，执行器第三腔经单向阀C向高压蓄能器输出高压油；

当一级空心活塞杆向下移动时，执行器第三腔经单向阀D从低压蓄能器吸油，液压缸第一腔经单向阀A向高压蓄能器模块输出高压油，执行器第二腔与低压蓄能器连接，液压马达右接高压蓄能器，左接低压蓄能器，液压马达与发电机连接，液压马达旋转带动发电机工作，将波浪能转化为电能。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种模块化能量转换装置，其特征在于，包括执行器模块、插装阀模块、高压蓄能器模块、发电模块和浮子模块，所述浮子模块用于漂浮在海面上，并且与波浪直接接触，所述执行器模块包括一级空心活塞杆、二级空心活塞杆和低压蓄能器，所述低压蓄能器的形状为空心圆环柱，其外圆壁为执行器模块的壳体，内圆壁用于设置一级空心活塞杆，低压蓄能器与一级空心活塞杆之间形成执行器第一腔，所述一级空心活塞杆的空心结构内滑动设置所述二级空心活塞杆，二级空心活塞杆的空心结构底部设置有通孔，即二级空心活塞杆的空心结构与一级空心活塞杆的空心结构相通，形成执行器第三腔，二级空心活塞杆与低压蓄能器之间形成执行器第二腔，执行器第二腔与低压蓄能器连接，所述一级空心活塞杆与浮子模块连接，能够随浮子模块的运动而运动；

所述低压蓄能器内设置有低压蓄能器可动活塞，低压蓄能器可动活塞上部设置有一充气口A，充气口A充入一定压力的氮气，低压蓄能器可动活塞下部充入液压油；

所述高压蓄能器模块包括高压蓄能器，所述高压蓄能器内部设置有高压蓄能器可动活塞，在高压蓄能器可动活塞上部设置有充气口B，充气口B充入一定压力的氮气，高压蓄能器可动活塞下部充入液压油；

所述插装阀模块包括插装阀壳体、单向阀A、单向阀B、单向阀C和单向阀D，单向阀A用于连接执行器第一腔和高压蓄能器有液压油的部分，通过单向阀A能够将执行器第一腔的高压油输入到高压蓄能器中存储；所述单向阀B用于连接执行器第一腔和低压蓄能器有液压油的部分，通过单向阀B能够将低压蓄能器的液压油输入执行器第一腔内；所述单向阀C用于连接执行器第三腔和高压蓄能器，通过单向阀C能够将执行器第三腔的液压油输入至高压蓄能器有液压油的部分；所述单向阀D用于连接执行器第三腔和低压蓄能器，通过单向阀D能够将低压蓄能器的液压油输入执行器第三腔；

所述发电模块包括发电模块壳体、液压马达和发电机，液压马达和发电机固定于发电模块壳体内，所述液压马达的输出端连接低压蓄能器，输入端连接高压蓄能器，液压马达与发电机连接，液压马达旋转带动发电机工作；

所述发电模块壳体、高压蓄能器的壳体、插装阀壳体和执行器模块的壳体相连接处通过卯榫结构进行连接；

所述插装阀壳体内设置有插装孔，单向阀A、单向阀B、单向阀C插装固定在插装孔内；

所述高压蓄能器输入端和高压蓄能器连接的管路上设置有调速阀，所述调速阀为由定差减压阀与节流阀串联而成的组合阀，所述定差减压阀的进口与高压蓄能器连接，定差减压阀的出口与节流阀的进口连接，节流阀的出口与液压马达连接；

所述插装阀模块还包括单向阀E，单向阀E连接高压蓄能器和低压蓄能器，所述单向阀E处于常闭状态，在高压蓄能器的充油口或充气口B损坏且高压蓄能器缺油时，或者在排除插装阀模块故障时打开；

所述执行器模块还包括单向阀F、单向阀G和单向阀H，单向阀F为低压蓄能器的补油口，单向阀G为低压蓄能器的测压口，单向阀H设置在低压蓄能器的充气口A上；

所述高压蓄能器模块还包括单向阀J和单向阀K，单向阀J设置在高压蓄能器充气口B上，所述单向阀K为高压蓄能器的测压口，低压蓄能器和高压蓄能器的测压口均可使用压力传感器进行测压。

2.根据权利要求1所述的模块化能量转换装置，其特征在于，所述高压蓄能器可动活塞上部的充气口B充入氮气的压力为10Mpa以上，所述低压蓄能器可动活塞上部充气口A充入氮气的压力为0.8Mpa以下。

3.根据权利要求1所述的模块化能量转换装置，其特征在于，所述发电模块壳体、高压蓄能器的壳体、插装阀壳体和执行器模块的壳体均由耐腐蚀的合金材料制成，且其外表面均涂有防腐涂料；

所述耐腐蚀的合金材料为铸钛ZT或NH55，防腐涂料为ZS-711无机防腐涂料。

4.根据权利要求1所述的模块化能量转换装置，其特征在于，所述液压马达的数量为两个，分别为液压马达A和液压马达B，并分别为并联在低压蓄能器和高压蓄能器之间，两个液压马达与高压蓄能器连接的管路一上设置有压力传感器A，两个液压马达与低压蓄能器连接的管路二上设置有压力传感器B，液压马达A与管路一连接的液压支路上设置有二位二通阀，液压马达B与发电机连接，当波浪较小时，二位二通阀处于右位，仅液压马达B启动，当波浪较大时，二位二通阀处于左位，两液压马达同时启动；

发电模块位于高压蓄能器模块的上部或侧部。

5.一种权利要求1所述的模块化能量转换装置的工作方法，其特征在于，当有波浪时，浮子模块上下浮动，使得与浮子模块连接的一级空心活塞杆上下运动，其中，一级空心活塞杆的空心部分还作为二级空心活塞杆的液压缸缸筒，当一级空心活塞杆向上移动时，执行器第一腔经单向阀B从低压蓄能器吸油，执行器第三腔经单向阀C向高压蓄能器输出高压油；

当一级空心活塞杆向下移动时，执行器第三腔经单向阀D从低压蓄能器吸油，液压缸第一腔经单向阀A向高压蓄能器模块输出高压油，液压马达右接高压蓄能器，左接低压蓄能器，液压马达与发电机连接，液压马达旋转带动发电机工作，将波浪能转化为电能。

6.一种权利要求1所述的模块化能量转换装置的应用，其特征在于，应用于点吸收式波浪能发电系统，将该模块化能量转换装置倒置，一级空心活塞杆向上伸出与浮子模块连接，所述浮子模块上固定设置有两导向柱，两导向柱之间滑动设置有一导向架，导向架能够沿两导向柱上下移动，所述导向架与模块化能量转换装置侧部刚性连接，所述模块化能量转换装置下部通过一锚链插入海底，构成一个点吸收式波浪能发电系统。

7.一种权利要求1所述的模块化能量转换装置的应用，其特征在于，应用于摆式波浪能发电系统，将多个模块化能量转换装置对称阵列安装于海上漂浮平台上，该海上漂浮平台为一工作船，工作船两侧对称安装若干模块化能量转换装置，每个模块化能量转换装置的一级空心活塞杆铰接在一浮子摆架中部，模块化能量转换装置两侧部通过L型固定架固定在工作船上，L型固定架通过一转动副连接浮子摆架，浮子摆架与浮子模块连接，从而组成摆式波浪能发电系统；

当波浪冲击浮子模块时，带动浮子摆架上下旋转运动，而带动模块化能量转换装置的一级空心活塞杆相对于执行器模块发生运动，当一级空心活塞杆向上移动时，执行器第一腔经单向阀B从低压蓄能器吸油，执行器第三腔经单向阀C向高压蓄能器输出高压油；

当一级空心活塞杆向下移动时，执行器第三腔经单向阀D从低压蓄能器吸油，液压缸第一腔经单向阀A向高压蓄能器模块输出高压油，执行器第二腔与低压蓄能器连接，液压马达右接高压蓄能器，左接低压蓄能器，液压马达与发电机连接，液压马达旋转带动发电机工作，将波浪能转化为电能。

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