CN112855422B - 一种用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统及方法 - Google Patents

一种用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统及方法，它包括信号采集系统、液压转换系统、控制系统和发电系统；所述信号采集系统包括浮子和摇臂连杆，在摇臂连杆上安装有角位移传感器；所述液压转换系统包括由多腔室液压缸和液压回路；此方法提高对波浪能的采集与转换效率及发电装置的稳定性与可靠性，使得液压转换系统能够能够适应不同的海况。

Description

一种用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统及 方法
技术领域
本发明涉及一种用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统及方法，属于波浪能发电技术领域。
背景技术
随着社会的发展，人们对能源的需求量越来越多，波浪能作为清洁能源已经成为新能源开发的主要对象。但是由于波浪的不规则性和难以预测性，现有的波浪能发电装置一方面使用环境较为单一，难以适应于复杂多变的海域。另一方面能量转换的吸收的效率较为低下，难以大规模的投入实际的应用生产。常规的波浪能发电都存在着能量转换效率低的问题。因此为了提高对波浪能的采集与转换效率及发电装置的稳定性与可靠性，使得液压转换系统能够能够适应不同的海况。提出一种用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统方法，此方法提高对波浪能的采集与转换效率及发电装置的稳定性与可靠性，使得液压转换系统能够能够适应不同的海况。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统，它包括信号采集系统、液压转换系统、控制系统和发电系统；
所述信号采集系统包括浮子和摇臂连杆，在摇臂连杆上安装有角位移传感器；
所述液压转换系统包括由多腔室液压缸和液压回路；
所述多腔室液压缸有A腔室、B腔室、C腔室和D腔室四个腔室组成；所述A腔室与第一线路相连，B腔室与第二线路相连，C腔室与第三线路相连，每条线路上分别对应设有低压阀、中压阀、高压阀三个开关阀；低压阀与低压线路连接，中压阀与中压线路连接，高压阀与高压线路连接；高压线路、中压线路和低压线路上分别设有低压蓄能器、中压蓄能器、高压蓄能器用来稳定线路上的压力，中压线路通过第一开关阀和第一节流阀与高压线路连通，中压线路通过第二开关阀和第二节流阀与低压线路连通；高压线路在接入液压马达之间设有高压蓄能控制器，低压线在接入液压马达之间设有低压蓄能控制器。
所述浮子与摇臂连杆固定连接，摇臂连杆通过铰接与固定平台连接，多腔室液压缸与摇臂连杆通过铰接连接。
所述多腔室液压缸的活塞杆上安装有用于实时监测活塞杆运动加速度的加速度传感器。
所述角位移传感器用于监控摇臂连杆的摆动角度，并根据摆动角度实现对液压回路阀组开关顺序的控制。
所述液压回路中包括液压泵，所述液压泵与油箱相连通，液压泵通过两个相反的第一单向阀和第二单向阀向液压回路中进行补油，所述液压泵与电机相连，并提供泵油动力。
所述液压马达的转轴上安装有速度传感器。
所述液压回路中低压线路中设有低压溢流阀和第一滤油器，高压线路中设有高压溢流阀和第二滤油器。
所述高压溢流阀和低压溢流阀的预紧力能够通过调节弹簧来改变。
用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统的控制方法，针对不同的海况条件下能够通过调节低压蓄能器、中压蓄能器和高压蓄能器的预充压力来使转换系统适应于不同的海况条件，同时改变高压蓄能控制器的预充压力
Figure GDA0003519052390000021
和低压蓄能器的预充压力
Figure GDA0003519052390000022
使整个系统的压力达到相对稳定的状态；
具体方法如下：
通过对多腔室液压缸进行分析有：ma＝FW+FT；式中m表示浮子和摇臂连杆的总质量；a表示多腔室液压缸活塞杆的加速度；FW表示波浪整个摇臂连杆的作用力；FT表示液压回路产生的作用力；
波浪对浮子的作用力FW计算公式如下：
Figure GDA0003519052390000023
Figure GDA0003519052390000024
Figure GDA0003519052390000025
表示波浪对浮子的横向作用力；
Figure GDA0003519052390000026
表示波浪对浮子的纵向作用力；χ为浮体的吃水系数；τ1与浮体水下部分纵向轮廓的最大平方尺寸有关；p表示水的密度；g表示重力加速度；h与波浪的有义波高
Figure GDA0003519052390000031
有关，取
Figure GDA0003519052390000032
θ表示摇臂连杆与平台之间的夹角；Ax为浮子水下横向阻水面积；Ay为浮子水下横向阻水面积；
根据压力公式有F＝P×S，活塞杆受到液压回路的力为：
FT＝PBSB-PASA-PCSC
式中：SA、SB、SC分别表示多腔室液压缸中A腔室、B腔室和C腔室的活塞面积；PA、PB、PC分别表示A腔室、B腔室和C腔室中所通的压力油的压力；
根据上述的方法在不同的海况下根据不同波浪调节高压蓄能器、中压蓄能器和低压蓄能器的预充压力，来使转换系统适应于不同的海况条件，同时通过改变高压蓄能控制器的预充压力
Figure GDA0003519052390000033
和低压蓄能控制器的预充压力
Figure GDA0003519052390000034
使线路压力达到相对的稳定状态，从而使液压马达的转速输出相对稳定。
根据不同的海况下所述液压马达上的速度传感实时监测液压马达上的转速，并将所监测的转速与所需的转速进行比较，通过比较的结果对高压溢流阀的低压溢流阀的弹簧进行调节来改变溢流阀的预紧力，从而使液压马达的两端的管线压力稳定，从而使得液压马达的转速输出达到恒定的要求。
本发明有如下有益效果：
1、通过采用本发明的系统和控制方法能够根据不同的海况下所述液压马达23上的速度传感可以实时监测液压马达23上的转速，并将所监测的转速与所需的转速进行比较。通过比较的结果对高压溢流阀20的低压溢流阀18的弹簧进行调节来改变溢流阀的预紧力，从而使液压马达23的两端的管线压力稳定，从而使得液压马达23的转速输出达到恒定的要求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明中马达调速原理方框图。
图2为本发明中溢流阀结构图。
图3为本发明中采集机构示意图。
图4为本发明中液压回路示意图。
图中：浮子1、摇臂连杆2、角位移传感器3、多腔室液压缸4、A腔室41、B腔室42、C腔室43、D腔室44、固定平台5、第一线路61、第二线路62、第三线路63、低压阀71、中压阀72、高压阀73、低压蓄能器81、中压蓄能器82、高压蓄能器83、第一节流阀91、第二节流阀92、第一开关阀10、第二开关阀11、高压蓄能控制器12、低压蓄能控制器13、第一单向阀14、第二单向阀15、液压泵16、电机17、高压溢流阀18、第一滤油器19、低压溢流阀20、第二滤油器21、油箱22、液压马达23、发电机24、调节螺栓25、调节弹簧26。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
如图1所示，根据不同的海况下所述液压马达23上的速度传感可以实时监测液压马达23上的转速，并将所监测的转速与所需的转速进行比较。通过比较的结果对高压溢流阀20的低压溢流阀18的弹簧进行调节来改变溢流阀的预紧力，从而使液压马达23的两端的管线压力稳定，从而使得液压马达23的转速输出达到恒定的要求。
如图2所示，高压溢流阀20的低压溢流阀18的结构示意图，可通旋转调节螺栓25来控制调节弹簧26的松紧使溢流阀的预紧力改变。达到调节管线压力稳定的要求。
如图3所示，一种用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统，采集系统由浮子1和摇臂连杆2组成。在波浪的的作用下浮子1发生俯仰运动从而使得摇臂连杆2转动。摇臂连杆2上安装有角位移传感器3，用于对摇臂连杆2转动的角度进行实时监测。多腔室液压缸4的活塞杆与摇臂连杆2通过铰接连接，通过摇臂连杆2的的转动带动多腔室液压缸4的活塞杆往复运动实现波浪能的采集。
如图4所示，一种用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统，液压转换系统主要由多腔室液压缸和液压回路组成。多腔室液压缸由A腔室41、B腔室42、C腔室43、D腔室44四个腔室组成，A腔室41与第一线路61相连，B腔室42与第二线路62相连，C腔室43与第三线路63相连，D腔室44中通入保护气体。每条线路上分别设有低压阀71、中压阀72和高压阀73三个开关阀；低压阀71与低压线路连接，中压阀72与中压线路连接，高压阀73与高压线路连接；高压线路、中压线路和低压线路上分别设有低压蓄能器81、中压蓄能器82、高压蓄能器83用来稳定每条线路上的压力。中压线路的一端分出两条油路其中一条通过第一节流阀91和第一开关阀10与高压线连通，另一条右路通过第二节流阀92和第二开关阀11与低压线连通。低压线路中设有低压溢流阀18和滤油器19，高压线路中设有高压溢流阀20和滤油器21。高压线与低压线分别接入液压马达23两端。液压马达23的输出转轴与发电机24相连实现发电。
如图3-4所示，一种用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制方法，对不同的海况条件下可通过调节低压蓄能器81、中压蓄能器82和高压蓄能器83的预充压力来使转换系统能够适应于不同的海况条件；同时改变高压蓄能控制器13的预充压力
Figure GDA0003519052390000051
和低压蓄能器12的预充压力
Figure GDA0003519052390000052
使整个系统的压力达到相对稳定的状态。
具体方法如下：
通过对多腔室液压缸4进行分析有：ma＝FW+FT；式中m表示浮子1和摇臂连杆2的总质量；a表示多腔室液压缸4活塞杆的加速度；FW表示波浪整个摇臂连杆2的作用力；FT表示液压回路产生的作用力；
波浪对浮子1的作用力FW计算公式如下：
Figure GDA0003519052390000053
Figure GDA0003519052390000054
Figure GDA0003519052390000055
表示波浪对浮子1的横向作用力；
Figure GDA0003519052390000056
表示波浪对浮子1的纵向作用力；χ为浮体的吃水系数；τ1与浮体水下部分纵向轮廓的最大平方尺寸有关；p表示水的密度；g表示重力加速度；h与波浪的有义波高
Figure GDA0003519052390000057
有关，取
Figure GDA0003519052390000058
θ表示摇臂连杆与平台之间的夹角；Ax为浮子水下横向阻水面积；Ay为浮子水下横向阻水面积；
根据压力公式有F＝P×S，活塞杆受到液压回路的力为：
FT＝PBSB-PASA-PCSC
式中：SA、SB、SC分别表示多腔室液压缸4中A腔室、B腔室和C腔室的活塞面积；PA、PB、PC分别表示A腔室、B腔室和C腔室中所通的压力油的压力；
根据上述的方法在不同的海况下根据不同波浪调节高压蓄能器83、中压蓄能器82和低压蓄能器81的预充压力，来使转换系统适应于不同的海况条件，同时通过改变高压蓄能控制器12的预充压力
Figure GDA0003519052390000061
和低压蓄能控制器13的预充压力
Figure GDA0003519052390000062
使线路压力达到相对的稳定状态，从而使液压马达23的转速输出相对稳定。
根据不同的海况下所述液压马达23上的速度传感实时监测液压马达23上的转速，并将所监测的转速与所需的转速进行比较，通过比较的结果对高压溢流阀20的低压溢流阀18的弹簧进行调节来改变溢流阀的预紧力，从而使液压马达23的两端的管线压力稳定，从而使得液压马达23的转速输出达到恒定的要求。

Claims (9)

1.用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统的控制方法，所述用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统包括信号采集系统、液压转换系统、控制系统和发电系统；
所述信号采集系统包括浮子(1)和摇臂连杆(2)，在摇臂连杆(2)上安装有角位移传感器(3)；
所述液压转换系统包括由多腔室液压缸(4)和液压回路；
所述多腔室液压缸(4)有A腔室(41)、B腔室(42)、C腔室(43)和D腔室(44)四个腔室组成；所述A腔室(41)与第一线路(61)相连，B腔室(42)与第二线路(62)相连，C腔室(43)与第三线路(63)相连，每条线路上分别对应设有低压阀(71)、中压阀(72)、高压阀(73)三个开关阀；低压阀(71)与低压线路连接，中压阀(72)与中压线路连接，高压阀(73)与高压线路连接；高压线路、中压线路和低压线路上分别设有低压蓄能器(81)、中压蓄能器(82)、高压蓄能器(83)用来稳定线路上的压力，中压线路通过第一开关阀(10)和第一节流阀(91)与高压线路连通，中压线路通过第二开关阀(11)和第二节流阀(92)与低压线路连通；高压线路在接入液压马达(23)之间设有高压蓄能控制器(12)，低压线在接入液压马达(23)之间设有低压蓄能控制器(13)；
其特征在于，控制方法为：针对不同的海况条件下能够通过调节低压蓄能器(81)、中压蓄能器(82)和高压蓄能器(83)的预充压力来使转换系统适应于不同的海况条件，同时改变高压蓄能控制器(12)的预充压力
Figure FDA0003519052380000011
和低压蓄能控制器(13)的预充压力
Figure FDA0003519052380000012
使整个系统的压力达到相对稳定的状态；
具体方法如下：
通过对多腔室液压缸(4)进行分析有：ma＝FW+FT；式中m表示浮子(1)和摇臂连杆(2)的总质量；a表示多腔室液压缸(4)活塞杆的加速度；FW表示波浪整个摇臂连杆(2)的作用力；FT表示液压回路产生的作用力；
波浪对浮子(1)的作用力FW计算公式如下：
Figure FDA0003519052380000021
Figure FDA0003519052380000022
Figure FDA0003519052380000023
表示波浪对浮子(1)的横向作用力；
Figure FDA0003519052380000024
表示波浪对浮子(1)的纵向作用力；χ为浮体的吃水系数；τ1与浮体水下部分纵向轮廓的最大平方尺寸有关；p表示水的密度；g表示重力加速度；h与波浪的有义波高
Figure FDA0003519052380000025
有关，取
Figure FDA0003519052380000026
θ表示摇臂连杆与平台之间的夹角；Ax为浮子水下横向阻水面积；Ay为浮子水下横向阻水面积；
根据压力公式有F＝P×S，活塞杆受到液压回路的力为：
FT＝PBSB-PASA-PCSC
式中：SA、SB、SC分别表示多腔室液压缸(4)中A腔室、B腔室和C腔室的活塞面积；PA、PB、PC分别表示A腔室、B腔室和C腔室中所通的压力油的压力；
根据上述的方法在不同的海况下根据不同波浪调节高压蓄能器(83)、中压蓄能器(82)和低压蓄能器(81)的预充压力，来使转换系统适应于不同的海况条件，同时通过改变高压蓄能控制器(12)的预充压力
Figure FDA0003519052380000027
和低压蓄能控制器(13)的预充压力
Figure FDA0003519052380000028
使线路压力达到相对的稳定状态，从而使液压马达(23)的转速输出相对稳定。
2.根据权利要求1所述用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统的控制方法，其特征在于：所述浮子(1)与摇臂连杆(2)固定连接，摇臂连杆(2)通过铰接与固定平台(5)连接，多腔室液压缸(4)与摇臂连杆(2)通过铰接连接。
3.根据权利要求1所述用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统的控制方法，其特征在于：所述多腔室液压缸(4)的活塞杆上安装有用于实时监测活塞杆运动加速度的加速度传感器。
4.根据权利要求1所述用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统的控制方法，其特征在于：所述角位移传感器(3)用于监控摇臂连杆(2)的摆动角度，并根据摆动角度实现对液压回路阀组开关顺序的控制。
5.根据权利要求1所述用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统的控制方法，其特征在于：所述液压回路中包括液压泵(16)，所述液压泵(16)与油箱(22)相连通，液压泵(16)通过两个相反的第一单向阀(14)和第二单向阀(15)向液压回路中进行补油，所述液压泵(16)与电机(17)相连，并提供泵油动力。
6.根据权利要求1所述用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统的控制方法，其特征在于：所述液压马达(23)的转轴上安装有速度传感器。
7.根据权利要求1所述用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统的控制方法，其特征在于：所述液压回路中低压线路中设有低压溢流阀(18)和第一滤油器(19)，高压线路中设有高压溢流阀(20)和第二滤油器(21)。
8.根据权利要求7所述用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统的控制方法，其特征在于：所述高压溢流阀(20)和低压溢流阀(18)的预紧力能够通过调节弹簧来改变。
9.根据权利要求1所述的用于波浪能液压转换系统的液压马达恒速控制系统的控制方法，其特征在于：根据不同的海况下所述液压马达(23)上的速度传感实时监测液压马达(23)上的转速，并将所监测的转速与所需的转速进行比较，通过比较的结果对高压溢流阀(20)的低压溢流阀(18)的弹簧进行调节来改变溢流阀的预紧力，从而使液压马达(23)的两端的管线压力稳定，从而使得液压马达(23)的转速输出达到恒定的要求。
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