CN113175449B - 一种应用于摆式波浪能发电装置的自适应海水液压系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种应用于摆式波浪能发电装置的自适应海水液压系统，顺着海水流通方向依次设有海水泵、流量调节阀、高压软管、手动换向阀和液压马达，其特征在于，在海水进口端设有海水过滤器，在海水过滤器中设有海水监测模块，在海水泵中设有主控制器和系统参数调节模块，海水监测模块和系统参数调节模块均与主控制器电性连接。该液压系统可对进入系统中的海水进行前端水质监测，通过与主控制器中设定值的对比后驱动相应调节模块进行水质调节，保证达到马达驱动阶段的海水性质为最适合系统运作的状态，克服海水本身具有的腐蚀性强、压强不稳、易于结冰等缺陷，在充分利用波浪能的同时最大程度减轻对液压系统的损耗，有助于延长发电设备的使用寿命。

Description

一种应用于摆式波浪能发电装置的自适应海水液压系统
技术领域
本发明属于可再生能源技术和节能环保技术领域，具体涉及一种应用于摆式波浪能发电装置的自适应海水液压系统。
背景技术
由于全球能源消费增长，低碳经济需求，化石燃料枯竭以及石油经济等各种因素的共同作用，导致人们迫切寻找更为绿色环保且能替代传统能源的新技术。海洋能源约占世界能源总量的70%以上，海洋能是一种重要的可再生能源，部分风能以波浪运动的形式存储在海洋中，而海洋波浪运动的能量密度非常高，在海洋中传播广泛，正因为如此，即使远离海洋数千里远的地方也能利用波浪的能量。
与太阳能和风能相比，波浪能具有更大的功率强度。在此背景下，各种波浪能发电装置应运而生，摆式波浪能发电装置因其结构简单，转换效率高，生存性好而具有良好的发展前景。用于波浪能发电装置的液压系统主要有油压系统以及水压系统。其中，油压系统主要以矿物型液压油作为压力介质，不仅存在石油资源浪费严重的问题，一旦在使用过程中出现泄露还会严重污染海洋环境，对生态系统的威胁较大。水压系统是以海水作为压力介质进行能量转换的，与油压系统相比，该方式与海洋环境相容，没有介质的污染泄漏问题，海水本身不可燃，使用安全性也能得到较大的提升；如中国专利CN 106368890 B公开一种水动浮式波浪能发电装置，其主要用于海洋波浪能催动海水冲击水轮发电机组进行发电，改装置可实现大规模发电且发出的电量稳定，优势明显。但是，此类装置在实际投入使用后，由于海水具有腐蚀性强，粘度低，润滑性差，耐高压、海水结冰等特点，在长期使用后会对发电设备造成难以预估的破坏，其服务海洋开发设备的机动性和灵活性还有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种应用于摆式波浪能发电装置的自适应海水液压系统，海水催动发电设备工作前先经过系统的参数检测和对比调控，传送到往复型作业工具之前海水介质被调整至合适状态，对发电设备的损耗显著降低。
本发明的技术方案为：
一种应用于摆式波浪能发电装置的自适应海水液压系统，顺着海水流通方向依次设有海水泵、流量调节阀、高压软管、手动换向阀和液压马达，在海水进口端设有海水过滤器，在海水过滤器中设有海水监测模块，在海水泵中设有主控制器和系统参数调节模块，海水监测模块和系统参数调节模块均与主控制器电性连接。
进一步地，所述海水监测模块属于多输入多输出的模块，海水监测模块中包括STIM模块和NCAP模块，NCAP模块与STIM模块间通过TII接口实现数据通信，STIM模块用于监测水质参数并用TEDS实现包括温度传感器、压力传感器、pH传感器、盐度传感器、溶解氧传感器在内的数个传感器的快速接入，NCAP模块用于解耦矫正、数据存储和网络通信，通过GPRS数据传输模块将封装好的数据包实时的传输给主控制器，主控制器将获得的数据与设定范围值进行比对后控制系统参数调节模块实时的做出相应反应。
进一步地，系统参数调节模块包括pH调节模块、调温模块、压力调节模块、盐度调节模块和溶解氧调节模块在内的子模块。
进一步地，在液压系统管路上还设有溢流阀、蓄能器和旁通阀。
本发明的有益效果为：
1.本发明公开的自适应海水液压系统可对进入系统中的海水进行前端水质监测，通过与主控制器中设定值的对比后驱动相应调节模块进行水质调节，保证到达马达驱动阶段的海水性质为最适合系统运作的状态，克服海水本身具有的腐蚀性强、压强不稳、易于结冰等缺陷，在充分利用波浪能的同时最大程度减轻对往复型作业工具的损耗，有助于延长发电设备的使用寿命；
2.本申请以海水作为压力介质，与油压系统相比，不存在液压油泄漏的风险，不会对环境造成较大的威胁，且海水不会误燃，系统操作安全性得到有效保证；
3. 海水的来源广泛，可就地取材并进行循环使用，整体资源消耗量极低，更加的科学环保。
附图说明
图1是一种应用于摆式波浪能发电装置的自适应海水液压系统的系统原理图；
图2是海水监测模块的系统结构图。
其中，1-海水泵，2-流量调节阀，3-高压软管，4-手动换向阀，5-液压马达，6-海水过滤器，7-海水监测模块，8-主控制器，9-系统参数调节模块，10-溢流阀，11-蓄能器，12-旁通阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本实施方式中提供一种应用于摆式波浪能发电装置的自适应海水液压系统，顺着海水流通方向依次设有海水泵1、流量调节阀2、高压软管3、手动换向阀4和液压马达5，在海水进口端设有海水过滤器6，在海水过滤器6中设有海水监测模块7，在海水泵1中设有主控制器8和系统参数调节模块9，海水监测模块7和系统参数调节模块9均与主控制器8电性连接。
所述海水监测模块7主要用于监测多个水质参数（包括温度、压力、pH、盐度和溶解氧等），传感器接口多样，属于多输入多输出的模块，海水监测模块7中包括STIM模块和NCAP模块，NCAP模块与STIM模块间通过TII接口实现数据通信，STIM模块用于监测水质参数并用TEDS实现包括温度传感器、压力传感器、pH传感器、盐度传感器、溶解氧传感器在内数个传感器的快速接入，NCAP模块用于解耦矫正、数据存储和网络通信，在运行中通过装载嵌入式系统实现；该海水监测模块具有多传感、自校正、存储和无线通信功能，通过与各类传感器的交互，自动完成海洋环境要素现场监测、采集，然后进行预处理，并按照系统定制的数据交换标准将采集的监测要素数据封装打包，通过GPRS数据传输模块将封装好的数据包实时的传输给主控制器8，主控制器8将获得的数据与设定范围值进行比对后控制系统参数调节模块9实时的做出相应反应。
系统参数调节模块9包括pH调节模块、调温模块、压力调节模块、盐度调节模块和溶解氧调节模块等子模块；如果海水温度不在设定范围内，主控制器8启动调温模块调节海水液压系统内部温度促使海水介质温度改变；如果压力不在设定范围内，主控制器8会控制压力调节模块启动自我修复，实现系统压力平衡；如果系统pH值、盐度、溶解氧等参数不在设定范围之内，主控制器会相应启动pH调节模块、盐度调节模块或溶解氧调节模块来调节海水的pH值、盐度、溶解氧到正常范围之内。
在液压系统管路上还设有溢流阀10、蓄能器11和旁通阀12，溢流阀主要用于调整海水泵的出口压力；蓄能器作为一个缓冲装置，使液压系统中的液压能相对稳定；旁通阀用于海水液压动力源的空载启动及卸载控制。
在波浪能作用下，海洋中的海水在外部液压装置作用下经过海水过滤器从进口端进入液压系统中，经过海水监测模块对水质进行系统监测后将水质信息传递到主控制器进行对比分析，在动力装置驱动海水泵进行海水导流的过程中，途经系统参数调节模块的海水的各项性能参数被调节至设定范围，此时海水介质处于最适合系统运作的状态，经海水泵泵出的高压水通过流量调节阀及高压软管后被传送到海水液压马达做功，高压水做功后通过工具直接排回海洋。
在整个作业过程中，液压系统以海水为介质，节能环保，不会造成污染，而波浪能被转换为液压能。经过液压系统的蓄能稳压等处理后，液压能以液压马达的旋转动能形式输出，传递给发动机发电，除了发动机外的电气部分均位于岸上，包括发动机、负载以及控制等部分。其功能是将液压马达的旋转动能转换为电能，同时负责电气控制，以保证发电装置有较高的发电效率和稳定的功率输出。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种应用于摆式波浪能发电装置的自适应海水液压系统，顺着海水流通方向依次设有海水泵、流量调节阀、高压软管、手动换向阀和液压马达，其特征在于，在海水进口端设有海水过滤器，在海水过滤器中设有海水监测模块，在海水泵中设有主控制器和系统参数调节模块，海水监测模块和系统参数调节模块均与主控制器电性连接；
所述海水监测模块属于多输入多输出的模块，海水监测模块中包括STIM模块和NCAP模块，NCAP模块与STIM模块间通过TII接口实现数据通信，STIM模块用于监测水质参数并用TEDS实现包括温度传感器、压力传感器、pH传感器、盐度传感器、溶解氧传感器在内的数个传感器的快速接入，NCAP模块用于解耦矫正、数据存储和网络通信，通过GPRS数据传输模块将封装好的数据包实时的传输给主控制器，主控制器将获得的数据与设定范围值进行比对后控制系统参数调节模块实时的做出相应反应；
系统参数调节模块包括pH调节模块、调温模块、压力调节模块、盐度调节模块和溶解氧调节模块在内的子模块。
2.如权利要求1所述的一种应用于摆式波浪能发电装置的自适应海水液压系统，其特征在于，在液压系统管路上还设有溢流阀、蓄能器和旁通阀。
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