CN208310950U - 仿鸟翼型振荡波浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种仿鸟翼型振荡波浪能发电装置，包括浮子、摇臂、多腔液压缸、控制阀组和波浪能发电舱，摇臂一端与浮子连接，摇臂另一端通过第一铰链与波浪能发电舱铰接，摇臂中部通过第二铰链与多腔液压缸铰接，多腔液压缸通过第三铰链与波浪能发电舱铰接，多腔液压缸通过控制阀组与波浪能发电舱连通，以实现利用多腔液压缸的油压差进行发电。采用对称式结构设计的振荡浮子，通过浮子带动摇臂上下运动，利用多腔液压缸、控制阀块和波浪能发电舱组成液压回路，将随机波浪能转换成稳定的液压能，再利用波浪能发电舱转化为电能。本实用新型不仅结构简单可靠、制作成本低和控制简便，还能显著提高波浪能的转换效率，具有广泛推广应用的前景。

Description

仿鸟翼型振荡波浪能发电装置

技术领域

本实用新型涉及波浪能发电技术领域，具体涉及一种仿鸟翼型振荡波浪能发电装置。

背景技术

随着全球能源需求剧增，环境污染日益严峻，发展可再生能源已成为许多国家推进能源转型的核心内容和应对气候变化的重要途径。波浪能作为可再生海洋能的一种，全球蕴含量丰富，开发潜力巨大。欧美国家和一些跨国能源公司对波浪能利用具有浓厚的兴趣，积极研发多种波浪能发电新技术，我国波浪能发电技术研究起步较晚，大多数相关技术处于实验室样机阶段。因此，必须加强波浪能利用技术研发，实现我国海洋能跨越式发展。

然而，波浪运动的随机性会带来能流的不规则变化，对波浪能开发利用造成极大的挑战。现有的波浪能利用装置中，普遍存在输出功率不稳定问题，往往不能满足指定设备的持续稳定供电的需求。究其原因，一方面是没有充分考虑采集机构对波浪运动的适应性，能量采集效率不高，另一方面波浪能转换过程中会产生冲击载荷，或者产生很小的能量，系统运行不稳定。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种仿鸟翼型振荡波浪能发电装置，不仅结构简单可靠和波浪适应性强，能有效解决波浪能转换效率低和能量流不稳定的难题。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种仿鸟翼型振荡波浪能发电装置，包括浮子、摇臂、多腔液压缸、控制阀组和波浪能发电舱，摇臂一端与浮子连接，摇臂另一端通过第一铰链与波浪能发电舱铰接，摇臂中部通过第二铰链与多腔液压缸铰接，多腔液压缸通过第三铰链与波浪能发电舱铰接，多腔液压缸通过控制阀组与波浪能发电舱连通，以实现利用多腔液压缸的油压差进行发电。

优选的方案中，所述多腔液压缸包括依次固定连接的第一活塞杆、第一活塞、第二活塞杆和第二活塞，第一活塞杆和第一活塞组成的A油压腔室，第一活塞和第二活塞杆组成的B油压腔室，第二活塞杆和第二活塞组成的C油压腔室，A油压腔室、B油压腔室和C油压腔室分别与控制阀组连通。

优选的方案中，所述控制阀组由九个二位二通的电磁阀组成，A油压腔室、B油压腔室和C油压腔室分别与三个并联的电磁阀组连通。

优选的方案中，所述波浪能发电舱包括高压蓄能器、中压蓄能器、低压蓄能器、油压马达和发电机，高压蓄能器、中压蓄能器和低压蓄能器分别与三个并联的电磁阀组连通，油压马达进出口管分别与高压蓄能器和低压蓄能器连通，油压马达的输出轴与发电机传动连接，利用高压蓄能器与低压蓄能器的油压差带动发电机发电。

优选的方案中，所述高压蓄能器、中压蓄能器、低压蓄能器、油压马达和发电机均内置于密闭的波浪能发电舱中。

优选的方案中，所述波浪能发电舱固定安装在立柱上，立柱下端垂直插入海底。

优选的方案中，所述浮子、摇臂、多腔液压缸和控制阀组为多组，对称设置在波浪能发电舱的四周。

优选的方案中，所述第一活塞杆设有拉压力传感器。

优选的方案中，所述高压蓄能器、中压蓄能器和低压蓄能器均设有油压压力传感器。

优选的方案中，还包括微电脑控制器，所述微电脑控制器通过信号线分别与控制阀组、拉压力传感器和油压压力传感器连接。

本实用新型提供一种仿鸟翼型振荡波浪能发电装置，采用上述结构具有以下有益效果：

1）从仿生学角度出发，设计振荡浮子对称式结构，浮子摇臂的上下运动形似鸟的翅膀，采用多腔液压缸、控制阀块、高中低压蓄能器和单向变量油压马达组成的液压回路，使随机波浪能转换成稳定的液压能，利用单向变量油压马达可以稳定旋转带动发电机发电，大幅减小运行阻力，不仅能在复杂海况下平稳运行，其生存性强，还能有效解决波浪能转换效率低的难题；

2）利用多腔液压缸的三腔室和高、中、低三种压力值组合成27种作用力，可以适应随机波浪为浮子作用力，提高了装置对随机波浪能自适应采集能力，提高装置的发电量；

3）通过微电脑控制器对运行参数进行预设，将多腔液压缸第一活塞杆上的拉压力传感器信号和高、中、低压蓄能器的油压监测传感器反馈信号组合计算，通过对照参数表，选取对应的一组数值进而控制九个快速二位二通换向阀的开关，使进入三个腔室的油压作用力近似等于活塞杆的作用力，从而扩大了获取随机波浪能量范围，提高了随机波浪能转换效率，且整个控制过程反应灵敏，时时能够快速获取随机能量；

4）采用九个快速二位二通的电磁阀构成的控制阀组，具有结构简单可靠、制作成本低和便于阀口开关的换向控制等优点，使得控制过程反应迅速和灵敏，显著提高波浪能的转换效率，具有广泛推广应用的前景；

5）将高压蓄能器、中压蓄能器、低压蓄能器、油压马达、发电机和微电脑控制器都内置于密闭的发电舱中，避免了海水腐蚀，大大延长装置的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中多腔液压缸的结构示意图；

图3为本实用新型中液压系统的结构示意图；

图4为本实用新型的控制结构示意图。

图中：浮子1，摇臂2，多腔液压缸3，控制阀组4，波浪能发电舱5，第一铰链6，第二铰链7，第三铰链8，第一活塞杆9，第一活塞10，第二活塞杆11，第二活塞12，高压蓄能器13，中压蓄能器14，低压蓄能器15，油压马达16，发电机17，立柱18，拉压力传感器19，油压压力传感器20，微电脑控制器21，逆变器22，油管23。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合实施例对本实用新型作进一步详细的说明。在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

如图1-4中，一种仿鸟翼型振荡波浪能发电装置，包括浮子1、摇臂2、多腔液压缸3、控制阀组4和波浪能发电舱5，摇臂2一端与浮子1连接，摇臂2另一端通过第一铰链6与波浪能发电舱5铰接，摇臂2中部通过第二铰链7与多腔液压缸3铰接，多腔液压缸3通过第三铰链8与波浪能发电舱5铰接，多腔液压缸3通过控制阀组4与波浪能发电舱5连通，以实现利用多腔液压缸3的油压差进行发电。从仿生学角度出发，设计振荡浮子1为对称式结构，浮子1带动摇臂2上下运动形似鸟的翅膀，采用多腔液压缸3、控制阀块4和波浪能发电舱5组成的液压回路，将随机波浪能转换成稳定的液压能，再利用波浪能使发电舱5内油压马达16稳定旋转带动发电机17发电，不仅能在复杂海况下平稳运行，其生存性强，还能有效解决波浪能转换效率低的难题。

优选的方案中，所述多腔液压缸3包括依次固定连接的第一活塞杆9、第一活塞10、第二活塞杆11和第二活塞12，第一活塞杆9和第一活塞10组成的A油压腔室，第一活塞10和第二活塞杆11组成的B油压腔室，第二活塞杆11和第二活塞12组成的C油压腔室，A油压腔室、B油压腔室和C油压腔室通过油管23分别与控制阀组4连通。三个油压腔室在第一活塞杆9、第二活塞杆11的往复运动过程中能产生3种不同大小的油压，以适应随机波浪为浮子作用力，提高了装置对随机波浪能自适应采集能力，提高装置的发电量。

优选的方案中，所述控制阀组4由九个二位二通的电磁阀组成，A油压腔室、B油压腔室和C油压腔室通过油管23分别与三个并联的电磁阀组连通。采用九个快速二位二通的电磁阀构成的控制阀组，利用多腔液压缸3的三腔室和高、中、低三种压力值组合成27种作用力，不仅具有结构简单可靠、制作成本低和便于阀口开关的换向控制，而且使得控制过程反应迅速和灵敏，可以适应随机波浪为浮子作用力，提高了装置对随机波浪能自适应采集能力，显著提高波浪能的转换效率，提高装置的发电量。

优选的方案中，所述波浪能发电舱5包括高压蓄能器13、中压蓄能器14、低压蓄能器15、油压马达16和发电机17，高压蓄能器13、中压蓄能器14和低压蓄能器15通过油管23分别与三个并联的电磁阀组连通，油压马达16进出口管分别与高压蓄能器13和低压蓄能器15连通，油压马达16的输出轴与发电机17传动连接，利用高压蓄能器13与低压蓄能器15的油压差带动发电机17发电，发电机17产生的电能经过逆变器22整流逆变成为工业用电或家用电，大幅减小波浪能转换过程中产生的冲击载荷，保障发电系统运行更稳定。

优选的方案中，所述高压蓄能器13、中压蓄能器14、低压蓄能器15、油压马达16和发电机17均内置于密闭的波浪能发电舱5中，以避免海水腐蚀，延长装置的使用寿命。

优选的方案中，所述波浪能发电舱5固定安装在立柱18上，立柱18下端垂直插入海底。

优选的方案中，所述浮子1、摇臂2、多腔液压缸3和控制阀组4为多组，对称设置在波浪能发电舱5的四周，多组对称设置的结构不仅能提高装置的均衡稳定性，通过共用一组波浪能发电舱5还能成倍提升装置的发电量。

优选的方案中，所述第一活塞杆9设有拉压力传感器19，拉压力传感器19采用外螺纹柱式悬挂拉力传感器（型号为：CKY-121B），用于检测第一活塞杆9收到的拉力或压力。

优选的方案中，所述高压蓄能器13、中压蓄能器14和低压蓄能器15均设有油压压力传感器20，油压压力传感器20是一种常用的压力变送器，其量程为1-50MPa，用于分别检测各蓄能器的油压。

优选的方案中，还包括微电脑控制器21，所述微电脑控制器21通过信号线分别与控制阀组4、拉压力传感器19和油压压力传感器20连接。通过微电脑控制器21对运行参数进行预设，将第一活塞杆9的拉压力传感器信号和高、中、低压蓄能器的油压监测传感器反馈信号组合计算，通过对照预设的参数表，选取对应的一组数值进而控制九个快速二位二通电磁阀的开关，使进入三个腔室的油压作用力近似等于活塞杆的作用力，从而扩大了获取随机波浪能量范围，提高了随机波浪能转换效率，且整个控制过程反应灵敏，时时能够快速获取随机能量。

本实用新型的工作过程和原理如下：

1）在随机波浪作用下，振荡浮子1升沉运动，带动摇臂2推动多腔液压缸3活塞杆做功，将机械能转换成液压能；

2）通过多腔液压缸3的活塞杆行程监测，微电脑控制器21根据预设的参数表运算后发出控制信号，控制九个快速二位二通电磁阀，选择各腔室与高、中、低压管道连接方式，使进入多腔液压缸3的三腔室的油压作用力近似等于活塞杆的作用力，以此主动调整波浪运动状态。

3）利用高压蓄能器13和低压蓄能器15的高低压差，驱动单向变量油压马达16旋转，带动发电机17产生电能，所发出的三相电经逆变器20整流逆变成为工业用电或家用电。

上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，不是全部的实施例，而不应视为对于本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种仿鸟翼型振荡波浪能发电装置，其特征是：包括浮子（1）、摇臂（2）、多腔液压缸（3）、控制阀组（4）和波浪能发电舱（5），摇臂（2）一端与浮子（1）连接，摇臂（2）另一端通过第一铰链（6）与波浪能发电舱（5）铰接，摇臂（2）中部通过第二铰链（7）与多腔液压缸（3）铰接，多腔液压缸（3）通过第三铰链（8）与波浪能发电舱（5）铰接，多腔液压缸（3）通过控制阀组（4）与波浪能发电舱（5）连通，以实现利用多腔液压缸（3）的油压差进行发电。

2.根据权利要求1所述的仿鸟翼型振荡波浪能发电装置，其特征是：所述多腔液压缸（3）包括依次固定连接的第一活塞杆（9）、第一活塞（10）、第二活塞杆（11）和第二活塞（12），第一活塞杆（9）和第一活塞（10）组成的A油压腔室，第一活塞（10）和第二活塞杆（11）组成的B油压腔室，第二活塞杆（11）和第二活塞（12）组成的C油压腔室，A油压腔室、B油压腔室和C油压腔室分别与控制阀组（4）连通。

3.根据权利要求2所述的仿鸟翼型振荡波浪能发电装置，其特征是：所述控制阀组（4）由九个二位二通的电磁阀组成，A油压腔室、B油压腔室和C油压腔室分别与三个并联的电磁阀组连通。

4.根据权利要求3所述的仿鸟翼型振荡波浪能发电装置，其特征是：所述波浪能发电舱（5）包括高压蓄能器（13）、中压蓄能器（14）、低压蓄能器（15）、油压马达（16）和发电机（17），高压蓄能器（13）、中压蓄能器（14）和低压蓄能器（15）分别与三个并联的电磁阀组连通，油压马达（16）进出口管分别与高压蓄能器（13）和低压蓄能器（15）连通，油压马达（16）的输出轴与发电机（17）传动连接，利用高压蓄能器（13）与低压蓄能器（15）的油压差带动发电机（17）发电。

5.根据权利要求4所述的仿鸟翼型振荡波浪能发电装置，其特征是：所述高压蓄能器（13）、中压蓄能器（14）、低压蓄能器（15）、油压马达（16）和发电机（17）均内置于密闭的波浪能发电舱（5）中。

6.根据权利要求1所述的仿鸟翼型振荡波浪能发电装置，其特征是：所述波浪能发电舱（5）固定安装在立柱（18）上，立柱（18）下端垂直插入海底。

7.根据权利要求1所述的仿鸟翼型振荡波浪能发电装置，其特征是：所述浮子（1）、摇臂（2）、多腔液压缸（3）和控制阀组（4）为多组，对称设置在波浪能发电舱（5）的四周。

8.根据权利要求2所述的仿鸟翼型振荡波浪能发电装置，其特征是：所述第一活塞杆（9）设有拉压力传感器（19）。

9.根据权利要求4所述的仿鸟翼型振荡波浪能发电装置，其特征是：所述高压蓄能器（13）、中压蓄能器（14）和低压蓄能器（15）均设有油压压力传感器（20）。

10.根据权利要求1-9任一项所述的仿鸟翼型振荡波浪能发电装置，其特征是：还包括微电脑控制器（21），所述微电脑控制器（21）通过信号线分别与控制阀组（4）、拉压力传感器（19）和油压压力传感器（20）连接。