一種潮位自適應的漂浮擺式波浪能發電系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種潮位自適應的漂浮擺式波浪能發電系統。包括漂浮于海面的浮體結構以及連接浮體結構用于能量轉換的液壓系統，浮體結構包括浮體、支架、一對通過同步帶同步連接的同步帶輪以及連接在兩個同步帶輪之間的連接桿；浮體為內部空心的鋼鐵焊接而成的密封結構，浮體與固定在海岸或者大型浮體上的支架鉸接，使得浮體隨波浪的起伏繞支點擺動；連接桿與液壓系統連接，將浮體擺動的機械能轉化成液壓能傳遞到液壓系統進行發電。本發明能實現高波浪能吸收效率，對一定范圍的潮位變化適應能力強，減少了對環境的污染，降低了本身被破壞的概率。
【專利說明】
一種潮位自適應的漂浮擺式波浪能發電系統
技術領域
[0001]本發明設計的是一種波浪能發電裝置，更具體是涉及了一種潮位自適應的漂浮擺式波浪能發電系統。
【背景技術】
[0002]用于波浪能開發的波浪能發電裝置，按照布放位置可分為岸邊波浪能發電裝置、近岸波浪能發電裝置以及離岸波浪能發電裝置。相比較而言，岸邊波浪能發電裝置可以更方便地并網，并且更加便于維護。但是岸邊的波浪能發電裝置的工作狀況容易受海水潮位的影響。現有的岸邊波浪能發電裝置，在潮位高于或低于設計水位的情況下都無法達到最優工作狀況。
[0003]另一方面，現有的岸邊波浪能發電裝置，很多沒有考慮浮體外形對波浪吸收效率的影響，往往使用最簡單的圓柱體、立方體等外形。即使優化設計了吸波浮體外形的岸邊波浪能發電裝置，其不具備隨潮位變化而改變姿態的功能，優化了的吸波外形的優勢無法最大程度發揮出來。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是，克服現有技術的不足，提供了一種潮位自適應的漂浮擺式波浪能發電系統，能夠適應一定范圍的潮位變化，浮體隨波浪繞支點旋轉把波浪能最終轉化成電能，始終保持在最優設計效率下運行。
[0005]為解決技術問題，本發明是通過如下技術方案實現:
[0006]本發明包括漂浮于海面的浮體結構以及連接浮體結構用于能量轉換的液壓系統，浮體結構包括浮體、支架、一對通過同步帶同步連接的同步帶輪以及連接在兩個同步帶輪之間的連接桿;浮體為內部空心的鋼鐵焊接而成的密封結構，浮體與固定在海岸或者大型浮體上的支架鉸接，使得浮體隨波浪的起伏繞支點擺動;連接桿與液壓系統連接，將浮體擺動的機械能轉化成液壓能傳遞到液壓系統進行發電。
[0007]所述的同步帶輪分別為位于上下方的上同步帶輪和下同步帶輪，下同步帶輪及其中心軸與支架底部剛性固定連接，上同步帶輪及其中心軸與浮體中部剛性固定連接，上同步帶輪和下同步帶輪輪面之間通過同步帶連接，上同步帶輪和下同步帶輪的中心軸分別與連接桿的兩端鉸接，所述液壓系統的油缸一端與連接桿的上部鉸接，另一端與支架頂部鉸接。
[0008]所述的液壓系統包括雙作用式液壓油缸、高壓蓄能器、低壓蓄能器、液壓馬達、液壓栗、電動機、發電機和配套閥組;雙作用式液壓油缸的缸體端鉸接于支架，雙作用式液壓油缸的輸出桿端鉸接于連接桿;雙作用式液壓油缸有桿腔與兩位兩通方向閥的一端連接，兩位兩通方向閥的另一端經第二單向閥與液壓馬達的輸入端，連接，液壓馬達的輸出端經第四單向閥與雙作用式液壓油缸無桿腔連接相通，液壓馬達連接發電機進行發電；兩位兩通方向閥的另一端依次經電磁開關閥、液壓栗后與低壓蓄能器連接相通，低壓蓄能器經第一單向閥后連接到兩位兩通方向閥的另一端，電動機連接液壓栗驅動其運行，雙作用式液壓油缸無桿腔經第三單向閥與高壓蓄能器連接相通，高壓蓄能器和低壓蓄能器分別連接有高壓壓力表和低壓壓力表。
[0009]所述雙作用式液壓油缸隨浮體的擺動而伸縮，將液壓油加壓，從低壓蓄能器端注入高壓蓄能器，通過高壓蓄能器與低壓蓄能器液壓油的壓強差驅動液壓馬達做功，帶動配套的發電機發電實現電能輸出。
[0010]所述的浮體漂浮于海面，其面向來波方向的著水面采用傾斜向下的內凹曲面，以盡可能增大對波浪的能量吸收；其背向來波方向的一側著水面采用與連接桿相垂直的斜面，以減小浮體擺動過程中后端輻射出的波浪，減小能量損失。
[0011]所述的液壓油缸一端與擺動浮體鉸接，另一端與支架鉸接，有較大的伸縮范圍，保證能夠在一定范圍內的不同潮位下工作。
[0012]本發明采用封閉的低壓蓄能器作為油箱，從而使整個液壓系統封閉運作，避免液壓油對環境的污染。
[0013]本發明中設計了一對同步帶輪的配合，包括安裝于浮體一側的同步帶輪，安裝于支架的同步帶輪以及同步帶。在同步帶的約束下，兩同步帶輪始終保持在同一個相位，浮體相對于支架的運動為平動，其可以始終以設計的特殊曲面面向來波方向實現對波浪能最大程度地吸收。
[0014]本發明中，所述液壓系統采用雙作用式油缸，無桿腔連接兩股配有相反方向單向閥的油路，分別在伸和縮的動作中從低壓蓄能器補油以及往高壓蓄能器注油;有桿腔接三股油路，其中兩路分別配有反方向的單向閥，作用與無桿腔所連接油路相同，第三路油路為驅動油路，當遇到惡劣海況，如臺風、巨浪等，打開電動機帶動液壓栗將浮體抬出水面，防止惡劣天氣對裝置的破壞。
[0015]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0016](I)以優化的外形設計實現更高的波浪能吸收效率；
[0017](2)浮體始終以設計姿態正面朝向來波方向，對一定范圍的潮位變化適應能力強；
[0018](3)密封的液壓系統可以減少對環境的污染；
[0019](4)主動抬升浮體的功能可以減少被破壞的概率。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的結構圖。
[0021]圖2是本發明的液壓系統圖。
[0022]圖3是本發明在波浪向上運動過程中驅動液壓油缸收縮時，液壓系統內工作過程圖。
[0023]圖4是本發明在波浪向下運動過程中驅動液壓油缸伸長時，液壓系統內工作過程圖。
[0024]圖5是本發明在遭遇惡劣天氣時，主動抬升浮體避浪操作時，液壓系統內的工作過程圖。
[0025]圖中的附圖標記為:I一雙作用式液壓油缸，2—連接桿，3—下同步帶輪，4一支架，5一浮體，6—上同步帶輪，7一同步帶，8—兩位兩通方向閥，9一第一單向閥，10一第二單向閥，11一高壓蓄能器，12—高壓壓力表，13—發電機，14一液壓馬達，15—第三單向閥、16—第四單向閥，17—低壓蓄能器，18—低壓壓力表，19 一液壓栗，20—電動機，21—電磁開關閥。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述:
[0027]如圖1所示，本發明包括漂浮于海面的浮體結構以及連接浮體結構用于能量轉換的液壓系統，浮體結構包括浮體5、支架4、一對通過同步帶7同步連接的同步帶輪3、6以及連接在兩個同步帶輪之間的連接桿2 ；浮體5為內部空心的鋼鐵焊接而成的密封結構，浮體5與支架4鉸接，支架4為固定在岸邊或海底或大型浮體一側的框架結構，對整個系統起支撐作用，使得浮體5隨波浪的起伏繞支架上的支點擺動;連接桿2與液壓系統連接，將浮體5擺動的機械能轉化成液壓能傳遞到液壓系統進行發電。
[0028]同步帶輪3、6分別為位于上下方的上同步帶輪6和下同步帶輪3，下同步帶輪3及其中心軸與支架4底部剛性固定連接，上同步帶輪6及其中心軸與浮體5中部剛性固定連接，上同步帶輪6和下同步帶輪3輪面之間通過同步帶7連接，上同步帶輪6和下同步帶輪3的中心軸分別與連接桿2的兩端鉸接，所述液壓系統的油缸一端與連接桿2的上部鉸接，另一端與支架4頂部鉸接。
[0029]如圖2所示，液壓系統包括雙作用式液壓油缸1、高壓蓄能器11、低壓蓄能器17、液壓馬達14、液壓栗19、電動機20、發電機13和配套閥組;雙作用式液壓油缸I的缸體端鉸接于支架4，雙作用式液壓油缸I的輸出桿端鉸接于連接桿2;雙作用式液壓油缸I有桿腔與兩位兩通方向閥8的一端連接，兩位兩通方向閥8的另一端經第二單向閥10與液壓馬達14的輸入端，連接，液壓馬達14的輸出端經第四單向閥16與雙作用式液壓油缸I無桿腔連接相通，液壓馬達14連接發電機13進行發電。
[0030]兩位兩通方向閥8的另一端依次經電磁開關閥21、液壓栗19后與低壓蓄能器17連接相通，低壓蓄能器17經第一單向閥9后連接到兩位兩通方向閥8的另一端，電動機20連接液壓栗19驅動其運行，雙作用式液壓油缸I無桿腔經第三單向閥15與高壓蓄能器11連接相通，高壓蓄能器11和低壓蓄能器17分別連接有高壓壓力表12和低壓壓力表18。
[0031]在配套閥組的控制下，雙作用式液壓油缸I隨浮體5的擺動而伸縮，在單向閥9、10、15、16對液壓油流向的約束下，可以從低壓蓄能器17補油同時向高壓蓄能器11注油。通過高壓蓄能器11與低壓蓄能器17液壓油的壓強差驅動液壓馬達14做功，帶動配套的發電機13發電實現電能輸出。
[0032]浮體5漂浮于海面，其面向來波方向的著水面采用傾斜向下的內凹曲面，以盡可能增大對波浪的能量吸收;其背向來波方向的一側著水面采用與連接桿2相垂直的斜面，以減小浮體擺動過程中后端輻射出的波浪，減小能量損失。
[0033]在惡劣海況下，液壓栗19主動開啟，通過低壓蓄能器17給高壓蓄能器11加壓，抬升浮體5進行避浪，避免系統損傷。
[0034]上同步帶輪6與下同步帶輪3在同步帶7的約束下配合運動，在同步帶的約束下，兩個同步輪始終保持相位一致，即與兩個同步帶輪3、6分別剛性連接在一起的支架4與浮體5的相位關系始終不變，使得所述的浮體能夠始終以對波浪利用效率最高的姿態朝向來波方向。
[0035]本發明的具體實施工作過程如下:
[0036](I)整體系統在下水運作之前，首先要對液壓系統進行充油，使得液壓系統充滿液壓油的同時，在低壓蓄能器17中保留有一定量的富余的液壓油。
[0037](2)根據當地潮位變化情況調整系統的布放水深，使得其盡可能地適應當地的多種潮位。
[0038](3)如圖3所示，當波浪水位上升時，雙作用式液壓油缸I在上浮的浮體5的驅動下收縮。無桿腔受壓流出的液壓油流經第三單向閥15，注入高壓蓄能器U。低壓蓄能器17中的液壓油流經第一單向閥9補充到雙作用式液壓油缸I的有桿腔。在液壓強差作用下，油液從高壓蓄能器11流經液壓馬達14進入到低壓蓄能器17。發電機13在液壓馬達14的帶動下工作。
[0039](4)如圖4所示，當波浪水位下降時，雙作用式液壓油缸I在下降的浮體5的驅動下伸長。有桿腔受壓流出的液壓油流經第一單向閥10，注入高壓蓄能器11。低壓蓄能器17中的液壓油流經第四單向閥16補充到雙作用式液壓油缸I的無桿腔。在液壓強差作用下，油液從高壓蓄能器11流經液壓馬達14進入到低壓蓄能器17。發電機13在液壓馬達14的帶動下工作。
[0040](5)如圖5所示，當遭遇惡劣天氣時，調整電磁控制兩位兩通方向閥8為單向閥狀態，調整電磁開關閥21為打開狀態，同時開啟電動機20，液壓栗19在電動機20的帶動下，低壓蓄能器17中的液壓油被加壓，流經電磁開關閥21、兩位兩通方向閥8最終注入雙作用式液壓油缸I的有桿腔，驅動雙作用式液壓油缸I收縮，實現對浮體5的主動抬升。
[0041]由此本發明能實現更高的波浪能吸收效率，能始終保持正面朝向來波方向，能很好地適應潮位變化，減少被破壞的概率，具有突出顯著的技術效果。
[0042]最后，需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的具體實施例。顯然，本發明不限于以上實施例，還可以有很多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容中直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種潮位自適應的漂浮擺式波浪能發電系統，其特征在于:包括漂浮于海面的浮體結構以及連接浮體結構用于能量轉換的液壓系統，浮體結構包括浮體(5)、支架(4)、一對通過同步帶(7)同步連接的同步帶輪(3、6)以及連接在兩個同步帶輪之間的連接桿(2);浮體(5)為內部空心的鋼鐵焊接而成的密封結構，浮體(5)與固定在海岸或者大型浮體上的支架(4)鉸接，使得浮體(5)隨波浪的起伏繞支點擺動;連接桿(2)與液壓系統連接，將浮體(5)擺動的機械能轉化成液壓能傳遞到液壓系統進行發電。2.根據權利要求1所述的一種潮位自適應的漂浮擺式波浪能發電系統，其特征在于:所述的同步帶輪(3、6)分別為位于上下方的上同步帶輪(6)和下同步帶輪(3)，下同步帶輪(3)及其中心軸與支架(4)底部剛性固定連接，上同步帶輪(6)及其中心軸與浮體(5)中部剛性固定連接，上同步帶輪(6)和下同步帶輪(3)輪面之間通過同步帶(7)連接，上同步帶輪(6)和下同步帶輪(3)的中心軸分別與連接桿(2)的兩端鉸接，所述液壓系統的油缸一端與連接桿(2)的上部鉸接，另一端與支架(4)頂部鉸接。3.根據權利要求1所述的一種潮位自適應的漂浮擺式波浪能發電系統，其特征在于:所述的液壓系統包括雙作用式液壓油缸(I)、高壓蓄能器(11)、低壓蓄能器(17)、液壓馬達(14)、液壓栗(19)、電動機(20)、發電機(13)和配套閥組;雙作用式液壓油缸(I)的缸體端鉸接于支架(4)，雙作用式液壓油缸(I)的輸出桿端鉸接于連接桿(2);雙作用式液壓油缸(I)有桿腔與兩位兩通方向閥(8)的一端連接，兩位兩通方向閥(8)的另一端經第二單向閥(10)與液壓馬達(14)的輸入端，連接，液壓馬達(14)的輸出端經第四單向閥(16)與雙作用式液壓油缸(I)無桿腔連接相通，液壓馬達(14)連接發電機(13)進行發電； 兩位兩通方向閥(8)的另一端依次經電磁開關閥(21)、液壓栗(19)后與低壓蓄能器(17)連接相通，低壓蓄能器(17)經第一單向閥(9)后連接到兩位兩通方向閥(8)的另一端，電動機(20)連接液壓栗(19)驅動其運行，雙作用式液壓油缸(I)無桿腔經第三單向閥(15)與高壓蓄能器(11)連接相通，高壓蓄能器(11)和低壓蓄能器(17)分別連接有高壓壓力表(12)和低壓壓力表(18)。4.根據權利要求3所述的一種潮位自適應的漂浮擺式波浪能發電系統，其特征在于:所述雙作用式液壓油缸(I)隨浮體(5)的擺動而伸縮，將液壓油加壓，從低壓蓄能器(17)端注入高壓蓄能器(U)，通過高壓蓄能器(11)與低壓蓄能器(17)液壓油的壓強差驅動液壓馬達(14)做功，帶動配套的發電機(13)發電實現電能輸出。5.根據權利要求1或2所述的一種潮位自適應的漂浮擺式波浪能發電系統，其特征在于:所述的浮體(5)漂浮于海面，其面向來波方向的著水面采用傾斜向下的內凹曲面，以盡可能增大對波浪的能量吸收;其背向來波方向的一側著水面采用與連接桿(2)相垂直的斜面，以減小浮體擺動過程中后端輻射出的波浪，減小能量損失。6.根據權利要求3所述的一種潮位自適應的漂浮擺式波浪能發電系統，其特征在于:在惡劣海況下，所述的液壓栗(19)主動開啟，同時調整兩位兩通方向閥(8)為單向閥狀態，打開電磁開關閥(21)，將低壓蓄能器(17)的液壓油注入雙作用式液壓油缸(I)的有桿腔，抬升浮體(5)進行避浪，避免系統損傷。7.根據權利要求1或2所述的一種潮位自適應的漂浮擺式波浪能發電系統，其特征在于:上同步帶輪(6)與下同步帶輪(3)在同步帶(7)的約束下配合運動，在同步帶的約束下，兩個同步輪始終保持相位一致，即與兩個同步帶輪(3、6)分別剛性連接在一起的支架(4)與浮體(5)的相位關系始終不變，使得所述的浮體能夠始終以對波浪利用效率最高的姿態朝向來波方向。
【文檔編號】F03B13/18GK105840401SQ201610243483
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月18日
【發明人】張大海, 楊景, 陳鷹, 李偉, 譚銘, 梁輝
【申請人】浙江大學