多節(jié)點伸縮桿式波浪能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多節(jié)點伸縮桿式波浪能發(fā)電系統(tǒng)，尤其是一種應(yīng)用于廣闊海洋捕獲波浪能量的發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源危機和環(huán)境惡化，完全無污染的波浪能已獲得各國科研工作者的廣泛關(guān)注。波浪能是海水周期性運動產(chǎn)生的勢能和動能，其本質(zhì)是風(fēng)能作用在海平面所產(chǎn)生的。全球已有幾百臺海浪發(fā)電系統(tǒng)投入運行，主要有振蕩水柱式、振蕩浮子式、擺動式、點頭鴨式等多種形式，但普遍存在波浪能捕獲效率相對較低、能量輸出不穩(wěn)定以及抗海浪沖擊能力較差等問題。為此，開發(fā)具有較高能量轉(zhuǎn)化效率、移動性強、抗海浪沖擊力強的波浪能發(fā)電系統(tǒng)，具有重要實踐意義，可有效緩解沿海地區(qū)用電緊張以及海島居民用電短缺問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明主要技術(shù)任務(wù)是針對上述技術(shù)中存在的不足，提供一種多節(jié)點伸縮桿式波浪能發(fā)電系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明顯著特征是:包括波浪能捕獲、液壓栗高壓存儲以及液壓馬達膨脹發(fā)電三部分。所述波浪能捕獲是由支撐軸、伸縮桿及橢球體共同構(gòu)成的三位一體波浪能捕獲結(jié)構(gòu)，橢球體在波浪作用下作升降運動，驅(qū)動伸縮桿以支撐軸為支點作俯仰及俯仰方向上拉伸運動，運動基點是由支撐架、支撐球以及支撐軸間的相互作用形成的;橢球兩側(cè)伸縮桿的拉伸運動，經(jīng)錐形齒輪、變速輪及棘輪和液壓栗機械耦合，將低壓油罐內(nèi)液壓油高效壓縮并存儲至中心支撐球內(nèi)高壓罐內(nèi)；而高壓油則在流量電磁閥閥門開度調(diào)節(jié)下，完成液壓能到電能的高效轉(zhuǎn)換，確保負(fù)載供電質(zhì)量。
[0005]1、所述橢球體與伸縮桿間通過錐形齒輪、十字聯(lián)軸聯(lián)接，并通過錐形齒輪與橢球內(nèi)機械系統(tǒng)耦合，確保橢球體上下自由運動，并將橢球捕獲機械能以反作用力形式，傳送至橢球內(nèi)機械機械結(jié)構(gòu)。
[0006]2、所述橢球體為橢球型，其內(nèi)裝設(shè)錐型齒輪、變速輪、棘輪，完成橢球兩側(cè)伸縮桿轉(zhuǎn)矩的機械耦合、變速和導(dǎo)向，同時經(jīng)兩聯(lián)軸的超越離合器與液壓栗直接耦合，將低壓油高效壓縮經(jīng)高壓管路送出，以實現(xiàn)波浪能與液壓能高效轉(zhuǎn)化。
[0007]3、所述橢球運動基點是橢球捕獲有效力矩的基準(zhǔn)點，其由支撐架、5個支撐球以及支撐軸共同作用產(chǎn)生，確保波浪能發(fā)電系統(tǒng)水平位置的相對穩(wěn)定，實現(xiàn)波浪能的最大捕獲。
[0008]4、所述中心支撐球內(nèi)設(shè)置高壓油罐、低壓油罐、液壓馬達、直流發(fā)電機、變流器，其中高壓油罐用于存儲各捕獲單元壓縮的高壓油，同時經(jīng)流量閥門和液壓馬達相連，并可通過閥門控制液壓馬達輸入流量，液壓栗與發(fā)電機直接耦合，并經(jīng)變流器設(shè)備完成液壓栗效率優(yōu)化控制，直流到交流的逆變控制，以確保負(fù)荷供電質(zhì)量和功率平衡。油路管路中設(shè)置單向閥防止低壓油罐回流，同時油罐上側(cè)設(shè)有溢流閥。
[0009]本發(fā)明拓寬了波浪能發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，可廣泛應(yīng)用于擁有波浪能的任何場合;橢球體、伸縮桿及支撐軸三位一體的捕獲結(jié)構(gòu)，可使橢球自由運動，也可動態(tài)調(diào)整上下浮動周期，促使浮動頻率與海浪頻率一致，提高波浪能捕獲效率;波浪能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)規(guī)則布置提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性能，降低了系統(tǒng)后期維護費用。液壓型儲能結(jié)構(gòu)有效消除了波浪能本身長短周期尺度的波動性和間歇性問題，確保負(fù)載供電質(zhì)量;基于閥門開度控制以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的液壓馬達優(yōu)化控制，有效提高液壓能和電能高效轉(zhuǎn)換，從而進一步提高了波浪能捕獲效率;本發(fā)明將有效提升系統(tǒng)靈活性、安全性以及波浪能捕獲效率，拓寬波浪能發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用范圍，降低了制造成本和維修費用，極大推動新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級。
【附圖說明】
[0010]圖1為多節(jié)點伸縮桿式波浪能發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖2為橢球個體內(nèi)部機械結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖3為中心支撐球內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0013]本發(fā)明所設(shè)計的多節(jié)點波浪能發(fā)電系統(tǒng)(如圖1)包括中心支撐球(1)、橢球(2)、支撐球(3)、支撐軸(5)、支撐架(5)等組成。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
本多節(jié)點伸縮桿式波浪能發(fā)電系統(tǒng)的橢球(2)、支撐軸(5)以及支撐球之間都是通過伸縮桿(8)、十字軸(7、9)連接，每個節(jié)點伸縮都嚴(yán)格限制在上下俯仰以及俯仰方向上拉伸等兩維運動，確保系統(tǒng)靈活性和穩(wěn)定性。支撐球與支撐架之間是由剛性物體聯(lián)成一體，嚴(yán)格限制橢球漂浮運動能量捕獲的有效力矩基準(zhǔn)點，其中支撐球和平衡體作為支撐結(jié)構(gòu)漂浮支撐體。
[0015]橢球(2)為波浪能發(fā)電系統(tǒng)波浪能捕獲主體，其在波浪作用下作上下漂浮運動，當(dāng)橢球運動在波浪波谷到波峰過渡過程時，橢球隨波浪上移，此時支撐架上十字聯(lián)軸逆時針旋轉(zhuǎn)，伸縮桿(10、21)隨橢球上仰，同時伸縮桿在俯仰方向以扮和扮角度開始拉伸(11)，拉伸長度為LI和L2，驅(qū)動橢球內(nèi)十字軸順時針旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動變速齒輪(12、13、14)旋轉(zhuǎn)，并經(jīng)錐形齒輪(15)耦合結(jié)構(gòu)，帶動橢球兩側(cè)伸縮桿間的聯(lián)軸逆時針旋轉(zhuǎn)，在中心聯(lián)軸上安裝有兩個單向棘輪，其中棘輪1(17)為上仰時和液壓栗軸耦合，另一棘輪2(20)則在下抑時和液壓栗軸耦合，驅(qū)動液壓栗(22)將低壓油壓縮儲存;此時棘輪I工作帶動液壓栗軸旋轉(zhuǎn)，而棘輪2空轉(zhuǎn);橢球兩側(cè)的伸縮桿運動過程完全對稱，但須滿足相關(guān)約束但須滿足相關(guān)約束h=&、Ll =L2，方可確保其僅可進行上下漂浮運動。
[0016]圖3為中心支撐球內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，其內(nèi)設(shè)置有高壓油罐(30)、低壓油罐(25)、流量閥門(28內(nèi)部)、壓力傳感器、液壓馬達(27)、發(fā)電機(26)、Boost變流器、逆變器(31內(nèi)部)等設(shè)備，其中液壓馬達和發(fā)電機共同完成液壓能量到電能轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化效率高低直接影響波浪能捕獲效率大小，為此采用基于流量閥門開度控制以及Boost變流器占空比相結(jié)合的協(xié)同控制，完成系統(tǒng)發(fā)電部分優(yōu)化控制。
[0017]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非是對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明保護范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.本發(fā)明公開了一種多節(jié)點伸縮桿式波浪能發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括波浪能捕獲、液壓栗高壓存儲以及液壓馬達膨脹發(fā)電三部分;所述波浪能捕獲是由支撐軸、伸縮桿以及橢球體共同構(gòu)成三位一體的波浪能捕獲結(jié)構(gòu)，橢球體在波浪作用下作升降運動，驅(qū)動伸縮桿以支撐軸為支點作旋轉(zhuǎn)運動，運動基點是由支撐架、角支撐球、中心支撐球以及支撐軸之間相互作用形成的;所述液壓栗高壓存儲是由伸縮桿俯仰和拉伸運動經(jīng)錐形齒輪、變速輪、棘輪以及液壓栗共同完成，液壓栗將低壓油高效壓縮并存儲至高壓油罐;所述液壓馬達膨脹發(fā)電是在中心支撐球內(nèi)完成，高壓油在流量閥控制下，動態(tài)調(diào)節(jié)液壓馬達供油流量改變輸出轉(zhuǎn)矩，并通過發(fā)電機后側(cè)Boost變流器以及逆變器的協(xié)同控制，完成液壓能到電能的高效轉(zhuǎn)換。2.權(quán)利要求1所述橢球體內(nèi)部裝設(shè)錐型齒輪、變速輪、棘輪以及液壓栗，將橢球兩側(cè)伸縮桿俯仰速度進行變速和導(dǎo)向，并經(jīng)兩聯(lián)軸棘輪與液壓栗機械耦合，將波浪能經(jīng)液壓栗高效轉(zhuǎn)化液壓能。3.權(quán)利要求1所述中心支撐球內(nèi)設(shè)置高壓油罐、低壓油罐、液壓栗、直流發(fā)電機、Boost變流器以及逆變器;其中，高壓油罐用于存儲各捕獲單元壓縮的高壓油，并經(jīng)流量閥門、管路與液壓馬達進油口相連，流量閥門用于調(diào)節(jié)液壓栗輸入流量，進而改變與液壓馬達耦合發(fā)電機的輸入轉(zhuǎn)矩，結(jié)合Boost變流器協(xié)同控制，完成液壓馬達效率優(yōu)化；油路中設(shè)置單向閥防止低壓油回流，且在油罐上側(cè)設(shè)置溢流閥。4.權(quán)利要求1所述多節(jié)點伸縮桿式波浪能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)有保護桿，其由輕質(zhì)鋼管構(gòu)成，其和支撐球、平衡體、支撐軸均剛性連接，確保橢球運動基點以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，降低大風(fēng)浪對發(fā)電系統(tǒng)的損壞，提高系統(tǒng)的安全性能。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多節(jié)點伸縮桿式波浪能發(fā)電系統(tǒng)，包括波浪能捕獲、液壓泵高壓存儲以及液壓膨脹發(fā)電三部分。波浪能捕獲是由支撐軸、伸縮桿及橢球體構(gòu)成三位一體的高效捕獲結(jié)構(gòu)，橢球在波浪作用下作升降運動，驅(qū)動伸縮桿以支撐軸為支點作俯仰以及其方向上拉伸運動，運動基點由支撐架、支撐球及支撐軸間相互作用形成的；橢球兩側(cè)伸縮桿的拉伸運動，經(jīng)錐形齒輪、變速輪、棘輪與液壓泵機械耦合，將低壓油壓縮存儲至高壓油罐；而高壓油則在流量閥、Boost變流器以及逆變器協(xié)同下，優(yōu)化控制液壓馬達、直流發(fā)電機，實現(xiàn)液壓能到電能的高效轉(zhuǎn)換。本發(fā)明將有效提升波浪能捕獲效率，拓寬波浪能發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用范圍，極大推動新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
【IPC分類】F03B13/14
【公開號】CN105508127
【申請?zhí)枴緾N201610030898
【發(fā)明人】褚曉廣, 蔡彬, 李向東, 王乃哲, 郭登鵬
【申請人】曲阜師范大學(xué), 褚曉廣
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年1月19日