液壓式組合型振蕩浮子波能發電裝置的製作方法
2023-05-17 13:32:16 1
專利名稱：液壓式組合型振蕩浮子波能發電裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬于波浪能發電技術領域，特別涉及一種液壓式組合型振蕩浮子波能發電裝置。
背景技術：
波能發電裝置在進行波能發電時，通常包含兩個能量轉換過程首先是將波浪能轉換為可供發電機利用的機械能形式，即能量的一次轉換過程；其次是通過發電機將機械能轉換為電能進行輸出，即能量的二次轉換過程。波能轉換裝置的核心問題是能量的一次轉換過程。波浪能在第一次轉換過程中產生的機械能的形式，有利用波浪上下運動直接轉換成機械運動的；有利用波浪上下運動產生氣流或水流去驅動渦輪發電的；也有利用波浪裝置的擺動或轉動產生氣流或水流去驅動渦輪機發電；或把低壓大波浪變成小體積高壓水，然後引入高位水池產生水頭帶動渦輪機發電的。目前常用的波能發電裝置主要有以下兩種振蕩水柱式波能發電裝置安全可靠性高但波能轉換率較低，現有振蕩水柱式波能發電裝置多為航標燈等微型電力設備供電，輸出功率較小；近岸振蕩水柱式波能發電裝置對海岸地形要求較高。越浪式波能發電裝置的結構簡單、波能轉換率較高，但由於對材料要求較高，且極易在波浪作用下發生破壞，喪失工作能力，維修及保護成本較高。與歐美國家沿海海域波高大、能流密度高相比，我國沿海海域波浪能周期短、波高小，可利用率較低，不適用於以上兩種方式。
發明內容
為解決上述技術問題，本發明提出了一種能量轉換效率較高，可在不同水深條件下工作，裝置的建造成本相對低，輸出電能相對穩定，應用廣泛的液壓式組合型振蕩浮子波能發電裝置。本發明的技術方案是一種液壓式組合型振蕩浮子波能發電裝置，其包括發電系統和固定系統。其中，固定系統包括浮箱和固定架，固定架為正方體結構，其固定連接於浮箱頂部，固定架頂部設置橫梁，固定架側面四角分別設置立柱，立柱為四稜柱結構。發電系統包括浮子、能量轉換裝置和能量輸出裝置。浮子套裝於固定架的立柱上，沿立柱上下運動。浮子頂部和底部分別設有四個相同的用以限制浮子水平方向運動的導向裝置。導向裝置能消除波浪對浮子水平傾覆振蕩的影響，有利于波能的收集和轉換。能量轉換裝置包括混合罐、液壓馬達和四組相同的、分別設置於固定架側面四角立柱上的液壓傳動機構。混合罐和液壓馬達設置於固定架的橫梁上。液壓傳動機構包括液壓缸、進水管、輸水管A和輸水管B。每根立柱的四個側面分別設有一個液壓缸。液壓缸位於浮子上方，其套筒端與立柱固定連接，其活塞杆通過導向裝置的支撐架與浮子固定連接；進水管一端伸入海水中，另一端連通於液壓缸套筒的進水口 ；輸水管A —端連通於液壓缸套筒的出水口，另一端連通於輸水管B，輸水管B —端連通於輸水管A的出口，另一端連通於混合罐的入水口。混合罐的出水口與液壓馬達的進水口連通，液壓馬達的出水口處設置排水管，將多餘的水排出。所述進水管、輸水管A、輸水管B和排出管上均設有單向閥。所述能量輸出裝置設置於固定架的橫梁上，其輸入端與液壓馬達的輸出端連接。所述能量輸出裝置為發電機。所述導向裝置包括導向輪和支撐架。支撐架固定於浮子上，導向輪的輪軸固定於支撐架上，導向輪與所述固定架的立柱側面接觸。所述浮箱為空心結構，其內部可以根據海況灌注適量的海水或沙子進行配重，達到使整個發電裝置下沉至水面以下一定深度，浮子在合適位置進行上下振蕩運動的目的，同時能夠保證發電裝置整體在運作時的穩定性。固定系統結構簡單，且可靈活配重，提高了整個發電裝置的穩定性和可靠性，便於加工與實施，經濟性較好。所述浮子為底部呈倒錐形的空心圓柱體。該結構有利於收集更多的波能，且其內部空心可以根據海況裝載配重。浮子表層塗防腐漆，以防止在被海水腐蝕。本發明的有益效果在於1、屬於漂浮式波能發電裝置，波能利用率高，適用於不同海況，不受潮差影響，同時受水深條件的限制小，特別是在超過40m的深水區也可以正常工作。2、與波浪直接接觸，能量轉換次數少，提高了能量轉換率。3、將單個浮子進行組合，進一步提高了波能利用率及裝置的可靠性。4、結構簡單，活動部件較少，整體穩定性高，可靠度好，能兼顧結構的可靠性及波能轉換率。5、對波浪的隨動性優越，可靠性高、使用壽命長、效率低、易於拆卸和組裝，便於安裝布防和維修。6、建造成本較低，輸出電能穩定，可用於對裝置的保護要求不太高，波能密度低的區域。
圖1是本發明的整體結構示意圖；圖2是本發明中單組液壓傳動機構的結構示意圖；圖3是本發明中導向裝置的結構示意圖；圖4是本發明中液壓缸與浮子連接的局部放大圖；圖5是本發明中浮子的結構示意圖。圖中1、固定系統，I1、發電系統，101、固定架，102、立柱，103、浮箱，104、橫梁，201、浮子，202、導向裝置，203、進水管，204、液壓缸，205、發電機，206、液壓馬達，207、混合罐，208、排水管，209、輸水管B，210、輸水管A，211、輪軸，212、導向輪，213、支撐架，214、活塞杆。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例具體說明本發明。實施例1
如圖1-圖4所示本發明包括發電系統II和固定系統I。其中，固定系統I包括浮箱103和固定架101，固定架101為正方體結構，其固定連接於浮箱103頂部，固定架101頂部設置橫梁104，固定架101側面四角分別設置立柱102，立柱102為四稜柱結構。發電系統II包括浮子201、能量轉換裝置和能量輸出裝置。四根立柱102上分別套裝有浮子201，浮子201沿立柱102上下運動。每個浮子201的頂部和底部均設有四個相同的用以限制浮子201水平方向運動的導向裝置202。導向裝置202能消除波浪對浮子201水平傾覆振蕩的影響，有利于波能的收集和轉換。導向裝置202包括導向輪212和支撐架213。支撐架213固定於浮子201上，導向輪212的輪軸211固定於支撐架213上，導向輪212與固定架101的立柱102側面接觸。能量轉換裝置包括混合罐207、液壓馬達206和四組相同的、分別設置於固定架101側面四角立柱102上的液壓傳動機構。混合罐207和液壓馬達206設置於固定架101的橫梁104上。液壓傳動機構包括液壓缸204、進水管203、輸水管A210和輸水管B209。每根立柱102的四個側面分別設有一個液壓缸204。每組液壓傳動機構包括四個液壓缸204、四根進水管203、四根輸水管A210和一根輸水管B209。液壓缸204位於浮子201上方，其套筒端與立柱102固定連接，其活塞杆214通過導向裝置202的支撐架213與浮子201固定連接；進水管203 —端伸入海水中，另一端連通於液壓缸204套筒的進水口 ；輸水管A210一端連通於液壓缸204套筒的出水口，另一端連通於輸水管B209，四根輸水管A210的出口均連通於輸水管B209的進水口，輸水管B209出水口連通於混合罐207的入水口。混合罐207的出水口與液壓馬達206的進水口連通，液壓馬達206的出水口處設置排水管208，將多餘的水排出。所有進水管203、輸水管A210、輸水管B209和排出管上均設有單向閥。能量輸出裝置為發電機205,其設置於固定架101的橫梁104上,發電機205輸入軸與液壓馬達206的輸出軸通過聯軸器連接。其工作過程如下不同方向、頻率的波浪拍打到浮子201，浮子201吸收波浪能，當浮子201受到波浪向上的力時，浮子201上升，波浪能轉換為浮子201的機械能。浮子201帶動液壓缸204的活塞杆214向上運動，進水管203上設置單向閥，海水只能從進水管203中進入液壓缸204中，液壓缸204中的海水在活塞杆214的作用下通過輸水管A210和輸水管B209進入混合罐207中。當混合罐207中的海水存量達到一定程度時，通過混合罐207的出水口排出衝擊液壓馬達206,從而帶動發電機205發電。液壓馬達206通過排出管將海水直接排出。當浮子201下降時，液壓缸204的活塞杆214隨之向下運動，輸水管A210和輸水管B209上均設置單向閥，海水只能從液壓缸204中流向混合罐207，而不能反向流動，活塞杆214向下運動，液壓缸204內壓力減小，海水從進水管203倒灌入液壓缸204中。主要技術指標本發明裝機容量為10kW，並達到發電能力5kW水平，波能轉換率高於15%，連續運行10小時，總發電量達至Ij 200kff · h。實施例2除以下區別外，其他同實施例1。浮箱103為空心結構，其內部可以根據海況灌注適量的海水或沙子進行配重，達到使整個發電裝置下沉至水面以下一定深度，浮子201在合適位置進行上下振蕩運動的目的，同時能夠保證發電裝置整體在運作時的穩定性。固定系統I結構簡單，且可靈活配重，提高了整個發電裝置的穩定性和可靠性，便於加工與實施，經濟性較好。浮箱103通過本身的自重及箱內沙子的配重，提供向下的拉力，使整個發電裝置能浸入海底一定深度，使浮子201沿立柱102做上下正常往復振蕩運動，進水管203插入水面以下。同時，浮箱103也提供一定的浮力，當波高較小時，浮子201與立柱102之間也能做相對運動，即保證浮子201始終處於工作狀態。實施例3除以下區別外，其他同實施例1。如圖5所示，浮子201為底部呈倒錐形的空心圓柱體。該浮子201結構有利於收集更多的波能，且其內部空心可以根據海況裝載配重。浮子201表層塗防腐漆，以防止在被海水腐蝕。
權利要求
1.一種液壓式組合型振蕩浮子波能發電裝置，包括發電系統和固定系統，其特徵在於， 所述固定系統包括浮箱和固定架，固定架為正方體結構，其固定連接於浮箱頂部，固定架頂部設置橫梁，固定架側面四角分別設置立柱，立柱為四稜柱結構； 所述發電系統包括浮子、能量轉換裝置和能量輸出裝置，浮子套裝於固定架側面的立柱上，沿立柱上下運動，浮子頂部和底部分別設有四個相同的用以限制浮子水平方向運動的導向裝置，所述能量轉換裝置包括混合罐、液壓馬達和四組相同的、分別設置於固定架側面四角立柱上的液壓傳動機構，混合罐和液壓馬達設置於固定架的橫梁上，液壓傳動機構包括液壓缸、進水管、輸水管A和輸水管B，每根立柱的四個側面分別設有一個液壓缸，液壓缸位於浮子上方，其套筒端與立柱固定連接，其活塞杆通過導向裝置的支撐架與浮子固定連接；進水管一端伸入海水中，另一端連通於液壓缸套筒的進水口 ；輸水管A—端連通於液壓缸套筒的出水口，另一端連通於輸水管B,輸水管B—端連通於輸水管A的出口，另一端連通於混合罐的入水口。混合罐的出水口與液壓馬達的進水口連通，液壓馬達的出水口處設置排水管，所述進水管、輸水管A、輸水管B和排出管上均設有單向閥；所述能量輸出裝置設置於固定架的橫梁上，其輸入端與液壓馬達的輸出端連接。
2.根據權利要求1所述的波能發電裝置，其特徵在於，所述導向裝置包括導向輪和支撐架；支撐架固定於浮子上，導向輪的輪軸固定於支撐架上，導向輪與所述固定架的立柱側面接觸。
3.根據權利要求1所述的波能發電裝置，其特徵在於，所述能量輸出裝置為發電機。
4.根據權利要求1所述的波能發電裝置，其特徵在於，所述浮箱為空心結構。
5.根據權利要求1所述的波能發電裝置，其特徵在於，所述浮子為底部呈倒錐形的空心圓柱體。
全文摘要
本發明涉及液壓式組合型振蕩浮子波能發電裝置。其包括發電系統和固定系統。固定系統包括浮箱和固定架，固定架為正方體結構，其固定連接於浮箱頂部，固定架頂部設置橫梁，固定架側面四角分別設置立柱，立柱為四稜柱結構。發電系統包括浮子、能量轉換裝置和能量輸出裝置。浮子套裝於固定架的立柱上。浮子頂部和底部分別設有四個相同的用以限制浮子水平方向運動的導向裝置。能量轉換裝置包括混合罐、液壓馬達和四組相同的、分別設置於固定架側面四角立柱上的液壓傳動機構。混合罐和液壓馬達設置於固定架的橫梁上。液壓傳動機構包括液壓缸、進水管、輸水管A和輸水管B。本發明能量轉換率高，可靠性好，建造成本低，輸出電能穩定，應用廣泛。
文檔編號F03B13/22GK103061962SQ20131003685
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月31日 優先權日2013年1月31日
發明者史宏達, 劉臻, 馬哲, 曹飛飛, 曲娜, 王金龍, 高人傑, 薛坤 申請人:中國海洋大學