藉助風力用油作載能體的波浪平穩發電適時自控系統的製作方法

2023-10-08 16:23:49 2

專利名稱：藉助風力用油作載能體的波浪平穩發電適時自控系統的製作方法
技術領域：
本發明系藉助風力並控制作為載能體的油的壓力，流量，實現波浪平穩發電的適時自控系統。
節約能源，開發新能源對世界各國都已迫在眉睫。自上世紀八十年代迄今，在中國受理並已公開的有關利用海浪發電的發明專利約30餘項。其中，採用連杆，擺杆，或齒輪，齒條，鏈條，飛輪，棘輪，棘爪，槓桿等將波浪能轉變為旋轉動能而發電的17項；直接用壓力缸轉換波浪能的有4項；其它還有多種，如用各種方法利用波浪能建立高位水池的水力發電，改進波浪能發電汽輪機的葉片結構，導向和聚集波浪的發電裝置等。
直接用壓力缸轉換波浪能一類中公開號為CN 85100366的專利，因其工作介質為海水或空氣，都不及油傳遞平穩和可精確控制，且對於海水必採用防腐措施。公開號為CN 85108325的專利，採用平移的液壓方式。海浪撲來，固定在浮子上的受力板接受波能有限，有效的平移活塞力會更少。CN 1082148專利也是用水作工作介質。該三專利都未提及如何處理因海浪周期長對發電機持續供給高壓液體的困難。CN 1199822專利採用大型聯合浮體，剛性固接了多個壓力油缸，還設置了高壓貯能器。雖省去了海中固定構架的費用，但聯合浮體本身耗去不少波浪能量。
在查詢到的專利公開中，一致關注海浪的能量大，用之不盡，取之不竭。但對海浪的隨機性大，即波幅，波長，周期，方向等變化大且無規律給穩定發電造成的困難，除非花巨資建水壩外，很少見到具體周詳的應對方案。專利CN 1199822針對海浪的大與小，改變啟動液壓馬達的多與少來平衡。專利CN 1381673有類似的組合飄浮結構，設置了液壓穩定傳輸系統，還外加了一臺內燃機驅動和一臺電動機驅動的兩臺液壓泵，供波浪較小時之需。但該專利轉換海浪能的裝置複雜，系通過棘輪組，連杆，齒輪，飛輪的傳遞再驅動液壓泵。
本發明的目的是提供實現波浪平穩發電的適時自控系統，著眼於使變異大，不穩定的波浪能，在傳遞過程中藉助風力適時地自動轉換為終端發電機所需要的穩定能源，並注重有效地吸收和有效地轉換，在不同海域實現的可行性且設備增減較易，規模可大可小，從而可較好地解決前述困難。
本發明系統中，浮動平臺系空心園盤形，沿支杆的上下滑動依託於滑動套中有彈簧支承著滾球的點接觸，採用萬向節與壓力缸的活塞杆連接，可有效地接受來自各方向波浪的衝擊，克服非垂直力對上下浮動的阻礙，還因較高的盤邊可擋住有礙上浮的波浪衝到平臺上。特殊貯能穩壓裝置包括壓力缸，工作室和貯能缸，補充缸，後備補充缸。浪峰抬昇平臺時，聯動活塞壓油至工作室，油滿達到工作壓力時，一部份油驅動液壓馬達聯動發電機發電，室內油壓升高時，一部份油進入貯能缸，缸內有重力保持定壓。平臺上升的同時還壓縮安裝在一定位置的彈簧。波峰下落時平臺也下降，在彈簧釋放能幫助下也可將油壓至工作室。系統中的風車直接帶動油泵，將油泵入高位的補充缸，有重力保持缸內定壓。在工作的任何時刻，工作室，貯能缸，補充缸始終保持著動態平衡，當波浪很大超過設計的取值時，活塞壓入更多的油充滿工作室及貯能缸後，進入後備補充缸。當活塞不到位(可能是波幅太小或抬升力不夠或活塞下降時壓力不夠)，壓力缸間斷工作室供油時，貯能缸或補充缸或後備補充缸都可供定壓油給工作室。爾後通過流量的調節，保證了液壓馬達所需的定壓定量的液壓油，獲得穩定轉速，從而帶動發電機穩定發電。
附

圖1實施結構示意圖附圖2工作原理示意圖本發明實施例結構(見圖1)說明如下
三根園形支杆(10)直立，底部牢固在海底，其直徑大小，高於海面的高度，製造材料以及橫向的拉杆構架(9，15)等，按海洋狀況及發電規模等設計確定。可隨海浪波動而沿支杆上下的浮動平臺(20)製成空心的圓盤形，採用金屬材料或其它材料，保證完全浮於海面，其上固有沿園周等距分布的三個滑動套(19)(上下面共六個，每個套內用彈簧支承三個滾球，套的內孔與平臺上的孔同心)。平臺上三孔的孔徑稍大於支杆的杆徑，波浪起伏時，平臺依靠彈簧壓滾球於支杆，可順暢地上下直線浮動。在支杆的一定高度裝有彈簧(17)(其參數按波峰波谷的高度，波峰的抬升力，油的工作壓力等計算確定)，下端抵住滑動套的上端。平臺中央焊牢一根凸軸(18)，由萬向節(16)與活塞杆(13)相連。特殊貯能穩壓裝置中的壓力缸(12)，工作室(3)，貯能缸(1)可製成一個整體，也可分開製作，為避免能量損失油路愈短愈好，剛性固牢在構架(9，15)上。壓力缸上下部分別裝有進油閥(11，14供活塞下行，上行時進油用)與循環油桶(27)的出油口(26)連通，及出油閥(21，23供壓力油進入工作室用)與工作室連通。工作室的下部出油口通過減壓閥(5)及調節閥(6)與液壓馬達(7)連通，帶動發電機(8)發電；室上部有溢流閥(4)通向貯能缸及進油單向閥(2)連通貯能缸；另一側還有進油單向閥(24)連通油路(22)接受經出油閥(21或31，34)的壓力油。貯能缸底部有進油口與溢流閥(4)連通及出油口與閥(2)連通，缸內裝有活塞(42)，缸外活塞杆上壓有重物或彈簧(41)，重力應稍大於活塞頂的面積與油工作壓力之乘積。貯能缸上部有單向閥(37)連通後備補充缸(40)，缸內裝有活塞(39)，缸外活塞杆上壓有重物或彈簧(38)，重力應大於活塞頂的面積與油工作壓力之乘積。裝在構架(9)上的風車(28)有六葉片各自固定在可旋轉的軸上，狂風時軸自動旋轉可保護葉片不損壞，風車直接帶動油泵(29)，油泵的出油口與裝在近處高位的補充缸(32)的進油單向閥(30)連通，補充缸內也裝有活塞(33)，缸外活塞杆上壓有重物或彈簧(35)，考慮增加的阻力，重力應大於貯能缸上的重力。缸的出油口(31)連通油路(22)進工作室，上部還有出口經單向閥(36)與後備補充缸連通，由循環油桶供油給油泵，馬達的出油口接單向閥(25)連循環油桶。浮動平臺的直徑大於1.2倍波長，即可接受兩個以上波峰的抬升力；活塞的行程主要取決于波幅；壓力缸的大小要考慮液壓馬達的工作流量(與發電機的參數有關)，波浪的抬升力，周期，工作室及貯能室容積等；壓力缸的截面積取決于波浪的抬升力及馬達液壓油所需的工作壓力等(也與發電機有關)；補充缸的尺寸與風力的大小及與油泵的位差高度有關，缸內的油壓應大於液壓馬達工作壓力30％以上。本實施例採用常規的力學，液壓傳動計算方法，但要綜合考慮多項因素，依椐歷年的海洋資料及實測的現場數椐，引用統計中最大機率處的數值還要顧及最小几率可能出現的狀況。後備補充缸的容積還要考慮到不多見的大風大浪時能量的貯存。若上述實施不能滿足發電量的要求，一個浮動平臺上可裝兩個以上的壓力缸，或增加風車及補充缸，貯能缸，或加大平臺直徑，或在海洋的不同位置設立多個類似上述結構的浮動平臺進行綜合平衡。
本發明系統的適時自控工作原理(見圖2)浪峰抬升活塞(13)上行，壓力缸(12)內的油通過單向閥(23)進入工作室(3)，當室內油滿(工作室空間較小)達到壓力設定值時，壓力油流出經減壓閥(5)，節流閥(6)進入液壓馬達(7)使之旋轉後流出，經單向閥(25)回循環油桶(27)。減壓閥的出口壓力及節流閥的流量都設定為液壓馬達穩定轉速所需要的值，以保證匹配的發電機穩定發電。由於設計確定壓力缸活塞壓出的流量大於液壓馬達的工作流量，活塞繼續上行時，工作室壓力升高達到溢流閥(4)的開啟壓力，部份油經溢流閥入貯能缸(1)，此時注入液壓馬達的油一直保持穩定的壓力及流量。波浪特大時，活塞再上行壓油，抬升貯能缸活塞(42)及重物(41)，裝不下的油經單向閥(37)注入後備補充缸(40)。風車(28)直接帶動油泵(29)，泵油經單向閥(30)入補充缸(32)，抬升活塞(33)及重物(35)，裝不下的油經單向閥(36)進入後備補充缸。在壓力缸活塞上行的同時，循環油桶的油經單向閥(14)從壓力缸下部進入。波峰落下時活塞下行(在平臺，活塞的重力及彈簧釋放能作用下)，壓油經單向閥(21)，油路(22)，單向閥(24)進入工作室。在活塞下行的同時，循環油桶的油經單向閥(11)，從壓力缸的上部進入缸內。活塞無論是上行或下行，一旦不到位時(即海浪的波幅，抬升力變化大或下行力度不夠等在設計值之外)，即壓力缸無力供油給工作室的瞬刻，貯能缸的活塞在重物的壓力下壓油經單向閥(2)進入工作室；或補充缸的活塞在重物的壓力下壓油經單向閥(31)，油路(22)，單向閥(24)進入工作室；或後備補充缸的活塞(39)在重物(38)的壓力下壓油經單向閥(34)，油路(22)，單向閥(24)進入工作室。三者都能及時供給所需壓力及流量的油，又都能及時地互補，即一個無力供給時另一個及時替補上，適時地自動保障穩定液壓馬達工作所需的液壓油，也就保障了與之聯動的發電機穩定發電。由於液壓馬達工作穩定只取決於工作室內具有一定壓力的油是否充分，這就避開了波浪周期長及其變化的直接影響。
本發明系統的主要優點(1)充分考慮了波浪變化大，波幅，力度，周期，波長等都是很難圈定在一定範圍內的實際困難，建立的適時自控系統可較好地解決海浪發電的這些難處。
(2)本系統採用單純的液壓傳動，較其他機械傳動效率高，平穩，傳遞同等功率的構件重量要小得多。機購簡單而傳遞的能量可以很大。
(3)本系統的自控，沒有格外的信息傳遞或敏感元件，是依託簡單的液壓平衡過程，通過普通閥門實現，直接又適時，運轉成本低，維護方便。
(4)藉助風力，將風車裝置在同一構架上，實施方便，成本低。由於同樣是將風能直接轉換為液壓能量，避免了風力變化的直接影響且與波浪能的轉換合成為協調統一的系統。
(5)園盤形平臺經萬向節與活塞杆相連，由滑動套內的彈簧壓球支承沿支杆上下浮動。該結構簡單，浮動自如，可有效地利用各向波浪在垂直方向的抬升力，還可避免非垂直力對機構的損壞及對上下浮動的阻礙。
(6)調整系統容易，增減裝置比其它機械傳動簡便；適應性好，規模可大可小；系統裝置的製造，實現標準化系列化不難。
權利要求
1一種藉助風力並控制作為載能體的油的壓力，流量，實現波浪平穩發電的適時自控系統。其特徵是，由可以接受多向波浪而上下浮動自如的平臺，通過萬向節聯動裝固在構架上的特殊貯能穩壓裝置中壓力缸的活塞，將波浪能傳給油。特殊貯能穩壓裝置包括壓力缸，工作室，貯能缸，後備補充缸及補充缸。裝置在同一構架上的風車直接帶動油泵，泵出的油注入補充缸。壓力缸活塞將油壓入工作室，室內油滿達到一定壓力時，壓力油流出經減壓閥，節流閥注入液壓馬達，使之旋轉，聯動發電機發電。從液壓馬達的出油經單向閥回循環油桶。由於設計確定的壓力缸活塞壓油量大於液壓馬達的工作油量，活塞繼續壓油時，室內油壓升高，達到溢流閥的開啟壓力，部份油經溢流閥入貯能缸，此時注入液壓馬達的油一直保持穩定的壓力及流量。波浪特大時，活塞再壓油，抬升貯能缸活塞及重物至上部，裝不下的油經單向閥注入後備補充缸。補充缸裝不下的油也進入後備補充缸。壓力缸活塞無論是上行或下行，一旦不到位時，即壓力缸無力供油給工作室的瞬刻，貯能缸或補充缸或後備補充缸都能在各自的重物重力作用下，壓油至工作室，供給所需壓力及流量的油，又都能及時地互補，即一個無力供給時另一個及時替補，適時地自動保障穩定液壓馬達工作所需的液壓油，全過程循環回用。
2根椐權利要求1所述的上下浮動自如的平臺，其關聯的特徵是製成空心的(採用金屬或其它材料)圓盤形平臺，其上固有沿園周等距分布的三個滑動套(上下面共六個，每個套內用彈簧支承三個滾球，套的內孔與平臺上的孔同心)。平臺上三孔的孔徑稍大於支杆的杆徑，三根園形支杆直立，底部牢固在海底，其直徑大小，高於海面的高度，製造材料以及橫向的拉杆構架等，按海洋狀況及發電規模等設計確定。沿支杆的一定高度裝有彈簧(其參數按波幅，波峰的抬升力，油的工作壓力等計算確定)，下端抵住平臺滑動套的上端。平臺中央焊牢一根凸軸，用萬向節與壓力缸中活塞杆相連。平臺的直徑大於1.2倍波長可浮在兩個以上的波峰上。平臺上也可對稱分布多根凸軸，用萬向節與多個壓力缸中的活塞杆相連。
3根椐權利要求1所述的特殊貯能穩壓裝置，其中的壓力缸，工作室及貯能缸宜於製作成一個整體也可分開製作(應儘量縮短油路)。貯能缸，補充缸及後備補充缸活塞杆上壓的重物也可改用彈簧。補充缸及後備補充缸都可設立多個，視波浪，風力的狀況，平臺構架及發電量的要求等確定。工作室也可換成油路集成塊匹配閥門控制。
4根椐權利要求1所述的裝在同一構架上的風車，其葉片固定在各自的軸上，軸的兩端有一定力度的彈簧緊拉，狂風來時，風力大於彈簧的拉力時，軸自轉至葉片接受風力平衡的位置，風力小時在彈力作用下軸自轉回位，保護風車不受狂風破壞。
5根椐權利要求1所述的波浪平穩發電適時自控系統，若不能滿足發電量的要求，可加大平臺直徑，或增加整套特殊貯能穩壓裝置或增加風車及個別缸，或在海洋的不同位置設立多個本發明系統進行綜合平衡。
全文摘要
本發明系藉助風力並控制作為載能體油的壓力，流量，實現波浪平穩發電的適時自控系統。特徵是，可以接受多向波浪而上下浮動自如的平臺，通過萬向節聯動裝固在構架上的壓力缸活塞，壓油至工作室，室內油滿達到定壓時，壓力油經減壓閥，節流閥注入液壓馬達，聯動發電機發電。裝置在同一構架上的風車直接帶動油泵，泵出的油入補充缸，後備補充缸。活塞壓油量大於液壓馬達工作油量，工作室內油壓升高達溢流閥開啟壓力時，部分油經溢流閥入貯能缸，後備補充缸。一旦活塞無力供油給工作室瞬刻，其它缸都能替補，在各自的重物重力作用下，壓油至工作室，適時地自動保障穩定發電。可較好地解決海浪變化大對波浪發電實際應用的阻礙。
文檔編號F03B13/14GK1587675SQ20041005099
公開日2005年3月2日 申請日期2004年8月4日 優先權日2004年8月4日
發明者周鐵珊, 齊立禮 申請人:齊立禮, 周鐵珊