可變力矩式波浪能液壓發電裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種可變力矩式波浪能液壓發電裝置，它由樁體、波浪能發電機艙、多組曲柄搖桿裝置、多組浮子力臂、多組振蕩浮子、機艙推桿、無線通訊裝置、浪潮儀等多種設備組成。利用浪潮儀測量波浪的波高和潮位實時數據，按照預定規律驅動所述的多組浮子力臂和機艙推桿伸長或者縮短，從而改變所述的多組浮子力臂的長度和改變所述的波浪能發電機艙的漂浮位置，主動調節波浪能輸入力矩的大小。利用本發明裝置能夠獲得更為穩定的波浪能，將波浪能收集裝置和海上風能收集裝置融合為一個整體，不僅可以收集多個振蕩浮子的波浪能發電，還可同時收集海上風能發電，有利于提高能源的利用效率，降低發電成本。
【專利說明】可變力矩式波浪能液壓發電裝置
【技術領域】
[0001]本發明專利屬于海洋可再生能源利用【技術領域】，尤其涉及一種可變力矩式波浪能液壓發電裝置。
【背景技術】
[0002]波浪能是一種清潔的海洋可再生能源，由于具有綠色環保和儲量豐富的特點，日益受到世界各國的廣泛關注。波浪能量的產生由自然條件及地理環境決定，能量變化幅值及其變化頻率隨機性較大，所以波浪能量是不穩定，不連續，甚至是快速突變的。因而，如何有效提高收集波浪能的平穩性，改善波浪能發電裝置輸出電能的質量，一直是亟待解決的關鍵問題。波浪能發電過程一般包括波浪能的采集，波浪能的傳遞以及發電輸出三個環節。波浪能的傳遞裝置一般有機械傳遞和液壓傳遞兩種形式，以往主要通過對波浪能傳遞裝置的設計和優化來緩解波浪能的波動性，例如加大機械傳遞裝置中飛輪的轉動慣量或在液壓傳遞裝置中利用蓄能器來調節波浪能的波動。雖然上述方法一定程度上起到了抑制波浪能波動的作用，但效果并不理想，這也是波浪能發電裝置一直未得到廣泛推廣的主要原因之一。如果能從波浪能的采集環節就采取措施，使波浪能采集裝置主動適應波浪波況的實時變化，并結合液壓傳遞裝置中的蓄能器一起使用，將會更加有利于波浪能發電裝置的平穩運行，提高輸出電能的質量。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于提供一種波浪能輸入力矩和波浪能發電機艙的漂浮位置可隨波浪實時波況的變化而自適應調節，既能收集多點波浪能，又能同時收集風能的可變力矩式波浪能液壓發電裝置。
[0004]為實現上述目的，本發明的技術解決方案是:
本發明一種可變力矩式波浪能液壓發電裝置，它包括樁體、波浪能發電機艙、多組曲柄搖桿裝置、多組浮子力臂、多組振蕩浮子、導軌、機艙推桿、多組液壓發電裝置；所述的樁體的下端垂直深插入海底，導軌沿樁體的長度方向固定安裝在樁體的外壁上；所述的波浪能發電機艙套接在樁體并與樁體上的導軌滑接并可沿著導軌上下移動；所述的多組曲柄搖桿裝置的一端分別安裝于波浪能發電機艙上，多組曲柄搖桿裝置的另一端分別固定安裝在多組浮子力臂的中部，多組曲柄搖桿裝置的中部分別與多組液壓發電裝置連接；所述的多組浮子力臂的內端可旋轉的安裝于波浪能發電機艙的艙壁上，多組浮子力臂的外端分別固定安裝在一用于漂浮于海面上吸收波浪能量多組振蕩浮子上；所述的機艙推桿的上端連接在樁體上，機艙推桿下端與波浪能發電機艙頂部連接。
[0005]所述的機艙推桿由左、右兩個電液推桿組成，該左、右電液推桿上端的缸體分別固定在樁體的橫梁兩端，該橫梁位于樁體的上部，左、右電液推桿下端的活塞桿端與波浪能發電機艙頂部連接。
[0006]所述的曲柄搖桿裝置包括連桿、曲柄、活塞搖桿、旋轉軸、軸承、軸承座；所述的連桿一端與浮子力臂的中部相連，連桿另一端與曲柄的一端和活塞搖桿的一端連接點鉸接；曲柄的另一端與旋轉軸中部固定連接，旋轉軸的兩端分別套接一軸承，兩個軸承分別固定安裝在軸承座上，軸承座固定安裝于波浪能發電機艙上；所述的活塞搖桿的上端與連桿和曲柄相連，活塞搖桿的下端與液壓發電裝置的液壓缸活塞相連，在波浪力作用下活塞搖桿可帶動液壓缸活塞上下運動。
[0007]所述的液壓發電裝置包括液壓缸活塞、液壓缸、油箱、安全閥、單向閥、蓄能器、油路開關、變量液壓馬達、永磁發電機、濾油器和單向閥；所述的曲柄搖桿裝置的活塞搖桿與液壓缸活塞相連，液壓缸固定安裝于波浪能發電機艙內部并通過液壓管道依次連接單向閥、蓄能器、油路開關、變量液壓馬達；所述的變量液壓馬達的輸出軸與永磁發電機的轉子固定連接；變量液壓馬達通過出油管道與油箱連接，在該出油管道上設有安全閥。
[0008]本發明還包括無線通訊裝置、浪潮儀、隨行通訊電纜；所述的無線通訊裝置安裝于樁體的橫梁上，浪潮儀固定安裝在海底，其測量信號通過所述的隨行通訊電纜傳到安裝于波浪能發電機艙內部的自動測控裝置中。
[0009]所述的自動測控裝置包括微控制器、晶振電路、時鐘電路、程序存儲器、數據存儲器、A/D轉換器、RS232接口、鉛蓄電池、電壓測量電路、充放電開關；所述的微控制器的控制端口分別與晶振電路、時鐘電路、程序存儲器、數據存儲器、A/D轉換器連接，微控制器由鉛蓄電池提供電力，充放電開關安裝在微控制器與鉛蓄電池之間；在微控制器上設有RS232接口并通過該RS232接口與無線通訊裝置連接；所述的鉛蓄電池旁接電壓測量電路。
[0010]采用上述方案后，本發明具有的優點是:
(I)本發明裝置可根據波浪波高的實時變化情況，主動伸長或縮短浮子力臂的長度，從而自適應調節波浪能輸入力矩，使波浪能輸入能量穩定。
[0011](2)本發明裝置可根據潮位和波高的綜合變化情況，主動調節波浪能發電機艙的漂浮位置，從而調節波浪對整套裝置的沖擊力，使裝置平穩運行，在臺風巨浪的情況下可將整個發電機艙抬起，脫離水面。
[0012](3)本發明裝置將波浪能收集裝置和風能收集裝置融合為一個整體，無需錨定裝置，不僅可以收集多個振蕩浮子的波浪能，還可同時收集海上風能，有利于提高海洋能源的利用效率，降低發電成本。
[0013](4)本發明裝置除多組振蕩浮子和波浪能發電機艙外，其它設備都置于海面之上，不和海水接觸，因此不易被海水腐蝕，有利于延長裝置壽命，便于安裝、調試與維修。
[0014]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的整體結構示意圖；
圖2是本發明的曲柄搖桿裝置結構示意圖；
圖3是本發明的液壓發電裝置結構示意圖；
圖4是本發明的自動測控裝置結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，本發明是一種可變力矩式波浪能液壓發電裝置，它包括樁體1、波浪能發電機艙2、多組曲柄搖桿裝置3、多組浮子力臂4、多組振蕩浮子5、導軌6、風機7、風能發電機艙8、機艙推桿9、無線通訊裝置10、浪潮儀30、隨行通訊電纜301、多組液壓發電裝置20。
[0017]所述的樁體I的下端垂直深插入海底，導軌6沿樁體I的長度方向固定安裝在樁體I的外壁上。所述的波浪能發電機艙2漂浮于海面上，其套接在樁體I并與樁體I上的導軌6滑接，使得波浪能發電機艙2可沿著導軌6上下移動。所述的多組曲柄搖桿裝置3的一端分別安裝于波浪能發電機艙2上，多組曲柄搖桿裝置3的另一端分別固定安裝在多組浮子力臂4的中部，多組浮子力臂4的內端可旋轉的安裝于波浪能發電機艙2的艙壁上，多組浮子力臂4的外端分別固定安裝在一用于漂浮于海面上吸收波浪能量的振蕩浮子5上。所述的多組浮子力臂4由電液推桿構成，其末端推桿可在電信號控制下伸長或者縮短。所述的機艙推桿9由左、右兩個電液推桿91、92組成，電液推桿91、92上端的缸體分別固定在樁體I的橫梁11兩端，該橫梁11位于樁體I的上部，電液推桿91、92下端的活塞桿端與波浪能發電機艙2頂部連接，電液推桿91、92的下端可在電信號的控制下伸長或縮短。在本實施例中，多組振蕩浮子5和多組浮子力臂4均為4組，分別被布置在波浪能發電機艙2的前、后、左、右4個方向。
[0018]如圖1所示，無線通訊裝置10安裝于樁體I的橫梁11上，與岸上監控中心實時通訊。浪潮儀30固定安裝在海底，實時測量波浪波高和潮位參數，其測量信號通過所述的隨行通訊電纜301傳到安裝于波浪能發電機艙2內部的自動測控裝置40中。
[0019]如圖1所示，所述的風機7、風能發電機艙8安裝于樁體I頂部，風機7的作用是收集海面上的風能，并利用安裝于風能發電機艙8內部的轉化與發電裝置將風能轉化為電能。風機7、風能發電機艙8以及風能發電機艙8內部所安裝的其它各種風能轉化與發電裝置可采用多種形式，包括現有已經公開的技術。
[0020]如圖2參考圖1所示，所述的曲柄搖桿裝置3有4組，每組曲柄搖桿裝置3的結構相同，它包括連桿31、曲柄32、活塞搖桿33、旋轉軸34、軸承35、軸承座36。所述的連桿31一端與浮子力臂4的中部相連,連桿31另一端與曲柄32的一端和活塞搖桿33的一端連接點鉸接。曲柄32的另一端與旋轉軸34中部固定連接，旋轉軸34的兩端分別套接一軸承35，兩個軸承35分別固定安裝在軸承座36上，軸承座36固定安裝于波浪能發電機艙2上。所述的活塞搖桿33的上端與連桿31和曲柄32相連，活塞搖桿33的下端與液壓發電裝置20的液壓缸活塞201相連，在波浪力作用下活塞搖桿33可帶動液壓缸活塞201上下運動。
[0021]如圖3所示，所述的液壓發電裝置20包括液壓缸活塞201、液壓缸202、油箱203、安全閥204、單向閥205、蓄能器206、油路開關207、變量液壓馬達208、永磁發電機209、濾油器210和單向閥211。參考圖2，曲柄搖桿裝置3的活塞搖桿33與液壓缸活塞201相連，油箱203中的液壓油通過濾油器210和單向閥211進入液壓缸202，液壓缸202固定安裝于波浪能發電機艙2內部，并通過液壓管道依次連接單向閥205、蓄能器206、油路開關207、變量液壓馬達208。變量液壓馬達208的輸出軸與永磁發電機209的轉子固定連接。變量液壓馬達208通過出油管道與油箱203連接。在本實施例中，液壓發電裝置20共有4套，每套液壓發電裝置20與一組曲柄搖桿裝置3配套安裝。
[0022]如圖4所示，所述的自動測控裝置40固定安裝于波浪能發電機艙2內部，它包括微控制器401、晶振電路402、時鐘電路403、程序存儲器404、數據存儲器405、A/D轉換器406、RS232接口 407、鉛蓄電池408、電壓測量電路409、充放電開關410。
[0023]所述的微控制器401的控制端口分別與晶振電路402、時鐘電路403、程序存儲器404、數據存儲器405、A/D轉換器406連接，微控制器401由鉛蓄電池408提供電力，充放電開關410安裝在微控制器401與鉛蓄電池408之間。在微控制器401上設有RS232接口407并通過該RS232接口 407與無線通訊裝置10連接。所述的鉛蓄電池408旁接電壓測量電路409。
[0024]所述的微控制器401是一種型號為80C552的51單片機，晶振電路402為12MHZ晶振，為80C552微控制401提供外部晶振頻率，時鐘電路403采用DS12887芯片，記錄整套裝置運行時間。程序存儲器404采用27C512芯片，存儲系統的程序算法與編程代碼。數據存儲器405采用62256芯片，A/D轉換器406通過隨行通訊電纜12獲得浪潮儀11的測量信號并轉化為數字信號，傳遞給微控制器401，測量數據被保存于數據存儲器405中。鉛蓄電池408由永磁發電機209發出的電能充電，并為整套自動測控系統40提供電源，電壓測量電路409用于測量鉛蓄電池408的端電壓，獲得的電壓值提供給微控制器401，經過程序計算后驅動充放電開關410打開或者閉合，控制鉛蓄電池408的充放電過程。微控制器401按照保存在程序存儲器404中的程序算法計算獲得浮子力臂4和機艙推桿9的控制信號，從而驅動浮子力臂4和機艙推桿9伸長和縮短。無線通訊裝置10與RS232接口 407連接，RS232接口 407采用芯片MAX232，連接到微控制器401上，將通過隨行通訊電纜12獲得的波浪波況測量數據以及多組浮子力臂4和機艙推桿9的控制信號遠程傳遞給岸上的監控中心。
[0025]需要說明的是，本發明的多組曲柄搖桿裝置3、多組浮子力臂4、多組振蕩浮子5、多組液壓發電裝置20的組數可據需要而定，可以是3、5、6等組數。
[0026]本發明的工作原理:
如圖1、圖2所示，所述的多組振蕩浮子5在波浪作用下上下運動，浮子力臂4在振蕩浮子5的帶動下，以其在波浪能發電機艙2艙壁上的安裝點為圓心，上下擺動。當波浪向上運動時，振蕩浮子5向上運動，浮子力臂4向上擺動，曲柄搖桿裝置3的連桿31被浮子力臂4向上頂，從而動曲柄32向上運動，活塞搖桿33也與曲柄32 —起向上運動，冋時活塞搖桿33將液壓缸活塞201向上提起。而當波浪向下運動時，振蕩浮子5向下運動，浮子力臂4向下擺動，曲柄搖桿裝置3的連桿31被浮子力臂4向下拉，從而帶動曲柄32向下運動，活塞搖桿33也與曲柄32 —起向下運動，同時活塞搖桿33將液壓缸活塞201向下壓下。因此，當波浪上下運動時，波浪的勢能通過振蕩浮子5，浮子力臂4和曲柄搖桿裝置3，轉化為液壓缸活塞201上下運動的動能。
[0027]結合圖3所示，當液壓缸活塞201隨波浪上下運動時，液壓缸202中的液壓油被壓入液壓管道中，液壓缸活塞201的動能被轉化為液壓能，液壓油經蓄能器206穩壓后，沖擊變量馬達208，使變量馬達208的輸出軸帶動永磁發電機209的轉子旋轉并發電，從而將液壓能轉化為電能輸出。
[0028]如圖1、圖4所示，浪潮儀30安裝于海底，實時測量海洋波浪的波高和潮位數據，并將測量信號利用隨行通訊電纜301傳遞給自動測控裝置40。微控制器401根據波高數據，利用程序存儲器404中的程序算法計算出浮子力臂4的相應長度，并給出控制信號，驅動浮子力臂4伸長或者縮短，從而改變浮子力臂4的長度使其與計算值相等。另一方面，微控制器401根據波高和潮位兩種數據，利用程序存儲器404中的程序算法計算出波浪能發電機艙2在海面上的漂浮位置，再給出控制信號，驅動機艙推桿9伸長或者縮短，使波浪能發電機艙2沿著導軌6移動到相應位置。通過改變浮子力臂4的長度和調節波浪能發電機艙2的漂浮位置，就能有效改變波浪能輸入力矩的大小，使其主動適應海洋波浪波況的變化，從而使收集獲得的波浪能更加穩定。在臺風巨浪的情況下，機艙推桿9全部縮回，將波浪能發電機艙2從海面上提起，脫離水面，從而降低波浪對整套裝置的沖擊力，提高安全性。
[0029]以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，即依本發明專利范圍及說明書內容所作的振蕩浮子數目與外形、浮子力臂數目或者波浪能發電機艙外形的變化，皆應仍屬本發明專利涵蓋的范圍內。
【權利要求】
1.一種可變力矩式波浪能液壓發電裝置，其特征在于:它包括樁體、波浪能發電機艙、多組曲柄搖桿裝置、多組浮子力臂、多組振蕩浮子、導軌、機艙推桿、多組液壓發電裝置；所述的樁體的下端垂直深插入海底，導軌沿樁體的長度方向固定安裝在樁體的外壁上；所述的波浪能發電機艙套接在樁體并與樁體上的導軌滑接并可沿著導軌上下移動；所述的多組曲柄搖桿裝置的一端分別安裝于波浪能發電機艙上，多組曲柄搖桿裝置的另一端分別固定安裝在多組浮子力臂的中部，多組曲柄搖桿裝置的中部分別與多組液壓發電裝置連接；所述的多組浮子力臂的內端可旋轉的安裝于波浪能發電機艙的艙壁上，多組浮子力臂的外端分別固定安裝在一用于漂浮于海面上吸收波浪能量多組振蕩浮子上；所述的機艙推桿的上端連接在樁體上，機艙推桿下端與波浪能發電機艙頂部連接。
2.根據權利要求1所述的可變力矩式波浪能液壓發電裝置，其特征在于:所述的機艙推桿由左、右兩個電液推桿組成，該左、右電液推桿上端的缸體分別固定在樁體的橫梁兩端，該橫梁位于樁體的上部，左、右電液推桿下端的活塞桿端與波浪能發電機艙頂部連接。
3.根據權利要求1所述的所述的可變力矩式波浪能液壓發電裝置，其特征在于:所述的曲柄搖桿裝置包括連桿、曲柄、活塞搖桿、旋轉軸、軸承、軸承座；所述的連桿一端與浮子力臂的中部相連，連桿另一端與曲柄的一端和活塞搖桿的一端連接點鉸接；曲柄的另一端與旋轉軸中部固定連接，旋轉軸的兩端分別套接一軸承，兩個軸承分別固定安裝在軸承座上，軸承座固定安裝于波浪能發電機艙上；所述的活塞搖桿的上端與連桿和曲柄相連，活塞搖桿的下端與液壓發電裝置的液壓缸活塞相連，在波浪力作用下活塞搖桿可帶動液壓缸活塞上下運動。
4.根據權利要求1所述的所述的可變力矩式波浪能液壓發電裝置，其特征在于:所述的液壓發電裝置包括液壓缸活塞、液壓缸、油箱、安全閥、單向閥、蓄能器、油路開關、變量液壓馬達、永磁發電機、濾油器和單向閥；所述的曲柄搖桿裝置的活塞搖桿與液壓缸活塞相連，液壓缸固定安裝于波浪能發電機艙內部并通過液壓管道依次連接單向閥、蓄能器、油路開關、變量液壓馬達；所述的變量液壓馬達的輸出軸與永磁發電機的轉子固定連接；變量液壓馬達通過出油管道與油箱連接，在該出油管道上設有安全閥。
5.根據權利要求1所述的所述的可變力矩式波浪能液壓發電裝置，其特征在于:它還包括無線通訊裝置、浪潮儀、隨行通訊電纜；所述的無線通訊裝置安裝于樁體的橫梁上，浪潮儀固定安裝在海底，其測量信號通過所述的隨行通訊電纜傳到安裝于波浪能發電機艙內部的自動測控裝置中。
6.根據權利要求5所述的所述的可變力矩式波浪能液壓發電裝置，其特征在于:所述的自動測控裝置包括微控制器、晶振電路、時鐘電路、程序存儲器、數據存儲器、A/D轉換器、RS232接口、鉛蓄電池、電壓測量電路、充放電開關；所述的微控制器的控制端口分別與晶振電路、時鐘電路、程序存儲器、數據存儲器、A/D轉換器連接，微控制器由鉛蓄電池提供電力，充放電開關安裝在微控制器與鉛蓄電池之間；在微控制器上設有RS232接口并通過該RS232接口與無線通訊裝置連接；所述的鉛蓄電池旁接電壓測量電路。
【文檔編號】H02K7/18GK103557112SQ201310540211
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2013年11月5日
【發明者】楊紹輝, 何宏舟 申請人:集美大學