波力发电液压PTO系统综合实验平台及其实验方法技术方案

本发明专利技术涉及一种波力发电液压PTO系统综合实验平台及其实验方法，该综合实验平台包括波力发电液压PTO系统、波浪往复运动模拟系统、监控系统、数据收集系统和切换元件。该综合实验平台可以模拟不同海况下传动机构单作用单杆液压缸活塞的复杂双行程运动，可以模拟PTO系统不同运行工况，能够进行系统能量实验和关键元器件特性实验。

Wave power hydraulic PTO system integrated experimental platform and experimental method

The invention relates to a comprehensive experimental platform of hydraulic wave power PTO system and its experimental method, the comprehensive experimental platform of hydraulic PTO system, including wave power wave reciprocating motion simulation system, monitoring system, data collection system and switching element. This comprehensive experimental platform can simulate complex double stroke movement of the piston drive mechanism under different sea conditions of single action single rod hydraulic cylinder, different operating conditions can be simulated PTO system, can the system energy experiment and key components characteristic experiment.

【技术实现步骤摘要】
波力发电液压PTO系统综合实验平台及其实验方法
本专利技术属于波力发电领域，具体涉及一种波力发电液压PTO系统综合实验平台及其实验方法。
技术介绍
在波力发电领域中，波力发电装置的能量转换系统由捕能系统和PTO系统组成，捕能系统俘获波浪能，将波浪能转换成机械能，PTO系统将机械能转换成稳定的电能输出。目前的PTO系统多采用液压式，波力发电液压PTO系统一般包括液压缸、液压马达、发电机、液压油路以及各种用于蓄能、换向、调速和泄压的液压元器件，液压马达与发电机的主轴连接，捕能系统将波浪能转换成机械能并推动液压缸的活塞杆往复运动，活塞杆的往复运动带动液压油在液压油路内运动从而推动液压马达转动，液压马达通过主轴带动发电机转动产生电能。波力发电液压PTO系统的相关技术和物理实验直接影响到波浪能发电技术能否大规模应用，为满足波力发电液压PTO系统工程实践的需要，必须对波力发电液压PTO系统进行物理实验，以检验波浪能发电技术与设备的可行性与可靠性。目前，虽然有波力发电液压PTO系统的物理实验在各研究单位实验室实施，但是缺乏综合性的实验平台，无法统一进行工况模拟、系统能量实验和关键元器件特性实验，实验效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种波力发电液压PTO系统综合实验平台及其实验方法，该综合实验平台可以模拟不同海况下传动机构单作用单杆液压缸活塞的复杂双行程运动，可以模拟PTO系统不同运行工况，能够进行系统能量实验和关键元器件特性实验。本专利技术所采用的技术方案是：一种波力发电液压PTO系统综合实验平台，包括波力发电液压PTO系统、波浪往复运动模拟系统、监控系统、数据收集系统和切换元件；波力发电液压PTO系统包括测功机、补油箱、主油路、支油路、双作用双杆液压缸和两个单作用单杆液压缸，两个单作用单杆液压缸的活塞杆分别与双作用双杆液压缸的两个活塞杆连接成一体、无杆腔各自通过两条支油路分别与主油路的进出口端连接，支油路上均设有防止逆流的单向阀，主油路上设有变排量液压马达、蓄能器和比例调速阀，变排量液压马达的主轴与测功机连接，主油路进口端连接有溢流阀，补油箱分别与主油路出口端和溢流阀连接；波浪往复运动模拟系统包括通过吸油管依次连接的油箱、滤油器和定量泵以及三位四通电液伺服阀、溢流阀、控制电路和用于驱动定量泵的电动机，三位四通电液伺服阀的控制口与控制电路连接、P口通过压油管与定量泵连接、T口通过回油管与油箱连通、A口和B口分别与双作用双杆液压缸的两腔连通，压油管与回油管之间通过溢流阀连接；数据收集系统包括设在两个单作用单杆液压缸的活塞杆上的拉压力传感器、用于检测活塞杆位移的位移传感器、设在主油路上进口端和变排量液压马达进出口端的压力传感器、测功机自带的转速传感器和转矩传感器以及设在波力发电液压PTO系统的溢流阀进口端、变排量液压马达进口端和蓄能器油口处的流量传感器；切换元件包括设在流量传感器进口端用于控制流量传感器是否接入油路的三通阀以及设在蓄能器进口端和补油箱与主油路出口端之间的截止阀；监控系统分别与数据收集系统的各传感器以及控制电路、变排量液压马达和与测功机连接，监控系统能够实时显示各传感器数值、计算功率效率和存储实验结果并分别向控制电路、变排量液压马达和与测功机输出参考位移信号、排量信号和机械转矩信号从而实现对单作用单杠液压缸活塞往复运动规律、变排量液压马达排量V和主轴机械转矩T的控制。进一步地，定量泵出口端、变排量液压马达进出口端、主油路进口端和两个单作用单杆液压缸无杆腔均设有压力表。进一步地，蓄能器油口处的流量传感器为并联的两路、两路上设有相互反向的单向阀。进一步地，三通阀为三通球阀。一种基于上述波力发电液压PTO系统综合实验平台的实验方法，包括系统能量实验和工作特性实验，工作特性实验包括蓄能器和补油箱工作特性实验、比例调速阀和溢流阀工作特性实验、变排量液压马达能量特性实验和液压缸能量特性实验。进一步地，进行系统能量实验时，包括步骤：S1、旋转三通阀、只将变排量液压马达进口端流量的传感器接入油路，开启截止阀、将蓄能器和补油箱接入油路，使比例调速阀全开；S2、改变监控系统输出的参考位移信号、改变单作用单杆液压缸活塞往复运动规律，得到某一系统工作流量Q；S3、改变监控系统输出的排量信号、改变变排量液压马达排量V，得到某一转速n；S4、改变监控系统输出的机械转矩信号、改变主轴机械转矩T，得到某一系统工作压力p；S5、计算该工况点下系统的输入机械功率Pi和输出机械功率Po，计算系统运行效率η，系统运行效率η＝输出机械功率Po/输入机械功率Pi；S6、重复S1～S5，将各工况点所对的变排量液压马达排量V、主轴机械转矩T及测量和计算得的系统工作流量Q、系统工作压力p、转速n、输入机械功率Pi、输出机械功率Po和运行效率η制成表格。进一步地，进行蓄能器和补油箱工作特性实验时，包括步骤：S1、旋转三通阀、只将变排量液压马达进口端和蓄能器油口处的流量传感器接入油路，开启截止阀、将蓄能器和补油箱接入油路，使比例调速阀全开；S2、改变单作用单杆液压缸活塞往复运动规律、变排量液压马达排量V和主轴机械转矩T，使波力发电液压PTO系统在某一工况下运行，监测系统工作流量Q、系统工作压力p、转速n、蓄能器油口油压p0、蓄能器进出油量q和变排量液压马达出口端油压p1随时间的变化；S3、只关闭蓄能器进口端的截止阀，将蓄能器从油路中切除，监测系统工作流量Q、系统工作压力p和转速n随时间的变化；S4、只关闭补油箱与主油路出口端之间的截止阀，将补油箱从油路中切除，监测系统工作流量Q、系统工作压力p、转速n和变排量液压马达出口端油压p1随时间的变化；S5、比较所述工况下有无蓄能器和补油箱的系统工作流量Q、系统工作压力p和转速n随时间变化情况，研究蓄能器和补油箱对系统稳定性的影响；根据蓄能器油口油压p0随时间的变化，研究蓄能器工作时的压力特性；根据蓄能器进出油量q随时间的变化，研究蓄能器工作时的流量特性；对比有无补油箱时变排量液压马达出口端油压p1随时间变化情况，研究补油箱工作时的压力特性。进一步地，进行比例调速阀和溢流阀工作特性实验时，包括步骤：S1、旋转三通阀、只将波力发电液压PTO系统的溢流阀进口端、变排量液压马达进口端的流量传感器接入油路，开启截止阀、将蓄能器和补油箱接入油路，使比例调速阀全开；S2、改变单作用单杆液压缸活塞往复运动规律、变排量液压马达排量V和主轴机械转矩T，使波力发电液压PTO系统在某一工况下运行，在某一时刻突然减小比例调速阀的开度，监测系统工作流量Q、系统工作压力p、转速n、波力发电液压PTO系统的溢流量q0和蓄能器油口油压p0随时间的变化；S3、根据系统工作流量Q、系统工作压力p和转速n，研究比例调速阀关闭过程对系统稳定性的影响；根据蓄能器油口油压p0、系统工作压力p和系统工作流量Q，研究比例调速阀工作时的压力流量特性；根据蓄能器油口油压p0和波力发电液压PTO系统的溢流量q0，研究波力发电液压PTO系统的溢流阀工作时的压力流量特性。进一步地，进行变排量液压马达能量特性实验时，包括步骤：S1、旋转三通阀、只将变排量液压马达进口端的流量传感器接入油路，开启截止阀、将蓄能器和补油箱投入，使比例调速阀全开；S2、改变单作用单杆液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波力发电液压PTO系统综合实验平台，其特征在于：包括波力发电液压PTO系统、波浪往复运动模拟系统、监控系统、数据收集系统和切换元件；波力发电液压PTO系统包括测功机、补油箱、主油路、支油路、双作用双杆液压缸和两个单作用单杆液压缸，两个单作用单杆液压缸的活塞杆分别与双作用双杆液压缸的两个活塞杆连接成一体、无杆腔各自通过两条支油路分别与主油路的进出口端连接，支油路上均设有防止逆流的单向阀，主油路上设有变排量液压马达、蓄能器和比例调速阀，变排量液压马达的主轴与测功机连接，主油路进口端连接有溢流阀，补油箱分别与主油路出口端和溢流阀连接；波浪往复运动模拟系统包括通过吸油管依次连接的油箱、滤油器和定量泵以及三位四通电液伺服阀、控制电路、溢流阀和用于驱动定量泵的电动机，三位四通电液伺服阀的控制口与控制电路连接、P口通过压油管与定量泵连接、T口通过回油管与油箱连通、A口和B口分别与双作用双杆液压缸的两腔连通，压油管与回油管之间通过溢流阀连接，电动机主轴和定量泵主轴通过键连接；数据收集系统包括设在两个单作用单杆液压缸的活塞杆上的拉压力传感器、用于检测活塞杆位移的位移传感器、设在主油路进口端和变排量液压马达进出口端的压力传感器、测功机自带的转速传感器和转矩传感器以及设在波力发电液压PTO系统的溢流阀进口端、变排量液压马达进口端和蓄能器油口处的流量传感器；切换元件包括设在流量传感器进口端用于控制流量传感器是否接入油路的三通阀以及设在蓄能器进口端和补油箱与主油路出口端之间的截止阀；监控系统分别与数据收集系统的各传感器以及控制电路、变排量液压马达和与测功机连接，监控系统能够实时显示各传感器数值、计算功率效率和存储实验结果并分别向控制电路、变排量液压马达和与测功机输出参考位移信号、排量信号和机械转矩信号从而实现对单作用单杠液压缸活塞往复运动规律、变排量液压马达排量V和主轴机械转矩T的控制。...

【技术特征摘要】
1.一种波力发电液压PTO系统综合实验平台，其特征在于：包括波力发电液压PTO系统、波浪往复运动模拟系统、监控系统、数据收集系统和切换元件；波力发电液压PTO系统包括测功机、补油箱、主油路、支油路、双作用双杆液压缸和两个单作用单杆液压缸，两个单作用单杆液压缸的活塞杆分别与双作用双杆液压缸的两个活塞杆连接成一体、无杆腔各自通过两条支油路分别与主油路的进出口端连接，支油路上均设有防止逆流的单向阀，主油路上设有变排量液压马达、蓄能器和比例调速阀，变排量液压马达的主轴与测功机连接，主油路进口端连接有溢流阀，补油箱分别与主油路出口端和溢流阀连接；波浪往复运动模拟系统包括通过吸油管依次连接的油箱、滤油器和定量泵以及三位四通电液伺服阀、控制电路、溢流阀和用于驱动定量泵的电动机，三位四通电液伺服阀的控制口与控制电路连接、P口通过压油管与定量泵连接、T口通过回油管与油箱连通、A口和B口分别与双作用双杆液压缸的两腔连通，压油管与回油管之间通过溢流阀连接，电动机主轴和定量泵主轴通过键连接；数据收集系统包括设在两个单作用单杆液压缸的活塞杆上的拉压力传感器、用于检测活塞杆位移的位移传感器、设在主油路进口端和变排量液压马达进出口端的压力传感器、测功机自带的转速传感器和转矩传感器以及设在波力发电液压PTO系统的溢流阀进口端、变排量液压马达进口端和蓄能器油口处的流量传感器；切换元件包括设在流量传感器进口端用于控制流量传感器是否接入油路的三通阀以及设在蓄能器进口端和补油箱与主油路出口端之间的截止阀；监控系统分别与数据收集系统的各传感器以及控制电路、变排量液压马达和与测功机连接，监控系统能够实时显示各传感器数值、计算功率效率和存储实验结果并分别向控制电路、变排量液压马达和与测功机输出参考位移信号、排量信号和机械转矩信号从而实现对单作用单杠液压缸活塞往复运动规律、变排量液压马达排量V和主轴机械转矩T的控制。2.如权利要求1所示的波力发电液压PTO系统综合实验平台，其特征在于：定量泵出口端、变排量液压马达进出口端、主油路进口端和两个单作用单杆液压缸无杆腔均设有压力表。3.如权利要求1所示的波力发电液压PTO系统综合实验平台，其特征在于：蓄能器油口处的流量传感器为并联的两路、两路上设有相互反向的单向阀。4.如权利要求1所示的波力发电液压PTO系统综合实验平台，其特征在于：三通阀为三通球阀。5.一种基于上述波力发电液压PTO系统综合实验平台的实验方法，其特征在于：包括系统能量实验和工作特性实验，工作特性实验包括蓄能器和补油箱工作特性实验、比例调速阀和溢流阀工作特性实验、变排量液压马达能量特性实验和液压缸能量特性实验。6.如权利要求5所述的波力发电液压PTO系统实验方法，其特征在于：进行系统能量实验时，包括步骤：S1、旋转三通阀、只将变排量液压马达进口端的流量传感器接入油路，开启截止阀、将蓄能器和补油箱接入油路，使比例调速阀全开；S2、改变监控系统输出的参考位移信号、改变单作用单杆液压缸活塞往复运动规律，得到某一系统工作流量Q；S3、改变监控系统输出的排量信号、改变变排量液压马达排量V，得到某一转速n；S4、改变监控系统输出的机械转矩信号、改变主轴机械转矩T，得到某一系统工作压力p；S5、计算该工况点下系统的输入机械功率Pi和输出机械功率Po，计算系统运行效率η，系统运行效率η＝输出机械功率Po/输入机械功率Pi；S6、重复S1～S5，将各工况点所对的变排量液压马达排量V、主轴机械转矩T及测量和计算得的系统工作流量Q、系统工作压力p、转速n、输入机械功率Pi、输出机械功率Po和运行效率η制成表格。7.如权利要求5所述的波力发电液压PTO系统实验方法，其特征在于：进行蓄能器和补油箱工作特性实验时，包括步骤：S1、旋转三通阀、只将变排量液压马达进口端和蓄能器油口处的流量传感器接入...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈启卷，叶洲，岳旭辉，许志翔，余航，耿大洲，江文，王卫玉，陈飞洋，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42