一种封闭式全自由度波浪能发电装置及其工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种封闭式全自由度波浪能发电装置及其工作方法，属于波浪能发电技术领域，包括上壳体、下壳体、液压系统、一号能量捕获单元、二号能量捕获单元和三号能量捕获单元，一号能量捕获单元、二号能量捕获单元和三号能量捕获单元结构相同，安装方位不同，一号能量捕获单元能够实现OXZ平面内的第一移动和绕Y轴方向的第一转动两个自由度，二号能量捕获单元能够实现OXY平面内的第二移动和绕Z轴方向的第二转动两个自由度，三号能量捕获单元能够实现OYZ平面内的第三移动和绕X轴方向的第三转动两个自由度。本发明专利技术集成了六自由度捕能机构，既保证了设备具有较高的运行可靠性，又能够确保波浪能发电装置具有较高的能量捕获效率。

A closed full freedom wave energy generator and its working method

【技术实现步骤摘要】
一种封闭式全自由度波浪能发电装置及其工作方法
本专利技术涉及一种封闭式全自由度波浪能发电装置及其工作方法，属于波浪能发电

技术介绍
为有效解决日益严重的能源和环境问题，大力发展可再生能源已成为全球共识。占地球表面71％的海洋蕴藏着储量巨大的可再生能源，主要以海洋风能、波浪能、潮汐能、温差能、盐差能等形式存在。其中，波浪能由风力作用产生，但相对于风能，波浪能更加稳定，空间分布也较为集中，是一种极具发展前景的清洁能源。波浪能转换装置根据能量捕获方式可分为振荡水柱式、振荡体式和越浪式三大类，根据布放方式又可以分为固定式、漂浮式、沉没式三类。申请号为201910659833.1的专利技术专利公布了一种多浮体液压波浪能发电装置，适用于广泛波长与周期的波浪，能够增加单位时间内的发电量。申请号为201710134086.0的专利技术专利公布了一种可变力矩式波浪能发电装置输入力矩的控制方法，可随波浪实时波况的变化而自适应调节波浪能的实际输入力矩，从而改变装置的固有频率，进而提高波浪能捕获效率。申请号为201910883153.8的专利技术专利公布了一种具有偏置惯性体的振荡浮子波浪能发电装置，能够拓展设备能量转换的有效频谱宽度，增加波能转换装置的有效频率区间。但捕能机构的运动部件直接与海水接触，易受到海水腐蚀、生物附着等因素的影响，系统可靠性不高。采用封闭式结构能够有效解决波浪能发电装置的海水腐蚀和生物附着问题，提高系统的可靠性。但封闭式结构限制了波浪能捕获结构的运动幅值，导致能量捕获效率较低。申请号为201810767517.1的专利技术专利公布了一种多自由度偏心摆式波浪能发电装置及发电方法，采用齿轮换向的方式，将捕能单元的双向摆动转换为发电机的单向运动，提高了能量利用效率，并使电能输出更加平稳。然而，漂浮式波浪能发电装置的运动可分解为横荡、纵荡、垂荡、艏摇、横摇、纵摇六个方向的分运动，大多数能量捕获单元仅利用了其中一到三个分运动的能量，因而波浪能捕获效率不高。通过合理设计捕能机构，充分利用漂浮式波浪能发电装置在各个方向上的运动，能够大幅提升能量捕获效率。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种封闭式全自由度波浪能发电装置及其工作方法，采用封闭式结构，集成了六自由度捕能机构，既保证了设备具有较高的运行可靠性，又能够确保波浪能发电装置具有较高的能量捕获效率。本专利技术采用以下技术方案：一种封闭式全自由度波浪能发电装置，包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体固定连接形成密闭空间，将内部零件与海水隔离，密闭空间内在下壳体上固定设置有液压系统、一号能量捕获单元、二号能量捕获单元和三号能量捕获单元，一号能量捕获单元、二号能量捕获单元和三号能量捕获单元与液压系统之间均通过液压管路连接；所述一号能量捕获单元、二号能量捕获单元和三号能量捕获单元结构相同，均包括双作用液压缸、配重和液压泵，双作用液压缸的中部与液压泵的输入轴连接，液压泵的输入轴与双作用液压缸的液压杆始终垂直，配重为两个，分别安装于该双作用液压缸两个液压杆的端部；一号能量捕获单元、二号能量捕获单元和三号能量捕获单元的安装方位不同，以下壳体的中心为原点，以三号能量捕获单元的液压泵输入轴长度方向为X轴作空间直角坐标系，则一号能量捕获单元的液压泵输入轴长度方向沿空间直角坐标系的Y轴设置，二号能量捕获单元的液压泵输入轴长度方向沿空间直角坐标系的Z轴设置，一号能量捕获单元能够实现OXZ平面内的第一移动和绕Y轴方向的第一转动两个自由度，二号能量捕获单元能够实现OXY平面内的第二移动和绕Z轴方向的第二转动两个自由度，三号能量捕获单元能够实现OYZ平面内的第三移动和绕X轴方向的第三转动两个自由度。优选的，所述一号能量捕获单元、二号能量捕获单元和三号能量捕获单元结构相同，还包括基座、行星轮升速箱、中心轴和旋转配油器，所述基座固定于下壳体上，行星轮升速箱固定安装于基座上，液压泵与行星轮升速箱固定安装，所述中心轴与双作用液压缸的中部固定连接，中心轴与行星轮升速箱的输入轴连接，行星轮升速箱的输出轴与液压泵的输入轴连接，双作用液压缸的转动，带动中心轴、行星轮升速箱的输入轴转动，从而驱动液压泵的转动；所述旋转配油器安装在中心轴上，旋转配油器为成熟产品，其作用为：在中心轴旋转的基础上可以正常为双作用液压缸供油。本专利技术的行星轮升速箱的作用是将输入轴较低的转速提升为输出轴较高的转速，由于中心轴的转速较低，采用行星轮升速箱扩大其转速，便于驱动液压泵转动。优选的，所述液压泵为双向齿轮泵。优选的，所述液压系统包括油箱、液压流量计、液压马达、发电机、过滤器、蓄能器、液压压力表、一号能量捕获单元的液压系统A、二号能量捕获单元的液压系统B和三号能量捕获单元的液压系统C，均固定安装于下壳体上。优选的，所述液压系统A、液压系统B和液压系统C的结构及连接关系相同，均包括一号单向阀、二号单向阀、三号单向阀、四号单向阀、五号单向阀、六号单向阀、七号单向阀和八号单向阀，液压系统A中的一号至八号单向阀、液压系统B中的一号至八号单向阀，以及液压系统C中的一号至八号单向阀构成液压阀组，固定于下壳体上。油箱经过滤器分别与三号单向阀、四号单向阀、七号单向阀和八号单向阀连接，三号单向阀分别与一号单向阀和双作用液压缸连接，四号单向阀分别与二号单向阀和双作用液压缸连接，七号单向阀分别与五号单向阀和液压泵连接，八号单向阀分别与六号单向阀和液压泵连接，一号单向阀、二号单向阀、五号单向阀、六号单向阀连接后，经过蓄能器、液压压力表、液压马达、液压流量计与油箱连接，液压马达驱动发电机发电，上述连接均通过液压管路连接。进一步优选的，双作用液压缸上连接有一号两位四通电磁阀，用于控制双作用液压缸，液压泵上连接有二号两位四通电磁阀，用于控制液压泵。进一步优选的，将双作用液压缸替换为单作用液压缸，能够减小能量捕获单元的体积，并能够增加能量捕获单元的偏心程度，提高波浪能发电装置对艏摇、横摇、纵摇三个运动方向能量的捕获效率。一种上述封闭式全自由度波浪能发电装置的工作方法，工作时，波浪能发电装置漂浮在海水表面，受波浪的影响，装置发生晃动，产生沿X轴方向的横荡、沿Y轴方向的纵荡、沿Z轴方向的垂荡、绕Z轴的艏摇、绕Y轴的横摇、绕X轴的纵摇六个方向的运动，一号能量捕获单元能够收集绕Y轴横摇、沿X轴横荡、沿Z轴垂荡产生的能量，二号能量捕获单元能够收集绕Z轴艏摇、沿X轴横荡、沿Y轴纵荡产生的能量，三号能量捕获单元能够收集绕X轴纵摇、沿Y轴纵荡、沿Z轴垂荡产生的能量；双作用液压缸在双向运动过程中均能够向液压马达输出单向的高压液压油，双向齿轮泵在双向运动过程中也均能够向液压马达输出单向的高压液压油。优选的，双作用液压缸的活塞杆向右运动时，左腔吸油，液压油从油箱经过过滤器、三号单向阀进入双作用液压缸的左腔；右腔排油，液压油经过二号单向阀、蓄能器、液压压力表、液压马达、液压流量计回到油箱，液压油经过液压马达时，带动液压马达旋转，液压马达驱动发电机发电；双作用液压缸的活塞杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种封闭式全自由度波浪能发电装置，其特征在于，包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体固定连接形成密闭空间，密闭空间内在下壳体上固定设置有液压系统、一号能量捕获单元、二号能量捕获单元和三号能量捕获单元，一号能量捕获单元、二号能量捕获单元和三号能量捕获单元与液压系统之间均通过液压管路连接；/n所述一号能量捕获单元、二号能量捕获单元和三号能量捕获单元结构相同，均包括双作用液压缸、配重和液压泵，双作用液压缸的中部与液压泵的输入轴连接，液压泵的输入轴与双作用液压缸的液压杆始终垂直，配重为两个，分别安装于该双作用液压缸两个液压杆的端部；/n一号能量捕获单元、二号能量捕获单元和三号能量捕获单元的安装方位不同，以下壳体的中心为原点，以三号能量捕获单元的液压泵输入轴长度方向为X轴作空间直角坐标系，则一号能量捕获单元的液压泵输入轴长度方向沿空间直角坐标系的Y轴设置，二号能量捕获单元的液压泵输入轴长度方向沿空间直角坐标系的Z轴设置，一号能量捕获单元能够实现OXZ平面内的第一移动和绕Y轴方向的第一转动两个自由度，二号能量捕获单元能够实现OXY平面内的第二移动和绕Z轴方向的第二转动两个自由度，三号能量捕获单元能够实现OYZ平面内的第三移动和绕X轴方向的第三转动两个自由度。/n...

【技术特征摘要】
1.一种封闭式全自由度波浪能发电装置，其特征在于，包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体固定连接形成密闭空间，密闭空间内在下壳体上固定设置有液压系统、一号能量捕获单元、二号能量捕获单元和三号能量捕获单元，一号能量捕获单元、二号能量捕获单元和三号能量捕获单元与液压系统之间均通过液压管路连接；
所述一号能量捕获单元、二号能量捕获单元和三号能量捕获单元结构相同，均包括双作用液压缸、配重和液压泵，双作用液压缸的中部与液压泵的输入轴连接，液压泵的输入轴与双作用液压缸的液压杆始终垂直，配重为两个，分别安装于该双作用液压缸两个液压杆的端部；
一号能量捕获单元、二号能量捕获单元和三号能量捕获单元的安装方位不同，以下壳体的中心为原点，以三号能量捕获单元的液压泵输入轴长度方向为X轴作空间直角坐标系，则一号能量捕获单元的液压泵输入轴长度方向沿空间直角坐标系的Y轴设置，二号能量捕获单元的液压泵输入轴长度方向沿空间直角坐标系的Z轴设置，一号能量捕获单元能够实现OXZ平面内的第一移动和绕Y轴方向的第一转动两个自由度，二号能量捕获单元能够实现OXY平面内的第二移动和绕Z轴方向的第二转动两个自由度，三号能量捕获单元能够实现OYZ平面内的第三移动和绕X轴方向的第三转动两个自由度。


2.根据权利要求1所述的封闭式全自由度波浪能发电装置，其特征在于，所述一号能量捕获单元、二号能量捕获单元和三号能量捕获单元结构相同，还包括基座、行星轮升速箱、中心轴和旋转配油器，所述基座固定于下壳体上，行星轮升速箱固定安装于基座上，液压泵与行星轮升速箱固定安装，所述中心轴与双作用液压缸的中部固定连接，中心轴与行星轮升速箱的输入轴连接，行星轮升速箱的输出轴与液压泵的输入轴连接，双作用液压缸的转动，带动中心轴、行星轮升速箱的输入轴转动，从而驱动液压泵的转动；所述旋转配油器安装在中心轴上。


3.根据权利要求2所述的封闭式全自由度波浪能发电装置，其特征在于，所述液压泵为双向齿轮泵。


4.根据权利要求3所述的封闭式全自由度波浪能发电装置，其特征在于，所述液压系统包括油箱、液压流量计、液压马达、发电机、过滤器、蓄能器、液压压力表、一号能量捕获单元的液压系统A、二号能量捕获单元的液压系统B和三号能量捕获单元的液压系统C，均固定安装于下壳体上。


5.根据权利要求4所述的封闭式全自由度波浪能发电装置，其特征在于，所述液压系统A、液压系统B和液压系统C的结构及连接关系相同，均包括一号单向阀、二号单向阀、三号单向阀、四号单向阀、五号单向阀、六号单向阀、七号单向阀和八号单向阀；
油箱经过滤器分别与三号单向阀、四号单向阀、七号单向阀和八号单向阀连接，三号单向阀分别与一号单向阀和双作用液压缸连接，四号单向阀分别与二号单向阀和双作用液压缸连接，七号单向阀分别与五号单向阀和液压泵连接，八号单向阀分别与六号单向阀和液压泵连接，一号单向阀、二号单向阀、五号单向阀、六号单向阀连...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛钢，刘延俊，黄淑亭，谢玉东，司伟伟，刘大辉，赵晖，
申请(专利权)人：山东大学，中集海洋工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37