一种多振子液压流致振动发电装置及方法

技术领域

本申请涉及流体力学、液压机械及控制、新能源发电领域，是采用多振子流致振动转化为液压驱动的发电装置及其控制方法。

背景技术

随着海洋工程及流致振动的研究不断深入，一种新型的流致振动海流发电理念逐步成为新的学科交叉关注焦点。所谓流致振动，即流体绕过阻流钝体(如圆柱、棱柱等)后因尾流及漩涡等周期性变化导致的振动。而该振动能量的利用具有启动流速低、能量密度大等优点。

现阶段，流致振动的发电研究正如火如荼地开展，其研究内容多集中在如下几个方面：(1)如何改变振子截面，使得单个振子的振动强度增大，深度挖掘单振子发电潜力；(2)如何排布多个振子，使得场区内多振子的振动最大，探索最优的振子布局；(3)如何选择发电机，如何进行运动转化，使得发电效率最高且成本最低。通过针对性的研究，流致振动发电在近些年取得了长足的发展，不过距离其实际运用仍存在几项卡脖子的问题未得以解决。其中一项重要问题就是对于自由振动的多振子，如何在现有技术水平的前提下，最经济地保证整场振动的发电质量。当多个振子在场区内分布排布且进行自由振动发电时，因各个振子的尾流情况较为复杂，每个振子的运动在时间与空间均存在较大的差别。现有技术考虑每个振子独立连接电机进行发电，则每个振子的发电电能质量完全依赖其振动情况。一旦某个振子在某个时刻因某些不确定性的尾流影响了振动，振子受到抑制，则其能量将无法被有效利用。这种不确定性将很可能发生在整个场区的每一个振子上，从而严重影响整场的发电质量。

为此，有必要提出一种有效的多振子联合发电装置及控制方法，在技术可行经济合理的前提下，提高整场多振子自由振动发电的冗余度，保证整场发电质量。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种多振子液压流致振动发电装置及方法，本发明装置可联合多个振子且采用液压及控制基本原理对场内多振子进行统一能量收集与发电，增加整体设备的发电能力与运行冗余度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种多振子液压流致振动发电装置，包括发电振子、液压缸、作动杆、单向阀、供油管路、出油管路、蓄能器、油量控制阀、液压发电机和回油油箱；所述发电振子根据流场环境与发电场区要求设置有若干个，每个发电振子与相应的作动杆连接，每个作动杆接入液压缸；液压缸通过油路连接单向阀；作动杆、液压缸和单向阀均与发电振子的数量一致；所述单向阀的上游连接供油管路，单向阀的下游连接出油管路；经出油管路汇总后连接蓄能器；所述蓄能器的出口端依次与油量控制阀、液压发电机和回油油箱；回油油箱的出口端与供油管路连接；各个发电振子在经过海流冲击有因尾流而上下振动；通过发电振子的振动带动作动杆上下运动；作动杆运动，带动液压缸通过单向阀向供油管路吸取低压液压油，并再通过单向阀向出油管路压出高压液压油；液压油汇总后向下游输送，通过蓄能器进行能量储存与平衡；平衡后的液压油通过油量控制阀向液压发电机输送高压油体并进行发电；发电后，低压油体再输送至回油油箱进行循环过滤；过滤后的低压油体再通过供油管路向发电振子进行低压供油；最终形成发电的液压油路循环。

本发明还提供一种多振子液压流致振动发电装置的控制方法，包括以下步骤：

(1)海流带动发电振子振动，并带动液压缸向压出高压油体；

(2)控制油量控制阀调节高压油量的压力，并通过蓄能器进行压力平衡；

(3)控制液压电动机，调节发电出力。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明采用多振子联合并结合液压手段进行发电与控制，可实现场区多振子分布发电下能量高效稳定利用，具有显著的有益效果。首先，采用多振子，可汲取场区范围内各个部分的海流能量，保证场区能量利用的充分性。其次，采用液压控制方式，各个独立发电的振子能量可统一汇集到蓄能器，再通过油量控制阀精确控制油量，从而实现所有振子能量的统筹分配，极大提高利用效率；同时，液压控制方式可有效保证高压油输出端压力稳定可控，有效保证设备运行发电过程中的安全性。再次，采用液压发电机进行发电，其设备技术成熟，单个发电机即可对应全场或局部多个发电振子，使得每个振子可不必配置发电机，整个液压管路也可代替电路铺设在海底，其耐久性高。该装置将前沿流致振动发电与传统液压发电方式进行结合，易于实现，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明发电装置的结构示意图；

附图标记：1-发电振子；2-液压缸；3-作动杆；4-单向阀；5-供油管路；6-出油管路；7-蓄能器；8-油量控制阀；9-液压电动机；10-出油油箱。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种多振子液压流致振动发电装置由发电振子1、液压缸2、作动杆3、单向阀4、供油管路5、出油管路6、蓄能器7、油量控制阀8、液压发电机9、回油油箱10构成。本实施例中发电振子1为12个；每个发电振子1与作动杆3连接，其数量与发电振子1数量一致；作动杆3接入液压缸2，液压缸2内为液压油，液压缸2数量与发电振子1数量一致；液压缸2通过油路连接单向阀4，单向阀4数量与发电振子1数量一致；单向阀4上游连接供油管路5，下游连接出油管路6；出油管路6汇总后下游连接蓄能器7；蓄能器7数量根据具体能量需求进行设计；蓄能器7下游连接油量控制阀8；油量控制阀8下游连接液压发电机9；液压发电机9下游连接回油油箱10；回油油箱10下游为供油管路。通过发电振子1的振动带动作动杆3上下运动；作动杆运动，带动液压缸2通过单向阀向供油管路吸取低压液压油，并再通过单向阀4向出油管路6压出高压液压油；液压油汇总后向下游输送，通过蓄能器7进行能量储存与平衡；平衡后的液压油通过油量控制阀8向液压发电机输送高压油体并进行发电；发电后，低压油体再输送至回油油箱10进行循环过滤；过滤后的低压油体再通过供油管路5向发电振子进行低压供油；最终形成发电的液压油路循环。

该实施例中：发电振子特征宽度10cm，宽度1m；单个发电振子的额定功率为20W，整场的额定功率为240W；海流流速为0.5～1.5m/s。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。