可自我保护的波浪能振荡浮子液压转换系统及控制方法

技术领域

本发明具体涉及一种可自我保护的波浪能振荡浮子液压转换系统及控制方法。

背景技术

随着海洋强国战略的逐步推进，在开展海洋领域相关研究中，远离陆地的海洋中的电力持续补给成为制约发展的瓶颈，而利用波浪这种清洁能源进行发电补给成为一种可再生能源有效转换利用的新技术。振荡浮式是通过浮子将波浪的能量转换成自身的动能，再驱动后面的转机机构，形成电能。但是由于海上的天气无常，在恶劣天气工况下，一般的振荡浮式发电方式，容易出现超负荷、剧烈撞击等问题出现。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种可自我保护的波浪能振荡浮子液压转换系统及控制方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种可自我保护的波浪能振荡浮子液压转换系统，包括浮子以及与浮子连接的活塞缸，所述活塞缸包括缸体以及活塞杆，所述浮子连接在活塞杆伸出缸体外的一端，所述缸体内部被活塞杆分为做功腔和无压腔；

还包括蓄能器、第一压力阀、发电组件，所述做功腔内填充满有液压油，所述做功腔上与蓄能器连接，且两者之间设有限制液压油无法从蓄能器回流至做功腔的第一单向阀，所述蓄能器连接有出油管路，所述第一压力阀以及发电组件依次设置在出油管路上。

所述无压腔连接有切换组件，所述切换组件用于切换与无压腔连接的连接管路，所述连接管路包括使无压腔连通大气的大气管路以及使无压腔连通出油管路的超负荷管路，所述超负荷管路连接在蓄能器与第一压力阀之间的出油管路上。

进一步地，所述切换组件包括设置在超负荷管路上的第一切换阀，所述第一切换阀用于切换无压腔连接的连接管路。

进一步地，所述切换组件还包括设置在超负荷管路上的第二切换阀，所述第二切换阀用于切换超负荷管路是否与出油管路连通，所述第一切换阀为压力切换阀，当超负荷管路中的油压高于第一切换阀的工位切换压力时，第一切换阀连通超负荷管路与无压腔。

进一步地，所述出油管路还包括溢流管路，所述溢流管路与出油管路连通，所述溢流管路上设有第二压力阀。

进一步地，所述发电组件包括连接设置在出油管路上的液压马达以及与液压马达连接的发电机。

进一步地，做功腔还连接有供油管路，所述供油管路连接有油箱。

进一步地，所述供油管路上还设有第二单向阀，所述第二单向阀用于限制做功腔内的液压油回流至油箱中。

一种可自我保护的波浪能振荡浮子液压转换控制方法，采用上述所述的可自我保护的波浪能振荡浮子液压转换系统，具体方法包括：正常工况以及恶劣工况；

所述正常工况中，浮子随波浪运动带动活塞杆运动，浮子向上运动时，活塞杆压缩做功腔内容积，使做功腔内液压油通过第一单向阀送至蓄能器中，并提高蓄能器以及出油管路的液压油压力，当液压油压力大于第一压力阀的预设压力时，液压油流经发电组件以驱使发电组件发电，同时液压油从出油管路流至油箱中回收，完成发电；

所述恶劣工况中，随着波浪的增大，浮子带动活塞杆运动，快速提高蓄能器以及出油管路的液压油压力，当液压油压力到达预设工作范围的压力值时，启动切换组件使无压腔与出油管路连通，为无压腔内提供一定压力，使浮子无法向下运动；

当恶劣工况恢复至正常工况时，启动切换组件使无压腔与大气管路连通，将无压腔内的液压油排出，并回收至油箱中，此时浮子恢复正常随着波浪上下浮动。

进一步地，其在正常工况中，当液压油压力大于第二压力阀的预设压力时，液压油从溢流管路流出至油箱中回收。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明利用液压系统将波浪的能量通过振荡浮子吸收后，利用液压转换产生电能；同时在大浪情况下，对振荡浮子式进行回收脱离海面或将其锁固，使其被保护起来，避免在大浪中被剧烈振荡而受到损坏，使在海洋资源开发利用中得到可持续运行的保障。

附图说明

图1为可自我保护的波浪能振荡浮子液压转换系统的浮子与活塞缸的结构示意图；

图2为可自我保护的波浪能振荡浮子液压转换系统的浮子与活塞缸的结构示意图；

图3为可自我保护的波浪能振荡浮子液压转换系统连接结构模块示意图；

附图标记说明：11、做功腔；12、无压腔；13、活塞杆；14、缸体；15、固定座；16、浮子；1、第二单向阀；2、第一单向阀；3、蓄能器；4、第一压力阀；5、第二切换阀；6、液压马达；7、发电机；8、第二压力阀；9、第一切换阀；10、油箱。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

如图1至图3所示，一种可自我保护的波浪能振荡浮子液压转换系统，包括浮子16以及与浮子16连接的活塞缸，活塞缸包括缸体14以及活塞杆13，浮子16连接在活塞杆13伸出缸体14外的一端，缸体14内部被活塞杆13分为做功腔11和无压腔12；还包括蓄能器3、第一压力阀4、发电组件，做功腔11内填充满有液压油，做功腔11上与蓄能器3连接，且两者之间设有限制液压油无法从蓄能器3回流至做功腔11的第一单向阀2，蓄能器3连接有出油管路，第一压力阀4以及发电组件依次设置在出油管路上。

具体地，如图1和图2所示，浮子16与活塞缸相连，活塞缸包括活塞缸与缸体14，缸体14可通过与固定座15连接固定在海上发电设备上，以使浮子16随着波浪而上下运动，活塞缸的设计包括两种，活塞杆13从缸体14的顶部伸出，浮子16连接在活塞杆13的顶部，整体活塞缸设置在海水平面以下，活塞缸内的有杆腔为做功腔11，无杆腔为无压腔12；或活塞杆13从缸体14的底部伸出，浮子16连接在活塞杆13的端部，整体活塞缸设置在海水平面以上，活塞缸内的有杆腔为无压腔12，无杆腔为做功腔11。上述两种情况均是将缸体14内的上半部分的腔体作为做功腔11，下半部分腔体作为无压腔12使用，使得浮子16随着波浪上浮时，会压缩做功腔11的容积，以将做功腔11内的液压油从做功腔11内压出。

如图3所示，做功腔11与蓄能器3之间连接的第一单向阀2，能够使做功腔11内的液压油只能单向通往蓄能器3中，蓄能器3中的液压油压力P0上升时，液压油只能通过出油管路排出压力。而出油管路中依次设有第一压力阀4以及发电组件，使得出油管路的液压油压力P0需要大于第一压力阀4预设的压力值P1时，才能使液压油从出油管路中流出，并通过发电组件实现发电，发电组件具体可包括液压马达6以及发电机7，液压油流经液压马达6，驱动液压马达6旋转并带动发电机7发电。出油管道的末端，可通至油箱10中，对液压油进行再收集。

实际上，活塞缸的无压腔12与大气连通，以保障活塞杆13能够任意向下运动，同时做功腔11亦设有用于补充做功腔11内的液压油的供油管路，供油管路连通至油箱10内，做功腔11上可仅设有一个连接口，通过该出口同时连接供油管路和蓄能器3，亦可以设有两个不同的连接口，以分别连接供油管路与蓄能器3。供油管路上还设有第二单向阀1，以限制做功腔11内的液压油回流至油箱10中，从而在压缩做功腔11的时候，液压油只能通过第一单向阀2单向流通至蓄能器3中，不能向油箱10方向流通，保证供压的稳定，而在扩充做功腔11的时候，液压油只能通过第二单向阀1从油箱10抽至做功腔11内，不能从蓄能器3方向抽吸液压油。

无压腔12连接有切换组件，切换组件用于切换与无压腔12连接的连接管路，连接管路包括使无压腔12连通大气的大气管路以及使无压腔12连通出油管路的超负荷管路，超负荷管路连接在蓄能器3与第一压力阀4之间的出油管路上。

具体地，无压腔12在正常工作情况下，与大气相连，从而内部无任何压力，能够使活塞杆13随意向下运动。而加入切换组件的目的在于，使无压腔12与出油管路连通，这样做的效果在于：一、由于出油管路中的压力多了一个排压管路路径，因而对出油管路中的压力能起到一定的缓解作用；二、出油管路的压力由于排至了无压腔12，因而等于连通了做功腔11与无压腔12，使得做功腔11向蓄能器3提供的压力完全传递至无压腔12中，从而蓄能器3与出油管路中的液压油压力P0不会再继续上升；三、由于第一压力阀4的存在，做功腔11与无压腔12的连通为单向连通，同时无压腔12由于不再与大气连通，无法释放无压腔12内的压力，因而由于无压腔12内的油压存在，使得活塞杆13受压保持处于上极限位置，无法再下降，从而使整体暂停工作，避免内部压力的过度上升，引发故障。

当需要恢复时，仅需要启动切换组件将无压腔12再次切换连通至大气即可，此时无压腔12内的液压油便会从大气管路中流出，因而将大气管路的出口设置在油箱10的上方，能够有效降低液压油回收的麻烦，同时亦不会妨碍大气管路与大气相通。由于管路之间连通后，其压力处处相等，因而实际上超负荷管路的连接位置可设置在出油管路的任意一处，即可完成对出油管路的压力的释放，使内部压力保持在设计的工作范围内，而具体在本实施例中，其设置在第一压力阀4与蓄能器3之间，这样设置的优点在于，除了能够对压力进行释放外，由于第一压力阀4与蓄能器3之间的压力会维持在第一压力阀4预设的压力值P1的大小，因而会能够持续地为无压腔12进行提供压力，从而在人为恢复使无压腔12切换至连接大气管路之前，能够使浮子16保持在上极限位置，起保护作用。

在某一实施例中，出油管路还包括溢流管路，溢流管路与出油管路连通，溢流管路上设有第二压力阀8。

具体地，溢流管路的作用在于，当出油管路中的液压油压力P0过大时，增设另一排油管路，以释放出油管路中的压力，当液压油压力P0大于第二压力阀8预设的压力值P2时，溢流管路便会连通，使得出油管路中的部分液压油从溢流管路中排出至油箱10，使出油管路内的压力降低保持在小于第二压力阀8预设的压力值P2以下，保证出油管路内部压力在正常工作范围以内。由于管路之间连通后，其压力处处相等，因而实际上溢流管路的连接位置可设置在出油管路的任意一处，具体在本实施例中，其设置在第一压力阀4与发电组件之间。

在某一实施例中，切换组件包括设置在超负荷管路上的第一切换阀9，第一切换阀9用于切换无压腔12连接的连接管路。

具体地，第一切换阀9可为电磁阀，其设置在超负荷管路上，控制无压腔12连接的连接管路，当第一切换阀9接收到信号后，则将无压腔12从与大气管路连接切换至与超负荷管路连接，从而实现切换组件的效果。

在某一实施例中，切换组件还包括设置在超负荷管路上的第二切换阀5，第二切换阀5用于切换超负荷管路是否与出油管路连通，第一切换阀9为压力切换阀，当超负荷管路中的油压高于第一切换阀9的工位切换压力时，第一切换阀9连通超负荷管路与无压腔12。

具体地，在该种方式中，第一切换阀9为压力切换阀，第二切换阀5为电磁阀，当第二切换阀5收到信号后，则切换连通出油管路与超负荷管路，当超负荷管路内接收到出油管路内的液压油压力高于第一切换阀9的工位切换压力时，便会启动第一切换阀9使无压腔12与超负荷管路连通。该种设置方式的好处在于，设置了两重的工作保护触动，第一重在于第二切换阀5通过控制切换，人为地连通超负荷管路与出油管路，第二重在于第一切换阀9为压力切换阀，需要超负荷管路内的液压油压力高于一定的压力，才会使无压腔12与超负荷管路连通。具体地超负荷管路连接在第一压力阀4与蓄能器3之间，第一切换阀9的切换压力值为可调节：可设为高于第一压力阀4预设的压力值P1(可高于第二压力阀8预设的压力值P2，亦可不高于第二压力阀8预设的压力值P2)，这样设置时，在恶劣海况下蓄能器3压力会超过正常发电的压力值P1的前提下，可切换作为电磁阀的第二切换阀5使浮子升起后，再关闭第二切换阀5，使超负荷管路闭合保压、维持浮子16处于被升起保护状态，较高的压力也有利于避免浮子16晃动引起无压腔12的压力变化；风浪变小时，打开第二切换阀5，使超负荷管路压力释放降低至压力值P1，第一切换阀9便会复位，同时自动解除超负荷管路与无压腔12的连接，连通无压腔12与大气管路，释放无压腔12内的压力，使得系统能够间断地继续发电；亦能将第一切换阀9的切换压力值设为低于第一压力阀4预设的压力值P1，可以在平时小风浪工况下，使浮子16便于拖离水面，便于检修。之所以设置切第一换阀门9的切换压力值为可调，是因为不同尺寸的浮子16在不同波浪工况下响应压力负载范围特性各异。

一种可自我保护的波浪能振荡浮子液压转换控制方法，采用上述所述的可自我保护的波浪能振荡浮子液压转换系统，具体方法包括：正常工况以及恶劣工况；

正常工况中，浮子16随波浪运动带动活塞杆13运动，浮子16向上运动时，活塞杆13压缩做功腔11内容积，使做功腔11内液压油通过第一单向阀2送至蓄能器3中，并提高蓄能器3以及出油管路的液压油压力，当液压油压力大于第一压力阀4的预设压力时，液压油流经发电组件以驱使发电组件发电，同时液压油从出油管路流至油箱10中回收，完成发电，当液压油压力大于第二压力阀8的预设压力时，液压油从溢流管路流出至油箱10中回收。

具体地，浮子16随着波浪运动上下运动，带动伸缩杆上下运动，从而反复使得活塞缸内的做功腔11的容积反复压缩，当做功腔11的容积压缩的时候，做功腔11内的液压油通过第一单向阀2送至蓄能器3，当做功腔11的容易扩充的时候，做功腔11通过供油管路从油箱10将液压油抽入做功腔11内，从而保持做功腔11内一直是处于充满液压油的状态，无压腔12由于与大气管路连通，因而不会对活塞杆13的活动造成影响。

当做功腔11内的液压油通入蓄能器3中后，蓄能器3由于与出油管路连通，则整体内部的压力处于同一大小状态，内部液压油压力P0逐渐增高，当液压油压力P0大于第一压力阀4预设的压力值P1时，液压油则会突破第一压力阀4，流通至液压马达6，驱动液压马达6旋转并带动发电机7发电，最后回流至油箱10中。当波浪变大时，蓄能器3被压入的液压油也会增多，由于出油管路的管径、长度、出口等参数是固定的，因而随着压入的液压油增多，出油管路内的液压油压力P0也会逐渐增大，当液压油压力P0大于第二压力阀8预设的压力值P2时，便会突破第二压力阀8，从溢流管路中流出，以释放出油管路内的压力，起到保护作用。

恶劣工况中，随着波浪的增大，浮子16带动活塞杆13运动，快速提高蓄能器3以及出油管路的液压油压力，当液压油压力到达预设工作范围的压力值时，启动切换组件使无压腔12与超负荷管路连通，为无压腔12内提供一定压力，使浮子16无法向下运动；

当恶劣工况恢复至正常工况时，启动切换组件使无压腔12与大气管路连通，将无压腔12内的液压油排出，并回收至油箱10中，此时浮子16恢复正常随着波浪上下浮动。

具体地，当在恶劣天气的工作状况中，由于波浪的剧烈波动，导致浮子16带动活塞杆13运动，使得蓄能器3与出油管路中的液压油压力P0迅速增高。由于整体系统在设计的时候，需要对其内部承受压力的工作范围作出相应的设置，若波浪波动幅度过大，导致其内部承受的压力要超过预设的工作范围时，则可远程控制切换组件对无压腔12的连接管路进行切换。具体地，可通过远程控制操控第二切换阀5连通超负荷管路与出油管路，从而使超负荷管路分担出油管路中的液压油压力，而由于其液压油压力过高，因而会触动第一切换阀9将无压腔12切换为与超负荷管路连接，使得无压腔12与蓄能器3连通，蓄能器3内释放出的压力成为推动活塞杆13向上运动的推力，使浮子升起至安全位置。

当需要回复正常工作状态时，只需远程控制切换组件，使其无压腔12与大气管路连接，从而将无压腔12内的液压油通过大气管路排放出，回收至油箱10中，解除无压腔12内的压力，令浮子16回复自由上下运动，下落至海面飘浮，继续正常工作。

本发明利用液压系统将波浪的能量通过振荡浮子吸收后，利用液压转换产生电能；同时在大浪情况下，对振荡浮子式进行回收脱离海面或将其锁固，使其被保护起来，避免在大浪中被剧烈振荡而受到损坏，使在海洋资源开发利用中得到可持续运行的保障。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。