一种利用水位波动转化液压蓄能的发电装置 |
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| 申请号 | CN201710173449.1 | 申请日 | 2017-03-22 | 公开(公告)号 | CN106812654A | 公开(公告)日 | 2017-06-09 |
| 申请人 | 中国海洋大学; | 发明人 | 许兴北; 李相福; 贾婧雯; 许国辉; 任宇鹏; 孙昶领; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种利用 水 位 波动 转化液压蓄能的发电装置，其特点是：包括桩柱、浮体、蓄能单元和发电单元，蓄能单元和发电单元设置在桩柱或浮体上，桩柱的下端竖直固定在水底，浮体活套在所述桩柱上。蓄能单元包括油箱、上油缸、下油缸、蓄能油缸及加载箱，蓄能油缸的体积随油量多少变化。上油缸及下油缸分别与油箱及蓄能油缸连接。发电单元的 液压 马 达 与蓄能油缸及油箱连接，发 电机 的 转轴 与液压马达的 传动轴 连接；浮体与桩柱产生相对运动时，改变上油缸容积与下油缸容积的比例，油在油路管道中流动，推动液压马达转动，进而带动发电机发电。不受水位波动周期、波动幅度大小影响，能够持续稳定发电；发电部件不 接触 海水 、安装维护方便、造价低。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种利用水位波动转化液压蓄能的发电装置，其特征在于，包括桩柱、浮体、蓄能单元和发电单元，所述蓄能单元和发电单元设置在所述桩柱或浮体上；所述桩柱的下端固定在水底，所述浮体活套在所述桩柱上；所述蓄能单元包括油箱、容积可变的上油缸、下油缸、蓄能油缸及设置在蓄能油缸上的加载箱，所述蓄能油缸的体积随充入油量的多少变化；所述油箱、上油缸、下油缸、蓄能油缸分别设有进油口、出油口，所述上油缸及下油缸的进油口通过具有单向阀的油路管道分别与所述油箱的出油口连接，所述上油缸及下油缸的出油口通过具有单向阀的油路管道分别与所述蓄能油缸的进油口连接；所述发电单元包括液压马达、与液压马达连接的发电机，所述液压马达设有出油口和进油口，所述蓄能油缸的出油口与所述液压马达的进油口通过油路管道连接，所述液压马达的出油口与所述油箱的进油口通过油路管道连接，所述发电机的转轴与所述液压马达的传动轴连接；随水位升降的浮体与所述桩柱产生相对运动，改变上油缸容积与下油缸容积的比例，油在油路管道中流动，推动液压马达转动，进而带动发电机发电。 |
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| 说明书全文 | 一种利用水位波动转化液压蓄能的发电装置技术领域[0001] 本发明属于发电设备技术领域，涉及一种适用于潮汐和波浪等水位波动情况下的发电装置,具体说是一种利用水位波动转化液压蓄能的发电装置。 背景技术[0002] 目前国内外潮汐发电的方法大都是用拦潮坝与海岸形成的一个（或几个）水库俘获潮汐能来发电。需要建筑拦潮坝和水库；需要使用复杂昂贵的大型发电设备；发电设备接触海水，需要对水进行过滤，对设备进行防腐蚀处理。占地面积广、耗资巨大，且发电量的大小跟潮位的高低有关，在水坝两侧的水位相等时发电即停止，存在发电量忽大忽小的问题。这种发电站一般建设在港口和港湾等昂贵的沿海开发区，无法用于近海大陆架处的潮汐能利用。 发明内容[0003] 本发明为解决现有技术存在的上述问题，提供一种利用水位波动转化液压蓄能的发电装置，适用于存在水位波动的近海大陆架处及湖岸，不受水位波动周期、波动幅度大小影响，能够持续稳定发电；另外，主要发电部件不接触海水、安装维护方便、造价低。 [0004] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种利用水位波动转化液压蓄能的发电装置，其特征在于，包括桩柱、浮体、蓄能单元和发电单元，所述蓄能单元和发电单元设置在所述桩柱或浮体上；所述桩柱的下端固定在水底，所述浮体活套在所述桩柱上；所述蓄能单元包括油箱、容积可变的上油缸、下油缸、蓄能油缸及设置在蓄能油缸上的加载箱，所述蓄能油缸的体积随充入油量的多少变化；所述油箱、上油缸、下油缸、蓄能油缸分别设有进油口、出油口，所述上油缸及下油缸的进油口通过具有单向阀的油路管道分别与所述油箱的出油口连接，所述上油缸及下油缸的出油口通过具有单向阀的油路管道分别与所述蓄能油缸的进油口连接；所述发电单元包括液压马达、与液压马达连接的发电机，所述液压马达设有出油口和进油口，所述蓄能油缸的出油口与所述液压马达的进油口通过油路管道连接，所述液压马达的出油口与所述油箱的进油口通过油路管道连接，所述发电机的转轴与所述液压马达的传动轴连接；随水位升降的浮体与所述桩柱产生相对运动，改变上油缸容积与下油缸容积的比例，油在油路管道中流动，推动液压马达转动，进而带动发电机发电。 [0005] 对上述技术方案的一种改进：所述的桩柱包括两根竖直设置的桩柱，两根所述桩柱下端通过刚性连接固定在水底设置的基座上，两根所述桩柱上端设置一管路平台，所述蓄能单元、发电单元及油路管道直接设置在所述管路平台上，所述浮体活套在两根所述桩柱上，所述浮体上设置浮动框架，所述浮动框架包括两根立柱和一根横梁，两根所述立柱的下端竖直固定在所述浮体顶面上，所述横梁两端分别固定在两根所述立柱的上端，所述管路平台活套在两根所述立柱中部，所述上油缸及下油缸均为上下伸缩式变容缸体，所述上油缸的上下两端分别固定在所述浮动框架横梁上和所述管路平台中间位置的顶部，所述下油缸的上下两端分别固定在所述管路平台中间位置的底部和所述浮体顶面上。 [0006] 对上述技术方案的另一种改进：所述的桩柱的下端铰接固定在水底设置的基座上，所述蓄能单元、发电单元及油路管道直接设置在所述浮体2顶面上，所述上油缸与下油缸为一体式刚性缸体，在所述一体式刚性缸体内有一活塞将一体式刚性缸体内上下分隔开成可变容积的所述上油缸和下油缸，所述桩柱的上部穿过所述上油缸及下油缸并从所述上油缸顶面伸出，所述活塞直接固定在所述桩柱中部。 [0008] 对上述技术方案的进一步改进：同一所述浮体上配置多套所述蓄能单元、发电单元。 [0010] 对上述技术方案的进一步改进：所述的加载箱的内容物为砂石或水。 [0011] 本发明与现有技术相比的优点和积极效果是：本发明利用水位波动带动浮体上下浮动，从而改变上油缸与下油缸的容积比例，向蓄能油缸中注油，将潮汐、波浪的能量转化累积为蓄能油缸上方加载箱的重力势能，蓄能油缸中的油通过液压马达带动发电机将水位波动的能量转化为电能，且不受水位波动周期、波动幅度大小影响，发电稳定。此外，本发明不用建筑拦潮坝和水库，主要发电设备不接触海水，不用复杂昂贵的水利发电设备，安装、维护简便，造价低，对环境影响小，且易实现模块化及标准化。适用于存在水位波动的近海大陆架处及湖岸使用。 附图说明 [0012] 图1是本发明一种利用水位波动转化液压蓄能的发电装置的一个实施例的结构示意图；图2是本发明一种利用水位波动转化液压蓄能的发电装置的另一个实施例的结构示意图。 [0013] 图中标号为：1.加载箱、2.油箱、3.蓄能油缸、4.上油缸、5.下油缸、6.浮动导柱、7.管路平台、8.单向阀Ⅰ、9.单向阀Ⅱ、10.单向阀Ⅲ、11.单向阀Ⅳ、12.液压马达、13.发电机、14.调速阀、15.浮体、16.桩柱、17.活塞。 具体实施方式[0014] 以下结合附图对本发明作进一步详细描述：本发明一种利用水位波动转化液压蓄能的发电装置的具体实施方式，包括桩柱、浮体、蓄能单元和发电单元，所述蓄能单元和发电单元设置在所述桩柱或浮体上；所述桩柱的下端固定在水底，所述浮体活套在所述桩柱上；所述蓄能单元包括油箱、容积可变的上油缸、下油缸、蓄能油缸及设置在蓄能油缸上的加载箱，所述蓄能油缸的体积随充入油量的多少变化；所述油箱、上油缸、下油缸、蓄能油缸分别设有进油口、出油口，所述上油缸及下油缸的进油口通过具有单向阀的油路管道分别与所述油箱的出油口连接，所述上油缸及下油缸的出油口通过具有单向阀的油路管道分别与所述蓄能油缸的进油口连接；所述发电单元包括液压马达、与液压马达连接的发电机，所述液压马达设有出油口和进油口，所述蓄能油缸的出油口与所述液压马达的进油口通过油路管道连接，所述液压马达的出油口与所述油箱的进油口通过油路管道连接，所述发电机的转轴与所述液压马达的传动轴连接；随水位升降的浮体与所述桩柱产生相对运动，改变上油缸容积与下油缸容积的比例，油在油路管道中流动，推动液压马达转动，进而带动发电机发电。 [0015] 以下为本发明的两个具体实施例：参见图1，本发明一种利用水位波动转化液压蓄能的发电装置的实施例1，包括两根竖直设置的桩柱16、浮体15、蓄能单元和发电单元。两根桩柱16的下端通过刚性连接固定在水底设置的基座上，两根桩柱16的上端设置一管路平台7，蓄能单元、发电单元及其油路管道直接设置在管路平台7上。浮体15活套在两根桩柱16上，在浮体15上设置浮动框架6，浮动框架6包括两根立柱和一根横梁，浮动框架6两根立柱的下端竖直固定在浮体15的顶面上，浮动框架6横梁两端分别固定在两根立柱的上端，管路平台7活套在浮动框架6两根立柱中部，并可随浮体15上下移动。上述蓄能单元包括油箱2、容积可变的上油缸4、容积可变的下油缸 5、蓄能油缸3及设置在蓄能油缸3上的加载箱1，蓄能油缸3的体积随充入油量的多少变化。 上述油箱2、上油缸4、下油缸5、蓄能油缸3分别设有进油口、出油口，上油缸4的进油口通过具有单向阀Ⅰ 8的油路管道与油箱2的出油口连接，下油缸4的进油口通过具有单向阀Ⅱ 9的油路管道与油箱2的出油口连接；上油缸4的出油口通过具有单向阀Ⅲ 10的油路管道与蓄能油缸3的进油口连接，下油缸5的出油口通过具有单向阀Ⅳ 11的油路管道与蓄能油缸3的进油口连接。与油箱2连通的油路管道上的单向阀Ⅰ 8和单向阀Ⅱ 9使油只能从油箱2流向上油缸4或下油缸5，与蓄能油缸3连通的油路管道上的单向阀Ⅲ 10和单向阀Ⅳ 11使油只能从上油缸4或下油缸5流向蓄能油缸3。 [0016] 上述发电单元包括液压马达12、与液压马达12连接的发电机13，液压马达12设有出油口和进油口，蓄能油缸3的出油口与液压马达12的进油口通过油路管道连接，液压马达12的出油口与油箱2的进油口通过油路管道连接，发电机13的转轴与液压马达12的传动轴连接。上油缸4及下油缸5均为上下伸缩式变容缸体，上油缸的上下两端分别固定在浮动框架6的横梁上和管路平台7中间位置的顶部；下油缸5的上下两端分别固定在管路平台7中间位置的底部和浮体15顶面上。 [0017] 参见图2，本发明一种利用水位波动转化液压蓄能的发电装置的实施例2，包括一根竖直设置的桩柱16、浮体15、蓄能单元和发电单元。桩柱16的下端通过铰接固定在水底设置的基座上，上述蓄能单元、发电单元及其油路管道直接设置在浮体15顶面上。上述蓄能单元包括油箱2、容积可变的上油缸4、容积可变的下油缸5、蓄能油缸3及设置在蓄能油缸3上的加载箱1，蓄能油缸3的体积随充入油量的多少变化。上述油箱2、上油缸4、下油缸5、蓄能油缸3分别设有进油口、出油口，上油缸4的进油口通过具有单向阀Ⅰ 8的油路管道与油箱2的出油口连接，下油缸4的进油口通过具有单向阀Ⅱ 9的油路管道与油箱2的出油口连接；上油缸4的出油口通过具有单向阀Ⅲ 10的油路管道与蓄能油缸3的进油口连接，下油缸5的出油口通过具有单向阀Ⅳ 11的油路管道与蓄能油缸3的进油口连接。 [0018] 与油箱2连通的油路管道上的单向阀Ⅰ 8和单向阀Ⅱ 9使油只能从油箱2流向上油缸4或下油缸5，与蓄能油缸3连通的油路管道上的单向阀Ⅲ 10和单向阀Ⅳ 11使油只能从上油缸4或下油缸5流向蓄能油缸3。 [0019] 上述发电单元包括液压马达12、与液压马达12连接的发电机13，液压马达12设有出油口和进油口，蓄能油缸3的出油口与液压马达12的进油口通过油路管道连接，液压马达12的出油口与油箱2的进油口通过油路管道连接，发电机13的转轴与液压马达12的传动轴连接。 [0020] 上述上油缸4与下油缸5为一体式刚性缸体，在所述一体式刚性缸体内有一活塞17将一体式刚性缸体内上下分隔开成可变容积的上油缸4和下油缸5，桩柱16的上部穿过上油缸4及下油缸5并从上油缸4顶面伸出，活塞17直接固定在桩柱16中部，活塞17周边与上油缸4及下油缸5内壁紧密接触，并可相对运动。 [0021] 上述两个实施例中，优选的，为了便于调节发电量，在液压马达12与蓄能油缸3连通的油路管道上设有调速阀14，在上油缸4与下油缸5之间设置开关阀。当开关阀打开时，上油缸4与下油缸5之间连通，此时不蓄能；当开关阀关闭时，上油缸4与下油缸5分别独立，可以蓄能。 [0023] 优选的，上述加载箱1的内容物通常为砂石、水等廉价且容易获得的重物。浮体2通常为中空腔体或者其他密度比水小的材料，桩柱1为不锈钢制成的管状。 [0024] 具体实施时，可根据潮汐、波浪的大小灵活配置桩柱16与浮体15的数量；同一浮体15也可以配置多套蓄能单元、发电单元及其油路管道。 [0025] 实施例1的工作原理：工作时，在潮汐和重力作用下，浮体15上下浮动，在图1中浮动框架6随浮体2上下浮动，浮动框架6带动上油缸4伸缩并改变容积大小，浮体15直接带动下油缸5伸缩并改变容积大小。使上油缸4的容积与下油缸5的容积比例发生变化。由于受单向阀Ⅲ 10和单向阀Ⅳ 11的限制，容积变小的上油缸4或下油缸5中的油只能流向蓄能油缸3，同时，容积变大的下油缸5或上油缸4内产生负压，由于受单向阀Ⅰ 8和单向阀Ⅱ 9的限制，只能从油箱2中吸入油。 水位波动过程中，上油缸4与下油缸5容积比例大小交替变化，不断地将油压入蓄能油缸3中。蓄能油缸3在油进入后油位上升且体积增大，使加载箱1的重力势能增大，油在加载箱1的重力作用下流向液压马达12，推动液压马达12传动轴转动，进而带动发电机13转轴转动并发电。由于液压马达12的出油口与油箱2的进油口连通，油又流回到油箱2中，如此循环便实现了连续发电。 [0026] 实施例2的工作原理：实施例2的上油缸4与下油缸5的容积比例大小变化方式与实施例1不同，在图2中活塞 17固定在桩柱1上，上油缸4与下油缸5随浮体2上下移动，而活塞17静止不动，活塞17使上油缸4与下油缸5的容积比例大小发生改变。而其他方面发电原理与实施例1基本相同，故不再赘述。 [0027] 当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内所作出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。 |
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