CN106321334A - 液压驱动波浪能发电装置 - Google Patents

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Abstract

液压驱动波浪能发电装置，包括一次捕能机构、连接于一次捕能机构之后的变排量数控液压缸、由变排量数控液压缸驱动的液压传动***、连接于液压传动***之后的发电机，所述变排量数控液压缸的N组子液压缸的面积各不相同且面积比S1:S2:S3:…:SN＝1:2:4:…:2N‑1，所述液压传动***的第一输入端和第二输入端连接由四个单向阀组成的整流阀组，整流阀组的正液压输出端连接高压蓄能器后连接液压马达的液压输入端，液压马达的液压输出端连接低压蓄能器后连接所述整流阀组的负液压回流端，液压马达在液压油的作用下发生单向旋转，以带动发电机发电。优点：液压缸输出的液压能稳定、能量传递效率高、可提高波浪能发电效率。

Description

液压驱动波浪能发电装置
技术领域
本发明涉及波浪能发电领域，具体涉及一种液压驱动波浪能发电装置。
背景技术
波浪是指风引起的海浪，波浪能是海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪能作为品位最高、分布最广的一种海洋能能源，其发电技术日益受到重视。液压缸在波浪能发电***中连接于一次捕能机构之后，用以将一次捕能机构捕获到的波浪能转化为液压能。
传统的波浪能发电装置通过改变一次捕能机构的具体结构来改变波浪能的利用效率，但是这种方法有着不可避免的缺陷性。波浪能是一种非常不稳定的能量，其对一次捕能机构的作用力随着时间在不停地变化，而传统液压缸一旦加工制造完成其参数就固定了，因此在波浪能对一次捕能机构的作用力随时间变化的情况下，液压***中的压力和流量也会不停地波动，当偏离液压***的额定压力过大时会降低能量传递的效率，从而影响波浪能发电效率。
在传统的液压缸的输出端连接蓄能器也无法解决该问题，这是因为蓄能器有着压力和充气容积的限制，不能够大量储存能量，因此对压力的调节只限于比较小的波动范围，对于液压***中压力大范围的波动则无法起到稳定作用。并且当液压***从一开始就工作在低压的状态下时，蓄能器将失去它的作用。并且，在多点捕捉波浪能的***中，由于不同地点的波浪力的幅值和相位不同，这个问题将变得更加严峻。
发明内容
为了解决现有的波浪能发电装置的上述问题，本发明提供一种可避免液压***中大范围的压力波动、液压缸输出的液压能稳定、能量传递效率高、可提高波浪能发电效率的液压驱动波浪能发电装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案：
液压驱动波浪能发电装置，包括一次捕能机构、连接于一次捕能机构之后的变排量数控液压缸、由变排量数控液压缸驱动的液压传动***、以及连接于液压传动***之后的发电机；
所述变排量数控液压缸包括圆柱形的缸体、固定在所述缸体上端的缸盖，所述缸体内经过同一冲压工序多次打孔形成2N个绕所述缸体的中心线成圆周布置的子液压缸以及开设在所述缸体的中心线处的中心孔，各个子液压缸的上端固定连接有子缸盖，2N个所述子液压缸分成N组且每组有两个子液压缸，每组的两个子液压缸沿所述缸体的中心线对称布置且大小相等，N组子液压缸的面积各不相同且面积比S1:S2:S3:…:SN＝1:2:4:…:2N -1，各个子液压缸内可滑动地设有子活塞杆，N组子液压缸的子活塞杆的下端共同固接一主活塞杆的上端活塞，所有子活塞杆和该主活塞杆形成同步往复运动的活塞杆总成，所述缸体的下端固定连接一主缸套，所述主活塞杆在子活塞杆的带动下沿所述主缸套内壁滑移，所述缸盖上端固定安装有检测子活塞杆和主活塞杆共同运动位移的位移传感器，位移传感器的感测杆穿设在子活塞杆共同围绕的所述中心孔以及主活塞杆开设的中心孔内，露出所述缸盖的位移传感器外罩有辅缸套；
所述变排量数控液压缸的缸体外壁上固定安装有N组两位三通高速开关阀，每组两位三通高速开关阀有两个且与一组所述子液压缸相对应，每组子液压缸的两个有杆腔与对应组的一个两位三通高速开关阀的阀口A连接，每组子液压缸的两个无杆腔与对应组的另一个两位三通高速开关阀的阀口A连接，每个两位三通高速开关阀均具有第一工位和第二工位，当工作在第一工位时，两位三通高速开关阀的阀口A与阀口B连通，当工作在第二工位时，两位三通高速开关阀的阀口A与阀口C连通，所述阀口C与油箱连通，与无杆腔连接的两位三通高速开关阀的阀口B与所述液压传动***的第一输入端连接，与有杆腔连接的两位三通高速开关阀的阀口B与所述液压传动***的第二输入端连接；
当波浪能施加给一次捕能机构的波浪力为正向时，若控制***使同组的两个两位三通高速开关阀均工作在第一工位，此时对应组的子液压缸不切入所述液压传动***，若控制***使同组的两个两位三通高速开关阀均工作在第二工位，此时对应组的子液压缸切入所述液压传动***；当波浪能施加给一次捕能机构的波浪力为正向时，波浪力推动所述变排量数控液压缸的活塞杆总成向下运动，此时切入组的子液压缸的无杆腔排出液压油且该液压油通过与其连通的两位三通高速开关阀排入所述液压传动***的第一输入端，所述液压传动***的第二输入端排出液压油且该液压油通过与其连通的两位三通高速开关阀排入切入组的子液压缸的有杆腔内；当波浪能施加给一次捕能机构的波浪力为负向时，波浪力推动所述变排量数控液压缸的活塞杆总成向上运动，此时切入组的子液压缸的有杆腔排出液压油且该液压油通过与其连通的两位三通高速开关阀排入所述液压传动***的第二输入端，所述液压传动***的第一输入端排出液压油且该液压油通过与其连通的两位三通高速开关阀排入切入组的子液压缸的无杆腔内；
根据波浪能施加给一次捕能机构的波浪力随时间的变化大小，控制***通过改变N组两位三通高速开关阀切入所述液压传动***的组数，从而改变切入所述液压传动***的子液压缸的组合进而改变子液压缸的总切入面积，使所述变排量数控液压缸的输出压力稳定在液压***的工作压力附近，从而可以输出较稳定的液压能，所述变排量数控液压缸的输出压力是指实时波浪力除以当下的子液压缸的总切入面积；特别的，使N组子液压缸的面积比S1:S2:S3:…:SN＝1:2:4:…:2N-1，满足二进制位权的比例关系，则可做到各不相同的子液压缸总切入面积的组数最多，且子液压缸总切入面积依次递增且不发生重复，子液压缸总切入面积分别为S，S，2S，3S，4S，…，(2N-1)S，由于各不相同的子液压缸总切入面积的组数最多，从而对应各个不同的子液压缸总切入面积，实时波浪力可以划分的区间最多，实时波浪力的区间可以划分得最细，从而变排量数控液压缸的输出压力可以越稳定；
所述液压传动***包括所述第一输入端和所述第二输入端，第一输入端和第二输入端作为两个输入端连接由四个单向阀组成的整流阀组，所述整流阀组具有正液压输出端和负液压回流端，所述整流阀组的正液压输出端连接高压蓄能器后连接一液压马达的液压输入端，所述液压马达的液压输出端连接低压蓄能器后连接所述整流阀组的负液压回流端，无论所述第一输入端输入液压油或者所述第二输入端输入液压油，所述整流阀组均是由所述正液压输出端输出液压油并且由所述负液压回流端返回液压油，于是液压马达在所述正液压输出端输出的液压油的作用下发生单向旋转，所述液压马达的输出端连接所述的发电机进而发电。
进一步，所述变排量数控液压缸的缸体外壁上固定安装有2个开关阀安装块，与N组子液压缸的有杆腔连接的N个两位三通高速开关阀安装在一个开关阀安装块上，与N组子液压缸的无杆腔连接的N个两位三通高速开关阀安装在另一个开关阀安装块上，每个两位三通高速开关阀通过与其对应的开关阀安装块与对应组的子液压缸的无杆腔或有杆腔连接。
进一步，所述辅缸套上端分体或一体固定连接有第一连接耳环，第一连接耳环与所述一次捕能机构的输出端铰接，所述主活塞杆的下端固接有与固定端连接的第二连接耳环，当所述一次捕能机构为浮力摆时，第二连接耳环铰接在固定端上，当所述一次捕能机构为浮点式时，第二连接耳环固定在固定端上。
作为一种优选方案，当所述子液压缸有三组时，相邻子液压缸的中轴线沿圆周方向等间隔60度设置，三组子液压缸的面积比S1:S2:S3＝1:2:4。
作为另一种优选方案，当所述子液压缸有四组时，相邻子液压缸的中轴线沿圆周方向等间隔45度设置，四组子液压缸的面积比S1:S2:S3:S4＝1:2:4:8。
进一步，所述子活塞杆与子液压缸内壁之间设有密封件，所述主活塞杆与主缸套之间设有密封件，为防止浸在海水中生锈，在所述主活塞杆的杆体表面镀铬，并对所述变排量数控液压缸的整个外表面进行喷涂海工油漆处理。
本发明的有益效果在于：
1、根据波浪能施加给一次捕能机构的作用力(波浪力)随时间的变化大小，控制***通过改变N组两位三通高速开关阀切入所述液压传动***的组数，从而改变切入所述液压传动***的子液压缸的组合进而改变子液压缸的总切入面积，波浪力除以子液压缸的总切入面积得到变排量数控液压缸的输出压力，于是使所述变排量数控液压缸的输出压力稳定在液压***的工作压力附近，从而维持液压***的压力在较小范围内波动，因此可以提高波浪能发电装置的能量传递效率以及波浪能发电效率。
2、N组子液压缸的面积比S1:S2:S3:…:SN＝1:2:4:…:2N-1，满足二进制位权的比例关系，则可做到各不相同的子液压缸总切入面积的组数最多，且子液压缸总切入面积依次递增且不发生重复(除极小的波浪力区间外)，子液压缸总切入面积分别为S，S，2S，3S，4S，…，(2N-1)S。由于各不相同的子液压缸总切入面积的组数最多，从而对应各个不同的子液压缸总切入面积，实时波浪力可以划分的区间最多，实时波浪力的区间可以划分得最细，从而变排量数控液压缸的输出压力可以越稳定。
3、相对于面积不可改变的常规液压缸，本发明通过采用所述的变排量数控液压缸可以适应更大范围的波况(波浪力变化)，降低波浪能发电装置对外部波浪环境的要求，提高输出电能的质量。
4、缸体内经过同一冲压工序多次打孔形成2N个绕所述缸体的中心线成圆周布置的子液压缸以及开设在所述缸体的中心线处的中心孔，采用同一冲压工序打孔的方式可简化液压缸制作的加工工艺。
附图说明
图1为本发明液压驱动波浪能发电装置的结构框图。
图2为本发明实施例一的变排量数控液压缸的主视图。
图3为图2中的变排量数控液压缸的右视图。
图4为图2中的变排量数控液压缸沿E-E方向的剖视图。
图5为图3中的变排量数控液压缸沿F-F方向的剖视图。
图6为实施例一的变排量数控液压缸的子液压缸的阀控接线图。
图7为本发明实施例一和实施例二的液压传动***的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。应当理解，本发明的实施例仅用于对发明内容作解释说明，并不用以限制本发明。
实施例一
参照图1：液压驱动波浪能发电装置，包括一次捕能机构、连接于一次捕能机构之后的变排量数控液压缸、由变排量数控液压缸驱动的液压传动***、以及连接于液压传动***之后的发电机。
参照图2-图5：所述变排量数控液压缸包括圆柱形的缸体1、通过螺栓固定在所述缸体1上端的缸盖2，所述缸体1内经过同一冲压工序多次打孔形成六个绕所述缸体1的中心线成圆周布置的子液压缸3以及开设在所述缸体1的中心线处的中心孔4，相邻子液压缸3的中轴线沿圆周方向等间隔60度设置，各个子液压缸3的上端通过螺栓固定连接有子缸盖5，六个所述子液压缸3分成三组且每组有两个子液压缸3，每组的两个子液压缸3沿所述缸体1的中心线对称布置且大小相等，如图4中所示，这样可以使下述的主活塞杆受力对称，上述的三组子液压缸3的面积各不相同且面积比S1:S2:S3＝1:2:4，各个子液压缸3内可滑动地设有子活塞杆6，三组子液压缸3的子活塞杆6的下端共同固接一主活塞杆7的上端活塞71，三组子液压缸3的子活塞杆6和该主活塞杆7形成同步往复运动的活塞杆总成，所述缸体1的下端固定连接一主缸套8，所述主活塞杆7在子活塞杆6的带动下沿所述主缸套8内壁滑移，所述缸盖2上端固定安装有用于检测子活塞杆6和主活塞杆5共同运动位移(也即所述活塞杆总成的位移)的位移传感器9，位移传感器9的感测杆91穿设在子活塞杆6共同围绕的所述中心孔4以及主活塞杆7开设的另一中心孔72内，为了避免位移传感器9露出所述缸盖2的部分浸水，露出所述缸盖2的位移传感器9外罩有辅缸套10。
所述辅缸套10上端分体或一体固定连接有第一连接耳环11，第一连接耳环11与所述一次捕能机构的输出端铰接，所述主活塞杆7的下端固接有与固定端连接的第二连接耳环12，其连接方式与一次捕能机构有关。比如，当所述一次捕能机构为浮力摆时，第二连接耳环12铰接在固定端上，当所述一次捕能机构为浮点式时，第二连接耳环12固定在固定端上。
如图6所示，本实施例中，所述变排量数控液压缸的缸体外壁上固定安装有三组两位三通高速开关阀13，分别为f，g，h三组，每组两位三通高速开关阀13有两个且与一组所述子液压缸相对应，也即，f组的两位三通高速开关阀与S1组的子液压缸对应，g组的两位三通高速开关阀与S2组的子液压缸对应，h组的两位三通高速开关阀与S3组的子液压缸对应，每组的一个两位三通高速开关阀13与对应组的子液压缸3的有杆腔连接，每组的另一个两位三通高速开关阀13与对应组的子液压缸3的无杆腔连接。
进一步地，如图2-图5所示，所述变排量数控液压缸的缸体1外壁上固定安装有2个开关阀安装块14，与三组子液压缸3的有杆腔连接的三个两位三通高速开关阀安装在其中一个开关阀安装块14上，与三组子液压缸3的无杆腔连接的三个两位三通高速开关阀安装在另一个开关阀安装块14上，每个两位三通高速开关阀通过与其对应的开关阀安装块14与对应组的子液压缸的无杆腔或有杆腔连接。本实施例中，所述开关阀安装块14为可市购产品，每个开关阀安装块14上安装有三个两位三通高速开关阀，每个两位三通高速开关阀通过开关阀安装块14与子液压缸连接。通过开关阀安装块14安装各个两位三通高速开关阀13，可以使得安装更为方便，线路更为简单。
图6为本实施例的变排量数控液压缸的阀控接线图。每组子液压缸3的两个有杆腔与对应组的一个两位三通高速开关阀13的阀口A连接，每组子液压缸3的两个无杆腔与对应组的另一个两位三通高速开关阀13的阀口A连接，每个两位三通高速开关阀13均具有第一工位(右位)和第二工位(左位)，当工作在第一工位时，两位三通高速开关阀13的阀口A与阀口B连通，当工作在第二工位时，两位三通高速开关阀13的阀口A与阀口C连通，所述阀口C与油箱30连通，与无杆腔连接的两位三通高速开关阀13的阀口B与所述液压传动***20的第一输入端21连接，与有杆腔连接的两位三通高速开关阀13的阀口B与所述液压传动***20的第二输入端22连接。
当波浪能施加给一次捕能机构的波浪力为正向时，若控制***使同组的两个两位三通高速开关阀13均工作在第一工位，此时对应组的子液压缸3的无杆腔和有杆腔均与油箱30连通，对应组的子液压缸3不切入所述液压传动***20，仅克服摩擦力等做功，在下文中做定量分析时，由于摩擦力等较小，所以在具体分析中忽略不计。若控制***使同组的两个两位三通高速开关阀13均工作在第二工位，此时对应组的子液压缸3切入所述液压传动***20。当波浪能施加给一次捕能机构的波浪力为正向时，波浪力推动所述变排量数控液压缸的活塞杆总成向下运动，此时未切入组的子液压缸3的无杆腔排出液压油至油箱30，油箱30内的液压油进入对应组的子液压缸3的有杆腔，其液压油不进入所述液压传动***20，而此时切入组的子液压缸3的无杆腔排出液压油且该液压油通过与其连通的两位三通高速开关阀13排入所述液压传动***20的第一输入端21，所述液压传动***20的第二输入端22排出液压油且该液压油通过与其连通的两位三通高速开关阀13排入切入组的子液压缸3的有杆腔内；当波浪能施加给一次捕能机构的波浪力为负向时，波浪力推动所述变排量数控液压缸的活塞杆总成向上运动，此时未切入组的子液压缸3的有杆腔排出液压油至油箱30，油箱30内的液压油进入对应组的子液压缸3的无杆腔，其液压油不进入所述液压传动***20，而此时切入组的子液压缸3的有杆腔排出液压油且该液压油通过与其连通的两位三通高速开关阀13排入所述液压传动***20的第二输入端22，所述液压传动***20的第一输入端21排出液压油且该液压油通过与其连通的两位三通高速开关阀13排入切入组的子液压缸3的无杆腔内。
根据波浪能施加给一次捕能机构的波浪力随时间的变化大小，控制***通过改变三组两位三通高速开关阀13切入所述液压传动***20的组数，从而改变切入所述液压传动***20的子液压缸3的组合进而改变子液压缸3的总切入面积，使所述变排量数控液压缸的输出压力稳定在液压***(是指包含液压传动***20在内的整个液压***)的工作压力附近，从而可以输出较稳定的液压能。所述变排量数控液压缸的输出压力是指实时波浪力除以当下的子液压缸的总切入面积，其实质为压强，行业内称为输出压力。特别的，使三组子液压缸的面积比S1:S2:S3＝1:2:4，满足二进制位权的比例关系，则可做到各不相同的子液压缸总切入面积的组数最多，且子液压缸总切入面积依次递增且不发生重复，子液压缸总切入面积分别为S，S，2S，3S，4S，…，7S，下文有详细说明。
图7本发明实施例的液压传动***的结构图。所述液压传动***20包括所述第一输入端21和所述第二输入端22，第一输入端21和第二输入端22作为两个输入端连接由四个单向阀V1，V2，V3，V4组成的整流阀组23，所述整流阀组23具有正液压输出端D1和负液压回流端D2，所述整流阀组23的正液压输出端D1连接高压蓄能器24后连接一液压马达25的液压输入端，所述液压马达25的液压输出端连接低压蓄能器26后连接所述整流阀组23的负液压回流端D2，无论所述第一输入端21输入液压油或者所述第二输入端22输入液压油，所述整流阀组23均是由所述正液压输出端D1输出液压油并且由所述负液压回流端D2返回液压油，于是液压马达25在所述正液压输出端D1输出的液压油的作用下发生单向旋转，所述液压马达25的输出端连接发电机40进而发电。
现有技术中，由于波浪能的特性，波浪能对一次捕能机构的作用力随时间有规律地变化，在液压缸面积确定的情况下，造成液压***的压力浮动极大，不利于能量的转换。而本发明通过调整子液压缸的总切入面积得以解决该问题。以下详细说明本发明如何调整切入所述液压传动***的子液压缸的组合，也即改变子液压缸的总切入面积，使所述变排量数控液压缸的输出压力稳定在液压***的工作压力附近：
随着切入组的子液压缸的不同，切入液压***的子液压缸的总切入面积也不同，三组子液压缸的面积(每组子液压缸的面积为所包含的两个子液压缸的面积之和)分别为S1，S2，S3，则子液压缸的总切入面积共有8种面积组合，8种面积分别为：0，S1，S2，S3，S1+S2，S1+S3，S2+S3，S1+S2+S3，同时，使上述三组子液压缸的面积比S1:S2:S3＝1:2:4，于是，分布在0～F之间的实时波浪力细分成八个区间，分别是，0-F/8，F/8-F/4，F/4-3F/8，3F/8-F/2，F/2-5F/8，5F/8-3F/4，3F/4-7F/8，7F/8-F，由于液压***中子液压缸的总切入面积不能为零，因此在波浪力极小(0-F/8)的情况下，使子液压缸的总切入面积为S1，F/8-F/4区间的实时波浪力，也使子液压缸的总切入面积为S1，其余波浪力区间的子液压缸的总切入面积分别为S2，S3，S1+S2，S1+S3，S2+S3，S1+S2+S3；使上述三组子液压缸的面积比S1:S2:S3＝1:2:4，满足二进制位权的比例关系，则可使八个波浪力区间的子液压缸的总切入面积依次递增且不发生重复(极小的波浪力区间0-F/8除外)。
随着各个波浪力区间的波浪力的递增，子液压缸的总切入面积也要随波浪力的递增而递增，以得到由波浪力除以子液压缸的总切入面积所得到的稳定的液压缸输出压力。如果不满足S1:S2:S3＝1:2:4这种二进制位权的比例关系，S1，S2，S3，S1+S2，S1+S3，S2+S3，S1+S2+S3，这几种面积里会发生重复，比如S1:S2:S3＝1:2:3，则S3，S1+S2这两种面积大小会发生重复，而S3，S1+S2分别对应不同区间大小的波浪力，因此面积重复不利于得到稳定大小的液压缸输出压力，对于S1:S2:S3＝1:2:3，只能得到七种面积组合(最小的两种重复)，因此实时波浪力只能划分成七个区间，而满足S1:S2:S3＝1:2:4，可保证实时波浪力划分成切入面积不等的八个上述波浪力区间，波浪力区间划分的越细，液压缸输出压力则越稳定。
若变排量数控液压缸具有N组子液压缸，则使N组子液压缸的面积比S1:S2:S3:…:SN＝1:2:4:…:2N-1，这样可将实时波浪力分成个区间，分别为0-F/2N，F/2N-2F/2N，2F/2N-3F/2N，…，(2N-1)F/2N-F，且S1:S2:S3:…:SN＝1:2:4:…:2N - 1可使波浪力逐渐递增的各个波浪力区间所对应的子液压缸的总切入面积依次递增不发生重复(极小的波浪力区间0-F/8除外)，总切入面积分别为S，S，2S，3S，…，(2N-1)S。
假设某个海域的波浪对一次捕能机构的作用力(波浪力)分布在0～F之间，且三组子液压缸的面积比可以设置为S1:S2:S3＝1:2:4，S1＝S，则有下表：
实时波浪力 子液压缸的总切入面积 液压缸输出压力
0-F/8 S1＝S 0-F/8S
F/8-F/4 S1＝S F/8S-F/4S
F/4-3F/8 S2＝2S F/8S-3F/16S
3F/8-F/2 S1+S2＝3S F/8S-F/6S
F/2-5F/8 S3＝4S F/8S-5F/32S
5F/8-3F/4 S1+S3＝5S F/8S-3F/20S
3F/4-7F/8 S2+S3＝6S F/8S-7F/48S
7F/8-F S1+S2+S3＝7S F/8S-F/7S
表一
如上表所示，若液压***的工作压力设定在F/8S左右(液压***的工作压力由***设计者人为设定)，除了在波浪力极小(上表为0-F/8)，即捕获的波浪能极小，不能使得变排量数控液压缸的输出压力稳定在液压***的工作压力附近之外，其余情况下都能通过调整切入液压***的子液压缸的组合来改变子液压缸的总切入面积，使得变排量数控液压缸的输出压力稳定在液压***的工作压力附近(均在液压***的工作压力F/8S附近)。而根据波浪能的实际情况，其波浪力极小(上表为0-F/8)的持续时间极短，所以采用所述的变排量数控液压缸，可以使得该液压缸的输出压力(也即液压***的压力)维持在较为稳定的状态。
若液压***的工作压力设定在其他值，比如F/3S左右，可使三组子液压缸的面积分别为S1＝3S/8，S2＝3S/4，S3＝3S/2，则可满足变排量数控液压缸的输出压力稳定在液压***的工作压力F/3S左右。其它类似。
图5中，所述子活塞杆6(本文中的子活塞杆包括活塞和活塞杆两部分)与子液压缸3内壁之间设有密封件，所述主活塞杆7(本文中的主活塞杆也包括活塞和活塞杆两部分)与主缸套8之间设有密封件，为防止浸在海水中生锈，在所述主活塞杆7的杆体表面镀铬，并对所述变排量数控液压缸的整个外表面进行喷涂海工油漆处理。所述缸体1、缸盖2、子缸盖5采用45钢材料，主活塞杆7的活塞杆部分和子活塞杆6的活塞杆部分均采用42CrMo材料，主活塞杆7的活塞部分和子活塞杆6的活塞部分均采用球墨铸铁，主缸套8和辅缸套10也采用球墨铸铁。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于：所述变排量数控液压缸的子液压缸有四组且每组有两个子液压缸，相邻子液压缸的中轴线沿圆周方向等间隔45度设置，四组子液压缸的面积比S1:S2:S3:S4＝1:2:4:8。
与四组子液压缸相对应的两位三通开关阀有四组也即八个，所述变排量数控液压缸的缸体外壁上也固定安装有2个开关阀安装块，与四个子液压缸的有杆腔连接的四个两位三通高速开关阀安装在一个开关阀安装块上，与四个子液压缸的无杆腔连接的四个两位三通高速开关阀安装在另一个开关阀安装块上，每个两位三通高速开关阀通过与其对应的开关阀安装块与对应组的子液压缸的无杆腔或有杆腔连接。
假设某个海域波浪对一次捕能机构的作用力(波浪力)分布在0～F之间，且四组子液压缸的面积比S1:S2:S3:S4＝1:2:4:8，S1＝S，则有下表：
实时波浪力 子液压缸的总切入面积 液压缸输出压力
0-F/16 S1＝S 0-F/16S
F/16-F/8 S1＝S F/16S-F/8S
F/8-3F/16 S2＝2S F/16S-3F/32S
3F/16-F/4 S1+S2＝3S F/16S-F/12S
F/4-5F/16 S3＝4S F/16S-5F/64S
5F/16-3F/8 S1+S3＝5S F/16S-3F/40S
3F/8-7F/16 S2+S3＝6S F/16S-7F/96S
7F/16-F/2 S1+S2+S3＝7S F/16S-F/14S
F/2-9F/16 S4＝8S F/16S-9F/128S
9F/16-5F/8 S1+S4＝9S F/16S-5F/72S
5F/8-11F/16 S2+S4＝10S F/16S-11F/160S
11F/16-3F/4 S1+S2+S4＝11S F/16S-3F/44S
3F/4-13F/16 S3+S4＝12S F/16S-F/14S
13F/16-7F/8 S1+S3+S4＝13S F/16S-7F/104S
7F/8-15F/16 S2+S3+S4＝14S F/16S-15F/224S
15F/16-F S1+S2+S3+S4＝15S F/16S-F/15S
表二
如上表所示，若液压***的工作压力设定在F/16S左右，除了在波浪力极小(上表为0-F/16)，即捕获的波浪能极小，不能使得变排量数控液压缸的输出压力稳定在液压***的工作压力附近之外，其余情况下都能通过调整切入液压***的子液压缸的组合来改变子液压缸的总切入面积，使得变排量数控液压缸的输出压力稳定在液压***的工作压力附近(均在液压***的工作压力F/16S附近)。而根据波浪能的实际情况，其波浪力极小(上表为0-F/16)的持续时间极短，所以采用所述的变排量数控液压缸，可以使得该液压缸的输出压力(也即液压***的压力)维持在较为稳定的状态。
由表二和表一的比较可知，变排量数控液压缸的子液压缸的组数越多，实时波浪力0～F的区间可以划分的越细，各个区间里变排量数控液压缸的输出压力可以更接近液压***的工作压力，因此可以输出更加稳定的液压能，并且提高输出电能质量。
若液压***的工作压力设定在其他值，比如F/5S左右，可使四组子液压缸的面积分别为S1＝5S/16，S2＝5S/8，S3＝5S/4，S4＝5S/2，则可满足变排量数控液压缸的输出压力稳定在液压***的工作压力F/5S左右。其它类似。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.液压驱动波浪能发电装置，其特征在于：包括一次捕能机构、连接于一次捕能机构之后的变排量数控液压缸、由变排量数控液压缸驱动的液压传动***、以及连接于液压传动***之后的发电机；
所述变排量数控液压缸包括圆柱形的缸体、固定在所述缸体上端的缸盖，所述缸体内经过同一冲压工序多次打孔形成2N个绕所述缸体的中心线成圆周布置的子液压缸以及开设在所述缸体的中心线处的中心孔，各个子液压缸的上端固定连接有子缸盖，2N个所述子液压缸分成N组且每组有两个子液压缸，每组的两个子液压缸沿所述缸体的中心线对称布置且大小相等，N组子液压缸的面积各不相同且面积比S1:S2:S3:…:SN＝1:2:4:…:2N-1，各个子液压缸内可滑动地设有子活塞杆，N组子液压缸的子活塞杆的下端共同固接一主活塞杆的上端活塞，所有子活塞杆和该主活塞杆形成同步往复运动的活塞杆总成，所述缸体的下端固定连接一主缸套，所述主活塞杆在子活塞杆的带动下沿所述主缸套内壁滑移，所述缸盖上端固定安装有检测子活塞杆和主活塞杆共同运动位移的位移传感器，位移传感器的感测杆穿设在子活塞杆共同围绕的所述中心孔以及主活塞杆开设的中心孔内，露出所述缸盖的位移传感器外罩有辅缸套；
所述变排量数控液压缸的缸体外壁上固定安装有N组两位三通高速开关阀，每组两位三通高速开关阀有两个且与一组所述子液压缸相对应，每组子液压缸的两个有杆腔与对应组的一个两位三通高速开关阀的阀口A连接，每组子液压缸的两个无杆腔与对应组的另一个两位三通高速开关阀的阀口A连接，每个两位三通高速开关阀均具有第一工位和第二工位，当工作在第一工位时，两位三通高速开关阀的阀口A与阀口B连通，当工作在第二工位时，两位三通高速开关阀的阀口A与阀口C连通，所述阀口C与油箱连通，与无杆腔连接的两位三通高速开关阀的阀口B与所述液压传动***的第一输入端连接，与有杆腔连接的两位三通高速开关阀的阀口B与所述液压传动***的第二输入端连接；
当波浪能施加给一次捕能机构的波浪力为正向时，若控制***使同组的两个两位三通高速开关阀均工作在第一工位，此时对应组的子液压缸不切入所述液压传动***，若控制***使同组的两个两位三通高速开关阀均工作在第二工位，此时对应组的子液压缸切入所述液压传动***；当波浪能施加给一次捕能机构的波浪力为正向时，波浪力推动所述变排量数控液压缸的活塞杆总成向下运动，此时切入组的子液压缸的无杆腔排出液压油且该液压油通过与其连通的两位三通高速开关阀排入所述液压传动***的第一输入端，所述液压传动***的第二输入端排出液压油且该液压油通过与其连通的两位三通高速开关阀排入切入组的子液压缸的有杆腔内；当波浪能施加给一次捕能机构的波浪力为负向时，波浪力推动所述变排量数控液压缸的活塞杆总成向上运动，此时切入组的子液压缸的有杆腔排出液压油且该液压油通过与其连通的两位三通高速开关阀排入所述液压传动***的第二输入端，所述液压传动***的第一输入端排出液压油且该液压油通过与其连通的两位三通高速开关阀排入切入组的子液压缸的无杆腔内；
根据波浪能施加给一次捕能机构的波浪力随时间的变化大小，控制***通过改变N组两位三通高速开关阀切入所述液压传动***的组数，从而改变切入所述液压传动***的子液压缸的组合进而改变子液压缸的总切入面积，使所述变排量数控液压缸的输出压力稳定在液压***的工作压力附近，从而可以输出较稳定的液压能，所述变排量数控液压缸的输出压力是指实时波浪力除以当下的子液压缸的总切入面积；特别的，使N组子液压缸的面积比S1:S2:S3:…:SN＝1:2:4:…:2N-1，满足二进制位权的比例关系，则可做到各不相同的子液压缸总切入面积的组数最多，且子液压缸总切入面积依次递增且不发生重复，子液压缸总切入面积分别为S，S，2S，3S，4S，…，(2N-1)S，由于各不相同的子液压缸总切入面积的组数最多，从而对应各个不同的子液压缸总切入面积，实时波浪力可以划分的区间最多，实时波浪力的区间可以划分得最细，从而变排量数控液压缸的输出压力可以越稳定；
所述液压传动***包括所述第一输入端和所述第二输入端，第一输入端和第二输入端作为两个输入端连接由四个单向阀组成的整流阀组，所述整流阀组具有正液压输出端和负液压回流端，所述整流阀组的正液压输出端连接高压蓄能器后连接一液压马达的液压输入端，所述液压马达的液压输出端连接低压蓄能器后连接所述整流阀组的负液压回流端，无论所述第一输入端输入液压油或者所述第二输入端输入液压油，所述整流阀组均是由所述正液压输出端输出液压油并且由所述负液压回流端返回液压油，于是液压马达在所述正液压输出端输出的液压油的作用下发生单向旋转，所述液压马达的输出端连接所述的发电机进而发电。
2.如权利要求1所述的液压驱动波浪能发电装置，其特征在于：所述变排量数控液压缸的缸体外壁上固定安装有2个开关阀安装块，与N组子液压缸的有杆腔连接的N个两位三通高速开关阀安装在一个开关阀安装块上，与N组子液压缸的无杆腔连接的N个两位三通高速开关阀安装在另一个开关阀安装块上，每个两位三通高速开关阀通过与其对应的开关阀安装块与对应组的子液压缸的无杆腔或有杆腔连接。
3.如权利要求2所述的液压驱动波浪能发电装置，其特征在于：所述辅缸套上端分体或一体固定连接有第一连接耳环，第一连接耳环与所述一次捕能机构的输出端铰接，所述主活塞杆的下端固接有与固定端连接的第二连接耳环，当所述一次捕能机构为浮力摆时，第二连接耳环铰接在固定端上，当所述一次捕能机构为浮点式时，第二连接耳环固定在固定端上。
4.如权利要求1-3之一所述的液压驱动波浪能发电装置，其特征在于：当所述子液压缸有三组时，相邻子液压缸的中轴线沿圆周方向等间隔60度设置，三组子液压缸的面积比S1:S2:S3＝1:2:4。
5.如权利要求1-3之一所述的液压驱动波浪能发电装置，其特征在于：当所述子液压缸有四组时，相邻子液压缸的中轴线沿圆周方向等间隔45度设置，四组子液压缸的面积比S1:S2:S3:S4＝1:2:4:8。
6.如权利要求1-3之一所述的液压驱动波浪能发电装置，其特征在于：所述子活塞杆与子液压缸内壁之间设有密封件，所述主活塞杆与主缸套之间设有密封件，为防止浸在海水中生锈，在所述主活塞杆的杆体表面镀铬，并对所述变排量数控液压缸的整个外表面进行喷涂海工油漆处理。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109340214A (zh) * 2018-12-17 2019-02-15 广东力源液压机械有限公司 一种集成型大功率方向阀油缸及其控制方法
CN113021318A (zh) * 2021-03-22 2021-06-25 西安交通大学 一种数字-模拟混合阀控液压机器人***
CN114109929A (zh) * 2021-11-23 2022-03-01 山东大学 一种应用于波浪能发电装置的集成式液压转换油缸及其使用方法
WO2023179803A1 (zh) * 2022-06-06 2023-09-28 中国科学院广州能源研究所 一种间接式波浪能装置液压负载分级控制***及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003120611A (ja) * 2001-10-12 2003-04-23 Ckd Corp 流体圧シリンダ
CN102588378A (zh) * 2012-02-22 2012-07-18 浙江大学 一种用于波浪能发电的液压缸
CN103061717A (zh) * 2013-01-05 2013-04-24 无锡市科优液压设备制造有限公司 一种四缸式液压抽油机
CN103557199A (zh) * 2013-11-15 2014-02-05 中国人民解放军国防科学技术大学 一种变截面液压缸及其液压控制***和控制方法
CN104033326A (zh) * 2014-06-26 2014-09-10 焦作市华科液压机械制造有限公司 一种海浪发电装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003120611A (ja) * 2001-10-12 2003-04-23 Ckd Corp 流体圧シリンダ
CN102588378A (zh) * 2012-02-22 2012-07-18 浙江大学 一种用于波浪能发电的液压缸
CN103061717A (zh) * 2013-01-05 2013-04-24 无锡市科优液压设备制造有限公司 一种四缸式液压抽油机
CN103557199A (zh) * 2013-11-15 2014-02-05 中国人民解放军国防科学技术大学 一种变截面液压缸及其液压控制***和控制方法
CN104033326A (zh) * 2014-06-26 2014-09-10 焦作市华科液压机械制造有限公司 一种海浪发电装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109340214A (zh) * 2018-12-17 2019-02-15 广东力源液压机械有限公司 一种集成型大功率方向阀油缸及其控制方法
CN113021318A (zh) * 2021-03-22 2021-06-25 西安交通大学 一种数字-模拟混合阀控液压机器人***
CN113021318B (zh) * 2021-03-22 2022-07-12 西安交通大学 一种数字-模拟混合阀控液压机器人***
CN114109929A (zh) * 2021-11-23 2022-03-01 山东大学 一种应用于波浪能发电装置的集成式液压转换油缸及其使用方法
WO2023179803A1 (zh) * 2022-06-06 2023-09-28 中国科学院广州能源研究所 一种间接式波浪能装置液压负载分级控制***及方法

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