CN108331704A - 一种水平对置双涡轮液压传动型海流能发电*** - Google Patents

一种水平对置双涡轮液压传动型海流能发电*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水平对置双涡轮液压传动型海流能发电***，包括机舱，所述机舱的左侧设有第一海流涡轮，所述机舱的右侧设有第二海流涡轮，所述第一海流涡轮与第一变量液压泵连接，所述第二海流涡轮与第二变量液压泵连接，所述第一变量液压泵与第二变量液压泵通过换向阀与液压马达连接，所述液压马达通过联轴器与发电机连接。本发明通过利用两个海流涡轮配合两个变量液压泵，然后通过换向阀进行换向调节，可以调整进入液压马达的液压油流量和马达转速，通过调节液压马达的排量，可以实现发电机输出功率的稳定性控制和调节。

Description

一种水平对置双涡轮液压传动型海流能发电***
技术领域
本发明涉及一种海流能发电领域，特别是一种水平对置双涡轮液压传动型海流能发电***。
背景技术
海流能资源具有可再生性好、储藏量大、分布范围广、清洁环保、周期性及可预测性强等优势，同时与风相比，又具有能量密度大的优点。因此，研制和开发新一代高效可靠的海流能发电***，对于我国能源的可持续发展和利用将起到巨大的推动作用。海流能发电***是一种将海水流动中所蕴含的动能转换为电能的新型发电装置。水平轴海流发电***的一次能量捕获效率比较高，机械机构比较紧凑，是目前国内外主流的发电***。水平轴式海流发电机组根据传动方式的不同，也可以分为机械齿轮箱传动机组和液压传动机组。
目前，现有的水平轴海流能发电***均采用单透平涡轮式结构，其弱点在于随着输入的海流能量等级的提高，海流涡轮扫截面积的增大，由于桨叶长度的增加导致的变形及流速不稳定时引起机构整体的振动会增大，从而大幅度地影响机构的能量捕获效率。同时，它采用了传统的水平轴风力机的结构，在装置的性价比上稍差，在功率同等数量级的情况下，其结构尺寸比本发明要大，不易安装。
采用机械齿轮箱传动的单涡轮海流能发电***的传动比式固定值，无法根据入流的海流流速变化实时地调节传动链的转速，因此无法有效地适应输入海流功率和速度的变化，无法进一步地提高最佳功率点跟踪的精度和效率。采用纯液压传动的单涡轮海流能发电机组由于涡轮输入的转矩和功率偏大，转速偏低，无法与现有的液压元件形成良好搭配，也很难加工制造此种类型的液压元器件，使之满足海流能发电之需要，即存在高压大功率，低转速液压元件的适用性问题。
因此，现有的单涡轮海流能发电***存在桨叶长度过大，变形，振动以及失稳等问题。采用纯齿轮箱传动或者纯液压传动时，***的传动效率偏低，存在高压大功率，低转速液压元器件的适用性等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种工作更稳定的海流能发电***。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种水平对置双涡轮液压传动型海流能发电***，包括机舱，所述机舱的左侧设有第一海流涡轮，所述机舱的右侧设有第二海流涡轮，所述第一海流涡轮与第一变量液压泵连接，所述第二海流涡轮与第二变量液压泵连接，所述第一变量液压泵与第二变量液压泵通过换向阀与液压马达连接，所述液压马达通过联轴器与发电机连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一海流涡轮的外径小于第二海流涡轮的外径，所述第一变量液压泵的功率小于第二变量液压泵的功率。
作为上述技术方案的进一步改进，所述换向阀是三位四通电磁阀，所述换向阀的中位机能是P型。
作为上述技术方案的进一步改进，所述换向阀包括伺服控制器。
作为上述技术方案的进一步改进，所述换向阀与液压马达之间设有单向阀，所述油路中还设有溢流阀。
作为上述技术方案的进一步改进，所述机舱中还包括储能器，所述储能器连接在液压马达与单向阀之间的油路上。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一变量液压泵、第二变量泵与换向阀之间均设有单向阀。
本发明的有益效果是：本发明通过利用两个海流涡轮配合两个变量液压泵，然后通过换向阀进行换向调节，可以调整进入液压马达的液压油流量和马达转速，通过调节液压马达的排量，可以实现发电机输出功率的稳定性控制和调节。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明的原理结构示意图；
图2是本发明的液压泵变排量控制原理图；
图3是本发明的液压马达变排量控制原理图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1，一种水平对置双涡轮液压传动型海流能发电***，包括机舱，所述机舱的左侧设有第一海流涡轮1，所述机舱的右侧设有第二海流涡轮2，所述第一海流涡轮1与第一变量液压泵3连接，所述第二海流涡轮2与第二变量液压泵4连接，所述第一变量液压泵2与第二变量液压泵4通过换向阀5与液压马达6连接，所述液压马达6通过联轴器7与发电机8连接。本发明通过将两侧的海流涡轮布置在同一个机舱内，并连接驱动各自的液压油泵，将其动能转换为液压能，两侧的液压油泵通过换向阀的控制驱动同一液压马达旋转，将液压能转换成为机械能，液压马达通过联轴器带动发电机旋转发电，将机械动能转换为电能输出。
***通过适当地调节两液压油泵的排量，可以实现两海流涡轮的最佳转速和最佳功率跟踪控制；通过换向伺服阀的连续换向调节，可以调整进入液压马达的液压油流量和马达转速；通过调节液压马达的排量，可以实现发电机输出功率的稳定性控制和调节。
进一步作为优选的实施方式，所述第一海流涡轮1的外径小于第二海流涡轮2的外径，所述第一变量液压泵的功率小于第二变量液压泵的功率。由于大部分水动力转矩均产生于桨叶的尖部，而非叶根区域，因此，相对外径小一点的海流涡轮能够更好地弥补对置的下水流方向的第二海流涡轮的水动力部分的盲区，有利于提高***整体的水动力效率。
进一步作为优选的实施方式，所述换向阀5是三位四通电磁阀，所述换向阀的中位机能是P型。
当换向阀5至左位工作时，第一海流涡轮1在海水流速作用下旋转，并带第一变量液压泵3转动，第一变量液压泵3的输出液压油流经过换向阀5的左位后驱动液压马达6转动，并因此通过联轴器7带动发电机8发电，液压马达6的回油流回第一变量液压泵3的低压油腔，形成泵控马达的闭式油路；此时，第二变量液压泵4高压油腔直接连入油箱卸荷；
当换向伺服阀5在右位工作时，第二海流涡轮2在海水动能驱动下，带动第二变量液压泵4旋转，第二变量液压泵4输出的液压油流经过换向阀5的右位后驱动液压马达6转动，并因此通过联轴器7带动发电机8发电，液压马达6的回油流回第二变量液压泵4的低压油腔，形成泵控马达的闭式油路；此时，第一液压泵3的高压油腔直接连入油箱卸荷；
当换向阀5处于中位时，两变量液压泵3和4通过各自的闭式油路驱动液压马达6转动，此时，液压马达6的流量和转速是前述两情况之和，为各类情况的最大值。
进一步作为优选的实施方式，所述换向阀包括伺服控制器。通过伺服控制器，可以使得电磁阀的换向更加快速、高效，所述的伺服控制器与第一变量液压泵、第二变量液压泵电连接。
进一步作为优选的实施方式，所述换向阀与液压马达之间设有单向阀，所述油路中还设有溢流阀9。通过单向阀，可以保护油路的安全，而通过溢流阀9可以用于设定***的最高压力，起到安全保护作用，同时，可以在油路中设置油压表，监控油路中的压力情况。
进一步作为优选的实施方式，所述机舱中还包括储能器10，所述储能器10连接在液压马达与单向阀之间的油路上。液压的蓄能器10用于***保压并起到稳流和消除油压波动的作用。
进一步作为优选的实施方式，所述第一变量液压泵、第二变量泵与换向阀之间均设有单向阀。
本实施例中，发电机输出的电能可以经由防水电缆从机舱接出，通过海底电缆送至岸上，接入电网。机舱可以采用打桩或金属支架锚固的方式固定在海底。
本发明的液压油泵的变排量控制主要用于实现两海流涡轮的转速跟踪。参见图2，典型的液压油泵的变排量控制采用闭环控制方式，通过测量获得的海水流速和发电机输出功率，计算获得海流涡轮的最佳转速值ω*，并将此值作为控制闭环的参考输入值。控制闭环内，采用比例积分控制器，在参考转速与实测转速ω误差的基础之上计算获得控制量u，并将此控制量输入到液压油泵变排量作动器中，以便条件油泵的排量使得海流涡轮组件的转速实时地跟踪最佳的转速值ω*。
本发明的液压马达变排量控制用于实现发电机输出功率的稳定性调节。参照图3，液压马达的变排量控制采用闭环控制的方式，将发电机功率的参考值P*作为控制闭环的参考输入值，经由与实际的发电功率P做差，其差值输入到比例积分控制器中，该控制器在差值的基础上计算获得控制量u，并将此控制量输入到液压马达变排量作动器中，改变液压马达的排量，流量和功率，并最终调整发电机的输出功率至给定的参考值。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种水平对置双涡轮液压传动型海流能发电***，其特征在于：包括机舱，所述机舱的左侧设有第一海流涡轮，所述机舱的右侧设有第二海流涡轮，所述第一海流涡轮与第一变量液压泵连接，所述第二海流涡轮与第二变量液压泵连接，所述第一变量液压泵与第二变量液压泵通过换向阀与液压马达连接，所述液压马达通过联轴器与发电机连接。
2.根据权利要求1所述的水平对置双涡轮液压传动型海流能发电***，其特征在于：所述第一海流涡轮的外径小于第二海流涡轮的外径，所述第一变量液压泵的功率小于第二变量液压泵的功率。
3.根据权利要求2所述的水平对置双涡轮液压传动型海流能发电***，其特征在于：所述换向阀是三位四通电磁阀，所述换向阀的中位机能是P型。
4.根据权利要求3所述的水平对置双涡轮液压传动型海流能发电***，其特征在于：所述换向阀包括伺服控制器。
5.根据权利要求4所述的水平对置双涡轮液压传动型海流能发电***，其特征在于：所述换向阀与液压马达之间设有单向阀，所述油路中还设有溢流阀。
6.根据权利要求5所述的水平对置双涡轮液压传动型海流能发电***，其特征在于：所述机舱中还包括储能器，所述储能器连接在液压马达与单向阀之间的油路上。
7.根据权利要求6所述的水平对置双涡轮液压传动型海流能发电***，其特征在于：所述第一变量液压泵、第二变量泵与换向阀之间均设有单向阀。
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