本實(shí)用新型屬于波浪能發(fā)電領(lǐng)域，涉及一種混合型波浪能發(fā)電裝置，具體地說是一種能夠吸收浮子多個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)能量的混合型波浪能轉(zhuǎn)換裝置，同時(shí)包含其液壓式能量輸出系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

波浪能作為一種可再生綠色能源，具有廣闊的應(yīng)用前景。波浪能也是各種海洋能資源中儲(chǔ)量最大、可開發(fā)量最大的能源之一。目前為止，波浪能的規(guī)模化、商業(yè)化利用還尚未成熟，大多還處于基礎(chǔ)理論研究、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和樣機(jī)試運(yùn)行階段，只有少數(shù)的波浪能裝置投入實(shí)用并進(jìn)行了并網(wǎng)試運(yùn)行。對(duì)于波浪能發(fā)電來說，除了裝置本身技術(shù)、可靠性和效率的問題，電能的海上輸送成本也是最大的問題之一。在化石資源投資成本仍在可接受范圍之內(nèi)時(shí)，利用波浪能發(fā)電并大量并網(wǎng)幾乎是不可能的。因此，目前階段波浪能發(fā)電的應(yīng)用多是在一些特殊的應(yīng)用環(huán)境，如孤島、海上生產(chǎn)生活平臺(tái)、海上水面觀測(cè)浮標(biāo)、航標(biāo)燈、海洋水下觀測(cè)節(jié)點(diǎn)等。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋水面和水下環(huán)境的長(zhǎng)期、連續(xù)觀測(cè)，浮標(biāo)、海底觀測(cè)網(wǎng)、水下傳感器網(wǎng)絡(luò)等都是常用的方法。而對(duì)于這些海洋觀測(cè)手段，供電都是不得不考慮的問題。尤其對(duì)于深遠(yuǎn)海水下傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的供電，鋪設(shè)長(zhǎng)距離電纜成本昂貴，而蓄電池的工作時(shí)間有限，太陽(yáng)能受天氣海況影響，因此尋找一種可就地選取的可持續(xù)能源供給方案至關(guān)重要，如波浪能、溫差能、鹽差能等。針對(duì)這樣的一種需求，本實(shí)用新型提出了一種松弛系泊的混合型波浪能轉(zhuǎn)換裝置，并提出了其液壓式能量輸出系統(tǒng)。本波浪能發(fā)電裝置旨在為海上觀測(cè)浮標(biāo)、水下無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供電能，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、連續(xù)的海洋物理、生化數(shù)據(jù)獲取。

在波浪作用下浮子或水體會(huì)發(fā)生多個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)對(duì)不同自由度運(yùn)動(dòng)能量的俘獲，波浪能轉(zhuǎn)換裝置通?？梢员环譃樯列?垂蕩型)、搖擺型、縱蕩型等三種，有的波浪能轉(zhuǎn)換裝置可以兼具以上三種中的兩種或三種的特點(diǎn)，我們常稱之為組合型或者混合型波浪能裝換裝置?；旌闲筒ɡ四苻D(zhuǎn)換裝置由于能夠吸收多給自由度的能量，因此具有較高的俘獲寬度比。波浪能轉(zhuǎn)換裝置將俘獲的波浪能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能后往往并不能直接被發(fā)電機(jī)所利用，因?yàn)椴ɡ说哪芰烤哂休^大的脈動(dòng)性，通常需要在發(fā)電機(jī)和波浪能轉(zhuǎn)換裝置之間設(shè)置能量輸出系統(tǒng)來削峰填谷，穩(wěn)定發(fā)電機(jī)的輸入功率。通常的能量輸出系統(tǒng)包括機(jī)械式、氣動(dòng)式、液壓式和直驅(qū)式等，液壓式抗沖擊性好、低頻性優(yōu)良，被廣泛使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種混合型波浪能發(fā)電裝置，該裝置是一種采用液壓式能量輸出系統(tǒng)的混合型波浪能轉(zhuǎn)換裝置，用于為海上觀測(cè)浮標(biāo)、水下無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供電能。

本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

本實(shí)用新型的混合型波浪能發(fā)電裝置，由波浪能轉(zhuǎn)換裝置和布置于波浪能轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)部的液壓式能量輸出系統(tǒng)組成；

所述的波浪能轉(zhuǎn)換裝置為松弛系泊的半潛式浮體，主要由錨、阻尼板、張力纜、浮子和鴨頭擺組成；所述的液壓式能量輸出系統(tǒng)主要由升沉液壓缸、擺動(dòng)液壓缸、整流閥組、高壓蓄能器、液壓馬達(dá)、低壓蓄能器、補(bǔ)油回路組成；所述的浮子上設(shè)有滑道滑塊結(jié)構(gòu)，滑塊可在滑道內(nèi)移動(dòng)，擺動(dòng)液壓缸與滑塊鉸接，鴨頭擺與擺動(dòng)液壓缸連接；通過滑道調(diào)節(jié)擺動(dòng)液壓缸與浮子的鉸接點(diǎn)的位置，以實(shí)現(xiàn)鴨頭擺水線面面積的改變；所述的張力纜通過由動(dòng)滑輪及兩個(gè)定滑輪構(gòu)成的滑輪組系固于浮子本體，張力纜下端連接阻尼板，滑輪組中的動(dòng)滑輪與升沉液壓缸固定連接，阻尼板通過松弛系泊的方式由錨纜被錨固定在海域；所述的整流閥組是由四個(gè)單向閥組成的整流橋，整流閥組的兩個(gè)輸入輸出接口分別與擺動(dòng)液壓缸無桿腔、升沉 液壓缸有桿腔連通，整流閥組輸出端口接高壓蓄能器后再連接液壓馬達(dá)入口，并聯(lián)有安全閥，整流閥組輸入端口接低壓蓄能器后再連接液壓馬達(dá)出口，并聯(lián)有補(bǔ)油回路用于給低壓回路補(bǔ)油，液壓馬達(dá)與發(fā)電機(jī)相連。

上述技術(shù)方案中，所述的波浪能轉(zhuǎn)換裝置的阻尼板受負(fù)浮力，張力纜始終處于張緊狀態(tài)，阻尼板依靠自重與附加慣性力為浮子的升沉運(yùn)動(dòng)提供參考面。

所述的滑道滑塊結(jié)構(gòu)包括滑道、嵌入滑道內(nèi)的滑塊、絲桿及電機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿帶動(dòng)滑塊在滑道內(nèi)移動(dòng)。

所述的補(bǔ)油回路由液壓泵、溢流閥、止回閥、電動(dòng)機(jī)組成，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，溢流閥與液壓泵并聯(lián)，液壓泵出口經(jīng)止回閥接入低壓回路。其中：所述錨和錨纜組成的系泊為松弛系泊；所述阻尼板為實(shí)心圓盤，阻尼板受很大的負(fù)浮力；所述張力纜在阻尼板負(fù)浮力的作用下始終處于張緊狀態(tài)；浮子在海浪作用下的升沉運(yùn)動(dòng)通過動(dòng)滑輪傳遞給升沉液壓缸，當(dāng)浮子在波浪作用下上升時(shí)，升沉液壓缸無桿腔油液被壓縮進(jìn)入儲(chǔ)能蓄能器，升沉液壓缸有桿腔從低壓回路吸入油液，當(dāng)浮子在波浪作用下下降時(shí)，張力纜發(fā)生松弛，升沉液壓缸蓄能器能量釋放，有桿腔油液被壓縮進(jìn)入高壓蓄能器，實(shí)現(xiàn)升沉方向能量俘獲；所述鴨頭擺形似鴨頭，具有良好的水動(dòng)力性能，鴨頭擺在波浪作用下發(fā)生擺動(dòng)，浮子本體在波浪作用下亦發(fā)生運(yùn)動(dòng)，鴨頭擺與浮子本體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使得擺動(dòng)液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水平方向擺動(dòng)能量的回收；當(dāng)海況發(fā)生變化，如波浪周期發(fā)生變化，裝置自振頻率與海浪激勵(lì)力頻率差距過大時(shí)，裝置的俘獲寬度比會(huì)明顯下降，通過改變裝置的阻尼系數(shù)可以在一定程度上提高裝置對(duì)海況的適應(yīng)性，從而提高俘獲寬度比，本實(shí)用新型裝置阻尼系數(shù)的改變是通過調(diào)整鴨頭擺的水線面積來實(shí)現(xiàn)的，具體地說是通過調(diào)整滑塊在滑軌上的位置來實(shí)現(xiàn)的，滑塊的位置則是通過旋轉(zhuǎn)螺紋桿來調(diào)整的；所述補(bǔ)油回路對(duì)系統(tǒng)泄露進(jìn)行補(bǔ)充，同時(shí)為了避免液壓傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)、爬行和噪聲等不良現(xiàn)象。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為：

1、本實(shí)用新型提出的混合型波浪能轉(zhuǎn)換裝置，能夠俘獲裝置多個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)能量，具有較高的俘獲寬度比；

2、裝置采用松弛系泊，同時(shí)使用阻尼板為運(yùn)動(dòng)提供慣性參考面，裝置系泊簡(jiǎn)單，無需剛性固定在海底，能夠工作在深遠(yuǎn)海；

3、采用了液壓式能量輸出系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、功率重量比大、抗沖擊性好，液壓回路并聯(lián)大容量蓄能器，能夠很好地起到削峰填谷的作用，穩(wěn)定波動(dòng)的輸入波浪功率；

4、裝置中的鴨頭擺具有良好的水動(dòng)力性能，鴨頭擺的水線面積可以根據(jù)波浪譜的特性進(jìn)行調(diào)整，具有較高的海況適應(yīng)性。

附圖說明

圖1為混合型波浪能轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為調(diào)整鴨頭擺水線面積的滑道滑塊結(jié)構(gòu)；

圖3為液壓式能量輸出系統(tǒng)的液壓回路圖；

圖中：1是擺動(dòng)液壓缸，2是鴨頭擺，3是浮子，4是張力纜，5是錨纜，6是錨，7是阻尼板，8是動(dòng)滑輪，9是定滑輪，10是升沉液壓缸，11是儲(chǔ)能蓄能器，12是滑道，13是滑塊，14是絲桿，15是整流閥組，16是單向閥，17是高壓蓄能器，18是安全閥，19是液壓馬達(dá)，20是發(fā)電機(jī)，21是電動(dòng)機(jī)，22是液壓泵，23是溢流閥，24是補(bǔ)油回路，25是止回閥，26是低壓蓄能器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施作進(jìn)一步描述：

如圖1所示為混合型波浪能轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，為一松弛系泊的半潛式浮體。裝置在海域中的相對(duì)位置由錨6來實(shí)現(xiàn)，阻尼板7通過錨纜5與錨6連接。阻尼板7為一柱型實(shí) 心圓盤，本身受到的凈浮力為負(fù)，因此張力纜4始終處于張緊狀態(tài)。阻尼板7靠自身和附帶水體的慣性作用，當(dāng)波浪作用時(shí)阻尼板7位置基本不動(dòng)，同時(shí)張力纜4具有一個(gè)合適的長(zhǎng)度使得在特定海浪作用下，阻尼板7與浮子3所受的垂直方向上的波浪激勵(lì)力方向是相反的，兩者的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)是相反的，張力纜4所謂之合適長(zhǎng)度要隨著海浪譜的變化而變化。阻尼垂向運(yùn)動(dòng)位移基本為零，因此浮子3在波浪力的作用下產(chǎn)生交變的升沉運(yùn)動(dòng)，使得張力纜4受力發(fā)生交替變換，張力纜4的受力作用在動(dòng)滑輪8上，使得升沉液壓缸10活塞缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)張力纜4受力增大時(shí)，動(dòng)滑輪8上移，升沉液壓缸10無桿腔油液壓力增大，有桿腔吸入低壓蓄能器26中液壓油；當(dāng)張力纜4受力減小時(shí)，在儲(chǔ)能蓄能器11和動(dòng)滑輪8自重的作用下，升沉液壓缸10活塞向有桿腔移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)液壓油壓力的提升，俘獲了升沉運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。鴨頭擺2通過鉸接的方式與浮子3本體和擺動(dòng)液壓缸1連接，在波浪的作用下鴨頭擺2發(fā)生擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，同樣驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)液壓缸1泵送液壓油，實(shí)現(xiàn)能量的俘獲。

如圖2所示為調(diào)整鴨頭擺2水線面積的滑道滑塊結(jié)構(gòu)，其主要作用是通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿14實(shí)現(xiàn)滑塊13的移動(dòng)，滑塊13由滑道12導(dǎo)向，滑塊13通過鉸接的方式與擺動(dòng)液壓缸1連接。通過滑塊13位置的調(diào)整實(shí)現(xiàn)鴨頭擺2擺動(dòng)阻尼的改變，以適應(yīng)多變的海況，提高俘獲寬度比。

如圖3所示為液壓式能量輸出系統(tǒng)的液壓回路圖，擺動(dòng)液壓缸1和升沉液壓缸10輸出的脈動(dòng)液壓油經(jīng)高壓蓄能器17穩(wěn)定后輸送給液壓馬達(dá)19，穩(wěn)定的輸入壓力能夠保證發(fā)電機(jī)20較高的效率和穩(wěn)定的輸出頻率。整流閥組15由四個(gè)單向閥16組成，保證液壓缸吸收油液來自于低壓蓄能器26，排出的高壓油液進(jìn)入高壓蓄能器17。補(bǔ)油回路24起到給低壓回路補(bǔ)油的作用，一方面補(bǔ)償該閉式液壓系統(tǒng)的泄露，另一方面防止低壓回路壓力過低而引起液壓系統(tǒng)振動(dòng)、爬行、噪聲和空蝕。

本實(shí)用新型的裝置可應(yīng)用于海上水面觀測(cè)浮標(biāo)及水下觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電能供給，但不限于此。