功率解耦型波浪能發(fā)電裝置液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種功率解耦型波浪能發(fā)電裝置液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及其控制方法，該傳動(dòng)系統(tǒng)由能量捕獲單元、壓力保護(hù)單元、整流單元、變壓?jiǎn)卧?、調(diào)速單元、蓄能單元、發(fā)電單元組成；該裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)液壓變壓的原理，將液壓馬達(dá)與變量泵連軸，將低壓、大流量的輸入功率轉(zhuǎn)換為高壓、小流量的輸出功率，使之更適合傳動(dòng)及控制；同時(shí)，本發(fā)明提供的控制方法能夠根據(jù)不同的工作海況實(shí)時(shí)調(diào)整變壓比穩(wěn)定液壓馬達(dá)及發(fā)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，使用高壓皮囊式蓄能器進(jìn)一步平穩(wěn)壓力波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)變壓網(wǎng)絡(luò)到準(zhǔn)恒壓網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換，解決波浪能發(fā)電裝置傳動(dòng)系統(tǒng)輸入與輸出的功率耦合問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】功率解耦型波浪能發(fā)電裝置液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋波浪能開發(fā)及利用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種功率解耦型波浪能發(fā)電裝置液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在眾多類型的海洋波浪能發(fā)電設(shè)備中，液壓式波浪能發(fā)電裝置應(yīng)用非常廣泛，這主要是由于液壓傳動(dòng)系統(tǒng)具有傳動(dòng)功率大、結(jié)構(gòu)小、響應(yīng)速度快、可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速、易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，并且液壓系統(tǒng)的泵——馬達(dá)模式切換容易，非常適合應(yīng)用在海洋波浪能發(fā)電這種低速、大功率的設(shè)備中，目前國(guó)際上已成熟應(yīng)用的多個(gè)波浪能發(fā)電裝置均采用液壓傳動(dòng)作為動(dòng)力傳遞系統(tǒng)。但是，由于海洋波浪能的特點(diǎn)使得波浪能發(fā)電裝置傳動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的輸入端為低壓、大流量的功率輸入，且輸入功率為不穩(wěn)定、不連續(xù)甚至是快速突變的，這使得系統(tǒng)中液壓元件的效率降低，非常不利于對(duì)系統(tǒng)的控制作用。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外波浪能發(fā)電裝置中大多采用大容量蓄能器平穩(wěn)流量與壓力波動(dòng)實(shí)現(xiàn)輸入輸出功率的解耦。但大容量蓄能器存在著成本高、重量大，長(zhǎng)時(shí)間使用發(fā)生泄漏等不利因素，更主要的是低壓、大流量的功率輸入使得蓄能器的反映遲緩，且容易混入氣體，嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。上述缺陷不僅限制了液壓傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)功率的調(diào)節(jié)與控制作用，也增加了系統(tǒng)的不可靠性。
[0004]中國(guó)專利CN101737241A公開了一種“基于液壓傳動(dòng)的波浪發(fā)電蓄能穩(wěn)壓恒頻方法及其裝置”，該裝置主要依靠大容量蓄能器來(lái)吸收波浪變化引起的能量波動(dòng)，通過(guò)改變馬達(dá)排量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)；此種方法的調(diào)速范圍窄，不宜進(jìn)行平穩(wěn)速度控制，依然會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)組造成沖擊。因此，有必要設(shè)計(jì)一種全新的應(yīng)用于波浪能發(fā)電裝置中的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及其控制方法，在不增大容量的前提下充分發(fā)揮蓄能器蓄能、吸收壓力/流量脈動(dòng)的作用，并實(shí)現(xiàn)輸入與輸出功率的解耦。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種功率解耦型波浪能發(fā)電裝置液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及其控制方法，根據(jù)液壓變壓的原理，將低壓、大流量的輸入功率轉(zhuǎn)換為高壓、小流量的輸出功率，提高液壓元件的工作效率；本發(fā)明的控制方法能夠根據(jù)不同的工作海況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在合理的范圍內(nèi)變化，同時(shí)使用高壓皮囊式蓄能器進(jìn)一步平穩(wěn)壓力波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)變壓網(wǎng)絡(luò)到準(zhǔn)恒壓網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換，解決波浪能發(fā)電裝置傳動(dòng)系統(tǒng)輸入與輸出的功率耦合問(wèn)題。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種具有功率解耦能力的波浪能發(fā)電裝置液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，包括浮筒、和通過(guò)萬(wàn)向鉸鏈A與浮筒相連液壓缸，浮筒在波浪驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)液壓缸輸出和吸入壓力油，壓力油通過(guò)液壓管路流入到液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)包括液壓馬達(dá)Ml、聯(lián)軸器B、變量泵、液壓馬達(dá)M2和油箱；其特征在于，液壓缸的上行腔和下行腔上安有起安全限壓作用的壓力保護(hù)單元，壓力保護(hù)單元與位于液壓管路中的液壓整流橋路相連，液壓整流橋路將雙向液壓油轉(zhuǎn)換為單一方向泵入液壓馬達(dá)Ml中；所述的液壓馬達(dá)Ml通過(guò)聯(lián)軸器B與變量泵同軸安裝，變量泵輸送的高壓油驅(qū)動(dòng)另一個(gè)液壓馬達(dá)M2轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓馬達(dá)M2通過(guò)聯(lián)軸器A帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，變量泵輸送的低壓油驅(qū)動(dòng)流回油箱中，在此油路中安裝單向閥Cl和單向閥C2保證變量泵轉(zhuǎn)速下降時(shí)不產(chǎn)生液壓油倒吸現(xiàn)象，并且此油路中安裝起吸收壓力、流量脈動(dòng)和穩(wěn)定功率輸出作用的高壓皮囊式蓄能器；在液壓馬達(dá)M2的出油口安裝單向閥C3，主要防止馬達(dá)轉(zhuǎn)速下降時(shí)產(chǎn)生液壓油倒吸現(xiàn)象；所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、聯(lián)軸器A和發(fā)電機(jī)均位于水下艙體中，水下艙體通過(guò)萬(wàn)向鉸鏈B與液壓缸相連。
[0008]上述的壓力保護(hù)單元包括單向閥S1、單向閥S2、溢流閥Rl和溢流閥R2，單向閥SI和溢流閥Rl對(duì)液壓缸的上行腔起安全限壓作用，當(dāng)上行腔A 口壓力高于溢流閥Rl的調(diào)定壓力時(shí)，溢流閥Rl導(dǎo)通，高壓油回流到低壓腔A 口；單向閥S2和溢流閥R2對(duì)液壓缸的下行腔B 口壓力起安全限壓作用。
[0009]上述的液壓整流橋路包括單向閥K1、單向閥K2、單向閥K3和單向閥K4，當(dāng)液壓缸的活塞桿向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，高壓油通過(guò)單向閥K3驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)Ml，而低壓油通過(guò)單向閥K2流回液壓缸下行腔B 口的；當(dāng)液壓缸的活塞桿向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，高壓油通過(guò)單向閥K4驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)M1，而低壓油通過(guò)單向閥Kl返回液壓缸的上行腔A 口。
[0010]上述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)還包括具有輸入功率與輸出功率解稱作用的變量機(jī)構(gòu)、電磁節(jié)流閥和測(cè)速泵，變量機(jī)構(gòu)安裝于 變量泵上，測(cè)速泵與變量泵同軸安裝，液壓缸上安有電磁節(jié)流閥，測(cè)速泵自動(dòng)地輸出與轉(zhuǎn)速成比例的控制流量，并在電磁節(jié)流閥上產(chǎn)生控制壓差。
[0011]上述的液壓馬達(dá)Ml和變量泵同軸安裝構(gòu)成液壓變壓器，將低壓、大流量的輸入轉(zhuǎn)換為高壓、小流量的輸出，液壓變壓比λ計(jì)算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種具有功率解耦能力的波浪能發(fā)電裝置液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，包括浮筒(I)和液壓缸(3)，二者通過(guò)萬(wàn)向鉸鏈A(2)相連；液壓缸通過(guò)萬(wàn)向鉸鏈B(4)與水下艙體(6)相連，水下艙體(6)中具有液壓傳動(dòng)系統(tǒng)(7)、聯(lián)軸器A(S)和發(fā)電機(jī)(9);其特征在于，液壓缸的上行腔和下行腔上安有起安全限壓作用的壓力保護(hù)單元，壓力保護(hù)單元與位于液壓管路(5)中的液壓整流橋路相連，液壓整流橋路將雙向液壓油轉(zhuǎn)換為單一方向泵入液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的液壓馬達(dá)Ml (18)中；所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)包括液壓馬達(dá)Ml (18)、聯(lián)軸器B (19)、變量泵(20)、液壓馬達(dá)M2(21)和油箱(22)，液壓馬達(dá)Ml通過(guò)聯(lián)軸器B與變量泵同軸安裝，變量泵輸送的高壓油驅(qū)動(dòng)另一個(gè)液壓馬達(dá)M2轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓馬達(dá)M2通過(guò)聯(lián)軸器A帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，變量泵輸送的低壓油驅(qū)動(dòng)流回油箱中，在此油路中安裝單向閥Cl (23)和單向閥C2(24)保證變量泵轉(zhuǎn)速下降時(shí)不產(chǎn)生液壓油倒吸現(xiàn)象，并且此油路中安裝起吸收壓力、流量脈動(dòng)和穩(wěn)定功率輸出作用的高壓皮囊式蓄能器(25);在液壓馬達(dá)M2的出油口安裝防止馬達(dá)轉(zhuǎn)速下降時(shí)產(chǎn)生液壓油倒吸作用的單向閥C3 (30)。
2.如權(quán)利要求1所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的壓力保護(hù)單元包括單向閥SI (10)、單向閥S2 (12)、溢流閥Rl(Il)和溢流閥R2 (13)，液壓缸(3)的上行腔A 口端安裝單向閥SI和溢流閥Rl，液壓缸下行腔B 口端安裝單向閥S2和溢流閥R2。
3.如權(quán)利要求1所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的液壓整流橋路包括單向閥Kl (14)、單向閥K2 (15)、單向閥K3 (16)和單向閥K4 (17)，液壓缸(3)活塞桿向上運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的高壓油通過(guò)單向閥K3驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)Ml (18)，低壓油通過(guò)單向閥K2流回液壓缸下行腔B口 ；液壓缸活塞桿向下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的高壓油通過(guò)單向閥K4驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)M1，低壓油通過(guò)單向閥Kl返回液壓缸的上行腔A 口。
4.如權(quán)利要求1所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)還包括具有輸入功率與輸出功率解耦作用的變量機(jī)構(gòu)(26)、電磁節(jié)流閥(27)和測(cè)速泵(28)，變量機(jī)構(gòu)安裝于變量泵(20)上，測(cè)速泵與變量泵同軸安裝，液壓缸(3)上安有電磁節(jié)流閥。
5.如權(quán)利要求1所述的壓傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，液壓馬達(dá)Ml(18)和變量泵(20)同軸安裝構(gòu)成液壓變壓器，將低壓、大流量的輸入轉(zhuǎn)換為高壓、小流量的輸出；此輸出回路中安裝溢流閥(29)，溢流閥安裝在高壓皮囊式蓄能器(25)的出口，其泄油口與油箱(22)相連，用以消除壓力峰值，液壓變壓比λ計(jì)算公式為:
6.如權(quán)利要求1所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，測(cè)速泵(28)和變量泵(20)構(gòu)成發(fā)電機(jī)(9)的調(diào)速單元，啟動(dòng)測(cè)速泵可通過(guò)調(diào)節(jié)變量泵的排量Dp，抵消變量泵轉(zhuǎn)速O1變化對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω2產(chǎn)生的影響，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；計(jì)算公式如下所示:
7.—種權(quán)利要求1所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)設(shè)置主控制器的初始參數(shù):設(shè)置液壓馬達(dá)Ml(18)最高轉(zhuǎn)速、液壓馬達(dá)M2 (21)最高轉(zhuǎn)速、變量泵(20)最高轉(zhuǎn)速，調(diào)速增益Kv，調(diào)速發(fā)電機(jī)(9)運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍及最低和最高溫度； (2)測(cè)量5分鐘內(nèi)的平均波高Ha，與機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)的規(guī)定匹配波高Hm相比較:Ha〈Hm則變量泵與馬達(dá)脫開，變量泵空轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)不啟動(dòng)；Ha>Hm則啟動(dòng)發(fā)電機(jī)； (3)測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速:發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速即為液壓馬達(dá)M2的輸出轉(zhuǎn)速ω2，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在I分鐘內(nèi)持續(xù)大于或小于額定轉(zhuǎn)速并超出了設(shè)定的發(fā)電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍，則調(diào)速單元進(jìn)行工作，啟動(dòng)測(cè)速泵(28)則可通過(guò)調(diào)節(jié)變量泵的排量Dp，抵消變量泵轉(zhuǎn)速《^變化對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω2產(chǎn)生的影響，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；計(jì)算公式如下所示:
【文檔編號(hào)】F15B20/00GK103967694SQ201410202970
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】崔曉, 程永強(qiáng), 初士博, 惠力, 魯成杰, 王志, 王成響 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所