双旋转阀芯整流式波浪能发电液压PTO系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双旋转阀芯整流式波浪能发电液压PTO系统及控制方法。液压PTO系统的单出杆液压缸连通双旋转阀芯整流模块、高压油路部分、发电模块、低压油路部分后再连通单出杆液压缸；单出杆液压缸的活塞杆上安装位移传感器并连接机械浮子，机械浮子漂浮在水面上。方法包括：将系统置于波浪中，系统的机械浮子在波浪下往复运动带动活塞杆运动，最终通过发电机将电能输出。本发明专利技术通过双旋转阀芯整流模块进行平稳高效整流，并实现发电机相对恒定的转速和输出电压，减小对系统主油路的冲击，使得更加稳定和易于控制，减小了能量损耗，提高了系统的捕能效率；同时使得活塞杆能顺利突破死区，有效延长系统工作时间，进一步提高系统发电效率。发电效率。发电效率。

【技术实现步骤摘要】
双旋转阀芯整流式波浪能发电液压PTO系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及了一种液压PTO系统，具体涉及一种双旋转阀芯整流式波浪能发电液压PTO系统及控制方法。

技术介绍

[0002]波浪能是海洋能的一种，是可再生的清洁能源。开发和利用海洋波浪能对于可持续发展意义重大。
[0003]捕能系统(Power Take
‑
Off System,PTO)是波浪能转换装置的重要组成部分，液压PTO系统具有功率密度比大、低频力矩大、自润滑、易于自动化控制等优点，并可有效防止过载，应用最为广泛。当前大多数液压PTO系统主回路通常由单出杆液压缸、单向阀整流模块、高低压蓄能器、液压马达和发电机等组成。基本原理是通过波浪驱动机械浮子带动液压缸活塞杆往复运动，经单向阀整流令主油路中的油液进行单向流动，液压马达将单向流动油液的液压能转换成旋转机械能，发电机继而将旋转机械能转换成电能输出。
[0004]但是当前单向阀整流式液压PTO系统存在一些问题，由于单出杆液压缸的长度比双出杆液压缸短，适用于长行程，因此当前大多数液压PTO系统普遍采用单出杆液压缸作为执行机构。考虑到单出杆液压缸是非对称结构，而单向阀又属于对称结构，导致两个方向上运动的动态特性存在差异，若不能得到有效的补偿，一方面会产生一定的冲击，影响液压PTO系统的稳定性，另一方面会损失一部分的捕获能量，降低液压PTO系统的捕能效率。同时，当系统启动或反向运动活塞瞬时速度降为零时，若波浪力达不到一定阈值，液压缸中的油液压力很难轻易地克服单向阀的背压以及液压缸本身的摩擦力。因此，现有液压PTO系统在液压缸活塞速度为零的时刻很容易陷入死区，从而降低液压PTO的工作时长，影响发电效率。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术所提供一种双旋转阀芯整流式波浪能发电液压PTO系统及控制方法，通过双旋转阀芯组成的新型整流模块对主油路中的油液进行平稳高效整流令其单向流动，以减小前期压力冲击增强系统的稳定性，同时有效避免系统陷入死区，提高发电效率。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一、一种双旋转阀芯整流式波浪能发电液压PTO系统：
[0008]液压PTO系统包括单出杆液压缸、双旋转阀芯整流模块、高压油路部分、低压油路部分、发电模块和控制器；单出杆液压缸的有杆腔的进出油口依次连通双旋转阀芯整流模块、高压油路部分、发电模块、低压油路部分后再经双旋转阀芯整流模块连通至单出杆液压缸的无杆腔的进出油口；发电模块电连接外部用电设备；单出杆液压缸的有杆腔内的活塞杆上安装有位移传感器，活塞杆的伸出端连接机械浮子，机械浮子漂浮在水面上；控制器电连接位移传感器、双旋转阀芯整流模块、高压油路部分和低压油路部分。
[0009]机械浮子随着波浪的随机起伏不停地上下振荡，进而驱动单出杆液压缸的活塞杆往复运动，位移传感器获取活塞杆的运动速度和加速度等信息并传输至控制器中。
[0010]所述的高压油路部分沿液压PTO系统中的液压油的传输方向包括依次连通的第一截止阀、第一流量计、高压蓄能器模块、电液比例溢流调速阀和第二流量计，第一截止阀的输入端连通双旋转阀芯整流模块，第二流量计的输出端连通发电模块的输入端，第二流量计和发电模块之间连接有第二压力传感器；所述的低压油路部分沿液压PTO系统中的液压油的传输方向包括依次连通的液压油液污染监测模块、低压蓄能器模块和第二截止阀，液压油液污染监测模块的输入端连通发电模块的输出端，第二截止阀的输出端连通双旋转阀芯整流模块，发电模块和液压油液污染监测模块之间连接有第三压力传感器；第一流量计、高压蓄能器模块、电液比例溢流调速阀、第二流量计、第二压力传感器、第三压力传感器、液压油液污染监测模块、低压蓄能器模块均电连接控制器。
[0011]所述的液压PTO系统还包括第一调压油路、卸载油路和第二调压油路，第一调压油路的输入端连通在第一截止阀的输出端和第一流量计的输入端之间，第一调压油路的输出端连通在低压蓄能器的输入端和液压油液污染监测模块的输出端之间，第一调压油路上设有安全阀，安全阀的两端的工艺孔上分别设有液压堵头；卸载油路和第二调压油路的输入端均依次连通在高压蓄能器模块的输入端和电液比例溢流调速阀的输入端之间，第二调压油路和卸载油路的输出端均依次连通在发电模块的输出端和液压油液污染监测模块输入端之间，卸载油路和第二调压油路上分别设有第三电磁阀和比例溢流阀；第三电磁阀和比例溢流阀均电连接控制器。
[0012]高压油路部分和低压油路部分组成了系统的主油路部分，且该油路为闭式油路，油液充入后便可在其中循环。第一调压油路用于设定整个液压PTO系统的最高油液压力，在液压PTO系统中起安全保护作用，当系统压力超过设定值时，安全阀打开，将液压PTO系统中的油液压力卸载，从而保证液压PTO系统不因压力过高而发生事故；卸载油路用于在高压蓄能器模块的高压蓄能器蓄能达到一定压力之前避免液压油进入到发电模块的液压马达当中导致液压PTO系统做无用功，实现间歇式平稳发电；第二调压油路用于设定发电模块的液压马达工作在最高油液压力，当工作压力超过设定值时，比例溢流阀打开，将液压PTO系统中的油液压力卸载，从而保证液压马达不因压力过高而发生损坏。
[0013]所述的双旋转阀芯整流模块包括第一旋转电机、第一旋转阀芯、第二旋转电机和第二旋转阀芯，第一旋转电机和第二旋转电机的输出轴分别连接第一旋转阀芯和第二旋转阀芯；第一旋转阀芯和第二旋转阀芯均分别包括三个工作位，第一旋转阀芯的第二工作位在第一工作位和第三工作位之间，第一旋转阀芯的第一工作位靠近第一旋转电机，第二旋转阀芯的第二工作位在第一工作位和第三工作位之间，第二旋转阀芯的第一工作位靠近第二旋转电机；第一旋转阀芯和第二旋转阀芯的第二工作位均关闭，即第二工作位的油口均处于关闭状态，不与任何油路连通，用于系统保压；第一旋转阀芯和第二旋转阀芯的第一工作位和第三工作位均分别有一个进出油口，第一旋转阀芯和第二旋转阀芯的第一工作位的进出油口均连通高压油路部分的第一截止阀的输入端，第一旋转阀芯和第二旋转阀芯的第三工作位的进出油口均连通底压油路部分的第二截止阀的输出端。
[0014]当单出杆液压缸的活塞杆向上运动，第一旋转阀芯处于第一工作位，第二旋转阀芯处于第三工作位，单出杆液压缸的有杆腔高压油液经第一旋转阀芯的第一工作位进出油
口输入至高压油路部分，低压油路部分的低压油液经第二旋转阀芯的第三工作位流入单出杆液压缸的无杆腔；当单出杆液压缸的活塞杆向下运动，第一旋转阀芯处于第三工作位，第二旋转阀芯处于第一工作位，单出杆液压缸的无杆腔高压油液经第二旋转阀芯的第一工作位进出油口输入至高压油路部分，低压油路部分的低压油液经第一旋转阀芯的第三工作位流入单出杆液压缸的有杆腔；第一旋转电机和第二旋转电机均电连接控制器。
[0015]所述的高压蓄能器模块包括第一电磁阀、高压蓄能器和第一压力传感器，第一电磁阀的输入端连通在第一流量计的输出端和卸载油路的第三电磁阀的输入端之间，第一电磁阀的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双旋转阀芯整流式波浪能发电液压PTO系统，其特征在于：包括单出杆液压缸(1)、双旋转阀芯整流模块(2)、高压油路部分、低压油路部分、发电模块和控制器；单出杆液压缸(1)的有杆腔的进出油口依次连通双旋转阀芯整流模块(2)、高压油路部分、发电模块、低压油路部分后再经双旋转阀芯整流模块(2)连通至单出杆液压缸(1)的无杆腔的进出油口；发电模块电连接外部用电设备；单出杆液压缸(1)的有杆腔内的活塞杆上安装有位移传感器(1b)，活塞杆的伸出端连接机械浮子(1a)，机械浮子(1a)漂浮在水面上；控制器电连接位移传感器(1b)、双旋转阀芯整流模块(2)、高压油路部分和低压油路部分。2.根据权利要求1所述的一种双旋转阀芯整流式波浪能发电液压PTO系统，其特征在于：所述的高压油路部分沿液压PTO系统中的液压油的传输方向包括依次连通的第一截止阀(4a)、第一流量计(8a)、高压蓄能器模块、电液比例溢流调速阀(16)和第二流量计(8b)，第一截止阀(4a)的输入端连通双旋转阀芯整流模块(2)，第二流量计(8b)的输出端连通发电模块的输入端，第二流量计(8b)和发电模块之间连接有第二压力传感器(7b)；所述的低压油路部分沿液压PTO系统中的液压油的传输方向包括依次连通的液压油液污染监测模块、低压蓄能器模块和第二截止阀(4b)，液压油液污染监测模块的输入端连通发电模块的输出端，第二截止阀(4b)的输出端连通双旋转阀芯整流模块(2)，发电模块和液压油液污染监测模块之间连接有第三压力传感器(7c)；第一流量计(8a)、高压蓄能器模块、电液比例溢流调速阀(16)、第二流量计(8b)、第二压力传感器(7b)、第三压力传感器(7c)、液压油液污染监测模块、低压蓄能器模块均电连接控制器；所述的液压PTO系统还包括第一调压油路、卸载油路和第二调压油路，第一调压油路的输入端连通在第一截止阀(4a)的输出端和第一流量计(8a)的输入端之间，第一调压油路的输出端连通在低压蓄能器的输入端和液压油液污染监测模块的输出端之间，第一调压油路上设有安全阀(3)，安全阀(3)的两端分别设有液压堵头(9)；卸载油路和第二调压油路的输入端均依次连通在高压蓄能器模块的输入端和电液比例溢流调速阀(16)的输入端之间，第二调压油路和卸载油路的输出端均依次连通在发电模块的输出端和液压油液污染监测模块输入端之间，卸载油路和第二调压油路上分别设有第三电磁阀(5c)和比例溢流阀(15)；第三电磁阀(5c)和比例溢流阀(15)均电连接控制器(19)。3.根据权利要求2所述的一种双旋转阀芯整流式波浪能发电液压PTO系统，其特征在于：所述的双旋转阀芯整流模块(2)包括第一旋转电机(2a1)、第一旋转阀芯(2a2)、第二旋转电机(2b1)和第二旋转阀芯(2b2)，第一旋转电机(2a1)和第二旋转电机(2b1)的输出轴分别连接第一旋转阀芯(2a2)和第二旋转阀芯(2b2)；第一旋转阀芯(2a2)和第二旋转阀芯(2b2)均分别包括三个工作位，第一旋转阀芯(2a2)的第二工作位在第一工作位和第三工作位之间，第一旋转阀芯(2a2)的第一工作位靠近第一旋转电机(2a1)，第二旋转阀芯(2b2)的第二工作位在第一工作位和第三工作位之间，第二旋转阀芯(2b2)的第一工作位靠近第二旋转电机(2b1)；第一旋转阀芯(2a2)和第二旋转阀芯(2b2)的第二工作位均关闭；第一旋转阀芯(2a2)和第二旋转阀芯(2b2)的第一工作位和第三工作位均分别有一个进出油口，第一旋转阀芯(2a2)和第二旋转阀芯(2b2)的第一工作位的进出油口均连通高压油路部分的第一截止阀(4a)的输入端，第一旋转阀芯(2a2)和第二旋转阀芯(2b2)的第三工作位的进出油口均连通底压油路部分的第二截止阀(4b)的输出端；当单出杆液压缸(1)的活塞杆向上运动，第一旋转阀芯(2a2)处于第一工作位，第二旋
转阀芯(2b2)处于第三工作位，单出杆液压缸(1)的有杆腔高压油液经第一旋转阀芯(2a2)的第一工作位进出油口输入至高压油路部分，低压油路部分的低压油液经第二旋转阀芯(2b2)的第三工作位流入单出杆液压缸(1)的无杆腔；当单出杆液压缸(1)的活塞杆向下运动，第一旋转阀芯(2a2)处于第三工作位，第二旋转阀芯(2b2)处于第一工作位，单出杆液压缸(1)的无杆腔高压油液经第二旋转阀芯(2b2)的第一工作位进出油口输入至高压油路部分，低压油路部分的低压油液经第一旋转阀芯(2a2)的第三工作位流入单出杆液压缸(1)的有杆腔；第一旋转电机(2a1)和第二旋转电机(2b1)均电连接控制器。4.根据权利要求2所述的一种双旋转阀芯整流式波浪能发电液压PTO系统，其特征在于：所述的高压蓄能器模块包括第一电磁阀(5a)、高压蓄能器(6a)和第一压力传感器(7a)，第一电磁阀(5a)的输入端连通在第一流量计(8a)的输出端和卸载油路的第三电磁阀(5c)的输入端之间，第一电磁阀(5a)的输出端连通高压蓄能器(6a)，第一压力传感器(7a)连接在第一电磁阀(5a)和高压蓄能器(6a)之间；所述的低压蓄能器模块包括第二电磁阀(5b)和低压蓄能器(6b)，第二电磁阀(5b)的输入端连通在第二截止阀(4b)的输入端和第一调压油路的安全阀(3)的输出端之间，第二电磁阀(5b)的输出端连通低压蓄能器(6b)；第一电磁阀(5a)、第二电磁阀(5b)和第一压力传感器(7a)均电连接控制器(19)。5.根据权利要求2所述的一种双旋转阀芯整流式波浪能发电液压PTO系统，其特征在于：所述的液压油液污染监测模块包括冷却器(10)、两个过滤器(11)、两个测压接头(12)、第一单向阀(13a)、第二单向阀(13b)和在线污染监测仪(14)，两个测压接头(12)连接在第一调压油路的安全阀(3)的输出端和卸载油路的第三电磁阀(5c)的输出端之间；两个测压接头(12)沿液压PTO系统中的液压油的传输方向依次连通两个过滤器(11)和冷却器(10)；两个测压接头(12)之间还连通有第一单向阀(13a)和第二单向阀(13b)，第一单向阀(13a)的输入端和输出端分别连通第二单向阀(13b)的输出端和输入端，第一单向阀(13a)的导通方向和沿液压PTO系统中的液压油的传输方向相同，第二单向阀(13b)的导通方向和沿液压PTO系统中的液压油的传输方向相反；两个测压接头(12)之间还连通有在线污染监测仪(14)；在线污染监测仪(14)电连接控制器(19)。6.根据权利要求2所述的一种双旋转阀芯整流式波浪能发电液压PTO系统，其特征在于：所述的发电模块包括第三单向阀(13c)、液压马达(17)和发电机(18)，液压马达(17)的输入端和输出端分别连通第二流量计(8b)的输出端和第二调压油路的比例溢流阀(15)的输出端之间；液压马达(17...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱鹏，王涛，张大海，李成龙，
申请(专利权)人：海南浙江大学研究院，
类型：发明
国别省市：