浅析液压传动的海洋波浪换能系统功率解耦特性研究

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1、２０１４年１２月机床与液压Ｄｅｃ?２０１４第４２卷第２３期ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＶｏｌ?４２Ｎｏ?２３ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ?ｉｓｓｎ?１００１－３８８１?２０１４?２３?０１４基于液压传动的海洋波浪换能系统功率解耦特性研究崔晓，程永强（山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东青岛２６６００１）摘要：海洋波浪能分布广、储量大、能流密度高，属于清洁可再生的优质能源，但由于波浪能输入功率不稳定且传动系统输入与输出功率的耦合等问题限制了其应用。分析了海洋波浪换能技术的特点和需求，提出一种基于液压传动的换能

2、装置系统传动方案，该方案应用液压变压器的原理通过对变压网络到恒压网络的转换，实现了传动系统输入与输出的功率解耦，同时并联大容量蓄能器吸收系统中的压力和流量脉动，从而得到系统不同工况下的平稳、恒速输出。建立了该传动系统的数学模型并进行了仿真研究，结果表明：该系统可以为实现海洋波浪换能装置恒频、稳压的发电要求提供一种可能。关键词：波浪换能；功率解耦；液压传动系统中图分类号：Ｐ７４３?２；ＴＨ１３７?３１文献标识码：Ａ文章编号：１００１－３８８１（２０１４）２３－０５５－５ＳｔｕｄｙｏｆＰｏｗｅｒＤｅｃｏｕｐｌｉｎｇＰｒｏｐｅ

3、ｒｔｉｅｓｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＰｏｗｅｒＴａｋｅ⁃ｏｆｆＳｙｓｔｅｍｉｎＯｃｅａｎＷａｖｅＣｏｎｖｅｒｔｅｒＣＵＩＸｉａｏ，ＣＨＥＮＧＹｏｎｇｑｉａｎｇ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｃｅａｎｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＳＤＡＳ，ＱｉｎｇｄａｏＳｈａｎｄｏｎｇ２６６００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓａｋｉｎｄｏｆｏｃｅａｎｅｎｅｒｇｙ，ｗａｖｅｅｎｅｒｇｙｉｓａｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ，ａｂｕｎｄａｎｔａｎｄｈｉｇｈｌｙｅｎｅｒｇｙｆｌｕ

4、ｘｄｅｎｓｉｔｙ．Ｂｕｔｔｈｅｅｘｔｒａｃｔｉｎｇｅｎｅｒｇｙｆｒｏｍｗａｖｅｓｉｓｌｉｍｉｔｅｄｆｏｒｉｔｓｕｎｓｔａｂｌｅｐｏｗｅｒｉｎｐｕｔａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｗｉｔｈｉｎｐｕｔ⁃ｏｕｔｐｕｔｐｏｗ⁃ｅｒｃｏｕｐｌｉｎｇ．Ｔｈｅｍａｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｓａｎｄｎｅｅｄｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄａｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｃｈｅｍｅｆｏｒｔｈｅｐｏｗｅｒｔａｋｅｏｆｆｓｙｓｔｅｍｗａｓｐｒｏ⁃ｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｐｒｉｎｃｉｐｌｅｗａｓａｐｐ

5、ｌｉｅｄｉｎｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｉｒｃｕｉｔｔｏａｃｈｉｅｖｅｖａｒｉａｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｎｅｔｗｏｒｋｔｏｃｏｎｓｔａｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｐｏｗｅｒｉｎｐｕｔ⁃ｏｕｔｐｕｔｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ．Ｌａｒｇｅｃａｐａｃｉｔｙａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｗａｓｉｎｓｔａｌｌｅｄｉｎｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｔｏａｂｓｏｒｂｓｙｓｔｅｍｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｆｌｏｗｐｕｌｓａｔｉｏｎ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ａｃｏｎｓｔａｎｔｐｏｗｅｒａｎｄｓｐｅｅｄｏｕｔｐｕｔｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔ

6、ｓｅａｓｔａｔｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｏｗｅｒｔａｋｅｏｆｆｓｙｓｔｅｍｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｔｉｓｐｏｓｓｉｂｌｅｔｏｏｂｔａｉｎａｃｏｎｓｔａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｓｍｏｏｔｈｖｏｌｔａｇｅｏｕｔｐｕｔｆｒｏｍａｏｃｅａｎｗａｖｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｏｃｅａｎｗａｖｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；Ｐｏｗｅｒｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ；Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｏｗｅｒｔａｋｅｏｆｆ

7、ｓｙｓｔｅｍ０前言成熟及海洋环境的恶劣性，成本较高。液压传动具有海洋波浪能是以机械能形式存在于海水中的取之传动功率大、结构小、响应速度快、可以实现无级变不尽的可再生能源，它是包括潮汐能、海流能、波浪速等优点，且易实现过载保护，非常适合低速、大扭能、温差能、盐差能等在内的海洋能中品位最高的能矩的场合应用，已成为波浪换能装置的首选传动方［１］［２］量。海洋波浪换能装置的作用是把俘获的波浪能转式。基于这一原理的海洋波浪换能系统主要由能量换为某种特定形式的机械能或液压能。根据海洋波浪捕获装置、液压泵、液压马达、蓄能器、流量及压力

8、的特点，一般波浪捕获装置要求在低速、变速、大扭控制单元等元件组成。能量捕获装置将波浪能转换为矩的工况下运行，而发电设备要求在较高的转速下单不稳定的机械能并驱动液压泵工作，泵输出液压能并向恒速旋转运动，这就要求换能系统能够实现增速、经由流量控制单元整流为单一方向的液压能。压力控功率传递和控制等功能。根据国内外目前的研究