本發(fā)明屬于流量控制和波浪能發(fā)電浮標(biāo)，具體涉及一種主動式腔內(nèi)流體流量控制系統(tǒng)、方法及波浪能發(fā)電浮標(biāo)。
背景技術(shù)：
1、隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，資源和能源問題成為重要的制約因素。波浪能作為一種綠色環(huán)保、儲量豐富、能流密度高的海洋可再生能源，加強對波浪能利用技術(shù)的開發(fā)，對緩解能源緊張問題、改善能源供給結(jié)構(gòu)、促進社會和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
2、目前，已有現(xiàn)有技術(shù)提出了以液體為能量傳遞載體的新型振蕩浮子式波浪能發(fā)電方法，該方法不僅具有傳統(tǒng)ob技術(shù)進行高效波浪能俘獲的優(yōu)點，同時以裝置內(nèi)部的流體（水或油）為能量傳遞載體，簡化機械傳動結(jié)構(gòu)，使裝置具有更高的可靠性和更強的抗極端海況能力。例如公開號為cn118008670a的中國發(fā)明專利提出了一種多級密封的腔內(nèi)流體循環(huán)波浪能發(fā)電組件，該發(fā)明會導(dǎo)致作用在發(fā)電機端的液體流速不均勻，影響發(fā)電效率。例如公開號為cn118601785a的中國發(fā)明專利提出了一種基于腔內(nèi)流體動勢能轉(zhuǎn)換的波浪能發(fā)電浮標(biāo)及方法，該發(fā)明是一種被動式的控制方法，其控制效果差，轉(zhuǎn)化效率低，存在較大的能量損失，并且無法適應(yīng)極端波況條件。
3、上述現(xiàn)有技術(shù)中公開的以液體為能量傳遞載體的新型振蕩浮子式波浪能發(fā)電方法，在工況變化范圍大的系統(tǒng)中，其性能會大幅下降，其裝置對外部干擾因素的抵抗能力較差，難以實現(xiàn)精確的流量調(diào)節(jié)，因而使得平均的轉(zhuǎn)換效率較為低下。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種主動式腔內(nèi)流體流量控制系統(tǒng)、方法及波浪能發(fā)電浮標(biāo)，用以解決或改善現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
3、本發(fā)明提供一種主動式腔內(nèi)流體流量控制系統(tǒng)，包括液體腔室、發(fā)電組件、反饋組件、執(zhí)行器和控制單元，所述液體腔室裝有液體的主腔室、上輔助腔室和下輔助腔室，所述主腔室由彈性膜分隔成上半主腔室和下半主腔室，所述彈性膜的中心固定連接有能夠上下運動的驅(qū)動桿，所述驅(qū)動桿的一端貫穿主腔室且二者之間滑動密封配合；所述發(fā)電組件包括第一液力發(fā)電機和第二液力發(fā)電機，所述反饋組件包括第一流量傳感器和第二流量傳感器，所述執(zhí)行器包括兩位三通電磁閥和氣體電磁閥，所述控制單元分別與第一流量傳感器、第二流量傳感器、兩位三通電磁閥和氣體電磁閥電性連接；
4、所述上半主腔室和下半主腔室的出液口均通過第一液體管道與上輔助腔室的進液口相連通，所述第一流量傳感器用于反饋第一液體管道的流量大小，所述上輔助腔室的出液口通過第二液體管道與兩位三通電磁閥的進液口相連通，所述第二流量傳感器用于反饋第二液體管道的流量大小，所述兩位三通電磁閥的第一出液口通過第三液體管道與第一液力發(fā)電機的進液口相連通，所述第三液體管道的直徑大于第一液體管道的直徑，所述兩位三通電磁閥的第二出液口通過第四液體管道與第二液力發(fā)電機的進液口相連通，所述第四液體管道的直徑小于第一液體管道的直徑，所述兩位三通電磁閥用于主動控制第三液體管道和第四液體管道的開啟和關(guān)閉，所述第一液力發(fā)電機和第二液力發(fā)電機的出液口均通過第五液體管道與下輔助腔室的進液口相連通，所述下輔助腔室的出液口通過第六液體管道分別與上半主腔室和下半主腔室的進液口相連通，所述上輔助腔室的通氣口通過氣體管道與下輔助腔室的通氣口相連通，所述氣體電磁閥用于主動控制氣體管道的開啟和關(guān)閉。
5、優(yōu)選地，所述第一流量傳感器設(shè)置在上輔助腔室的進液口處或第一液體管道上，所述第二流量傳感器設(shè)置在上輔助腔室的出液口處或第二液體管道上，所述氣體電磁閥設(shè)置在上輔助腔室的通氣口處、下輔助腔室的通氣口處或氣體管道上。
6、優(yōu)選地，所述上半主腔室和下半主腔室的出液口均設(shè)有出液單向閥，所述上半主腔室和下半主腔室的進液口均設(shè)有進液單向閥。
7、優(yōu)選地，所述驅(qū)動桿的上端設(shè)置有固定座，所述固定座與彈性膜固定連接，所述固定座和上半主腔室的頂部之間連接有彈簧，所述驅(qū)動桿的下端貫穿下半主腔室的底部。
8、本發(fā)明還提供一種主動式腔內(nèi)流體流量控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：
9、s1、利用第一流量傳感器監(jiān)測預(yù)定波浪周期內(nèi)上輔助腔室的測試液體輸入流量，并據(jù)此設(shè)定兩位三通電磁閥的開啟與關(guān)閉流量條件范圍：上限為qa，下限為qb；
10、s2、利用第二流量傳感器監(jiān)測上輔助腔室自然釋放的測試液體輸出流量，并據(jù)此確定上輔助腔室和下輔助腔室之間的垂直高度差，同時設(shè)定氣體電磁閥在兩位三通電磁閥不同工作狀態(tài)下的開啟和關(guān)閉流量條件范圍：上限為，下限為qci；
11、s3、利用第一流量傳感器監(jiān)測上輔助腔室的實時液體輸入流量，計算預(yù)定波浪周期內(nèi)上輔助腔室的平均實時液體輸入流量；
12、s4、判斷預(yù)定波浪周期內(nèi)上輔助腔室的平均實時液體輸入流量是否位于兩位三通電磁閥的開啟與關(guān)閉流量條件范圍內(nèi)：若平均實時液體輸入流量大于qa，則控制兩位三通電磁閥的進液口與第一出液口、第二出液口均連通，此時打開第三液體管道和第四液體管道；若平均實時液體輸入流量位于qb和qa之間，則控制兩位三通電磁閥的進液口僅與第一出液口連通，此時只打開第三液體管道，關(guān)閉第四液體管道；若平均實時液體輸入流量小于qb，則控制兩位三通電磁閥的進液口僅與第二出液口連通，此時只打開第四液體管道，關(guān)閉第三液體管道；
13、s5、判斷預(yù)定波浪周期內(nèi)上輔助腔室的平均實時液體輸入流量是否位于氣體電磁閥在兩位三通電磁閥對應(yīng)工作狀態(tài)下的開啟和關(guān)閉流量條件范圍內(nèi)，若平均實時液體輸入流量位于qci和之間，則控制氣體電磁閥關(guān)閉，此時關(guān)閉氣體管道；若平均實時液體輸入流量不位于qci和之間，則控制氣體電磁閥打開，此時打開氣體管道；
14、s6、對發(fā)電組件的功率進行監(jiān)測，判斷是否需要持續(xù)發(fā)電：若需要持續(xù)發(fā)電，則返回步驟s3；若不需要持續(xù)發(fā)電，則停止發(fā)電。
15、本發(fā)明還提供一種包含主動式腔內(nèi)流體流量控制系統(tǒng)的波浪能發(fā)電浮標(biāo)，包括中空的浮標(biāo)本體，所述主動式腔內(nèi)流體流量控制系統(tǒng)設(shè)置于浮標(biāo)本體的空腔內(nèi)，所述浮標(biāo)本體的底板中心開設(shè)有驅(qū)動通孔，所述驅(qū)動桿的下端貫穿驅(qū)動通孔后連接有配重裝置，所述驅(qū)動桿與驅(qū)動通孔滑動密封配合。
16、優(yōu)選地，所述驅(qū)動通孔內(nèi)開設(shè)有環(huán)槽，所述環(huán)槽內(nèi)安裝有密封圈，所述驅(qū)動桿與密封圈滑動配合。
17、優(yōu)選地，所述配重裝置包括限動板、鎖鏈和重物，所述驅(qū)動桿的下端與限動板固定連接，所述限動板通過鎖鏈連接重物。
18、優(yōu)選地，所述限動板的頂面中心固定設(shè)置有帽形柱，所述帽形柱的中心開設(shè)有內(nèi)螺紋孔，所述驅(qū)動桿的下部設(shè)置有與內(nèi)螺紋孔相配合的外螺紋桿部。
19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
20、本發(fā)明的主動式腔內(nèi)流體流量控制系統(tǒng)通過第一流量傳感器、第二流量傳感器、兩位三通電磁閥、氣體電磁閥、第一液力發(fā)電機、第二液力發(fā)電機以及第一液體管道、直徑比第一液體管道大的第三液體管道和直徑比第一液體管道小的第四液體管道的配合，能夠根據(jù)上半主腔室的液體輸入流量大小，通過兩位三通電磁閥控制第三液體管道和第四液體管道的開啟與關(guān)閉，同時通過氣體電磁閥控制氣體管道的開啟與關(guān)閉，進而調(diào)節(jié)上輔助腔室內(nèi)的壓強，使上輔助腔室的液體輸出流量等于液體輸入流量，保持發(fā)電組件的液體輸入流速趨于穩(wěn)定，使發(fā)電組件的發(fā)電平穩(wěn)，充分利用上輔助腔室內(nèi)的液體勢能，提高動能-勢能轉(zhuǎn)化效率，發(fā)電高效、平穩(wěn)；
21、本發(fā)明包含主動式腔內(nèi)流體流量控制系統(tǒng)的波浪能發(fā)電浮標(biāo)能夠適應(yīng)不同波況，保證了主動式腔內(nèi)流體流量控制系統(tǒng)內(nèi)的液體能量在多波況下能夠及時地存儲和釋放，更大程度地利用波浪能，提高發(fā)電效率。