本發(fā)明屬于波浪能發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種基于波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的綜合特性曲線獲取方法。

背景技術(shù)：

波浪能作為一種清潔可再生能源，儲量大且源源不斷，通過波力發(fā)電裝置能夠給海島上的軍事設(shè)施和居民提供清潔電能。波力發(fā)電裝置的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由捕能系統(tǒng)和pto系統(tǒng)組成，捕能系統(tǒng)俘獲波浪能，將波浪能轉(zhuǎn)換成機械能，pto系統(tǒng)將機械能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的電能輸出，pto系統(tǒng)根據(jù)其傳動方式的不同，可分為液壓式、氣動式、液動式、機械傳動式、特殊電機式。

目前pto系統(tǒng)多采用液壓式，波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)一般包括液壓缸、液壓馬達(dá)、發(fā)電機、液壓油路以及各種用于蓄能、換向、調(diào)速和泄壓的液壓功能元件，液壓馬達(dá)與發(fā)電機的主軸連接，捕能系統(tǒng)將波浪能轉(zhuǎn)換成機械能并推動液壓缸的活塞桿往復(fù)運動，活塞桿的往復(fù)運動帶動液壓油在液壓油路內(nèi)運動從而推動液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動，液壓馬達(dá)通過主軸帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電能。

由于波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)在不同海況下活塞桿往復(fù)運動規(guī)律不同、得到的主油路中流量q不同，因此需要通過調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的排量v維持主軸轉(zhuǎn)速n為發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n0、通過發(fā)電機的矢量控制調(diào)節(jié)主軸的機械轉(zhuǎn)矩t從而穩(wěn)定液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp，進(jìn)而使pto系統(tǒng)工作在該流量和n0下的高效區(qū)，但是，現(xiàn)有的波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)沒有統(tǒng)一的綜合特性曲線指導(dǎo)其選型設(shè)計和運行控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的綜合特性曲線獲取方法，本發(fā)明提出并獲取的模型綜合特性曲線和運轉(zhuǎn)特性曲線可用于指導(dǎo)波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的選型設(shè)計和運行控制，實現(xiàn)波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)在復(fù)雜海況下連續(xù)高效的電能輸出。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的綜合特性曲線獲取方法，在波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)中，用測功機替換發(fā)電機后進(jìn)行能量實驗，確定不同主油路流量q、不同主軸轉(zhuǎn)速n和不同液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp下的運行效率η，在以液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp為縱坐標(biāo)、主軸轉(zhuǎn)速n為橫坐標(biāo)的δp-n直角坐標(biāo)系中作出模型綜合特性曲線，模型綜合特性曲線包括等排量線、等機械轉(zhuǎn)矩線和等效率線，在以主油路流量q為縱坐標(biāo)、液壓馬達(dá)出力n為橫坐標(biāo)的q-n直角坐標(biāo)系中作出運轉(zhuǎn)特性曲線，運轉(zhuǎn)特性曲線包括等效率線、最大流量線、最小流量線和出力限制線。

進(jìn)一步地，所述的波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)包括發(fā)電機、補油箱、主油路、支油路和兩個單作用單桿液壓缸，兩個單作用單桿液壓缸的無桿腔各自通過兩條支油路分別與主油路的進(jìn)、出口端連接，主油路上設(shè)有變排量液壓馬達(dá)、蓄能器和比例調(diào)速閥，變排量液壓馬達(dá)與發(fā)電機的主軸連接，連接主油路進(jìn)口端的支油路上均設(shè)有只能向主油路進(jìn)口端開啟的單向閥，連接主油路出口端的支油路上均設(shè)有只能向單作用單桿液壓缸的無桿腔開啟的單向閥，一個支油路上設(shè)有溢流閥，補油箱分別與主油路出口端和溢流閥連接，兩個單作用單桿液壓缸的活塞桿分別與一個齒條的兩端連接成一個整體，齒條與擺臂上的齒輪嚙合，擺臂設(shè)在船體上。

進(jìn)一步地，運行效率η＝測功機測得的液壓馬達(dá)出力m捕能系統(tǒng)輸入兩個單作用單桿液壓缸的機械功率。

進(jìn)一步地，獲取某一主油路流量q下的模型綜合特性曲線的步驟包括：

s1.繪制所述主油路流量q下的等機械轉(zhuǎn)矩線；

改變活塞桿往復(fù)運動規(guī)律，使主油路流量q穩(wěn)定在所述數(shù)值，設(shè)定若干個主軸機械轉(zhuǎn)矩數(shù)值并一一繪制各個數(shù)值對應(yīng)的等機械轉(zhuǎn)矩線，繪制時，維持主軸機械轉(zhuǎn)矩t在一個數(shù)值上不變，改變液壓馬達(dá)排量v從而得到不同主軸轉(zhuǎn)速n、液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp和運行效率η，在δp-n直角坐標(biāo)系中標(biāo)出所述數(shù)值的點，用光滑曲線將各點連接，即可在δp-n直角坐標(biāo)系中作出與所述主軸機械轉(zhuǎn)矩數(shù)值對應(yīng)的等機械轉(zhuǎn)矩線；

s2.繪制所述主油路流量q下的等排量線；

設(shè)定若干個液壓馬達(dá)排量數(shù)值并一一繪制各個數(shù)值對應(yīng)的等排量線，繪制時，使主油路流量q穩(wěn)定在所述數(shù)值，維持液壓馬達(dá)排量v在一個數(shù)值上不變，改變主軸機械轉(zhuǎn)矩t從而得到不同主軸轉(zhuǎn)速n、液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp和運行效率η，在δp-n直角坐標(biāo)系中標(biāo)出所述數(shù)值的點，用光滑曲線將各點連接，即可在δp-n直角坐標(biāo)系中作出與所述液壓馬達(dá)排量數(shù)值對應(yīng)的等排量線；

s3.繪制所述主油路流量q下的模型綜合特性曲線的等效率線；

設(shè)定若干個運行效率數(shù)值并一一繪制各個數(shù)值對應(yīng)的等效率線，繪制時，建立以運行效率η為縱坐標(biāo)、主軸轉(zhuǎn)速n為橫坐標(biāo)的η-n直角坐標(biāo)系，在η-n直角坐標(biāo)系中，作出不同機械轉(zhuǎn)矩t下運行效率η隨主軸轉(zhuǎn)速n變化的曲線以及運行效率η為某一數(shù)值的直線并且找到直線和各曲線交點對應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)速n和機械轉(zhuǎn)矩t，在δp-n直角坐標(biāo)系中通過橫坐標(biāo)n和等機械轉(zhuǎn)矩線找到所述運行效率數(shù)值對應(yīng)的點，在η-n直角坐標(biāo)系中，作出不同液壓馬達(dá)排量v下運行效率η隨主軸轉(zhuǎn)速n變化的曲線以及運行效率η為所述數(shù)值的直線并且找到直線和各曲線交點對應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)速n和液壓馬達(dá)排量v，在δp-n直角坐標(biāo)系中通過橫坐標(biāo)n和等排量線找到所述運行效率數(shù)值對應(yīng)的點，用光滑曲線將各點連接，即可在δp-n直角坐標(biāo)系中作出與所述運行效率數(shù)值對應(yīng)的等效率線。

進(jìn)一步地，運轉(zhuǎn)特性曲線的獲取基于各主油路流量q下的模型綜合特性曲線和波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)，步驟包括：

s1.繪制最大流量線和最小流量線；

根據(jù)發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n0以及液壓馬達(dá)排量v的上限vmax和下限vmin，得到最大流量qmax和最小流量qmin，在q-n直角坐標(biāo)系中作出兩條直線q＝qmax和q＝qmin，即為最大流量線和最小流量線；

s2.繪制運轉(zhuǎn)特性曲線的等效率線；

取最小流量qmin、主油路設(shè)計流量qr、最大流量qmax以及最小流量qmin和最大流量qmax之間的若干個主油路流量q，作出各主油路流量q下的模型綜合特性曲線，在每個模型綜合特性曲線中作一條直線n＝n0，直線n＝n0和所在模型綜合特性曲線的各等效率線相交于不同的點，求出各點對應(yīng)的液壓馬達(dá)出力n，在q-n直角坐標(biāo)系中，通過各點對應(yīng)的液壓馬達(dá)出力n和對應(yīng)的主油路流量q找到對應(yīng)點，將運行效率η相等的點用光滑曲線連接，即可在q-n直角坐標(biāo)系中作出運轉(zhuǎn)特性曲線的等效率線；

s3.繪制出力限制線；

出力限制線以主油路設(shè)計流量qr為界分為兩部分，當(dāng)最小流量qmin≤主油路流量q≤主油路設(shè)計流量qr時，液壓馬達(dá)出力n受液壓馬達(dá)進(jìn)出口設(shè)計壓差δpr限制，分別在主油路設(shè)計流量qr和最小流量qmin下的模型綜合特性曲線中找到點(n0，δpr)，分別求得點(n0，δpr)對應(yīng)的液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr以及在最小流量qmin、發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n0和液壓馬達(dá)進(jìn)出口設(shè)計壓差δpr下的液壓馬達(dá)出力n1，在q-n直角坐標(biāo)系中標(biāo)出點(qr，nr)和點(qmin，n1)并連成一條直線段，即為最小流量qmin≤主油路流量q≤主油路設(shè)計流量qr時的出力限制線，當(dāng)主油路設(shè)計流量qr≤主油路流量q≤最大流量qmax時，液壓馬達(dá)出力n受發(fā)電機容量限制，在q-n直角坐標(biāo)系中作出直線段n＝nr，即為主油路設(shè)計流量qr≤主油路流量q≤最大流量qmax時的出力限制線。

進(jìn)一步地，液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr(或稱發(fā)電機額定輸出功率)為波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)正常工作下能達(dá)到的最大出力，液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr根據(jù)捕能系統(tǒng)正常工作時能俘獲的最大波浪能確定；發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n0為波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)正常高效工作時維持的主軸轉(zhuǎn)速，根據(jù)所選發(fā)電機確定；液壓馬達(dá)進(jìn)出口設(shè)計壓差δpr為波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)正常高效工作時維持的液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp，當(dāng)液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp均經(jīng)過各流量下模型綜合特性曲線的高效區(qū)時，所述液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp為液壓馬達(dá)進(jìn)出口設(shè)計壓差δpr；主油路設(shè)計流量qr為液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr下波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)維持液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差為δpr、主軸轉(zhuǎn)速為n0時所對應(yīng)的流量，當(dāng)主油路流量q下模型綜合特性曲線的高效區(qū)能夠包圍點(n0，δpr)同時點(n0，δpr)對應(yīng)的出力正好為液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr時，所述主油路流量q為主油路設(shè)計流量qr。

進(jìn)一步地，繪制運轉(zhuǎn)特性曲線的等效率線時，取最小流量qmin、主油路設(shè)計流量qr、最大流量qmax以及最小流量qmin和最大流量qmax之間的兩個三等分點所對應(yīng)的主油路流量q并作出個流量下模型綜合特性曲線。

進(jìn)一步地，繪制運轉(zhuǎn)特性曲線的等效率線時，直線n＝n0和所在模型綜合特性曲線的各等效率線相交于不同的點，求其中某一點對應(yīng)的液壓馬達(dá)出力n時，先找到直線n＝n0與等機械轉(zhuǎn)矩線在所求點附近的兩個交點，然后求得兩個交點所對應(yīng)的液壓馬達(dá)出力n，然后通過線性插值法求得所述點對應(yīng)的液壓馬達(dá)出力n。

進(jìn)一步地，繪制出力限制線時，在最小流量qmin下的模型綜合特性曲線中找到點(n0，δpr)，點(n0，δpr)對應(yīng)的液壓馬達(dá)出力n1通過波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的能量實驗測得——改變活塞桿運動規(guī)律使主油路流量q＝最小流量qmin，調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)排量v和主軸轉(zhuǎn)矩t，使波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)工作在(n0，δpr)點上，測得的液壓馬達(dá)出力n即為n1。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提出并獲取的模型綜合特性曲線可以指導(dǎo)波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的選型設(shè)計——根據(jù)液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr(或稱發(fā)電機額定輸出功率)，可選取發(fā)電機型號，得到該型號發(fā)電機對應(yīng)的發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n0，初選波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的液壓馬達(dá)進(jìn)出口設(shè)計壓差δpr，根據(jù)各流量下直線δp＝δpr均經(jīng)過模型綜合特性曲線的高效區(qū)，同時某一流量下模型綜合特性曲線的高效區(qū)能夠包圍點(n0，δpr)且該點對應(yīng)的出力正好為液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr來選定波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)液壓部分的設(shè)備型號和參數(shù)，該流量即為主油路設(shè)計流量qr，蓄能設(shè)備(如蓄能器)的充氣壓力按照液壓馬達(dá)進(jìn)出口設(shè)計壓差δpr設(shè)計，液壓缸尺寸按照主油路設(shè)計流量qr設(shè)計，液壓馬達(dá)按照上述要求選型。

本發(fā)明提出并獲取的運轉(zhuǎn)特性曲線可以指導(dǎo)波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的運行--在液壓馬達(dá)出力n≤液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr時，海況變化，活塞桿往復(fù)運動規(guī)律改變，得到的主油路流量q不同，當(dāng)主油路流量q≥最小流量qmin時，通過調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)排量v維持主軸轉(zhuǎn)速n＝發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n0，通過發(fā)電機的矢量控制調(diào)節(jié)主軸機械轉(zhuǎn)矩t從而維持液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp＝液壓馬達(dá)進(jìn)出口設(shè)計壓差δpr，從而使波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)工作在運轉(zhuǎn)特性曲線的出力限制線上，此時，波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)工作在該流量和發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n0下的高效區(qū)內(nèi)，實現(xiàn)能量的高效提??；當(dāng)主油路流量q＜最小流量qmin時，可以使液壓馬達(dá)排量v＝液壓馬達(dá)排量下限vmin，通過發(fā)電機的矢量控制減小主軸機械轉(zhuǎn)矩t從而減小液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp，進(jìn)而在液壓馬達(dá)出力n基本不變的情況下增大主油路流量q到最小流量qmin，最終使系統(tǒng)工作在運轉(zhuǎn)特性曲線的最小流量線上，此時，波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)工況點不在該流量和發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n0下的高效區(qū)，但是能夠維持發(fā)出的交流電頻率恒定，保證電能質(zhì)量；n＞液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr時，調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)排量v維持主軸轉(zhuǎn)速n＝發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n0，通過發(fā)電機的矢量控制調(diào)節(jié)主軸機械轉(zhuǎn)矩t從而維持液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp＝液壓馬達(dá)進(jìn)出口設(shè)計壓差δpr，通過調(diào)速閥控制主油路流量q＝主油路設(shè)計流量qr，多余的流量通過溢流閥溢流，最終使波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)工作在點(qr，nr)上，極端情況下，直接關(guān)閉調(diào)速閥使波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)停止發(fā)電。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的液壓原理圖。

圖2是本發(fā)明實施例中綜合特性曲線的示意圖。其中(a)為主油路設(shè)計流量qr下模型綜合特性曲線圖，(b)為運轉(zhuǎn)特性曲線圖。

圖3是本發(fā)明實施例中主油路設(shè)計流量qr下模型綜合特性曲線的等機械轉(zhuǎn)矩線和等排量線獲取方法示意圖。其中(a)為等機械轉(zhuǎn)矩線獲取方法示意圖，(b)為等排量線獲取方法示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例中主油路設(shè)計流量qr下模型綜合特性曲線的等效率線獲取方法示意圖。

圖5是本發(fā)明實施例中運轉(zhuǎn)特性曲線的最大流量線和最小流量線獲取方法示意圖。

圖6是本發(fā)明實施例中運轉(zhuǎn)特性曲線的等效率線獲取方法示意圖。

圖7是本發(fā)明實施例中運轉(zhuǎn)特性曲線的出力限制線獲取方法示意圖。

圖8是本發(fā)明實施例中模型綜合特性曲線的等機械轉(zhuǎn)矩線和等排量線形狀定性分析示意圖。

圖中：1-擺臂；2-齒輪齒條傳動機構(gòu)；3-1#單作用單桿液壓缸；4-2#單作用單桿液壓缸；5-單向閥；6-溢流閥；7-蓄能器；8-比例調(diào)速閥；9-主油路；10-變排量液壓馬達(dá)；11-主軸；12-發(fā)電機；13-補油箱。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

一種基于波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的綜合特性曲線獲取方法，在波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)中，用測功機(一般是水力測功機)替換發(fā)電機后進(jìn)行能量實驗(用測功機代替發(fā)電機，可以實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速n和液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp的大范圍調(diào)節(jié)，從而收集更廣參數(shù))，確定不同主油路流量q、不同主軸轉(zhuǎn)速n和不同液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp下的運行效率η，如圖2所示，在以液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp為縱坐標(biāo)、主軸轉(zhuǎn)速n為橫坐標(biāo)的δp-n直角坐標(biāo)系中作出模型綜合特性曲線(由于液壓馬達(dá)出口處壓力近似為0mpa，故δp即為液壓馬達(dá)的輸入壓力，而液壓馬達(dá)輸入功率為δp×q，因此，用δp更能反映系統(tǒng)的能量特性，故選選擇δp為本發(fā)明的研究對象)，模型綜合特性曲線包括等排量線、等機械轉(zhuǎn)矩線和等效率線，在以主油路流量q為縱坐標(biāo)、液壓馬達(dá)出力n為橫坐標(biāo)的q-n直角坐標(biāo)系中作出運轉(zhuǎn)特性曲線，運轉(zhuǎn)特性曲線包括等效率線、最大流量線、最小流量線和出力限制線。

本發(fā)明提出并獲取的模型綜合特性曲線可以指導(dǎo)波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的選型設(shè)計——根據(jù)液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr(或稱發(fā)電機額定輸出功率)，可選取發(fā)電機型號，得到該型號發(fā)電機對應(yīng)的發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n0，初選波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的液壓馬達(dá)進(jìn)出口設(shè)計壓差δpr，根據(jù)各流量下直線δp＝δpr均經(jīng)過模型綜合特性曲線的高效區(qū)，同時某一流量下模型綜合特性曲線的高效區(qū)能夠包圍點(n0，δpr)且該點對應(yīng)的出力正好為液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr來選定波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)液壓部分的設(shè)備型號和參數(shù)，該流量即為主油路設(shè)計流量qr，蓄能設(shè)備(如蓄能器)的充氣壓力按照液壓馬達(dá)進(jìn)出口設(shè)計壓差δpr設(shè)計，液壓缸尺寸按照主油路設(shè)計流量qr設(shè)計，液壓馬達(dá)按照上述要求選型。

本發(fā)明提出并獲取的運轉(zhuǎn)特性曲線可以指導(dǎo)波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的運行——在液壓馬達(dá)出力n≤液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr時，海況變化，活塞桿往復(fù)運動規(guī)律改變，得到的主油路流量q不同，當(dāng)主油路流量q≥最小流量qmin時，通過調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)排量v維持主軸轉(zhuǎn)速n＝發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n0，通過發(fā)電機的矢量控制調(diào)節(jié)主軸機械轉(zhuǎn)矩t從而維持液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp＝液壓馬達(dá)進(jìn)出口設(shè)計壓差δpr，從而使波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)工作在運轉(zhuǎn)特性曲線的出力限制線上，此時，波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)工作在該流量和發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n0下的高效區(qū)內(nèi)，實現(xiàn)能量的高效提?。划?dāng)主油路流量q＜最小流量qmin時，可以使液壓馬達(dá)排量v＝液壓馬達(dá)排量下限vmin，通過發(fā)電機的矢量控制減小主軸機械轉(zhuǎn)矩t從而減小液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp，進(jìn)而在液壓馬達(dá)出力n基本不變的情況下增大主油路流量q到最小流量qmin，最終使系統(tǒng)工作在運轉(zhuǎn)特性曲線的最小流量線上，此時，波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)工況點不在該流量和發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n0下的高效區(qū)，但是能夠維持發(fā)出的交流電頻率恒定，保證電能質(zhì)量；n＞液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr時，調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)排量v維持主軸轉(zhuǎn)速n＝發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n0，通過發(fā)電機的矢量控制調(diào)節(jié)主軸機械轉(zhuǎn)矩t從而維持液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp＝液壓馬達(dá)進(jìn)出口設(shè)計壓差δpr，通過調(diào)速閥控制主油路流量q＝主油路設(shè)計流量qr，多余的流量通過溢流閥溢流，最終使波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)工作在點(qr，nr)上，極端情況下，直接關(guān)閉調(diào)速閥使波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)停止發(fā)電。

采用本發(fā)明方法獲取的綜合特性曲線適用于所有波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)，下面以圖1所示的波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)為例，包括發(fā)電機12(一般是三相永磁同步發(fā)電機)、補油箱13、主油路9、支油路、1#單作用單桿液壓缸3和2#單作用單桿液壓缸4，1#單作用單桿液壓缸3和2#單作用單桿液壓缸4的無桿腔各自通過兩條支油路分別與主油路9的進(jìn)、出口端連接，主油路9上設(shè)有變排量液壓馬達(dá)10、蓄能器7和比例調(diào)速閥8，變排量液壓馬達(dá)10與發(fā)電機12的主軸11連接，連接主油路9進(jìn)口端的支油路上均設(shè)有只能向主油路9進(jìn)口端開啟的單向閥5，連接主油路9出口端的支油路上均設(shè)有只能向單作用單桿液壓缸的無桿腔開啟的單向閥5，一個支油路上設(shè)有溢流閥6，補油箱13分別與主油路9出口端和溢流閥6連接，1#單作用單桿液壓缸3和2#單作用單桿液壓缸4的活塞桿分別與一個齒條的兩端連接成一個整體，齒條與擺臂1上的齒輪嚙合，擺臂1設(shè)在船體上。船體在波浪中運動帶動擺臂1擺動，擺臂1的擺動通過齒輪齒條傳動機構(gòu)2轉(zhuǎn)變?yōu)閱巫饔脝螚U液壓缸的活塞桿的同向直線往復(fù)運動，當(dāng)1#單作用單桿液壓缸3的無桿腔壓縮時，壓油通過單向閥5進(jìn)入主油路9，經(jīng)過變排量液壓馬達(dá)10轉(zhuǎn)變成回油，回油通過單向閥5進(jìn)入同步膨脹的2#單作用單桿液壓缸4無桿腔，同理，當(dāng)2#單作用單桿液壓缸4的無桿腔壓縮時，壓油通過單向閥5進(jìn)入主油路9，經(jīng)過變排量液壓馬達(dá)10轉(zhuǎn)變成回油，回油通過單向閥5進(jìn)入同步膨脹的1#單作用單桿液壓缸3無桿腔，變排量液壓馬達(dá)10將活塞桿雙行程產(chǎn)生的液壓能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機械能，發(fā)電機12將旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的電能輸出給負(fù)載，其中，蓄能器7的作用是儲蓄主油路9中的液壓能，穩(wěn)定主油路9壓力，比例調(diào)速閥8和溢流閥6的作用是當(dāng)活塞桿往復(fù)運動得到的主油路9中流量大于流量上限時，比例調(diào)速閥8動作，開度減小，主油路9中流量減小到流量上限，多余流量通過溢流閥6排入補油箱13中，補油箱13的作用是蓄能器工作時給系統(tǒng)補油，防止出現(xiàn)負(fù)壓。

需要說明的是使用圖2只是為了詳細(xì)說明獲取方法，并不對綜合特性曲線中等效率線、等排量線、等機械轉(zhuǎn)矩線的個數(shù)和形狀構(gòu)成任何限制，同時圖2僅以主油路設(shè)計流量qr下模型綜合特性曲線為例說明模型綜合特性曲線的獲取步驟，并不限定流量。

獲取主油路設(shè)計流量qr下模型綜合特性曲線的步驟包括：

s1.如圖3中(a)所示，繪制主油路設(shè)計流量qr下的等機械轉(zhuǎn)矩線。

繪制前對等機械轉(zhuǎn)矩線的形狀進(jìn)行定性分析，不考慮波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的能量損失，液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp和主軸轉(zhuǎn)速n的關(guān)系為，

由式(1)可知，在定主油路流量q下模型綜合特性曲線中，等機械轉(zhuǎn)矩線上各點的液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp和主軸轉(zhuǎn)速n成正比例關(guān)系，機械轉(zhuǎn)矩t的大小決定了比例系數(shù)k的大小，t機械轉(zhuǎn)矩越大，比例系數(shù)k越大，故如圖8所示，等機械轉(zhuǎn)矩線t＝ta和t＝tb近似為過原點的直線，且ta＞tb。

改變活塞桿往復(fù)運動規(guī)律，使主油路流量q＝主油路設(shè)計流量qr，設(shè)定若干個主軸機械轉(zhuǎn)矩數(shù)值并一一繪制各個數(shù)值對應(yīng)的等機械轉(zhuǎn)矩線，繪制時，以等機械轉(zhuǎn)矩線t＝t1為例(其中t1為常數(shù))，維持主軸機械轉(zhuǎn)矩t＝t1不變，改變液壓馬達(dá)排量v從而得到不同主軸轉(zhuǎn)速(n11、n12等)、液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差(δp11、δp12等)和運行效率η(運行效率η由主軸出力n除以單作用單桿液壓缸的活塞桿上輸入功率p得到)，在δp-n直角坐標(biāo)系中標(biāo)出t＝t1的各點a(n11，δp11)、b(n12，δp12)等，用光滑曲線將各點連接，即可在δp-n直角坐標(biāo)系中作出t＝t1的等機械轉(zhuǎn)矩線，同理可以作出等機械轉(zhuǎn)矩線t＝t2、t＝t3、t＝t4和t＝t5。

s2.如圖3中(b)所示，繪制主油路設(shè)計流量qr下的等排量線。

繪制前對等排量線的形狀進(jìn)行定性分析，不考慮波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的能量損失，液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp和主軸機械轉(zhuǎn)矩t的關(guān)系為，

由式(2)可知，在定主油路流量q下的模型綜合特性曲線中，等排量線上各點對應(yīng)的液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp和主軸機械轉(zhuǎn)矩t成正比，如圖8所示，由于ta＞tb，故t＝ta上等排量點y1的縱坐標(biāo)δp1大于t＝tb上等排量點y2的縱坐標(biāo)δp2，考慮到波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的液壓馬達(dá)容積效率ηv、主軸轉(zhuǎn)速n和主油路流量q的關(guān)系為，

由式(3)可知，在定主油路流量q下模型綜合特性曲線中，等排量線上各點對應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)速n和液壓馬達(dá)容積效率ηv成正比，如圖8所示，由于δp1＞δp2，故點y1的容積效率ηv1小于點y2的容積效率ηv2，從而點y1的橫坐標(biāo)n1小于點y2的橫坐標(biāo)n2，故根據(jù)y1和y2在δp-n直角坐標(biāo)系中的相對位置，可以作出過這兩點的如圖8所示的等排量線v＝va。

由式(2)可知，在定主油路流量q下模型綜合特性曲線中，如果δp不變，v和t兩者成正比，如圖8所示，過點y1，作直線δp＝δp1和tb相交于點y3，由于ta＞tb，故點y1所在的等排量線va大于點y3所在的等排量線vb。

設(shè)定若干個液壓馬達(dá)排量數(shù)值并一一繪制各個數(shù)值對應(yīng)的等排量線，繪制時，以等排量線v＝v1為例(其中v1為常數(shù))，改變活塞桿往復(fù)運動規(guī)律，使主油路流量q＝主油路設(shè)計流量qr，維持液壓馬達(dá)排量v＝v1不變，改變主軸機械轉(zhuǎn)矩t從而得到不同主軸轉(zhuǎn)速(n21、n22等)、液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差(δp21、δp22等)和運行效率η(運行效率η由主軸出力n除以單作用單桿液壓缸的活塞桿上輸入功率p得到)，在δp-n直角坐標(biāo)系中標(biāo)出v＝v1的各點c(n21，δp21)、d(n22，δp22)等，用光滑曲線將各點連接，即可在δp-n直角坐標(biāo)系中作出v＝v1等排量線，同理可以作出等排量線v＝v2、v＝v3、v＝v4和v＝v5。

s3.如圖4所示，繪制主油路設(shè)計流量qr下模型綜合特性曲線的等效率線。

設(shè)定若干個運行效率數(shù)值并一一繪制各個數(shù)值對應(yīng)的等效率線，繪制時，以等效率線η＝η0(η0為常數(shù))為例，建立以運行效率η為縱坐標(biāo)、主軸轉(zhuǎn)速n為橫坐標(biāo)的η-n直角坐標(biāo)系。

首先，基于等機械轉(zhuǎn)矩線t＝t1繪制方法得到的數(shù)據(jù)點(n11，η11)和(n12，η12)等，在η-n直角坐標(biāo)系中描點并用光滑曲線連接，可以得到t＝t1時η隨n變化的曲線，同理，可以在η-n直角坐標(biāo)系中作出t＝t2、t3、t4和t5時η隨n變化的曲線，在η-n直角坐標(biāo)系中作一條直線η＝η0，找到該直線和各曲線交點分別為e1、e2、e3和e4，其中，e1和e2為η＝η0和t＝t2的交點，e3和e4為η＝η0和t＝t3的交點，通過四個交點分別對應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)速n和機械轉(zhuǎn)矩t，可在δp-n直角坐標(biāo)系中找到對應(yīng)點e’1、e’2、e’3和e’4，且其效率為η0。

其次，同樣的，在η-n直角坐標(biāo)軸中作出不同排量下η隨n變化的曲線，在η-n直角坐標(biāo)系中作一條直線η＝η0，找到該直線和各曲線交點分別為f1、f2、f3和f4(圖4中未畫出)。分別得到四個交點對應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)速n和液壓馬達(dá)排量v，可在δp-n坐標(biāo)系中找到對應(yīng)點f’1、f’2、f’3和f’4，且其效率為η0。

最后用光滑曲線將各點(e’1、e’2、e’3、e’4、f’1、f’2、f’3和f’4)連接，即可在δp-n直角坐標(biāo)系中作出η＝η0等效率線，同理可以作出等效率線η＝η1和η＝η2。

運轉(zhuǎn)特性曲線的獲取基于各主油路流量q下的模型綜合特性曲線和波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)，步驟包括：

s1.如圖5所示，繪制最大流量線和最小流量線。

考慮到波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)運行的實際情況如下：

(1)由于海況變化，活塞桿往復(fù)運動規(guī)律不同，得到的主油路流量q不同，故波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)并不一定工作在主油路設(shè)計流量qr下。

(2)發(fā)電機存在額定轉(zhuǎn)速n0，故波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)實際運行情況是，在不同主油路流量q下，通過調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)排量v，使主軸轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速n0，但是液壓馬達(dá)存在最大排量vmax和最小排量vmin，故不考慮液壓馬達(dá)容積損失的話，實際運行的波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)存在最大流量qmax和最小流量qmin，計算公式分別為，

qmax＝n0×vmax(4)

qmin＝n0×vmin(5)

根據(jù)發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n0以及液壓馬達(dá)排量v的上限vmax和下限vmin，得到最大流量qmax和最小流量qmin，在q-n直角坐標(biāo)系中作出兩條直線q＝qmax和q＝qmin，即為最大流量線和最小流量線；

s2.如圖6所示，繪制運轉(zhuǎn)特性曲線的等效率線。

取最小流量qmin、主油路設(shè)計流量qr、最大流量qmax以及最小流量qmin和最大流量qmax之間的若干個主油路流量q(優(yōu)選最小流量qmin和最大流量qmax之間的兩個三等分點所對應(yīng)的主油路流量q1和q2)，作出各主油路流量q下的模型綜合特性曲線，在每個模型綜合特性曲線中作一條直線n＝n0。

以主油路流量q＝主油路設(shè)計流量qr為例，直線n＝n0與η＝η2相交于點g1、g6，與η＝η1(圖6中未畫出)相交于點g2、g5，與η＝η0相交于點g3、g4，求出各點對應(yīng)的液壓馬達(dá)出力n，以點g4為例，在直線n＝n0上找到與g4相鄰的兩個n＝n0與等機械轉(zhuǎn)矩線的交點，分別為h1和h2，這兩點對應(yīng)的液壓馬達(dá)出力出力n1和n2為，

n1＝2πn0t2，n2＝2πn0t3(6)

根據(jù)線性插值法，測量線段g4h1和線段g4h2的長度分別為x1、x2，則g4的出力ng4為，

同理，可以求的g1、g2、g3、g5和g6對應(yīng)的液壓馬達(dá)出力。

在q-n直角坐標(biāo)系中，根據(jù)g1、g2、g3、g4、g5和g6對應(yīng)的出力，可找到直線q＝qr上的對應(yīng)點g’1、g’2、g’3、g’4、g’5和g’6，同理，可以得到q＝qmax，q＝qmin、q＝q1和q＝q2的模型綜合特性曲線中，直線n＝n0與等效率線η＝η0、η＝η1和η＝η2交點在q-n直角坐標(biāo)系中的對應(yīng)點，將這些點中η＝η0的點、η＝η1的點和η＝η2的點分別用光滑曲線連接，就可以得到運轉(zhuǎn)特性曲線的各等效率線。

s3.如圖7所示，繪制出力限制線。

考慮到波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)運行的實際情況如下：

(1)波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)正常工作時，主油路流量q根據(jù)海況的變化而變化，系統(tǒng)自身通過調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)排量v穩(wěn)定主軸轉(zhuǎn)速n為發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n0，通過發(fā)電機的矢量控制調(diào)節(jié)機械轉(zhuǎn)矩t使液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp穩(wěn)定在設(shè)計壓差δpr，從而實現(xiàn)輸入能量的高效提取，故存在由δpr決定的出力限制，限制出力nmax和δpr的關(guān)系為，

nmax＝δprqηt(8)

其中ηt為液壓馬達(dá)的總效率，由式(8)可知，不考慮波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的能量損失，限制出力nmax和主油路流量q成正比，即兩者呈線性關(guān)系，故可以將該段出力限制線簡化繪制為一條直線。

(2)設(shè)計波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)時，選擇發(fā)電機額定輸出功率為液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr，波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的出力就會受到發(fā)電機額定輸出功率的限制，即限制出力nmax＝液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr。

出力限制線以主油路設(shè)計流量qr為界分為兩部分，當(dāng)最小流量qmin≤主油路流量q≤主油路設(shè)計流量qr時，液壓馬達(dá)出力n受液壓馬達(dá)進(jìn)出口設(shè)計壓差δpr限制，分別在主油路設(shè)計流量qr和最小流量qmin下的模型綜合特性曲線中找到點(n0，δpr)，分別求得點(n0，δpr)對應(yīng)的液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr以及在最小流量qmin、發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n0和液壓馬達(dá)進(jìn)出口設(shè)計壓差δpr下的液壓馬達(dá)出力n1，液壓馬達(dá)出力n1通過波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的能量實驗測得——改變活塞桿運動規(guī)律使主油路流量q＝最小流量qmin，調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)排量v和主軸轉(zhuǎn)矩t，使波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)工作在(n0，δpr)點上，測得的液壓馬達(dá)出力n即為n1。，在q-n直角坐標(biāo)系中標(biāo)出點ar(qr，nr)和點a1(qmin，n1)并連成一條直線段，即為最小流量qmin≤主油路流量q≤主油路設(shè)計流量qr時的出力限制線，當(dāng)主油路設(shè)計流量qr≤主油路流量q≤最大流量qmax時，液壓馬達(dá)出力n受發(fā)電機容量限制，在q-n直角坐標(biāo)系中作出點ar(qr，nr)和點a2(qmax，nr)并連成一條直線段，即在q-n直角坐標(biāo)系中作出直線段n＝nr，即為主油路設(shè)計流量qr≤主油路流量q≤最大流量qmax時的出力限制線。

波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)確定如下：液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr為波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)正常工作下能達(dá)到的最大出力(或稱為發(fā)電機的額定輸出功率)，液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr根據(jù)捕能系統(tǒng)正常工作時能俘獲的最大波浪能確定；發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速n0為波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)正常高效工作時維持的主軸轉(zhuǎn)速，根據(jù)所選發(fā)電機確定；液壓馬達(dá)進(jìn)出口設(shè)計壓差δpr為波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)正常高效工作時維持的液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp，當(dāng)液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp均經(jīng)過各流量下模型綜合特性曲線的高效區(qū)時，所述液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差δp為液壓馬達(dá)進(jìn)出口設(shè)計壓差δpr；主油路設(shè)計流量qr為液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr下波力發(fā)電液壓pto系統(tǒng)維持液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差為δpr、主軸轉(zhuǎn)速為n0時所對應(yīng)的流量，當(dāng)主油路流量q下模型綜合特性曲線的高效區(qū)能夠包圍點(n0，δpr)同時點(n0，δpr)對應(yīng)的出力正好為液壓馬達(dá)設(shè)計出力nr時，所述主油路流量q為主油路設(shè)計流量qr。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。