CN101251080A - 一种潮汐发电设施及其发电方法 - Google Patents

一种潮汐发电设施及其发电方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种潮汐发电设施及其发电方法，包括在沿海蓄水池的临海堤坝下设有涵洞，涵洞安装有调节闸门和水轮，水轮包括支座，支座沿径向设有支柱，支柱套装有可绕其摆动的叶片，支座上设有可限制叶片摆动角度的定位装置，转轴通过转向齿轮箱驱动竖向轴，竖向轴顶部连接动力输送系统，动力输送系统带动发电机，在涨潮前，先关闭调节闸门，在涨潮过程中，当池外水位涨至一定高度时，将调节闸门打开，池外的水在流入的同时带动水轮旋转发电；在退潮前，先关闭调节闸门，当外部水位降至一定高度时，将调节闸门打开，水往外流出冲击水轮的叶片，使叶片旋至另一角度，叶片以相同方向旋转工作，本发明的工作效率高。

Description

一种潮汐发电设施及其发电方法
技术领域
本发明涉及一种发电装置，特别是指利用潮汐能来发电的发电设施以及应用于该设施的发电方法。
背景技术
现有的潮汐发电方式主要是在港湾建造堤坝，拦截海水，形成潮汐水库，安装水轮发电机组，依靠涨、退潮与水库间形成的水位差放水发电的，但目前现有的潮汐能发电站由于设计建造复杂，需要分别在进出通道和出水通道上安装水轮机，或者需要建造多个水池来作调节用，使得建造成本很高，而且设计不合理，工作效率低，难以满足发展需要。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高效的潮汐发电设施以及应用于该设施的发电方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种潮汐发电设施，包括沿海构筑的蓄水池，在蓄水池临海一侧的堤坝下设有可连通外海的涵洞，涵洞建造的位置位于退潮时的最低位，涵洞安装有调节闸门和水轮，所述水轮包括支座，支座沿径向设有支柱，支柱套装有可绕其摆动的叶片，支座上设有可限制叶片摆动角度的定位装置，支座安装于一转轴的端部，转轴通过转向齿轮箱驱动竖向轴，竖向轴顶部连接动力输送系统，动力输送系统带动发电机发电。
进一步，在堤坝上设有旁路水闸，用于在涨潮或退潮后期使蓄水池内外的水位尽快平行。
进一步，所述定位装置是在支座的外圈上沿转轴的轴心线方向设置的前后挡块。
进一步，所述转轴的前后端分别装有水轮。
进一步，所述动力输送系统包括与竖向轴顶部连接的变速箱，变速箱驱动有液压油泵，液压油泵通过输油管接入油马达中，油马达驱动发电机。
本发明还涉及一种应用于上述发电设施的发电方法，其包括：
1)在涨潮前，当蓄水池内外的水位处于共同的最低点时，关闭调节闸门；
2)在涨潮过程中，当池外水位涨至一定高度时，将调节闸门打开，水从涵洞中流入蓄水池内，水流带动水轮旋转，实现发电；
3)在退潮前，当蓄水池内外的水位处于共同的最高点时，关闭调节闸门；
4)在退潮过程中，当池外水位降至低于蓄水池池内水位的一定高度时，将调节闸门打开，水从涵洞中往外流出，冲击水轮的叶片，使叶片旋至另一角度，叶片的旋转保持与上述涨潮时的转动方向一致来驱动发电装置发电。
进一步，在上述步骤2和4的发电过程中，通过控制调节闸门开启度大小来调节进出水的流量，使水轮在运行时保持一定的转速。
本发明的有益效果是：在低位设置涵洞来连通蓄水池，由于涵洞流量的限制，潮水在池外与池内不能同时达到同一水位，本设计使水轮作功的时间能维持得较长，工作效率高，同时本发明创造性的使用了可在水流冲击下相应调整角度的水轮装置，不管水流是进入蓄水池还是流出蓄水池，水轮工作时旋转的方向始终不变，不仅进一步提高了工作效率，而且结构合理，减少了设备或固定资产的投入成本，此外在运行管理时更方便。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是水轮机构的剖示图；
图3是水轮机构的另一角度示意图；
图4是图3的A部位放大图；
图5是水从池内流向池外时水轮的叶片状态图；
图6是定位装置的另一种实施方式；
图7是动力输送系统的另一种实施方式。
具体实施方式
参照图1至图5，一种潮汐发电设施，首先选择潮位落差较大的沿海地点，人工构筑一个临近海的蓄水池1，在蓄水池1临海一侧的堤坝2下设有可连通池外a的涵洞3，涵洞3建造的位置位于退潮时的最低位，由于潮汐具有一定动态化，本发明所述的最低位或最高位也可以是近似值，涵洞3安装有调节闸门4和水轮5，所述水轮5包括支座51，支座51沿径向设有支柱52，支柱52套装有可绕其摆动的叶片53，支座51上设有可限制叶片53的摆动角度的定位装置，支座51安装于一转轴61的端部，转轴61通过转向齿轮箱62驱动竖向轴63，竖向轴63顶部连接动力输送系统，动力输送系统带动发电机8发电。
自然界中潮汐现象包括“涨潮--平潮(高位)--退潮--平潮(低位)--涨潮”如此周期性的循环，依据此特性，本发明采用这样的方法来实现发电：
在涨潮前，当蓄水池内外的水位处于共同的最低点时，关闭调节闸门4，在涨潮过程中，当外部水位涨至一定高度时，将调节闸门4打开，此时由于池外与池内存在水位水压差，池外的水从涵洞3中流入蓄水池1内，带动水轮旋转，实现发电，此过程一直延伸至涨潮后的平潮阶段，在平潮阶段至退潮前，当蓄水池内外的水位处于共同的最高点时，关闭调节闸门4；在退潮过程中，当外部水位降至低于蓄水池内水位的一定高度时，将调节闸门4打开，蓄水池内的水从涵洞3中往外流出，冲击水轮的叶片53，使叶片53旋至另一角度，同时叶片53旋转，其旋转的方向保持与上述涨潮时的水轮转动方向一致来驱动发电装置发电，本发明的优选方式，在发电过程中，通过控制调节闸门开启度大小来调节进出水的流量，使水轮在运行时保持一定的转速，从而令运行时较高效。
本设计在低位设置涵洞来连通蓄水池，由于涵洞流量的限制，潮水在池外与池内不能同时达到同一水位，本设计使水轮作功的时间能维持得较长，工作效率高，同时本发明创造性的使用了可在水流冲击下相应调整角度的水轮装置，不管水流是进入蓄水池还是流出蓄水池，水轮工作时旋转的方向始终不变，不仅进一步提高了工作效率，而且结构合理，减少了设备或固定资产的投入成本，而且运行管理时更方便。
本发明的涵洞流量有一定限制，在需要关闭调节闸门时，此时池内的水位可能未达到与池外水位一致的最低或最高位，这样在下一次开闸发电时，效率会有所降低，本发明在堤坝2上设有旁路水闸9，在关闭调节闸门前如池内的水位未达到最高(低)位，则打开旁路水闸9，使池内外的水位尽快一致。
进一步，本发明所述定位装置是在支座51的外圈上沿转轴62的轴心线方向设置的前后挡块54、55，本定位装置结构简单，使用寿命长，当水从池外流入池内时，水流冲击叶片53，使叶片绕支柱52转动致被后挡块55定位的状态，反之，当水从池内往池外流时，叶片53则被拨到挡块54的位置。
本发明所述定位装置的另一实施种方式，如图6所示，在水轮支座51上设有导槽56，叶片端部设有可在导槽56内移动的滑动销57，叶片53绕支柱52前后摆动时利用导槽来定。
为了使效率更高，资源利用得更合理，所述转轴62的前后端分别装有水轮5。
进一步，所述动力输送系统包括与竖向轴63顶部连接的转向轮箱71，转向轮箱71驱动有液压油泵72，液压油泵72通过输油管73接入油马达74中，油马达74驱动发电机8，工作时，液压油泵受水轮驱动将液压油压入油马达中，油马达的动力输出连接到发电机上，驱动发电机发电；本发明可根据需要在油马达输出端侧加装变速箱，以提高转速。
输送系统的另一实施方式，如图7所示，所述动力输送系统包括与竖向轴63顶部连接的转向轮箱71，转向轮箱71连接有机械调速装置75，机械调速装置75驱动发电机8。
本发明根据需要，还可以堤坝中建造多个涵洞，利用多台水轮系统并联工作，在液压油驱动系统中，可以将所有液压油泵的输出油管共同接入油马达中；在机械驱动系统中，可以在竖向轴上部的各个齿轮箱之间设置中间轴，同样可以并联工作，以提供更大的驱动力。
为了减小水流阻力，可在前后水轮支座的外侧设置有锥形导流器58，如图5所示；类似的，涵洞前后端的入水口也可做成剌叭口状。
以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制，只要是以基本相同的手段实现本发明的目的都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种潮汐发电设施，包括沿海构筑的蓄水池(1)，其特征在于：在蓄水池(1)临海一侧的堤坝(2)下设有可连通外海的涵洞(3)，涵洞(3)建造的位置位于退潮时的最低位，涵洞(3)安装有调节闸门(4)和水轮(5)，所述水轮(5)包括支座(51)，支座(51)沿径向设有支柱(52)，支柱(52)套装有可绕其摆动的叶片(53)，支座(51)上设有可限制叶片(53)的摆动角度的定位装置，支座(51)安装于一转轴(61)的端部，转轴(61)通过转向齿轮箱(62)驱动竖向轴(63)，竖向轴(63)顶部连接动力输送系统，动力输送系统带动发电机(8)发电。
2.根据权利要求1所述的一种潮汐发电设施，其特征在于：在堤坝(2)上设有旁路水闸(9)。
3.根据权利要求1所述的一种潮汐发电设施，其特征在于：所述定位装置是在支座(51)的外圈上沿转轴(61)的轴心线方向设置的前后挡块(54、55)。
4.根据权利要求1所述的一种潮汐发电设施，其特征在于：所述定位装置包括在水轮支座(51)上设有导槽(56)，叶片端部设有可在导槽(56)内移动的滑动销(57)。
5.根据权利要求1所述的一种潮汐发电设施，其特征在于：所述转轴(61)的前后端分别装有水轮(5)。
6.根据权利要求1所述的一种潮汐发电设施，其特征在于：在水轮支座的外侧设置有锥形导流器(58)。
7.根据权利要求1所述的一种潮汐发电设施，其特征在于：所述动力输送系统包括与竖向轴(63)顶部连接的转向轮箱(71)，转向轮箱(71)驱动有液压油泵(72)，液压油泵(72)通过输油管(73)接入油马达(74)中，油马达(74)驱动发电机(8)。
8.根据权利要求1所述的一种潮汐发电设施，其特征在于：所述动力输送系统包括与竖向轴(63)顶部连接的转向轮箱(71)，转向轮箱(71)连接有机械调速装置(75)，机械调速装置(75)驱动发电机(8)。
9.一种应用于上述1～8任意一项权利要求所述的潮汐发电设施的发电方法：
1)在涨潮前，当蓄水池内外的水位处于共同的最低点时，关闭调节闸门(4)；
2)在涨潮过程中，当池外水位涨至一定高度时，将调节闸门(4)打开，水从涵洞中流入蓄水池内，水流带动水轮旋转，实现发电；
3)在退潮前，当蓄水池内外的水位处于共同的最高点时，关闭调节闸门(4)；
4)在退潮过程中，当池外水位降至低于蓄水池池内水位的一定高度时，将调节闸门(4)打开，水从涵洞中往外流出，冲击水轮的叶片(53)，使叶片(53)旋至另一角度，叶片(53)的旋转保持与上述涨潮时的转动方向一致来驱动发电装置发电。
10.根据权利要求9所述的潮汐发电方法，其特征在于：在步骤2和4的发电过程中，通过控制调节闸门(4)开启度大小来调节进出水的流量，使水轮在运行时保持一定的转速。
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