CN102518548B - 海流能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海流能发电装置，它包括发电机（201）、海流能采集单元和传动单元；其特征在于：所述海流能采集单元为通过多个用于在海流冲击时朝海流方向张开的挡流部件来驱动两个齿轮同步旋转的结构；所述传动单元为液压传动单元，它包括液压缸（210）、油箱（207）、蓄能器（203）和液压马达（202）。本发明提供了一种受海流能波动影响小，运行更加稳定且其中的海流能采集单元的结构更简单，维护更方便的海流能发电装置。

Description

海流能发电装置

技术领域

本发明涉及海流能发电技术领域，具体是一种海流能发电装置。

背景技术

海流能发电一直是全世界的海洋国家重点研究的技术问题，目前海流发电机的种类繁多，但总的来说，现有技术中的海流发电机整体结构过于复杂，特别是发电机中的海流能采集单元，大多采用体积较大，成本高昂的部件，如体积很大的叶片等，这些部件不但成本高而且维护很不方便，还有一些发电机中的海流能采集单元虽然是采用的低成本部件，但是其设计结构复杂，一旦其运行出现故障，需要专门的工程人员才能维修，维护很不方便。同时现有技术中的海流发电机普遍通过简单的传动机构将海流能采集单元与发电机相连，它运行时受海流波动的影响很大，当海流流量很大时发电机就会很快的运转，当海流流量较小时，发电机也随之缓慢转动，这种频率上的不稳定性对发电机的损坏很大，也降低了整个海流能发电装置的可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种受海流能波动影响小，运行更加稳定且其中的海流能采集单元的结构更简单，维护更方便的海流能发电装置。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种海流能发电装置，它包括发电机、海流能采集单元和传动单元；海流能采集单元与传动单元相连，传动单元与发电机相连；所述海流能采集单元为通过多个用于在海流冲击时朝海流方向张开的挡流部件来驱动两个齿轮同步旋转的结构，所述的两个齿轮为第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮的中心设有与第一齿轮转动配合的第一转轴；所述传动单元为液压传动单元，它包括液压缸、油箱、蓄能器和液压马达，液压缸安装在与所述海流能采集单元上的一个齿轮同步偏心转动的液压缸底座上，液压缸上的活塞杆的自由端与第一转轴转动配合；液压缸容液腔的底端通过软管与三通的第一端相接，三通的第二端经过用于防止液压油从液压缸进入油箱的第一单向阀后接入油箱的内部，三通的第三端经过用于防止液压油倒流入液压缸内的第二单向阀后与液压马达的进液口相连，液压马达的出液口与油箱相连通，液压马达的转轴与发电机的转轴相连；液压马达与第二单向阀之间通过支路管线连接有蓄能器。

采用以上结构后，本发明具有如下优点：一、通过两个齿轮轴和一条传动带再加上设置在传动带的外表面上的多个挡流部件的结合，将挡流部件采集到的水流动能转换成齿轮轴的机械能，结构简单，成本低廉，而且非专业人员也能对其进行维护。二、该结构中的挡流部件为多个，当其中一个或几个有损坏时装置也能正常工作，装置的稳定性高。三、本发明中的传动单元采用液压转换机构代替了简单的传动带或传动轴，将海流能采集单元采集到的动能先转换成液压缸输出的液压能，再经由液压马达输出为动能，整个传递过程中还通过蓄能器进行缓冲调节，因此本发明中涉及的传动单元的结构虽然结构上比简单的传动带复杂了，但是它通过将海流能采集单元采集到的能量进行转换和缓冲后，有效的消除了现有技术中海流能采集装置运行时受海流波动的影响很大的问题，因为，本发明的海流能发电装置，在海流流量小时，可以通过蓄能器释放能量，维持发电机的转速，当海流流量大时，可以通过蓄能器储蓄能量，以防止发电机过快转动。

作为优选，所述海流能采集单元包括第一齿轮、第二齿轮和传动带，第一齿轮与第二齿轮通过传动带的内表面的齿相连；传动带的外表面上安装有多个用于在海流冲击时朝海流方向张开的挡流部件；第一齿轮的中心设有与第一齿轮转动配合的第一转轴，第一转轴通过支架固定在底座上，第二齿轮的中心设有与第二齿轮周向限位配合的第二转轴，第二转轴通过第一轴承与支架相连，第二转轴的一个端面上连接有与第二转轴同步转动的转盘，转盘的偏心位置上设有可以沿自身轴线转动的转动部件，所述液压缸底座设置在转动部件上。该优选项通过带齿的传动带与挡流部件的结合，直接驱动两个齿轮转动，省去了复杂的连接与传动装置，转换的能效比高，结构简单，维护方便，同时该优选项中通过巧妙的偏心结构使液压缸可以和齿轮同步转动，从而使活塞杆产生相对的伸缩运动，结构简单，维护便利。

作为改进，所述蓄能器上还通过管道连接有安全阀，安全阀的出口与油箱相连，该改进项通过安全阀可以防止蓄能器在饱和状态时，海流能持续过大时导致蓄能器过压运行和发电机过快转动，有效保护了发电机和蓄能器。

作为优选，所述挡流部件为叶片，多个叶片与传动带铰接，每个叶片与传动带之间还设有用于防止叶片旋转角度超过90度的可折叠的联接体；联接体呈折扇结构，联接体的上边沿与叶片固定，下边沿与传动带固定；铰接的叶片结构转动灵活，设计简单，便于控制转动角度，折扇结构功能和结构都是大家熟知的，所以维护人员无需任何专业上的知识即可进行维护，而且折扇结构会在叶片闭合时，让叶片和传动带之间保持一定间隙，当叶片由闭合到张开时，直接在海流的冲击下就能张开。

作为优选，所述第一齿轮与第一转轴之间通过第二轴承实现转动配合，该优选项通过轴承将第一齿轮与第一转轴同心套合，这样第一齿轮的转动更加平稳，第一转轴也可以保持静止状态，从而与支架牢固相连。

作为优选，所述活塞杆的自由端设有与第一转轴相套合的通孔，第一转轴设有插销孔，活塞杆的自由端经过通孔与第一转轴套合后由插销锁定，该优选项通过通孔与转轴的套合可保证活塞杆不与第一转轴同步旋转的同时，将活塞杆的自由端保持在第一转轴上，同时该优选项采用大家熟知的插销来保持活塞杆的自由端设有与第一转轴的相对位置，结构简单且维护方便。

作为优选，所述转盘的半径大于第二齿轮的半径，所述转动部件设置在转盘上靠近转盘外边缘的位置，该优选项通过转盘半径的扩大，使转动部件的偏心距离增加，同样液压缸底座的偏心距离也增加了，从而使液压缸的行程变长，提高了发电装置的能量转换效率。

附图说明

图1是本发明海流能发电装置结构示意图。

图2是本发明海流能发电装置的海流能采集单元结构示意简图。

图3是本发明海流能发电装置的海流能采集单元装上液压缸后的结构示意简图。

图4是本发明海流能发电装置的第二齿轮与转盘部分的结构示意简图。

图5是本发明海流能发电装置的第一转轴及与之相连的部件的结构示意简图。

图6是本发明海流能发电装置改进后的液压部分的结构示意简图。

图7是本发明海流能发电装置的挡流部件结构示意图。

图8是本发明海流能发电装置的活塞杆自由端的结构示意图。

如图所示：201、发电机，202、液压马达，203、蓄能器，204、第二单向阀，205、三通，206、第一单向阀，207、油箱，208、传动带，209、第一转轴，210、液压缸，211、活塞杆，212、第一齿轮，213、底座，214、海上支撑台，215、叶片，216、叶片连接体，217、支架，218、第二齿轮，219、转盘，220、液压缸底座，221、转动部件，222、插销，223、第二轴承，224、第二转轴，225、第一轴承，226、安全阀，227、通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

如附图1所示，它包括发电机201、海流能采集单元和传动单元；海流能采集单元与传动单元相连，传动单元与发电机201相连；所述海流能采集单元为通过多个用于在海流冲击时朝海流方向张开的挡流部件来驱动两个齿轮同步旋转的结构，所述的两个齿轮为第一齿轮212和第二齿轮218，第一齿轮212的中心设有与第一齿轮212转动配合的第一转轴209；所述传动单元为液压传动单元，它包括液压缸210、油箱207、蓄能器203和液压马达202，液压缸210安装在与所述海流能采集单元上的一个齿轮同步偏心转动的液压缸底座220上，液压缸210上的活塞杆211的自由端与第一转轴209转动配合；液压缸210容液腔的底端通过软管与三通205的第一端相接，三通205的第二端经过用于防止液压油从液压缸210进入油箱207的第一单向阀206后接入油箱207的内部，三通205的第三端经过用于防止液压油倒流入液压缸210内的第二单向阀204后与液压马达202的进液口相连，液压马达202的出液口与油箱207相连通，液压马达202的转轴与发电机201的转轴相连；液压马达202与第二单向阀204之间通过支路管线连接有蓄能器203。

结合附图2、附图4和附图5，所述海流能采集单元包括第一齿轮212、第二齿轮218和传动带208，第一齿轮212与第二齿轮218通过传动带208的内表面的齿相连；传动带208的外表面上安装有多个用于在海流冲击时朝海流方向张开的挡流部件；第一齿轮212的中心设有与第一齿轮212转动配合的第一转轴209，第一转轴209通过支架217固定在底座213上，第二齿轮218的中心设有与第二齿轮218周向限位配合的第二转轴224，第二转轴224通过第一轴承225与支架217相连，第二转轴224的一个端面上连接有与第二转轴224同步转动的转盘219，转盘219的偏心位置上设有可以沿自身轴线转动的转动部件221，所述液压缸底座220设置在转动部件221上。所述第一齿轮212与第一转轴209之间通过第二轴承223实现转动配合。

结合附图6，所述蓄能器203上还通过管道连接有安全阀226，安全阀226的出口与油箱207相连。

结合附图7，所述挡流部件为叶片215，多个叶片215与传动带208铰接，每个叶片215与传动带208之间还设有用于防止叶片215旋转角度超过90度的可折叠的联接体216；联接体216呈折扇结构，联接体216的上边沿与叶片215固定，下边沿与传动带208固定。

结合附图5和附图8，所述活塞杆211的自由端设有与第一转轴209相套合的通孔227，第一转轴209设有插销孔，活塞杆211的自由端经过通孔227与第一转轴209套合后由插销222锁定。

所述转盘219的半径大于第二齿轮218的半径，所述转动部件221设置在转盘219上靠近转盘219外边缘的位置。

本发明在具体实施时，可以通过搭建海上支撑台214，将油箱207、发电机201、液压马达202和蓄能器203等部件安置于海面之上，这样整个装置的稳定性会更高。同时本发明涉及的油箱207、发电机201、液压马达202、蓄能器203和传动带208等部件均有市售的成熟产品，此处不再做详细说明。联接体216可采用强度高，抗腐蚀性强的合成纤维。叶片215的排列，在具体实施时可以根据现场情况自行设定，一般可以按每个叶片之间隔一个叶片的长度来排布，也可自由增减。叶片215的张开角度最大可设置成90度，但具体实施时可以设置在60度左右，因为在角度太大的情况下来自叶片背面的流体阻力会增加。转动部件221具体实施时可以采用轴承结构，轴承的外圈与转盘219固定，轴承的内圈与液压缸底座220固定。

本发明的工作原理，结合附图1，当海流从左向右流动时，海流能采集装置上半部分的叶片215因为其开口刚好朝向海流来的方向，在海流的冲击作用下会张开到预先设置好的角度，而流能采集装置下半部分的叶片215因为开口背对海流方向，在冲击压力的作用下会闭合，此时海流能采集装置上半部分的叶片215在海流的冲击力作用会向右前进，从而通过齿轮结构带动第一齿轮212和第二齿轮218同步转动，第二齿轮218通过第二转轴224带动与之相连的转盘219同步旋转，转盘219再进一步通过转动部件221带动液压缸210旋转，因为活塞杆211与第一转轴209相连，当液压缸210顺时针旋转到缸底与活塞杆211的距离变小时，液压缸210内的容液腔体积变小，此时液压油受到活塞的压缩，受第一单向阀206的限制，液压油只能通过三通205和第二单向阀204后进入液压马达202，液压马达202在液压油的驱动下开始转动，并带运发电机201转动，进行发电；当液压缸210顺时针旋转到缸底与活塞杆211的距离变大时，液压缸210内的容液腔体积变大，受第二单向阀204的限制，液压油只能从油箱207内被抽入液压缸210内。此过程一直重复进行，液压缸210不断将油箱207内的液压油压入液压马达202内，液压马达202将液压油的能量转换成马达轴转动的能量后又就液压油释放到油箱207内，从而实现了液压油的循环流动。整个过程中，当海流流量过大时，过剩的液压能会通过蓄能器203储存起来，当海流流量变小时，蓄能器203会释放液压能来维持液压马达202的旋转，因此本发明涉及的海流能发电装置相比现有技术中将海流能采集单元直接与发电机相连的结构能有效的消除海流能的不稳定给发电机带来的负面影响，使整个海流能发电装置更加稳定可靠。

结合附图6，当海流流量持续维持在一个较高的水平时，蓄能器203达到饱和状态后，如果还有液压能输入，此时安全阀226会自动打开，将过量液压能释放掉。当液压能恢复到蓄能器203的饱和值之下时，安全阀226会自动关闭。

需要说明的时，当海流从右向左流动时，海流能采集装置下半部分的叶片215因为其开口刚好朝向海流来的方向，在海流的冲击作用下会张开到预先设置好的角度，而流能采集装置上半部分的叶片215因为开口背对海流方向，在冲击压力的作用下会闭合，此时海流能采集装置下半部分的叶片215在海流的冲击力作用会向左前进，从而通过齿轮结构带动第一齿轮212和第二齿轮218同步转动，后续的原理与海流从左向右流动时一样，此处不再详述。至于海流不规则运动的情况，只要水平方向上的分量足够大，海流能采集单元就会开始工作。但本发明涉及的装置一般是安装在海流方向比较固定海域较为适宜。

当然本发明并不局限于上述一种实施方式，它还可以有多种变化，如转动部件221还可以是类似于球关节的结构，活塞杆的自由端与第一转轴209的连接方式也可以是其他转动连接方式，还有转盘219也不只局限于圆盘结构，与第二转轴224的轴向垂直的连接块都行。总的来说，只要是基于本发明构思之下显而易见的变化均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种海流能发电装置，它包括发电机（201）、海流能采集单元和传动单元；海流能采集单元与传动单元相连，传动单元与发电机（201）相连；其特征在于：所述海流能采集单元为通过多个用于在海流冲击时朝海流方向张开的挡流部件来驱动两个齿轮同步旋转的结构，所述的两个齿轮为第一齿轮（212）和第二齿轮（218），第一齿轮（212）的中心设有与第一齿轮（212）转动配合的第一转轴（209）；所述传动单元为液压传动单元，它包括液压缸（210）、油箱（207）、蓄能器（203）和液压马达（202），液压缸（210）安装在与所述海流能采集单元上的一个齿轮同步偏心转动的液压缸底座（220）上，液压缸（210）上的活塞杆（211）的自由端与第一转轴（209）转动配合；液压缸（210）容液腔的底端通过软管与三通（205）的第一端相接，三通（205）的第二端经过用于防止液压油从液压缸（210）进入油箱（207）的第一单向阀（206）后接入油箱（207）的内部，三通（205）的第三端经过用于防止液压油倒流入液压缸（210）内的第二单向阀（204）后与液压马达（202）的进液口相连，液压马达（202）的出液口与油箱（207）相连通，液压马达（202）的转轴与发电机（201）的转轴相连；液压马达（202）与第二单向阀（204）之间通过支路管线连接有蓄能器（203）。

2.根据权利要求1所述的海流能发电装置，其特征在于：所述海流能采集单元包括第一齿轮（212）、第二齿轮（218）和传动带（208），第一齿轮（212）与第二齿轮（218）通过传动带（208）的内表面的齿相连；传动带（208）的外表面上安装有多个用于在海流冲击时朝海流方向张开的挡流部件；第一齿轮（212）的中心设有与第一齿轮（212）转动配合的第一转轴（209），第一转轴（209）通过支架（217）固定在底座（213）上，第二齿轮（218）的中心设有与第二齿轮（218）周向限位配合的第二转轴（224），第二转轴（224）通过第一轴承（225）与支架（217）相连，第二转轴（224）的一个端面上连接有与第二转轴（224）同步转动的转盘（219），转盘（219）的偏心位置上设有可以沿自身轴线转动的转动部件（221），所述液压缸底座（220）设置在转动部件（221）上。

3.根据权利要求1所述的海流能发电装置，其特征在于：所述蓄能器（203）上还通过管道连接有安全阀（226），安全阀（226）的出口与油箱（207）相连。

4.根据权利要求2所述的海流能发电装置，其特征在于：所述挡流部件为叶片（215），多个叶片（215）与传动带（208）铰接，每个叶片（215）与传动带（208）之间还设有用于防止叶片（215）旋转角度超过90度的可折叠的联接体（216）；联接体（216）呈折扇结构，联接体（216）的上边沿与叶片（215）固定，下边沿与传动带（208）固定。

5.根据权利要求2所述的海流能发电装置，其特征在于：所述第一齿轮（212）与第一转轴（209）之间通过第二轴承（223）实现转动配合。

6.根据权利要求1或2所述的海流能发电装置，其特征在于：所述活塞杆（211）的自由端设有与第一转轴（209）相套合的通孔（227），第一转轴（209）设有插销孔，活塞杆（211）的自由端经过通孔（227）与第一转轴（209）套合后由插销（222）锁定。

7.根据权利要求2所述的海流能发电装置，其特征在于：所述转盘（219）的半径大于第二齿轮（218）的半径，所述转动部件（221）设置在转盘（219）上靠近转盘（219）外边缘的位置。

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