CN102758719B - 潮汐发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种潮汐发电装置，包括固定基座、发电机、输出轴、正转轴、反转轴、齿轮组和叶轮，其中固定基座水平方向布置在海底，固定基座上安装有垂直的导轨；齿轮组包括正转齿轮、反转齿轮、动力输出齿轮、从动齿轮和换向齿轮，从动齿轮和反转齿轮内部都安装棘轮机构；通过正反两组叶轮分别驱动正转轴和反转轴，利用棘轮机构使动力输出齿轮通过输出轴向发电机提供单向稳定的动力，本发明将发电机置于水面之上，能有效保护发电机的安全性；叶轮和装置整体的悬浮或漂浮的形式以及叶轮叶片的构造和外形设计使叶轮始终处于最小阻力的环境在水中和水面上工作，使装置可以最大效率的利用潮汐能量发电。

Description

潮汐发电装置
技术领域
本发明涉及一种发电装置，尤其涉及一种潮汐发电装置。
背景技术
海水在运动时所具有的动能和势能统称为潮汐能。我国大陆海岸线长，岛屿众多，北起鸭绿江口，南到北仑河口，长达18000多公里，加上5000多个岛屿的海岸线14000多公里，海岸线共长32000多公里，因此潮汐能资源是很丰富的。据不完全统计，全国潮汐能蕴藏量为1.9亿千瓦，其中可供开发的约3850万千瓦，年发电量870亿千瓦时，大约相当于40多个新安江水电站。目前我国潮汐电站总装机容量已有1万多千瓦。潮汐能的主要利用方式是潮汐发电。1913年德国在北海海岸建立了第一座潮汐发电站。1957年我国在山东建成了第一座潮汐发电站。1978年8月1日山东乳山县白沙口潮汐电站开始发电，年发电量230万千瓦时。1980年8月4日我国第一座“单库双向”式潮汐电站——江厦潮汐试验电站正式发电，装机容量为3000千瓦，年平均发电1070万千瓦时，其规模仅次于法国朗斯潮汐电站(装机容量为24万千瓦，年发电5.4亿千瓦时)，是当时世界第二大潮汐发电站。简单地说，潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建筑一座拦水堤坝，形成水库，并在坝中或坝旁放置水轮发电机组，利用潮汐涨落时海水水位的升降，使海水通过水轮机时推动水轮发电机组发电。从能量的角度说，就是利用海水的势能和动能，通过水轮发电机转化为电能。但修建拦水堤坝对地点要求比较苛刻，而且工程量巨大，耗时耗力并且投资大。
与潮汐发电相关的技术进步极为迅速，已开发出多种将潮汐能转变为机械能的机械设备，如螺旋浆式水轮机、轴流式水轮机、开敞环流式水轮机等，日本甚至开始利用人造卫星提供潮流信息资料。利用潮汐发电日趋成熟，已进入实用阶段。
申请人于2010年10月29日申请的实用新型专利《潮汐发电装置》，申请号：201020582585.x，公开了一种利用潮汐发电的装置，装置整体安装在浮体上，通过叶轮分别驱动正转轴和反转轴来带动发电机发电，此种装置为未涉及到叶轮叶片的结构，同时装置受洋流以及台风因素的影响较大，叶片无法完全在水下工作，另外对发电机保护效率比较低。
发明内容
本发明提供一种潮汐发电装置，可解决装置本身在洋流中姿态控制的问题，并通过对叶轮叶片的构造和外形设计，尽可能降低叶轮在转动过程中洋流对叶轮的阻力。
一种潮汐发电装置，包括固定基座、发电机、蓄电装置、锥形齿轮、齿圈、滚动轴承、限位轴承和输出轴，、正转轴、反转轴、齿轮组、密封箱体和叶轮，其中固定基座水平方向布置两个或两个以上在海底，固定基座上安装有垂直的导轨；输出轴为正多边形柱体，输出轴底端固定连接有锥齿轮；齿轮组包括正转齿轮、反转齿轮、动力输出齿轮、从动齿轮和换向齿轮，从动齿轮和反转齿轮内部都安装棘轮机构；密封箱体内由隔板分隔成左右两个箱体，密封箱体的前后两面安装滚动轴承；正转轴为空心轴，其空腔内通过轴承安装反转轴，正转轴的一端与齿轮组中的正转齿轮固定连接，正转齿轮通过换向齿轮组与动力输出齿轮啮合，正转轴的另一端套装滚动轴承后设置在中间的固定基座的导轨内；反转轴的一端与反转齿轮固定连接，反转轴的另一端通过滚动轴承设置在右侧水下固定基座的导轨内；动力输出齿轮同轴固定安装锥形齿轮，锥形齿轮与竖直安装的输出轴上的锥齿轮啮合，输出轴上套装有一个内圈安装滚动轴承的齿圈，齿圈的形状与输出轴外形一致，齿圈由限位轴承进行轴向限位，输出轴带动齿圈转动并能沿竖直方向上下移动；齿圈与发电机转轴齿轮相啮合，电机设置在左侧的固定基座的上方；整个齿轮组安装在密封箱体的右箱体内，锥形齿轮和输出轴底部的锥齿轮位于密封箱体的左箱体内，正转叶轮和反转叶轮分别固定安装在正转轴和反转轴上，正转轴和反转轴上安装正转叶轮和反转叶轮为一组或一组以上，密封箱体安装在左侧的固定基座的导轨上。
装置还可以通过链条或齿轮传动的形式将能量传递给发电机，采用链条传动时，在动力输出齿轮上同轴安装一个链轮，发电机的转轴上对应位置也安装一个链轮，由链条将输出齿轮的转矩传递给发电机；为便于链条安装，在两个链轮之间安装两个或两个以上的张紧轮，张紧轮固定在密封箱体上。
叶轮上的叶片采用规则或不规则的几何形状壳体，规则的几何形状如棱柱体或棱锥体外形的壳体，叶片的受水推动面为进水端；如果叶片选用密度大于水的材料，需在叶片内部加装密封隔板，密封隔板以水平或倾斜的方式安装在叶片内部，要达到叶片的浮力大于或等于自身重力，使叶片达到在水中悬浮或漂浮状态；为降低叶片在水中旋转时的吸附力和阻力，在叶片上开水槽；密封隔板水平安装时，水槽开在不影响密封效果的位置，密封隔板倾斜安装时，水槽开在密封隔板倾斜位置的最低点；叶片选用密度小于水的材料则不需加装密封隔板，但需增加配重材料，使叶片的浮力与叶片大于或等于自身重力，使叶片达到在水中悬浮或漂浮状态；叶片两侧的侧板一侧或两侧开水槽或者取消一侧或两侧的侧板并在叶片的安装面和安装面的相对面之间安装加强筋。
整个装置采用固定或浮动两种安装形式设置在水下固定基座的导轨内，固定安装时采用定位块和定位螺钉分别将密封箱体、正转轴和反转轴交汇处的滚动轴承以及反转轴上的滚动轴承固定在各自固定基座的导轨内，密封箱体内全部充满润滑油；浮动安装时，取消定位块和定位螺钉并对装置加装浮力装置或使密封箱体具备正浮力，将密封箱体右箱体内部抽成真空，装置中正转轴和反转轴在水中保持平衡状态，装置随水位的升降沿导轨运动并维持叶轮在水中或水面运作。
在正转轴和反转轴的外表面加装塑料层或防腐层，能有效避免金属材料在海水中被腐蚀。
有益效果：本发明将发电机置于水面之上，能有效保护发电机的安全性；叶轮和装置整体的悬浮或漂浮的形式以及叶轮叶片的构造和外形设计使叶轮始终处于最小阻力的环境在水中和水面上工作，使装置可以最大效率的利用潮汐能量发电。
附图说明
图1是本发明一种潮汐发电装置的发电机构和齿轮组结构示意图；
图2是本发明一种潮汐发电装置的整体结构示意图；
图3是本发明一种潮汐发电装置叶轮叶片为三棱柱外形开排水槽并增设加强筋的结构示意图；
图4是本发明一种潮汐发电装置叶轮叶片为三棱柱外形且带密封隔板和排水槽的结构示意图；
图5是本发明一种潮汐发电装置叶轮叶片为四棱锥外形的结构示意图；
图6是本发明一种潮汐发电装置叶轮叶片为三棱锥外形且带密封隔板的结构示意图。
其中：1-第一固定基座、2-第二固定基座、3-第三固定基座、4-第一导轨、5-第二导轨、6-第三导轨、7-第一滚动轴承、8-第二滚动轴承、9-第三滚动轴承、10-密封箱体、11-隔板、12-正转轴、13-反转叶轮、14-反转轴、15-正转叶轮、16-正转齿轮、17-反转齿轮、18-换向齿轮、19-动力输出齿轮、20-锥形齿轮、21-输出轴、22-发电机、23-发电机转轴齿轮、24-滚动轴承、25-齿圈、26-限位轴承、27-从动齿轮、28-锥齿轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明
如附图1和附图2所示，本发明的潮汐发电装置包括第一固定基座1、第二固定基座2、第三固定基座3、第一导轨4、第二导轨5、第三导轨6、发电机22、蓄电装置、锥形齿轮20、齿圈25、滚动轴承24、限位轴承26、输出轴21、锥齿轮28、正转轴12、反转轴14、齿轮组、密封箱体10、正转叶轮15和反转叶轮13，其中第一固定基座1、第二固定基座2、第三固定基座3水平方向上由左至右依次固定在海底，第一固定基座1、第二固定基座2、第三固定基座3上对应安装有垂直的第一导轨4、第二导轨5和第三导轨6；输出轴21为正四边形柱体，输出轴21底端固定连接有锥齿轮；齿轮组包括正转齿轮16、从动齿轮27、反转齿轮17、动力输出齿轮19和换向齿轮18，从动齿轮27和反转齿轮17内部都安装棘轮机构；密封箱体10内由隔板11分隔成左右两个箱体，密封箱体10通过前后两面安装的第一滚动轴承7设置在第一固定基座1的第一导轨4内；正转轴12为空心轴，其空腔内通过轴承安装反转轴14，正转轴12的一端与齿轮组中的正转齿轮16固定连接，正转齿轮16通过换向齿轮18与动力输出齿轮19啮合，正转轴12的另一端套装第二滚动轴承8设置在第二固定基座2的第二导轨5内；反转轴14的一端与反转齿轮17固定连接，反转轴14的另一端通过第三滚动轴承9设置在第三固定基座3的第三导轨6内；动力输出齿轮19同轴固定安装锥形齿轮20，锥形齿轮20与竖直安装的输出轴21上的锥齿轮啮合，输出轴上21套装有一个内圈安装滚动轴承24的齿圈25，齿圈25内圈的形状与输出轴21外形一致，齿圈25由限位轴承26进行轴向限位，输出轴21在带动齿圈25转动并能沿竖直方向上下移动；齿圈25与发电机转轴齿轮23相啮合，发电机22设置在第一导轨4的上方；整个齿轮组安装在密封箱体10的右箱体内，锥形齿轮20和输出轴21底部的锥齿轮28位于密封箱体10的左箱体内，左箱体和右箱体内部充满或部分充满润滑油，正转叶轮15和反转叶轮13分别固定安装在正转轴12和反转轴14上。
整个装置采用浮动的安装形式安装在水下固定基座的导轨上，安装时分别将密封箱体10上的第一滚动轴承7、正转轴和反转轴相贯处的第二滚动轴承8以及反转轴上的第三滚动轴承9安装在第一导轨4、第二导轨5和第三导轨上6；装置加装浮力装置或抽出密封箱体10右箱体内的润滑油使密封箱体10具备正浮力，同时保持装置中正转轴12和反转轴14在水中保持水平状态，装置随水位的升降沿各个导轨运动并维持叶轮在水中或水面运作。
叶轮的叶片采用规则或不规则的几何形状壳体，规则的几何形状如棱柱体或棱锥体外形的壳体，如附图3和附图5所示，叶片采用三棱柱或四棱锥外形，为降低叶片在水中旋转时的吸附力和阻力，在侧面与安装面的相对面交汇处开水槽，水槽的宽度可延伸至整个侧板，并需要加装加强筋如附图3；叶片的受水推动面为进水端；如果叶片选用密度大于水的材料，需在叶片内部加装密封隔板，如附图4所示，密封隔板以倾斜的方式安装在叶片内部，水槽开在密封隔板倾斜位置的最低点；叶片选用密度小于水的材料则不需加装密封隔板，但需增加配重材料，使叶片的浮力与叶片大于或等于自身重力，使叶片达到在水中悬浮或漂浮状态；叶片两侧的侧板一侧或两侧开水槽或者取消一侧或两侧的侧板并在叶片的安装面和安装面的相对面之间安装加强筋。
工作原理：装置在使用时，装置整体悬浮或漂浮在水中，当水流冲击正转叶轮15时，正转叶轮15带动正转轴进而驱动换向齿轮18，换向齿轮18再带动从动齿轮27和动力输出齿轮19，动力输出齿轮19另一端的锥形齿轮20将动力通过锥齿轮传递给输出轴21，输出轴21依次带动齿圈25和发电机转轴齿轮23，致使发电机构发电，由于反转齿轮17内部安装棘轮机构，因此反转轴对齿轮组的传动和发电机构没有影响；当水浪冲击反转叶轮13时，反转叶轮13依次驱动反转轴14、反转齿轮17、动力输出齿轮19、锥形齿轮20、输出轴21、齿圈25和发电机转轴齿轮23，使发电机构发电，由于从动齿轮27内部同样安装棘轮机构，因此正转轴12对齿轮组的传动和发电机构也没有影响；因此无论正转轴12和反转轴14正转或反转，从动齿轮27或反转齿轮17总能通过动力输出齿轮19向发电机提供单向稳定的动力；又因为正转叶轮15和反转叶轮13上安装的叶片方向相反，无论水浪正向或反向冲击叶片都能保证正转轴12和反转轴14获得动力从而发电，发电机向外输出电流并向蓄电装置充电，在水流处于静止状态时，蓄电池还可向外界发出电能；装置整体和叶片处于悬浮状态使叶轮始终处于最小阻力的环境在水中和水面上工作；输出轴21上的滚动轴承24和限位轴承26使输出轴跟随密封箱体10沿竖直方向上升和下降；
装置采取浮动安装形式时，在装置上加装浮力装置或使密封箱体10具备正浮力，并且使装置中正转轴12和反转轴14在水中保持水平状态，排出密封箱体10内部润滑油或增加装置的浮力，装置随水位的升降沿导轨运动并维持叶轮在水中或水面运作。

Claims (7)

1.潮汐发电装置，包括第一固定基座(1)、第二固定基座(2)、第三固定基座(3)、第一导轨(4)、第二导轨(5)、第三导轨(6)、发电机(22)、蓄电装置、锥形齿轮(20)、齿圈(25)、滚动轴承(24)、限位轴承(26)、输出轴(21)，锥齿轮(28)、正转轴(12)、反转轴(14)、齿轮组、密封箱体(10)、正转叶轮(15)和反转叶轮(13)，其中第一固定基座(1)、第二固定基座(2)、第三固定基座(3)水平方向上由左至右依次固定在海底，第一固定基座(1)、第二固定基座(2)和第三固定基座(3)上对应垂直安装第一导轨(4)、第二导轨(5)和第三导轨(6)；输出轴(21)为正多边形柱体，输出轴(21)底端固定连接有锥齿轮；齿轮组包括正转齿轮(16)、从动齿轮(27)、反转齿轮(17)、动力输出齿轮(19)和换向齿轮(18)；密封箱体(10)内由隔板(11)分隔成左右两个箱体，密封箱体(10)通过前后两面安装的第一滚动轴承(7)安装在第一固定基座(1)的第一导轨(4)上；正转轴(12)为空心轴，其空腔内通过轴承安装反转轴(14)，正转轴(12)的一端与齿轮组中的正转齿轮(16)固定连接，正转齿轮(16)通过换向齿轮(18)与动力输出齿轮(19)啮合，正转轴(12)的另一端套装第二滚动轴承(8)设置在第二固定基座(2)的第二导轨(5)内；反转轴(14)的一端穿过正转轴(12)与反转齿轮(17)固定连接，反转轴(14)的另一端通过第三滚动轴承(9)设置在第三固定基座(3)的第三导轨(6)内；动力输出齿轮(19)同轴固定安装锥形齿轮(20)，锥形齿轮(20)与竖直安装的输出轴(21)上的锥齿轮(28)啮合，输出轴(21)上套装有一个内圈安装滚动轴承(24)的齿圈(25)，齿圈(25)由限位轴承(26)进行轴向限位，输出轴(21)在带动齿圈(25)转动并能沿竖直方向上下移动；齿圈(25)与发电机转轴齿轮(23)相啮合，发电机(22)设置在第一导轨(4)内；整个齿轮组安装在密封箱体(10)的右箱体内，锥形齿轮(20)和输出轴(21)下端的锥齿轮(28)位于密封箱体(10)的左箱体内，正转叶轮(15)和反转叶轮(13)分别固定安装在正转轴(12)和反转轴(14)上；
所述从动齿轮(27)和反转齿轮(17)内部安装棘轮机构；
所述齿圈(25)内圈的形状与输出轴(21)外形一致；
动力输出采用链条传动时，在动力输出齿轮(19)上同轴安装一个链轮，发电机的转轴上对应位置也安装一个链轮，由链条将动力输出齿轮(19)的转矩传递给发电机；为便于链条安装，在两个链轮之间安装两个以上的张紧轮，张紧轮固定在密封箱体(10)上。
2.如权利要求1所述的潮汐发电装置，其特征在于动力输出还采用齿轮连接传动。
3.如权利要求1所述的潮汐发电装置，其特征在于所述正转叶轮(15)和反转叶轮(13)上的叶片采用规则或不规则的几何形状壳体。
4.如权利要求1所述的潮汐发电装置，其特征在于所述正转叶轮(15)和反转叶轮(13)的叶片采用棱柱体或棱锥体外形的壳体，叶片的受水推动面为进水端。
5.如权利要求3所述的潮汐发电装置，其特征在于所述叶片选用密度大于水的材料，在叶片内部加装密封隔板，密封隔板以水平或倾斜的方式安装在叶片内部，要达到叶片的浮力等于自身重力，使叶片达到在水中悬浮或漂浮状态；在叶片上开水槽；密封隔板水平安装时，水槽开在不影响密封效果的位置，密封隔板倾斜安装时，水槽开在密封隔板倾斜位置的最低点。
6.如权利要求3所述的潮汐发电装置，其特征在于所述叶片选用密度小于水的材料则不需加装密封隔板，但需增加配重材料，使叶片的浮力等于自身重力，使叶片达到在水中悬浮或漂浮状态；叶片两侧的侧板的其中一个侧板或其中两个侧板开水槽，并在叶片的安装面和安装面的相对面之间安装加强筋。
7.如权利要求1所述的潮汐发电装置，其特征在于所述发电装置设有蓄电装置。
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